最無趣也最有趣的0-科學人雜誌
數學

最無趣也最有趣的0

2023-08-01 高竹嵐
0的出現,以及它具有的涵義,是數學上的一大趣事。
▲ 圖源:freepik

重點提要

■0代表「無」,要讓全世界不同文明接受「0」這個概念,經歷很長的散佈與發展。

■0與「幾乎是0」更讓數學家傷透腦筋,直到17世紀之後在某種程度上才算是說清楚。

大概沒有比0更無趣的數字。任何數加減0都不會變。任何數乘以0都是0。它自己甚至就代表著「無」,會「無」趣也是合情合理。至少在我小時候,我是這麼覺得的。但到了現在,從事理論證明研究的時候,時不時都會聽見我心中吶喊「喔太棒了是0!萬歲~」學得越來越多後才發現,0不只是有趣,而且是出乎意料地有趣。

可能因為我們現在都學習阿拉伯數字,所以當學會從1數到10的時候,很自然就接受了,10裡面有一個0。但這個0的出現,本身已經是個很不顯然的事。這樣說吧!假如學的是羅馬數字,會發生什麼事?如果用羅馬數字從1數到10,會是長怎樣:



注意到嗎?羅馬數字完全沒有0的這個概念!其實這滿自然的。試想,數字最開始是用來數東西的,沒有東西當然不用數,幹嘛還特別發明一個符號給「沒有東西」?因此要有0這個符號的概念,勢必有一些超過純粹「數東西」的數學概念出現;例如,用「位置」來表示數字這件事。

為了解釋這件事情,讓我們看看70這個數字。當用羅馬數字寫的時候,它會寫成LXX=L+X+X=50+10+10=70。這是一個純粹用「加法」來表示數字的方法;一個X就是一個10,不管它出現在哪個位置。在這個記數系統下,當然不用特別發明一個對應0的符號,讓你還要去+0。

但阿拉伯數字不一樣。當我們寫70的時候,這個在十位數位置的7,代表著7×10=70。換言之,在阿拉伯數字的系統下,同一個符號會因為出現在不同位置而有所改變。也因此,才會被迫發明一個符號,來表示「個位數是0」這件事。

事實上,就算是使用位置記數的文明,也不見得會發展出0這個符號。舉例來說,巴比倫是第一個使用位置記數的文明,但並不是用一個符號代表「此位數是零」,而是用「此處是空格」代表。換言之,巴比倫並沒有把它當成一個「可以和其他數字一起計算的數字」,而是一個「非數字的符號」。你可以想像這件事在計算上會造成多大的困擾(更別說巴比倫數字還是很複雜的60進位制)。

而要讓全世界都接受0這件事,就是更浩大的工程。現在的阿拉伯數字大約是公元七世紀在印度發明出來,之後在公元八世紀由阿拉伯人使用並開始散佈。但歐洲基於各種宗教、哲學與政治因素,一直要到16世紀才算是全面接受0的使用。總而言之,光是0這個數字能「出現」以及「廣為使用」,本身已經是一件很有趣的事。

0出現之後更有趣

然而0這個概念的出現,延伸出更多問題。就請容我使用我比較較熟悉的機率,來說明這件事……


# 關鍵字:數學
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