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卡尔达诺肖像雕版画

1574年,距卡尔达诺的生命终点只有一年的时候,他开始用拉丁语写作回忆录《我的生平》。

卡尔达诺不但是伟大的数学家——他的《大法》一书是代数学的奠基之作,还是首次对斑疹伤寒做出临床记录的医生,被誉为是行走的科学百科全书,不仅擅长理论科学,在实践科学方面也取得了重大成就。

他还是一个著名的占星师和赌徒,所以被认为是科学史上的怪人。前半生潦倒,因为是私生子,直到38岁才取得行医执照;他的离去也被传是为了证实自己对死期的占卜而自杀。

德国哲学家兼数学家莱布尼兹曾评价卡尔达诺,“是一个有许多缺点的伟人,没有这些缺点,他将举世无双。”

卡尔达诺把写作看成是人生应尽的义务,非常忠实地予以履行。在这本自传之前,他已经写成并出版了许多学术和随笔著作。在这本自传里,他以自我批评的口吻来剖析自己的一生。 

撰文 | 蔡天新

1501年9月23日,卡尔达诺出生在米兰南面的帕维亚,是法官和寡妇的私生子,母亲30多岁时,带着三个孩子与56岁的父亲同居。两年后的1501年,她分娩了三天才生下他,之后她和孩子的父亲结了婚。

卡尔达诺随奶妈在米兰郊外的莫伊拉格村生活了四年后回到家中,他的家族有长寿基因,祖父和父亲分别活了88岁和80岁,且都有数学天赋。父亲学识渊博,在米兰讲授过法学和医学,曾与大画家达·芬奇为友。受父亲的鼓励,卡尔达诺开始学习古典文学、数学和占星术。19岁进入帕维亚大学(哥伦布曾求学该校)学习医学,后来转学到帕多瓦大学(伽利略曾任教此校),25岁获得博士学位。

作为医生,卡尔达诺对斑疹伤寒首次做了临床记载。按照自传第40章《行医成功的例子》,卡尔达诺挽救过100多位被别的医生认为无药可救的病人,治愈过肺病、癫痫病、痢疾、皮肤病、精神病、失明症,还有些病人患有水肿、驼背、跛脚,经过他的治疗病情大为好转。

最值得卡尔达诺骄傲的是51岁那年,他应邀去苏格兰医治圣安德鲁斯大主教哈密尔顿,当时他已患十年的哮喘,曾先后请法兰西国王和西班牙国王的御医看过,未见成效,后来派人来米兰请卡尔达诺。卡尔达诺在圣安德鲁斯逗留了75天,治好了大主教的病,直到19年以后,他因参与谋杀玛丽女王的丈夫被处死。

与贫穷、耻辱和疾病搏斗的前半生

卡尔达诺生活的16世纪,意大利可谓多灾多难。1494年,法兰西国王查理八世攻打那不勒斯,由此亚平宁半岛各个城邦包括米兰陷入接连不断的战争中。

1509年,法兰西人在波河支流阿达河打败了威尼斯人,却在罗马欢庆胜利。1527年,罗马遭到波旁王朝军队的洗劫(波旁是原西班牙境内纳瓦拉国王的姓氏),一年半时间内,不朽之城罗马丧失了三分之二人口,那个世纪剩下的时间都用来重建和恢复。卡尔达诺在罗马生活的六年时间里,城内仍有崎岖不平的道路。总之,政治的兴衰,宗教改革带来的巨变,成为卡尔达诺生活的那个世纪混乱的背景。

卡尔达诺本人也经历了与贫穷、耻辱和疾病搏斗的前半生。“我最擅长的莫过于讲述自己的经历,一是由于我活的时间长,二是由于我不断地经历苦难。”卡尔达诺的婚姻很不幸,但自传里没有详细介绍。他有两个儿子和一个女儿,最爱的长子大学毕业后结了婚,媳妇生下三个孩子后却嘲讽都不是他生的,一怒之下他用砒霜毒死了她,结果锒铛入狱,50多天后被斩首。这是卡尔达诺一生最大的打击和挥之不去的痛。几天以后,孙女也夭折了。小儿子因为暴力,曾数次入狱,被判流放。只有女儿没出大事,但却不会生育。卡尔达诺晚年立下遗嘱,把财产留给唯一的孙子。

书中还写到那个年代欧洲的经济和社会现状。那时候普通人家里一般只有一张床,有些人家连一张床也没有,家庭成员和仆人都睡在地板的通铺上,来了客人也睡在一起。公共场所没有公厕,同性恋被发现的话会用火刑烧死。卡尔达诺虽然医术高明,却因为是私生子,直到38岁才取得行医执照,之前生活极度贫困。他在自传里写到, “看见漂亮衣服,我扭头就走。”另一方面,他又爱读书,且买书出手阔绰,他写道,“一本值得买的书,应该在智慧和艺术上追求完美。”

1643年,在卡尔达诺去世67年以后,《我的生平》在巴黎首次出版。1654年,此书又在阿姆斯特丹出版第二版。1663年,里昂刊印了10卷本的卡尔达诺《作品大全》,其中《我的生平》是最后一次用拉丁语出版。此后,《我的生平》先后出版了意大利文版(1821)、德文版(1914)和英文版(1930)等。在英文版自传问世以前,已有多部卡尔达诺的传记在伦敦出版。2021年秋天,中文版《我的生平》由浙江大学出版社精装出版,译者是汕头大学文学院王宪生教授。

卡尔达诺《我的生平》意大利初语版(1921)

百科全书式的人物

15世纪后期以来,随着印刷术的普及,不仅繁荣了文学事业,也加快了数学的发展。卡尔达诺一生共写作了200多种各类书籍和文章,现存的材料多达七千多页。《我的生平》第45章详细列出了他的著作,其中数学和物理学各有三种,天文学有七种,此外还有三种道德著作,有不少是多卷本。他发表过的文章有20多种,医学评注九种(主要是针对希波克拉底的著作评注),此外还有有关数学、物理学、医学、神学、哲学等方面的手稿及各种论点30多卷。

卡尔达诺是百科全书式的人物,不仅擅长理论科学,在实践科学方面也取得了重大成就。他的著作中包含了丰富的仪器、机械装置的设计图,打捞沉船和距离测量的方法。1548年,当神圣罗马帝国皇帝查理五世来米兰时,卡尔达诺为他的马车设计了一个减震装置,因此他在皇家队列中拥有一个特别的位置。甚至今日汽车上用以转向的万向节在欧洲主要语言里仍用卡尔达诺(Cardano)的名字命名,例如,cardan joint(英语)、le cardan(法语)、das Kardangelenk(德语)、giudo cardano(意大利语)。

卡尔达诺最着力撰写的两部书是被他归为物理学著作的《论事物之精妙》(22卷,1550)和《论多种事物》(17卷,1558)。这是两部百科全书式的巨著,包含了大量力学、机械学、天文学、化学、生物学等自然科学和技术的内容,还有密码术、炼金术和占星术方面的内容,其中一些观点与达·芬奇的论述有些相似。这两部著作在16世纪就有十几个版本流传,后来又被译成多种文字出版,可谓影响深远。在地质学方面,卡尔达诺曾指出,山岳的形成是由于流水的腐蚀造成的。


卡尔达诺《论事物之精妙》初版(1550)

卡尔达诺不仅著述丰富,跨越了各种领域,在人文学科也有了不起的建树。例如,他写的三卷本著作《安慰》在世时就被译成英文出版(1573)。这是一部劝慰悲伤的著作,是他痛失长子之后的感悟,莎士比亚曾经读过。哈姆莱特那句著名的台词“生存,还是死亡?这是个问题”所表达的情绪,与《安慰》中有关睡眠的评述十分相似。《素数之恋》的作者、英国作家约翰·德比希尔甚至推测,“哈姆莱特在舞台上说出那句独白时,手里捧着的可能正是卡尔达诺的这本书。”

可是,在版权法(1710年首先在英国颁布)出现之前,出书哪怕是畅销书也不是致富之道。行医是卡尔达诺的主要谋生手段,他最早出版的也是医学方面的书籍,主要介绍一些治疗常识。当他50岁时,已经是意大利第一名医,即使在欧洲范围内,知名度也只是仅次于佛兰德斯的维萨留斯,后者是近代解剖学的鼻祖,曾是查理五世的御医。当时无论上流社会,还是牧师或普通人,都找卡尔达诺看病。但他不愿意远行,只有那次给苏格兰大主教治病例外。

除了行医,卡尔达诺的次要收人来源是赌博和占卜。在从苏格兰回来的途中,他经过伦敦,给年少的国王爱德华六世(亨利八世之子)占卜,告知他长寿之路。卡尔达诺发明了一种“面相术”,可以根据一个人面部的缺陷来读出性格和命运。他对赌博的痴迷到了上瘾的程度,是一个善于分析的敏锐棋手(当时下国际象棋一般是为了赌钱)。不仅如此,他还写了一本《机遇赌博》,在他死后被翻译成英文出版,其中有对骰子和纸牌游戏的详细数学分析。这方面,他比帕斯卡尔与费尔马关于赌博的通信早得多。

可能是因为职业的缘故,卡尔达诺走南闯北,除了那不勒斯和阿普利亚大区以外,几乎走遍了整个意大利,还曾游历法国、瑞士、奥地利、德国、佛兰德斯、英格兰和苏格兰。卡尔达诺在米兰生活了32年,因此把自己看作是米兰人。此外,他在故乡帕维亚12年,博洛尼亚九年(任教于最古老的博洛尼亚大学医学院),帕多瓦及郊外的萨科镇九年,剩余时间在罗马、奶妈的村庄和疗养地加拉拉泰。1576年9月20日,卡尔达诺在罗马去世,安葬在圣安德鲁斯教堂,后来他的孙子将他移葬米兰的圣马可教堂,安息在父亲墓旁。

历史上,卡尔达诺并非唯一涉略广泛的医生。11世纪的阿拉伯医生阿维森纳(980-1037)便是一个典范,他生活在伊斯法罕,除了教授医学,还热衷于阐述亚里士多德的著作,成为声名远播的哲学家。他的著作《医学准则》翻译成拉丁语出版以后,曾使得古希腊名医盖伦(131-201)黯然失色。尽管如此,卡尔达诺的自传多次提及盖伦,觉得自己很像他。事实也是如此,他们两个人的智力都比周围的人高,都爱自夸,都相信梦和征兆,也都缺乏勇气。他们都是希波克拉底的忠实信徒,也都与庸医作斗争。

科学史上的怪人

卡尔达诺坎坷的经历使其性格颇为奇特,常常被描述成科学史上的怪人。他自认脾气暴躁、易怒爱争执、报复欲强,却不怎么看重钱财。他相信梦和征兆,一直醉心于占星术的研究,甚至他的离去也被传是为了证实自己对死期的占卜而自杀。1570年,卡尔达诺因为给耶稣算命被宗教法庭监禁,被作为异教徒起诉。直到他宣誓放弃异端学说,才在几个月后获释,但因此失去了教职和著述权。之后他移居罗马,另谋生路,后来因为占星术的研究得到教皇皮乌斯五世的赏识,付给他终身年薪,留在皇宫供职。

卡尔达诺认为一切事物都有两面性。一方面他觉得人生无意义,另一方面却时常反省自己。他发现自己经常说些让人不高兴的话,却又不愿改正。有时候寡言,有时候健谈,有时候愉快,有时候悲伤。他在自传里引用了《圣经·路加福音》里的一句话,“耶稣治好了十个麻风病人,只有一个回来向主表示感谢。”之后卡尔达诺又表示,我就不能像那个麻风病人那样吗?自传里还专辟出一章叫《妙语》,虽然有些言论无聊庸俗,但也有些十分精辟,表明他是有观察力的人文主义者。譬如:

做事的才能丧失得比想象的还要快。

只有人靠商议来处理事务,或获取利益。

智慧与无价之宝一样,必须要从地底深处挖出来。

无论做任何事,如果能够争取到时间就好。

张口就把你知道的全说出来,这是最严重的错误。

善是一种不可或缺的美德。

有了精准性,可以用少数例子来解释多种事物,让模糊的事实变得清晰。

幸福在命运中找不到,而在善中可以找到。

亚历山大一直渴望着有一个荷马。

学会把任何灾祸推开并使之消弭于无形。

在尘世间度过一生而没有经历任何重大灾难,这就够了。

1534年,在父亲从前的贵族朋友推荐下,卡尔达诺成为米兰专科学校的一名数学老师,在那里教授几何学,同时兼任贫民院的医生,生活略有好转,但一年以后学校解散了。1939年,卡尔达诺终于获得米兰医生协会批准的行医执照,从此他的生活有了巨大转变,并很快成为意大利北部最受欢迎的医生。但他并没有减少数学和科学技术方面的兴趣,1546年,他曾应邀回到母校帕维亚大学讲授数学(包括几何学、算术、占星术、工程学)两年。在这两次任教之间,卡尔达诺在数学领域做出了巨大的贡献。

卡尔达诺奖章

代数学的奠基石

虽说文艺复兴时期的艺术家们对数学都有着独到的见解,阿尔贝蒂、达·芬奇和丢勒甚至对数学本身也有所贡献,并把几何学的方法应用于绘画,达·芬奇声称,“欣赏我绘画作品的人,没有一个不是数学家。”但数学的复兴乃至近代数学的兴起要等到16世纪,新数学的推进首先表现在以下方面:三角学从天文学中分离出来、透视法产生射影几何、对数的发明改进了计算,但最主要的成就应该是在代数学领域,即三次和四次方程根式求解的突破和代数的符号化。在世界各主要民族中,一次和二次代数方程一般都会自己找到解答,只不过对二次方程有的民族只发现了一个解,有的发现了两个解,还有的限制方程的系数为正。而对于三次或四次代数方程而言,难度就大多了。在那个时代的大多数数学家看来,它们就像古希腊的三大几何问题一样困难重重。11世纪的波斯数学家兼诗人欧玛尔·海亚姆曾用几何方法给出某些特殊三次方程的近似解,而在15世纪和16世纪交替之际,意大利诞生了几位解答这类问题的人物,我们先来说说塔尔塔利亚。

塔尔塔利亚(1499-1557)本名丰塔纳,出生在米兰东面阿尔卑斯山南麓布雷西亚的一个邮差家庭,幼年丧父,因被入侵的法国士兵砍伤脸部而口吃,故而得此诨名(塔尔塔利亚意为口吃者)。成年以后他在威尼斯谋得一份数学教职,出过一本有关火炮的数学书,还把欧几里得的《几何原本》首次译成意大利文,同时宣称能解出没有一次项或二次项的所有三次方程,即。对此博洛尼亚大学的数学教授费罗表示怀疑,派了一位学生前来挑战(也有说费罗已死学生主动前来),结果塔尔塔利亚获胜,因为对手只会解缺少二次项的那一类方程。

1539年,卡尔达诺邀请塔尔塔利亚到米兰家中做客三天。塔尔塔利亚酒饱饭足之后,在卡尔达诺发誓保密的情况下,以暗语般的25行诗歌形式说出了三次方程的解法。卡尔达诺补足了证明,1545年,他在德国的纽伦堡出版了一生最重要的著作《大法》(Aas magna),全名《大法,或论代数法则》,将塔尔塔利亚的方法公之与众,引起了泫然大波,两位顶尖数学家之间发生了激烈的口战。按照这本书里所写的,塔尔塔利亚的解法是这样的,考虑恒等式的解答,而后一组方程的解a 和b不难求出如下:


 

不过,卡尔达诺在书中说明这个解法是由塔尔塔利亚发明的,为了数学的进步他才将此公开发表。与此同时,卡尔达诺在书中还考虑了 m < 0的情形,给出了同样完整的解答。而对于缺少一次项的那类三次方程,他可以通过某种变换转化成上述情形。之前,卡尔达诺经过调研发现,费罗也早已掌握了这个方法,这促使他下决心将其公之于众。

殊为难得的是,《大法》还给出了四次方程的一般解法,不过这也不是卡尔达诺给出的,而是他的仆人兼学生费拉里解出的。费拉里(1522-1565)出身贫寒,15岁到卡尔达诺家为仆,主人看他聪明好学,便教他数学。费拉里找到把四次方程转换为三次方程的方法,因而成为第一个解破四次方程的数学家。不过由于《大法》一书的影响力,后来的人们仍把上述三次方程的解答称为“卡尔达诺公式”,书中还第一次出现了复数的概念,这部伟大的著作可谓是代数学的奠基石。

1548年,费拉里代替卡尔达诺,接受愤怒的塔尔塔利亚的公开挑战,这回比赛地点是在米兰大教堂附近,获胜的一方也不再是塔尔塔利亚。费拉里出名后,很快变得富有并做了博洛尼亚大学数学教授,可惜43岁那年即死于白砒霜中毒,据称是他寡居而贪财的姐姐所为。由于五次和五次以上代数方程之根式不可解性直到19世纪才由挪威数学家阿贝尔给出证明,因此在很长一段时间,这几位意大利人的工作和故事一直被同行们津津乐道。

虽然塔尔塔利亚和费拉里解决具体问题的能力或许较强,但卡尔达诺所扮演的角色更为重要,他是那种欧几里得式的人物。在《我的生平》第35章《受监护人与学生》中,卡尔达诺把费拉里列为他最聪明的三个学生之一,称赞他年轻时便极为博学,出类拔萃。而在第43章《绝对超自然的事物》中,他也引用了塔尔塔利亚的一句话:没有一个人是百事通。值得一提的是,在那个年代的意大利,辩论和挑战是常态,获胜者不仅能提升声望,甚至会获得奖励。卡尔达诺还是大学二年级生时,便曾与系主任科尔蒂进行公开辩论,而老师也屈尊接受他的挑战。

在《我的生平》一书中,卡尔达诺对自己的数学研究和贡献极少提及,只有在第44章《我在各个研究领域取得的重要成就》中这样写到,“在算术方面,我推动了几乎整个学科领域的研究,包括他们所说的代数学。”另外,在几何学方面,他用有限数处理了无穷数,不过这方面阿基米德已走在前头。总而言之,在卡尔达诺出版的大量学术著作中,唯有数学书获得持续的高度关注,也正因为他取得的数学成就,他的事迹和自传流传至今,并被译成不同的语言出版。

本文原标题《卡尔达诺,百科全书式的人物》

取自《数学简史》(上、下)

商务印书馆 

2022年11月出版

蔡天新 著

本书已在赛先生书店上架,欢迎点击图片购买。

 

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由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,现任主编为周忠和、毛淑德、夏志宏。知识分子致力于关注科学、人文、思想。我们将兼容并包,时刻为渴望知识、独立思考的人努力,共享人类知识、共析现代思想、共建智趣中国。

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