第五章 天体的和声
从很多方面看,数学都是最精确、最复杂的一门科学——至少,作为一位数学家,我是这样认为的。对数学的发展的描述,使我既局促不安,又特别高兴,因为数学历来都是人类无穷思索的一部分:在人类知识的上升历程中,数学是通向神奇而又理智的思维的阶梯。不过,任何有关数学的描述,似乎都应包括以下这些概念:论证的逻辑性概念,关于自然界(特别是关于空间)确凿规律的经验性概念,各种运算概念的形成,以及数学从对自然的静态描述到动态描述的发展。这些便是本章的主题。
即便是非常原始的民族也有某种数字体系;他们也许不会数到四以上,但他们知道,任何东西中的两个加上同一种东西的另外两个,不是有时而是永远等于四。从这一基本点出发,许多文化形态都建立了自己的数字体系,通常是一种规则大致相近的书面语言。例如。
尽管巴比伦人、玛雅人,印度人生活的时间和空间相去甚远,但他们却创造了基本相同的书写大数字的方法,即把大数字写成我们今天使用的位数序列。
因此,在历史上,没有哪个地点和哪个时刻,可以让我站在那里说:“算术开始于此时此地。”在每一种文化中,人们从学会互相交谈的时候起,便开始计数了。算术和语言一样,始于传说时代。可是,我理解的用数字进行推论的数学则是另一回事。正是为了在传说与历史的交接点上寻求数学的起源,我才乘船来到萨摩斯岛(samos)。
传说时代,萨摩斯岛是希腊人祭祀天后赫拉(es)手中。
据传说,毕达哥拉斯在逃离萨摩斯之前,曾在岛上山中一个白石岩洞里传道授业,这个岩洞至今仍是那些相信这一传说的人们参拜的地方。
萨摩斯是一个神奇迷人的岛屿。大海的涛声,树林的低语,音乐的奏鸣,随处可闻。虽然别的希腊岛屿也可作为莎士比亚名剧《暴风雨》(tempest)的外景,但在我看来,萨摩斯才是普洛斯彼罗(Prospero)住过的那种岛屿,正是在这样的海岸上,这位学者变成了魔法师。毕达哥拉斯对他的门徒来说,大概也可算是一位魔法师吧,因为他教导他们,自然界是受数字支配的。他说,大自然是和谐的,在她的千变万化中有一种统一性,大自然也有自己的语言:数便是大自然的语言。
毕达哥拉斯发现,在音乐的和声和数学之间,有着一种基本的联系。有关他这一发现的故事,正像民间传说一样,是经过窜改后留传下来的。但他的发现却是千真万确的。一根绷紧的琴弦在整个儿震颤时产生出一个基音。把琴弦精确地划分为几等份,就会产生与这个基音和谐一致的音:可以把弦的长度准确地分为两等份、三等份、四等份,如此等等,如果琴弦的静止点,即所谓波节(node),没有落在等分点上,奏出的音就会走调。当我们在琴弦上移动波节时,如果移动到确定的等分点上,我们就会听到和谐悦耳的音调。拨一拨或拉一拉空弦:这就是基音。将波节移至弦的中心点:这就是高出基音八度的音。将波节移至弦的1/3处:这就是高出基音的第五度音。将波节移至1/4处:这就是高出基音的第四度音。如果将波节移至琴弦的1/5处(毕达哥拉斯没有做到),这就是大调第三度音。
毕达哥拉斯发现,悦耳动听——悦西方人之耳——的和声,与用整数对琴弦的划分相对应。对毕达哥拉斯学派来说,这一发现有某种神奇的力量。自然与数之间的这种和谐一致竟是如此具有说服力,以致他们完全相信,不仅自然界的各种声音,就连自然界所特有的各种维和度,都肯定是一些能表现这种和谐的简单数,例如、毕达哥拉斯本人或他的追随者们相信,把各个天体与各种音程联系起来,就可以计算出这些天体的轨道(希腊人把这些天体描绘为在水晶般透明的天空中绕地球运