如同你想象的那样,400 年前,
在一望无际的大海上航行,
是件十分困难的事。
风和海浪把船往前推、
也会往后拉,
所以水手需要借由出航前的方向感,
尝试精准地记录
船的方向和航行距离。
这个过程被称做航位推算
(直译:死亡估计)。
因为半度的误差都会导致和小岛擦身而过,
尽管这小岛就在地平线另一端而已。
这是很容易犯的错误。
所幸,有三样发明
让现代航海变为可能。
六分仪、时钟、以及
能提供快速简单算法的数学理论。
三者都很重要。没有正确的工具,
水手们就会对太远的航行感到望而生畏。
John Bird,一位伦敦的工具制造者,
制造了第一个可以在白天
测量太阳仰角的仪器,
叫做六分仪。
知道这个仰角很重要,可以将它与
同时间在英国观察到的太阳仰角进行比较。
比较的结果对定位
船只所在的经度有着至关重要的作用。
接着时钟问世了。
1761年时,John Harrison,一位英国的
时钟制造者以及木匠,
建造了一具在海上也能
保持时间精准的时钟。
这个就算在船只左右颠簸的恶劣环境下、
也能维持正确时间的定时器,
对于知道何时返航回英国十分必要。
但有一个隐忧:
因为这样的定时器是手工制造的,
所以非常昂贵。
因此,为了节省开销,月象观测配合
大量计算就成了常见的替代方案。
利用计算来判断船所在的位置,
要花上好几小时。
然而在水手们学会利用六分仪和时钟
来判断方位之前,它们并没有太大用处。
所幸,在十七世纪,一位业余数学家
补足了那些缺陷。
John Napier 在他位于苏格兰的城堡中
钻研 20 余年,发展了“对数”这个计算工具。
Napier 关于对数的想法涉及
自然对数 e 的倒数和 10 的7次方这个常数。
代数在十七世纪并还没有得到完全发展,
而 Napier 的对数代入 1 时,
并不等于 0。
这使得它的计算,
比起以10为底的对数麻烦许多。
Henry Briggs,一位伦敦格雷沙姆学院
有名的数学家,
读了 Napier 在 1614 年的著作后,来年就
不远千里地到爱丁堡拜访 Napier。
Briggs 毫无征兆地出现在 Napier 的城堡门口,
然后建议他将原本的底数
换成较简单的数字。
他们一致认为以10为底、
并将 log(1) 设为 0
会大大简化日常所需的计算。
这就是我们今日所熟知的 Briggs 常用对数。
一直到二十世纪
发展出电子计算器之前,
所有涉及大小数字的乘法、除法、
指数以及根号这些运算
都离不开对数。
对数的历史并不只是一堂数学课。
有许多人对成功的航海技术
做出了贡献。
工具制造者、天文学家、数学家、
当然,还有水手们。
创造力并不只是在
自己的领域内不断深入,
也应该是不同领域之间的相辅相成。