Glimt fra matematikkens historie - Matematikkforlaget
Glimt fra matematikkens historie - Matematikkforlaget
Glimt fra matematikkens historie - Matematikkforlaget
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Kapittel 37<br />
ARVEN FRA PYTAGORAS<br />
<strong>Glimt</strong> <strong>fra</strong> <strong>matematikkens</strong> <strong>historie</strong><br />
Etter det første tusenårsskiftet begynte Europa å "våkne opp" etter en periode som ofte blir kalt<br />
"de mørke århundrene". Parallelt med denne oppvåkningen vokste interessen for fortiden. I et<br />
forsøk på å finne seg selv i en historisk sammenheng begynte en å studere det som hadde skjedd<br />
i Hellas i hundreårene før Kristi fødsel. En studerte gresk <strong>historie</strong>, gresk mytologi, og en leste<br />
det som var skrevet av og om greske statsmenn, filosofer og vitenskapsmenn. Dette slo så godt<br />
an at det, sammen med arven etter romerne, kom til å danne utgangspunktet for utviklingen av<br />
det nye Europa. Dermed ble den gamle greske matematikken også utgangspunktet for vår<br />
matematikk. Først i nyere tid er vi blitt oppmerksomme på andre typer matematikk som andre<br />
kulturer hadde utviklet.<br />
Fordi dagens matematikk er en ren videreutvikling av det en klarte å finne ut om den gamle<br />
greske matematikken, er det enkelt å si hvor og når det hele startet. Ikke nok med det, vi kan<br />
faktisk ta og føle på "vår matematikks vugge" den dag i dag. Det er restene av Hera-tempelet<br />
som ble bygd i det sjette århundret f.Kr. på den greske øya Samos. Sjefen for de greske gudene<br />
het Zeus, og tempelet ble bygd til ære for kona hans. Hun het Hera.<br />
På denne øya ble stamfaren til vår matematikk født i året 569 f.Kr. Han het<br />
Pytagoras. Kanskje inspirert av det religiøse miljøet på øya under<br />
oppveksten, utviklet han en slags religion der tall var nøkkelen til<br />
forståelse av den guddommelige verdensordning. Denne religionen fortalte<br />
om en harmonisk matematisk verdensordning der alt kunne telles. Det en<br />
så, hørte, luktet osv., bestod av så og så mange eller så og så mye av et<br />
eller annet, det fantes enheter for alt. Ved å studere tall fikk en større<br />
innsikt, og en kom dermed nærmere guddommen. Dette studiet kunne<br />
teoretisk drives så langt at en selv ble guddommelig.<br />
Pytagoras sin heltallsreligion var kanskje også starten på den utviklingen som har resultert i vår<br />
vestlige musikk. Med tall som utgangspunkt utviklet Pytagoras en harmonilære som stemmer<br />
bra med de harmoniene som har slått an hos oss. Utgangspunktet var at dersom en delte en<br />
streng i like lange stykker, dvs. et heltallig antall like lange strenger, og spilte på en av de<br />
kortere strengene, så ville den gi en tone som passet sammen med den tonen som den<br />
opprinnelige strengen hadde gitt. Egentlig mente han vel at det var guddommen som hadde gjort<br />
at det var slik.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 676
Tallreligionen til Pytagoras baserte seg ikke bare på tro. Påstander om at noe av det vi sanser<br />
rundt oss, kan forklares som tallforhold, måtte begrunnes eller bevises.<br />
Som det første matematiske beviset regner vi gjerne et<br />
som forteller noe om alle rettvinklete trekanter, uansett<br />
størrelse. Det slår fast at når vi ser en rettvinklet trekant,<br />
kan vi være sikre på at kvadratet av hypotenusen er lik<br />
summen av kvadratene av de to katetene.<br />
Et par av de kildene vi hadde tilgang til da vi skulle sette oss inn i den gamle greske<br />
matematikken, antyder at det var Pytagoras som oppdaget og beviste dette. I dag kaller vi<br />
matematiske forhold eller påstander som er bevist, for teorem eller setninger. Forholdet foran<br />
kalles derfor Pytagoras’ setning. I dag vet vi at andre kulturer hadde kjent det lenge før.<br />
Pytagoras innførte bevis som et krav i matematikken, men det slo tilbake. Et bevis må godtas<br />
enten en liker det eller ikke. Et bevis som virker harmløst på oss, fikk det religiøse byggverket<br />
til Pytagoras til å ryste i grunnvollene. Vi tar oss tid til å se på beviset, det gir deg ekstra trening<br />
i å følge algebraiske resonnement:<br />
Problemet startet med følgende "uskyldige" lille<br />
rettvinklete trekant:<br />
Ifølge Pytagoras’ setning må kvadratet av hypotenusen være 1 2 + 1 2 .<br />
Den pytagoreiske religionen fortalte om en verden der alle forhold skulle kunne uttrykkes med<br />
hele tall. Brøker passer også inn her, brøker er bare en måte å skifte målenhet på. Sju femdeler<br />
angir for eksempel at vi har delt én enhet i fem, og at vi har sju av den nye enheten. Fordi hver<br />
av katetene hadde lengde 1, og fordi hypotenusen var lengre, men ikke dobbelt så lang, måtte<br />
den enheten som hypotenusen skulle kunne måles med, være mindre, kanskje femdeler.<br />
Lengden av hypotenusen skulle være et visst antall av denne mindre enheten, "på øyemål"<br />
kunne en forvente noe i nærheten av sju femdeler.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 677
La oss prøve å finne denne brøken. I første omgang kaller vi telleren a og nevneren b<br />
og forutsetter at brøken er forkortet så mye som mulig.<br />
Det gir følgende lengder på sidene i trekanten:<br />
Ifølge Pytagoras’ setning må følgende gjelde:<br />
a<br />
( )<br />
b<br />
a<br />
( )<br />
b<br />
2<br />
2<br />
= 1<br />
2 =<br />
2<br />
+ 1<br />
= 1 + 1 = 2<br />
Kvadratet av brøken a på b skal altså være lik 2:<br />
2<br />
a 2 a a a ⋅ a<br />
Vi prøver oss <strong>fra</strong>m: ( ) = ⋅ = = 2<br />
b b b b ⋅ b<br />
a ⋅ a<br />
Hvis brøken skal være lik 2, må telleren være dobbelt så stor som nevneren, og brøken<br />
b ⋅ b<br />
a<br />
må kunne forkortes. Men vi har forutsatt at brøken er forkortet så mye som mulig på<br />
b<br />
a ⋅ a a a<br />
forhånd. Den kan ikke forkortes mer. Da kan heller ikke brøken ( = ⋅ ) forkortes.<br />
b ⋅ b b b<br />
Konklusjonen må derfor bli at lengden på denne hypotenusen ikke kan skrives som en brøk.<br />
Det må derfor finnes en type tall som ikke kan skrives på brøkform.<br />
Dette forvirret Pytagoras og medarbeiderne hans. Når så matematikken for dem også var<br />
religion, skapte dette en krise. De hadde ingen forklaring og reagerte med en slags panisk<br />
proteksjonisme. Inntil religionen kunne tilpasses den nye oppdagelsen, forsøkte de å holde<br />
oppdagelsen hemmelig. Det klarte de selvfølgelig ikke, og de klarte heller ikke å få orden på<br />
religionen sin.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 678
I dag kaller vi tall som ikke kan skrives på brøkform, for irrasjonale tall. Hvis vi skulle skrive<br />
dem som desimalbrøk, ville vi aldri bli ferdige, de har uendelig mange desimaler. Det mest<br />
berømte irrasjonale tallet er tallet π (pi), som forteller hvor mange ganger diameteren i en sirkel<br />
kan legges langs sirkelbuen. Tallet i eksemplet foran, lengden på hypotenusen, er tallet 2 ,<br />
som vi leser "kvadratrota av to".<br />
Grekerne visste at det fantes noen merkelige tall, de vi i dag kaller irrasjonale, men de ville så<br />
gjerne at verden skulle kunne forklares med hele tall. Derfor prøvde de, så godt det lot seg<br />
gjøre, å forklare den slik. Tankegangen til Pytagoras hadde slått rot. Det er en hovedgrunn til at<br />
grekerne brukte passer, linjal og linjealgebra i stedet for bokstavalgebra. En linje kan ha en<br />
hvilken som helst lengde. Men uansett hvilken målenhet vi velger, får vi problem med å tallfeste<br />
noen lengder. Skifter vi målenhet, får vi problem med andre lengder. Dette var uforståelig for<br />
grekerne, de valgte en defensiv holdning og prøvde å styre unna irrasjonale størrelser ved å<br />
bruke linjealgebra.<br />
Rundt år 300 f.Kr. oppsummerte og systematiserte grekeren<br />
Euklid utviklingen til da i boka Elementer. Det er i<br />
hovedsak denne boka som har formidlet den gamle greske<br />
matematikken til oss. For å få satt alt i system tok Euklid<br />
utgangspunkt i det beviskravet som Pytagoras hadde innført.<br />
Deretter fant han <strong>fra</strong>m til et passende utvalg grunnpåstander<br />
(ti stykker) som var slik at alt av datidens matematikk kunne<br />
utledes (bevises) <strong>fra</strong> dem. Dermed innførte han det vi i dag<br />
kaller aksiom. Et aksiom var for Euklid en påstand som var<br />
så selvinnlysende at det ikke var nødvendig å bevise den.<br />
Dermed kunne alle enes om utgangspunktet, og det som ble<br />
bevist ut <strong>fra</strong> det, måtte være sant.<br />
I dag har vi et litt annet forhold til aksiomer. Vi stoler ikke så mye på oss selv at vi vil gjøre oss<br />
til dommere over hva som er sant og hva som er usant. Når nye grener av matematikken skal<br />
utvikles, prøver vi oss <strong>fra</strong>m med å ta utgangspunkt i et tilsynelatende passende utvalg aksiomer.<br />
Hvis den matematikken som kan utledes <strong>fra</strong> dem virker interessant, og spesielt dersom den kan<br />
anvendes til noe praktisk, så er den enn så lenge god matematikk.<br />
Det er blant annet en kritisk undersøkelse av matematikken til Euklid som har fått oss til å være<br />
varsomme med å slå fast at noe er sant. Euklid beviser for eksempel at summen av vinklene i en<br />
trekant er 180°, og det virker sant. Men hvis vi tar hensyn til at Jorda er en kule, så kan vi si at<br />
det er galt. Summen av vinklene i en trekant på en kule, er større enn 180°.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 679
Denne "vær varsom"-holdningen er en av grunnene til at<br />
bildene til den nå avdøde billedkunstneren Maurits C. Escher<br />
er populære hos matematikerne. Mange av bildene hans<br />
understreker på en humoristisk måte at selv om noe ved første<br />
øyekast virker logisk og sant, så holder det kanskje ikke<br />
likevel. Her er ett av dem:<br />
Euklid samlet den klassiske greske matematikken i boka Elementer rundt år 300 f.Kr., og det<br />
var på høy tid. Den greske matematiske<br />
blomstringstiden skulle snart ta slutt. Vi regner<br />
Arkimedes som den siste av de store greske<br />
matematikerne. Han levde <strong>fra</strong> år 287 f.Kr til år 212 f.Kr.<br />
Sett med våre øyne og i et historisk perspektiv var den<br />
greske matematiske aktiviteten <strong>fra</strong> Pytagoras til<br />
Arkimedes i stor grad et lokalt fenomen. Årsaken har<br />
blant annet med holdning å gjøre. Grekerne så på<br />
matematikken som en slags filosofi, den var bare for<br />
tanken. De la stort sett lite vekt på å finne ut og forklare<br />
hva den kunne brukes til rent praktisk. Et unntak var<br />
Arkimedes. Han var både teoretiker og praktiker, men<br />
selv ikke Arkimedes kunne endre det bildet grekerne<br />
selv hadde gitt av matematikken som ren tenkelek. De<br />
fleste andre syntes det var fint at grekerne tok seg av<br />
filosofien, men selv var de mer opptatt av praktisk<br />
nytteverdi. Det var også den romerske kulturen som<br />
etter hvert overtok mer og mer. Fordi den greske<br />
matematikken ble sett på som en del av filosofien, ofret<br />
romerne den liten oppmerksomhet. Dermed var det en<br />
stor fare for at den greske matematikken skulle gå tapt<br />
for ettertiden, men i det nære Østen skjedde det noe som skulle få stor betydning på mange<br />
områder, også for matematikken.<br />
I år 630 erobret Muhammed Mekka. Hans ideer om hvordan mennesker skal tenke og oppføre<br />
seg, som han mente å ha fått <strong>fra</strong> Gud (Allah), er oppsummert i boka Koranen. De som vil leve<br />
etter disse reglene, kaller vi muslimer. De muslimske levereglene eller den muslimske lære<br />
kaller vi samlet for islam. Islam slo an i områdene syd og øst for Middelhavet, vi kan si hos<br />
araberne.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 680
Denne læren utviklet seg etter hvert i flere retninger, men de toneangivende retningene satte pris<br />
på kunnskap, og i dette ligger det store for matematikken. De greske matematikkbøkene ble<br />
oversatt til arabisk og brukt. Sett med våre øyne tok araberne vare på den greske matematikken<br />
da det meste av den greske originallitteraturen forsvant. Hvis vi igjen skiller mellom anvendt<br />
matematikk og ren matematikk, kan vi si at araberne videreutviklet den anvendte matematikken<br />
(spesielt navigasjon), men ikke den rene matematikken i vesentlig grad, med ett unntak.<br />
Unntaket er den arabiske matematikeren al-Khuwãrizmi som arbeidet i Bagdad rundt år 800<br />
e.Kr. I en bok som ble mye brukt av ettertiden, forklarte han hvordan ligninger kunne løses med<br />
en metode som han kalte gjenoppbygging. Det arabiske ordet for gjenoppbygging, aljabr, har<br />
gitt oss ordet algebra. al-Khuwãrizmi har indirekte gitt oss enda et ord. Fra navnet hans har vi<br />
utledet ordet algoritme.<br />
al-Khuwãrizmi skrev tall på en ny måte. I stedet for den tungvinte greske måten brukte han<br />
indiske siffer. På tolvhundretallet gjorde italieneren Fibonacci det samme for å ha et bedre<br />
tallsystem enn det romerske. På femtenhundretallet forenklet den tyske perspektivmaleren<br />
Albrecht Dürer skrivemåten for disse indiske sifrene, og det er dette forslaget (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,<br />
7, 8 og 9) vi bruker i dag.<br />
Mange kilder forteller oss at våre siffer har indisk opprinnelse. En engelsk matematikkbok som<br />
kom ut i det fjortende århundret, sier det slik:<br />
|| forthermore ye most vndirstonde that in this craft ben vsed teen figurys, as here bene writen<br />
for esampul … in the quych we vse teen figurys of Inde.<br />
Questio. || why teen fyguris of Inde? Solucio. For as I have sayd afore thei were fonde fyrst in<br />
Inde.<br />
Den arabiske kulturen spredte seg langs sydkysten av Middelhavet og nådde Spania før<br />
tusenårsskiftet. Der skjedde det noe interessant som vi kan ta lærdom av i dag. Forskjellige<br />
grupper, deriblant muslimer og kristne, levde og arbeidet sammen i et stort sett harmonisk<br />
fellesskap. Derfor ble Spania, og spesielt byen Toledo, en viktig kanal for formidling av den<br />
klassiske greske litteraturen til det nye Europa.<br />
Euklids bok Elementer ble oversatt <strong>fra</strong> arabisk, og den ble etter hvert Boka med stor B i<br />
matematikken. Matematikk var i lang tid ensbetydende med innholdet i Elementer. Den<br />
allmenne holdningen var også i hovedsak slik at alt som kom <strong>fra</strong> det<br />
klassiske Hellas, var bra og udiskutabelt. Det var også det bildet av universet<br />
som grekeren Ptolemaios hadde gitt rundt år 150 e.Kr. Ifølge han stod Jorda<br />
i sentrum. Sola og Månen var planeter på lik linje med de andre planetene,<br />
og alle kretset i perfekte sirkelbaner rundt Jorda. Jorda stod stille i sentrum<br />
av universet, Jorda var universets sentrum. Bokstavelig talt alt dreide seg om<br />
den eller kanskje heller om oss.<br />
Fordi astronomien fikk stor betydning for den videre utviklingen av matematikken, skal vi vie<br />
den oppmerksomhet her.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 681
Ptolemaios sitt bilde av universet, med Jorda i sentrum, ble godtatt uten innvendinger, ideen<br />
kom jo <strong>fra</strong> det klassiske Hellas. Kirken likte også dette universet med Jorda og menneskene<br />
(skapt i Guds bilde) i sentrum, og dermed ble det samtidig farlig å mene noe annet.<br />
Inkvisisjonen, en kirkelig domstol, kunne idømme strenge straffer for kjetteri, dvs. å mene noe<br />
annet enn det kirken sa var rett. Tortur ble brukt for å tvinge <strong>fra</strong>m tilståelser, og etter tilståelse<br />
var brenning på bål en vanlig dom.<br />
Polakken Nicolaus Copernicus (1473–1543) likte også Ptolemaios sitt bilde<br />
av universet, men han fant at observasjonene ble lettere å forklare hvis Sola<br />
ble plassert i sentrum. Kanskje Ptolemaios tok feil. Men det torde han ikke si,<br />
ikke før han lå for døden, sytti år gammel. Da publiserte han ideene sine i<br />
boka "De Revolutionibus Orbium Coelestium" (Om det himmelske kretsløps<br />
omdreininger). Reformatoren Martin Luther skal ha kommentert boka slik:<br />
”Denne idioten prøver å snu opp-ned på hele den astronomiske vitenskap”.<br />
Tyskeren Johannes Kepler (1571–1630) videreutviklet ideene til Copernicus. I<br />
stedet for sirkelbaner foreslo han at planetene gikk rundt Sola i elliptiske baner.<br />
Det gav enda bedre overensstemmelse med observasjonene. Den norske dikteren<br />
André Bjerke (1918–1985) har en versjon av hvordan Kepler fant at<br />
planetbanene var elliptiske. Den kan du lese om i diktet ”Kepler og Marsbanen”.<br />
Kepler hadde tilgang til mange og meget pålitelige observasjoner. Årsaken til<br />
det var at Kepler, etter en del om og men, fikk tilgang til notatene til en av hans læremestere,<br />
dansken Tycho Brahe. Fordi Brahe var skandinav, og fordi hans liv på mange måter var et<br />
eventyr, skal vi gi ham litt ekstra stor plass her.<br />
Tycho Brahe ble i 1546 født inn i en rik adelsfamilie i Skåne, som på den tiden<br />
var en del av Danmark. I Ystad kan vi i dag besøke den skolestua der han var<br />
elev i gutteårene. Tycho ble sendt til Tyskland for å studere jus, men det ble det<br />
ikke noe av. Astronomi fascinerte ham, og astronom ville han være. I 1572 ble<br />
han “verdensberømt” da han oppdaget en ny stjerne, en supernova, i stjernebildet<br />
Cassiopeia. Han vurderte å bosette seg i utlandet, men danskekongen Fredrik 2.<br />
ville at denne berømte vitenskapsmannen skulle arbeide i hjemlandet. Derfor tilbød kongen han<br />
øya Ven, som ligger utenfor den i dag svenske byen Landskrona (hvis du kjenner Evert Taubes<br />
vise “Flickan från Backafall”, vet du kanskje at “flickan” bodde på Ven). Dette var et tilbud<br />
Tycho ikke kunne avslå, han aksepterte det og flyttet til øya. Der bygde han et observatorium<br />
som han kalte Uranienborg, og senere et bedre som han kalte Stjerneborg. Enormt mange meget<br />
nøyaktige observasjoner ble gjort i Uranienborg og Stjerneborg, med stadig bedre instrumenter<br />
som Tycho selv konstruerte. For å publisere teoriene sine etablerte han papirproduksjon og et<br />
trykkeri på øya. Øya Ven ble et samlingspunkt for tidens ledende vitenskapsmenn, mange<br />
besøkte Tycho der for å diskutere med han og lære av han.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 682
Tycho Brahe er i dag ikke så allment kjent som Copernicus og Kepler, men hans innsats blir<br />
husket. En representant for den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA delte æren for en<br />
vellykket romferd med Tycho ved å rulle ut et kart, peke på øya Ven og si: “Here it all started”.<br />
Observasjonene til Tycho bekreftet at Copernicus hadde et godt poeng, observasjonene ble mer<br />
logiske hvis en tenkte seg Sola i sentrum. Men Tycho sa seg likevel ikke helt enig med<br />
Copernicus. Måten han argumenterte på, er interessant psykologisk. Den forteller oss mye om<br />
tidsånden, hvordan folk tenkte på den tiden. Selv om observasjonene stemte godt med<br />
Copernicus sitt verdensbilde med Sola i sentrum og planetene, inklusive Jorda, i bane rundt<br />
Sola, så kunne det ikke være slik, det var for lite guddommelig. Mennesket er skapt i Guds<br />
bilde, og da kan det ikke være plassert på en planet som har en så lite <strong>fra</strong>mtredende plass i<br />
universet (lignende argument ble brukt mot Charles Darwins bok, “Artenes opprinnelse” (“On<br />
the Origin of Species by Means of Natural Selection”) da den kom ut over 250 år senere, i<br />
1859). Tycho foreslo et slags kompromiss. Sola og Månen kretset rundt Jorda. De andre<br />
planetene var en slags måner til Sola og kretset rundt den.<br />
Tycho Brahe fikk dyrke sin vitenskap uforstyrret på Ven så lenge Fredrik 2. levde, men da<br />
Kristian 4. overtok kongemakten, fikk Tycho problemer. Kristian 4. likte ikke den måten Tycho<br />
“regjerte” øya Ven på. Tycho var en hard herre for bøndene på øya, og han vanskjøttet øyas<br />
faste installasjoner, deriblant et viktig fyr. Konflikten tilspisset seg, og Tycho forlot Ven i 1597.<br />
Etter en tid slo han seg ned i Praha der han ble personlig astronom for keiseren. Han fikk gode<br />
arbeidsforhold og de assistentene han ville ha. En av dem var Johannes Kepler som, i likhet med<br />
de andre assistentene, fikk et begrenset innsyn i det store observasjonsmateriale Tycho hadde<br />
samlet. Samarbeidet med Kepler ble ikke langvarig, i året 1601 døde Tycho Brahe etter at han<br />
måtte forlate en middag på grunn av magesmerter. Før vi forlater Tycho Brahe, tar vi med at han<br />
hele sitt voksne liv hadde en sølvplate montert på neseryggen for å skjule skadene etter en duell<br />
i ungdomsårene.<br />
Etter Tychos død fikk Kepler tilgang til alle observasjonene Tycho hadde gjort. Han studerte<br />
dem nøye og konkluderte med at de planetene som da var kjent, Merkur, Venus, Jorda, Mars,<br />
Jupiter og Saturn, gikk i ellipseformede baner rundt Sola.<br />
Italieneren Galileo Galilei (1564–1642) var enig med Copernicus i at<br />
Sola stod i sentrum, og med Kepler i at planetene beveget seg i<br />
elliptiske baner. Galilei var berømt, anerkjent, selvsikker og frittalende,<br />
og det han skrev og sa, ble lagt merke til. Han var også en dyktig<br />
praktiker og konstruerte stjernekikkerter som bidrog til å<br />
sannsynliggjøre teoriene. Kirken følte at den måtte reagere. I 1633, 69<br />
år gammel, ble han brakt til et torturkammer, men <strong>historie</strong>n kjenner<br />
ikke til hva som foregikk der. Vi tror at han bare ble truet med at<br />
instrumentene ville bli brukt på ham dersom han ikke fornektet det<br />
universet som Copernicus hadde foreslått. Han skrev under på at Jorda stod stille i sentrum av<br />
universet, men <strong>historie</strong>n kan (selvfølgelig) også fortelle at de som stod nærmest, såvidt kunne<br />
høre ham si "e pur si muove" (men den beveger seg nå likevel).<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 683
Ptolemaios, Copernicus, Kepler, Brahe og Galilei kunne bruke<br />
matematikk som grekeren Apollonius (ca. 262 f.Kr. – ca. 190 f.Kr.)<br />
publiserte i boka ”Kjeglesnitt” (engelsk ”On conics”). Der forklarte<br />
Apollonius hvordan en kunne gjøre beregninger med forskjellige<br />
typer kurver ved å la kjegler bli snittet av en plan flate.<br />
Ved å endre plasseringen av snittflaten kan vi få <strong>fra</strong>m sirkler,<br />
ellipser, parabler og hyperbler.<br />
Galilei brukte også observasjoner og Apollonius’ matematikk til å begrunne at et objekt som blir<br />
kastet eller skutt ut, vil følge en parabelbane.<br />
På jorda er dette bare tilnærmet sant for tunge gjenstander. På månen vil det være sant for alle<br />
typer gjenstander. Hvorfor?<br />
Copernicus, Kepler og Galilei fikk problemer da de rokket ved etablerte ”sannheter”. I dag<br />
stiller en del fysikere seg kritiske til tolkningen av den rødforskyvingen vi registrerer når vi<br />
observerer fjerne himmellegemer og til teorien om Big Bang. Noen av dem mener at det<br />
hemmer deres karrieremuligheter.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 684
Kirkens sterke stilling på kontinentet på sekstenhundretallet bidro til å flytte begivenhetenes<br />
sentrum nordover, og nå nærmer vi oss startskuddet for <strong>matematikkens</strong> neste blomstringstid.<br />
Scenen er England, og alt er klart for en av tidenes betydeligste forestillinger. Hovedrolleinnehaveren<br />
heter Isaac Newton. Han ble født i året 1642, det samme året som Galilei døde.<br />
Isaac Newton satte på en elegant måte sammen det puslespillet som blant<br />
andre Copernicus, Brahe, Kepler og Galilei hadde levert biter til. Bitene<br />
ble "limt" sammen av en ny type matematikk som han, inspirert av den<br />
<strong>fra</strong>nske matematikeren Pierre Fermat, utviklet for anledningen. Det er<br />
denne matematikken vi i dag kaller derivasjon og integrasjon.<br />
Newton var også en religiøs tenker. På nettet kan du finne mye om det. Her forteller vi deg at<br />
noen kilder mener at han så på Skaperen som den som ”sparket” det hele i gang, og at han var<br />
den privilegerte som fant de fysiske lovene Skaperen (”the Grand Architect”) hadde bestemt at<br />
Universet skulle følge.<br />
Som matematiker og fysiker var Isaac Newton en gigant, men det å være menneske taklet han<br />
ikke bedre enn de fleste andre, kanskje heller dårligere. En berømt uttalelse "Hypothesis non<br />
fingo" (Jeg lager ingen hypoteser) forteller oss mye om ham. Han presenterte ikke teorier om<br />
universet, men endelige sannheter, trodde han. Et annet sitat, "Hvis jeg har kunnet se lenger enn<br />
andre, er det fordi jeg har kunnet stå på skuldrene til kjemper," forteller oss at Newton også<br />
kunne være ydmyk, men da kanskje spesielt hvis det lå en slags storhet i å være det.<br />
Newton kom lett på kant med kolleger. Berømt er krangelen mellom han<br />
og den tyske matematikeren Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716) om<br />
hvem av dem som skulle ha æren for den nye matematikken. Krangelen<br />
hemmet kanskje utviklingen av matematikken. Så lenge den pågikk,<br />
hadde matematikkmiljøene på kontinentet og matematikkmiljøene i<br />
England lite kontakt med hverandre.<br />
Ettertiden har kommet til at Newton og Leibniz utviklet den nye matematikken omtrent samtidig<br />
og uavhengig av hverandre. Leibniz bedrev ren matematisk forskning, mens Newton utviklet<br />
den matematikken han trengte for blant annet å begrunne at universet var slik han sa.<br />
Ettertiden husker Newton best, men den terminologien og de symbolene vi bruker, stammer i<br />
hovedsak <strong>fra</strong> Leibniz. Før vi avslutter denne sladre<strong>historie</strong>n, nevner vi, i rettferdighetens navn,<br />
at hovedpersonene ikke deltok så aktivt i krangelen om opphavsretten. Den ble i hovedsak ført<br />
av tilhengerne til henholdsvis Newton og Leibniz.<br />
Newton og Leibniz avfyrte startskuddet for en utvikling, eller rettere flere, som ved å anvende<br />
den nye matematikken forandret verden. Den industrielle revolusjonen er et eksempel. Den rene<br />
matematikken gikk samtidig inn i en ny blomstringstid, og den blomstrer fortsatt.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 685
En matematisk disiplin som opptar matematikere i dag, er <strong>fra</strong>ktal geometri. Mens klassisk<br />
geometri er éndimensjonal, todimensjonal osv., er "dimensjonene" i <strong>fra</strong>ktal geometri ikke<br />
nødvendigvis heltallige. I klassisk geometri blir vi før eller senere ferdige med en figur, men det<br />
er ikke alltid tilfellet i <strong>fra</strong>ktal geometri. Mange <strong>fra</strong>ktalgeometriske "figurer" er mer prosesser<br />
som aldri tar slutt. Under har vi latt et PC-program gi en bildetolkning av et gitt stadium i en<br />
slik prosess:<br />
Vi supplerer bildet med noen tanker <strong>fra</strong> “den <strong>fra</strong>ktale geometriens far”,<br />
polakken Benoit B. Mandelbrot (1924–):<br />
“The boundary between the set of truths and<br />
the set of fantasies is meant to suggest a<br />
randomly meandering coastline which, no<br />
matter how closely you examine it, always has<br />
finer levels of structure and is consequently<br />
impossible to describe exactly in any finite<br />
way”<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 686
Fraktal geometri befinner seg ennå på forskningsstadiet. Deler av denne forskningen kalles også<br />
kaosforskning (en del <strong>fra</strong>ktalgeometriske "figurer" kan virke temmelig kaotiske). I denne<br />
forskningen dukker et par spesielle tall opp såpass ofte at vi mistenker dem for å være to nye<br />
irrasjonale naturkonstanter (slektninger til π). Det er tallene<br />
2,50290787509589284...<br />
4,66920160910299097...<br />
Når vi lar en datamaskin <strong>fra</strong>mstille (tolke) stadier i <strong>fra</strong>ktalgeometriske prosesser som<br />
todimensjonale bilder, blir resultatene ofte overraskende kjente mønstre. Blant disse er det for<br />
eksempel noen som ligner planter, og andre som rett og slett er vakre landskapsbilder. Denne<br />
likheten med verden rundt oss gir forventninger om at <strong>fra</strong>ktal geometri kan bli et nyttig verktøy<br />
i naturfagene. Men ennå er det mange ubesvarte spørsmål, og det inspirerer til mange<br />
forskjellige typer forslag og teorier.<br />
En gruppe blander igjen religion og matematikk (tilbake til Pytagoras). Det at så mange<br />
<strong>fra</strong>ktalgeometriske figurer ligner objekt vi kan observere, sannsynliggjør at skaperen tenker<br />
"<strong>fra</strong>ktalgeometrisk", foreslår "nypytagoreerne".<br />
Andre grupper, noen av dem er kanskje overraskende<br />
store, forsøker på forskjellige måter å løsrive seg <strong>fra</strong> den<br />
newtonske måten å tenke på, og det gjør egentlig <strong>fra</strong>ktal<br />
geometri og kaosteori til noe langt mer enn en ren<br />
matematisk disiplin. Enkelte mener at vi i dag er vitne til<br />
et paradigmeskifte (paradigme betyr måte å tenke på) i<br />
vitenskapen. Den store tyske dikteren Johann Wolfgang<br />
von Goethe (1749–1832), eller rettere den mindre kjente<br />
vitenskapsmannen Goethe, "deltar" faktisk i denne<br />
paradigmedebatten. Goethe likte ikke teoriene til<br />
Newton, de gav et for enkelt bilde av virkeligheten.<br />
Derfor publiserte han en del alternative konkurrerende<br />
teorier, deriblant en fargelære som gjorde farger til noe<br />
mer enn bestemte bølgelengder (Newton brukte<br />
betegnelsen lysarter) hos lys. Denne fargelæren arbeidet<br />
han med i ti år.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 687
Uenigheten med Newton i synet på lys og farger formulerte Goethe slik (vi har supplert med en<br />
engelsk gjendiktning):<br />
Freunde, flieht die dunkle Kammer,<br />
Wo man euch das Licht verzwickt<br />
Und mit kümmerlichstem Jammer<br />
Sich verschroben Bildern bückt.<br />
Abergläubische Verehrer<br />
Gab’s die Jahre her genug.<br />
In den Köpfen eurer Lehrer<br />
Laßt Gespenst und Wahn und Trug.<br />
Wenn der Blick an heitern Tagen<br />
Sich zur Himmelbläue lenkt,<br />
Beim Sirok der Sonnenwagen<br />
Purpurrot sich niedersenkt:<br />
Da gebt der Natur die Ehre,<br />
Froh, an Aug’ und Herz gesund,<br />
Und erkennt der Farbenlehre<br />
Allgemeinen ewigen Grund.<br />
Friends, escape the dark enclosure,<br />
where they tear the light apart<br />
and in wreched bleak exposure<br />
twist, and cripple Natur’s heart.<br />
Superstitions and confusions<br />
are with us since ancient times–<br />
leave the specters and delusions<br />
in the heads of narrow minds.<br />
When you turn your eyes to heaven<br />
skyward to the azure flow,<br />
when at dusk the Sun is driven<br />
down in crimson fireglow<br />
Then in Nature’s deepest kernel<br />
healthy, glad of the heart and sight<br />
you perceive the great eternal<br />
essence of chromatic light.<br />
Det at Goethe ikke var enig med Newton, hadde liten eller ingen effekt. Teoriene til Newton var<br />
allerede etablerte "sannheter". En så på Goethes naturvitenskapelige teorier som mer eller<br />
mindre fikse ideer hos en stor forfatter. Noen har i dag et annet syn. Blant de mange teoriene<br />
som presenteres i forbindelse med <strong>fra</strong>ktal geometri og kaosteori, er noen inspirert av<br />
vitenskapsmannen Goethes måte å tenke på.<br />
Men det er også mange som advarer mot å ha store forventninger. De påpeker at kaosteori og<br />
<strong>fra</strong>ktal geometri så langt har forklart lite i naturen, og at det at enkelte <strong>fra</strong>ktalgeometriske figurer<br />
ligner objekt i naturen, ikke nødvendigvis betyr at kaosteori og <strong>fra</strong>ktal geometri kan forklare<br />
hvorfor disse objektene ser ut og oppfører seg som de gjør.<br />
Kanskje vil <strong>fra</strong>ktal geometri vise seg nyttig på områder en ennå ikke har tenkt på. I dag blir det<br />
forsket på å bruke <strong>fra</strong>ktal geometri til å lagre bilder. Det er en forholdsvis ny ide.<br />
Vi avrunder med en skisse som samler kronologisk sentrale personer i en produktiv periode i<br />
fysikkens og <strong>matematikkens</strong> <strong>historie</strong>.<br />
Kapittel 37 – GLIMT FRA MATEMATIKKENS HISTORIE © MATEMATIKKFORLAGET Side 688