在人類文明的漫長長河中,數字與計算始終是推動社會進步的核心力量。從結繩記事到量子計算,從泥板刻符到人工智能,數學作為“科學的皇后”,始終以其嚴謹與優雅,為人類揭示自然的奧秘。
而在數學的浩瀚星空中,對數(logarithm)無疑是一顆璀璨的星辰。其中,以10為底的對數,即常用對數(lg),更是以其簡潔、實用與普適,深刻地影響了科學、工程、經濟乃至人類思維方式的演進。
這是一部關于lg的史書,一部以數字為脈絡、以思想為靈魂的文明史詩。
第一章:萌芽——計算的困境與智慧的曙光在16世紀以前,人類的計算手段極為原始。天文學家、航海家、商人需要進行大量復雜的乘除運算,而這些運算在沒有現代工具的年代,耗時耗力且極易出錯。
例如,計算行星軌道或航海路線時,涉及大數相乘,往往需要數日甚至數周的時間,且結果難以驗證。正是在這樣的背景下,蘇格蘭數學家約翰·納皮爾(john
napier)于1614年發表了《奇妙的對數法則說明書》(mirifici
logarithmorum
canonis
descriptio),首次提出“對數”概念。納皮爾的初衷并非為了簡化計算,而是為了解決球面三角學中的復雜問題。
他發現,通過將乘法轉化為加法,可以極大提升計算效率。他創造的“對數”本質上是一種“比例數”,其核心思想是:若
a^x
=
n,則
x
=
log_a
n。納皮爾的對數并非以10為底,而是基于一個接近1e的復雜底數。但他的思想迅速傳播,并被英國數學家亨利·布里格斯(henry
briggs)所繼承與發展。布里格斯意識到,若以10為底,對數將更便于實際應用,因為人類普遍采用十進制計數系統。
1617年,布里格斯出版了《對數算術》(arithmetica
logarithmica),首次系統地給出了以10為底的對數表,即我們現在所稱的“常用對數”或“lg”。
第二章:lg的崛起——科學革命的加速器17世紀是科學革命的黃金時代。伽利略、開普勒、牛頓等巨匠相繼登場,而lg的出現,恰如一場及時雨,為科學計算提供了強大工具。開普勒在研究行星運動時,需要處理大量天文觀測數據。他利用對數表將復雜的乘除運算簡化為加減,從而更精確地驗證了行星運動三大定律。
他曾感嘆:“對數的發明,使天文學家的壽命延長了一倍。”牛頓在創立微積分時,也廣泛使用對數。他對數函數的導數進行了深入研究,發現
d(log
x)dx
=
1x,這一結果成為微積分理論的重要基石。
此外,牛頓在《自然哲學的數學原理》中多次使用對數來處理天體引力計算。lg的普及,也催生了計算工具的革新。1620年,埃德蒙·甘特(edmund
gunter)發明了對數尺,而威廉·奧特雷德(william
oughtred)在此基礎上發明了滑尺(slide
rule)。