毫不意外,最早有记录的数字零的使用,最近发现可追溯至公元3世纪或4世纪,发生在印度。印度次大陆的数学有着悠久的历史,已有3,000多年,在欧洲取得类似进展之前已繁荣数百年,其影响同时传播到中国和中东。
除了提出零的概念,印度数学家还在以下领域作出了开创性贡献:三角学、代数、算术和负数等。或许最重要的是,我们今天仍在全球使用的十进制系统最早出现在印度。
数制
早在公元前1200年,数学知识就已被记录下来,成为一大知识体系的一部分,这一体系称为《吠陀经》。在这些文本中,数字通常以十的幂的组合表示。例如,365可以表示为三个百(3x10²)、六个十(6x10¹)和五个一(5x10⁰),不过,每个十的幂都以名称而非一组符号表示。我们有理由相信,这种用十的幂表示数字的方式,对印度十进位值制的发展起到了关键作用。
从公元前3世纪起,我们也有书面证据表明,婆罗米数字已经出现。它们是现代印度数字或印度-阿拉伯数字系统的前身,如今世界上大多数地区都在使用这一系统。零被引入后,古印度人研究高等数学所需的几乎所有数学工具便已齐备。
零的概念
零本身的历史要悠久得多。最近确定年代的最早有记录的零见于所谓的《巴克沙利手稿》,当时它们只是简单的占位符,用来区分100和10。公元最初几个世纪,巴比伦和玛雅文化中也已出现类似符号;据称,早在公元前3000年至2000年,苏美尔数学中也可能出现过。
但只有在印度,表示“无”的占位符才发展成为一个独立的数字。零的概念使数字书写变得高效而可靠。进而,这使有效记录成为可能,重要的财务计算也因此能够事后核查,确保所有相关人员诚实行事。零是通往数学普及化道路上的重要一步。
这些便于使用的数学概念运算工具,加上开放而活跃的学术与科学文化,使印度到公元600年前后已具备条件,迎来数学发现的爆发式增长。相比之下,这类工具直到13世纪初才在西方普及,尽管斐波那契的《算盘书》问世。
二次方程的解法
7世纪时,关于零的运算规则首次有书面记录,并被正式编入《梵明满悉檀多》。在这部开创性著作中,天文学家梵天笈多提出了解二次方程(深受中学生喜爱)和计算平方根的规则。
负数的规则
梵天笈多还阐述了负数的运算规则。他将正数称为财富,负数称为债务。他记下了一些规则,译者将其释为:“财富减去零,结果是债务;”“债务减去零,结果是财富。”
后一句与我们在学校学到的规则相同:减去一个负数,等于加上一个正数。梵天笈多还知道,“债务与财富相乘,结果是债务”——正数乘以负数等于负数。
总体而言,欧洲数学家不愿承认负数具有实际意义。许多人认为负数荒谬无理。他们认为数字是为计数而发展出来的,并质疑负数能用来数什么。印度和中国的数学家很早就认识到,债务就是这个问题的一种答案。
例如,在早期农业社会,如果一位农民欠另一位农民7头牛,那么实际上前者就有-7头牛。如果前者外出买牲畜来偿还债务,他必须买7头牛并交给后者,才能使自己的牛的数量回到0。从那以后,他买的每一头牛都会计入他的正数总量。
微积分的基础
欧洲数学界不愿采用负数乃至零,这种态度让欧洲数学停滞了许多年。戈特弗里德·威廉·莱布尼茨是最早系统使用零和负数的欧洲人之一,他在17世纪末发展微积分。微积分用于测量变化率,对几乎所有科学分支都至关重要,尤其是现代物理学许多重大发现的基础。
然而,印度数学家婆什迦罗早已发现莱布尼茨的许多思想,比他早了500多年。婆什迦罗还在代数、算术、几何和三角学领域作出了重大贡献。他给出了许多成果,例如某些“丢番图”方程的解法,这些成果数百年后才在欧洲被重新发现。
喀拉拉天文学与数学学派由桑伽玛格拉玛的马达瓦于14世纪创立,在数学领域创造了许多先例,包括运用数学归纳法以及一些早期的微积分相关成果。尽管喀拉拉学派没有发展出系统的微积分规则,但其学者率先构想出许多成果,这些成果后来在欧洲再次出现,包括泰勒级数展开、无穷小和微分。
印度实现的这一飞跃——将零从简单的占位符转变为独立的数字——表明,当欧洲陷于黑暗时代时,印度次大陆正洋溢着数学昌明的文化。尽管其声誉受到欧洲中心主义偏见的损害,印度次大陆拥有深厚的数学传统,并延续至21世纪,在数学各个分支的前沿都有杰出人才。


