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布爾代數:數學和邏輯的結合可以改變世界!——布爾誕辰|科學史上的今天:11/2

三種運算(and、or、not),兩種數值(0、1)。就這樣,沒別的了,這就是英國數學家布爾所建立之全新數學體系的全部,可以將邏輯轉化成可作運算的代數。啥?這不過是種無聊的數學遊戲吧!是的,這就是當時數學界的普遍看法;沒有人預見這看似無用的布爾代數(或稱布林代數)竟會徹底改變人類的生活。

喬治 · 布爾。圖片來源:wikimedia

布爾家境清寒,國小畢業後就沒再受多少正式教育,他的數學知識幾乎都是靠自學而得。或許因為如此,他能見人所不能見,以獨特的角度重新思索亞里斯多德兩千年前就已建立並流傳至今的邏輯法則。他打算將依賴文字的邏輯陳述改為可以用數學符號運算的代數,這個看似充滿野心的龐大計畫,料想應該要用到一大堆的數學符號與運算規則,結果在他1854年發表的解決方案竟然如此簡潔俐落!

布爾將邏輯陳述句的真假分別用1與0代替,然後最基本的運算規則只有八種:

  • 1 and 1 = 1 1 or 1 = 1 not 1 = 0
  • 1 and 0 = 0
  • 0 and 0 = 0
  • 1 or 0 = 1
  • 0 or 0 = 0
  • not 0 = 1

只是對一般人而言,實際應用上總還是以文字敘述,布爾代數這樣的轉換似乎沒有帶來任何用處,因此也就被冷落一旁。而他自己也未因為具有這些數學創見而免於無知迷信的危害。1864年,布爾淋著大雨到學校教課而感冒發燒,回家後他那迷信順勢療法老婆竟繼續往他身上澆了好幾桶水,以致病情加重,最後死於肺炎。

布爾過世七十三年後,布爾代數才終於在當時還是研究生的夏農(Claude Elwood Shannon)招喚之下重生。夏農發現布爾代數恰可用來描述電子迴路與繼電器開關狀態,才促成電子計算機的發明,也才有現今的電腦、手機與各種電器設備。當然,就連軟體與網際網路也都是建立在布爾代數的二進位運算上。

Google於11/2 紀念布爾200歲冥誕之特別首頁。圖片來源:google doodles 2015/11/2

即使布爾本人也絕對料想不到他發明的簡單規則竟在近一世紀後幻化出大千世界,完全改變人類文明。當人們還在懷疑純數學或理論物理有何用處時,或許可以回頭想想這個故事。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。