數學史上最精彩的發明權紛爭——牛頓與萊布尼茨的微積分戰鬥

高人曾經說過,有人的地方就有江湖,有江湖的地方就必定有爭鬥。

在幾千年人類漫漫科學史上,為了爭奪榮譽發生的巨大爭鬥的時間比比皆是,這裡說的應該是數學史上最精彩的一次紛爭——關於微積分的發明權歸屬。

先說兩位主角——牛頓,萊布尼茨。

數學史上最精彩的發明權紛爭——牛頓與萊布尼茨的微積分戰鬥

現代科學鼻祖 牛頓

艾薩克•牛頓,1643年1月4日出生於英國林肯郡。中學物理課本和數學課本上恐怕隨手幾頁就能看到牛頓的名字出現,他是物理學家,數學家,哲學家,同時應該還兼任神學家,有個評價嚇死人,牛頓是“現代科學的開山鼻祖”。這裡單論他在數學的成就,發明了廣義二項式定理及其推廣情形;發明了微積分,這一現代幾乎所有科學領域都離不開的分析工具;研究了許多圖形曲線與代數之間的關係,並且得到冪和公式。

數學史上最精彩的發明權紛爭——牛頓與萊布尼茨的微積分戰鬥

德國科學天才 萊布尼茨

數學史上最精彩的發明權紛爭——牛頓與萊布尼茨的微積分戰鬥

萊布尼茨的二進制手稿

戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨,1646年7月1日出生在羅馬帝國萊比錫,他是德國數學家,物理學家,哲學家,被譽為十七世紀的亞里士多德。他在數學上最主要的功績是與牛頓幾乎同一時期創立了微積分,同時發明了二進制,這一20世紀計算機行業最重要的基本法則。

牛頓與萊布尼茨生活在同一時代,從我們發現牛頓的手稿來看,大約1671年,也就是牛頓在28歲的時候即完成了《流數法和無窮級數》這部書,這本書裡詳細闡述了微分學和積分學的適用場景,不再是通過某種特殊技巧來求解一些特殊的問題,而是將這種方法形成一個統一的標準,也就是從實例上升到理論的階段。使得這樣的方法成為一種通用的工具,於是鑄就了數學史上最偉大的思考結果的誕生。手稿年代大致確定,但是牛頓如此嚴謹,並沒有將自己的此項成果立刻發表,可能是為了鉅著《自然哲學的數學原理》在憋大招。一直到1736年,此書才發表,人們才正式瞭解大約60年前牛頓爵士的工作,而此時牛頓早已去世。

萊布尼茨於1684年發表了關於微分的第一篇論文,這是一篇很長且名字很怪的論文。翻譯過來大概是叫《一種求極大極小和切線的新方法,它也適用於分式和無理量,以及這種新方法的奇妙類型的計算》(說真的,論文誰會起這樣的名字),這是歷史上第一篇公開發表關於微積分的論文。從萊布尼茨起的這樣的名字也可以看出來,萊布尼茨還沒有對論文進行更加深刻的規劃就發表出來了。但是別看這篇僅有6頁的論文,內容也不是特別明確嚴謹,但是卻已經定義了微分符號和微分運算法則,這樣成果的出現毫無疑問是具有劃時代的意義的。1686年,萊布尼茨再接再厲,發表了積分學的論文,定義了現代積分的符號。至此微積分從萊布尼茨這裡最先開始形成一套科學理論,再也不是某些人的專屬技巧了。

很快這項劃時代的發明震驚了數學界,牛頓在1687年出版的鉅著《原理》裡坐不住了,在第一版第二版中均有下面這段話:

數學史上最精彩的發明權紛爭——牛頓與萊布尼茨的微積分戰鬥

自然哲學的數學原理 1687年版

“十年前在我和最傑出的幾何學家萊布尼茨的通信中,我表明我已經知道確定極大值和極小值的方法、作切線的方法以及類似的方法,但我在交換的信件中隱瞞了這方法,……這位最卓越的科學家在回信中寫道,他也發現了一種同樣的方法.他並訴述了他的方法,它與我的方法幾乎沒有什麼不同,除了他的措詞和符號而外。”

很明顯這段話的意思就是,雖然你萊布尼茨先於我發表微積分的論文,但是我的工作時比你早得多的。而且早年,我們也的確有過關於這方面理論的通信記錄,所以,我才是微積分的發明人。

鑑於當時牛頓的名氣如日中天,英國皇家學會的會長,受封爵士。英國人一向對自己極為自負,對於牛頓的盲目崇拜這個時候已經到了最頂峰,所以是一邊倒地站在牛頓一邊。認為萊布尼茨就是抄襲了牛頓的成果,還沒來得及及時消化便匆匆發表,為的就是將這一偉大理論的發明權纜在自己手中。於是一批又一批的英國學者加入了為牛頓爵士力爭的行列中。

1695年英國學者宣稱:微積分的發明權屬於牛頓。1699年又說:牛頓是微積分的“第一發明人”。為此1712年英國皇家學會成立了一個機構,專門調查此案,1713年發佈公告,確認了牛頓是微積分的“第一發明人”。

反觀萊布尼茨,名氣根本不能跟牛頓相比,自然也就少了很多追隨者為了他而去力爭什麼,萊布尼茨晚年的時光也遠不如牛頓,1716年,萊布尼茨去世,據說死後,連一塊像樣的墓碑都沒有,而牛頓在1727年去世時,英國女皇是以國葬規則來對待的,這也是人類歷史上第一個享受國葬規格的科學家。然而,儘管當時並沒有多少人站出來為萊布尼茨撐腰,但是整個歐洲都默認了萊布尼茨發明的微積分,已經作為標準一樣在使用了萊布尼茨發明的更加淺顯易懂的微積分符號了,只有英國仍然固守牛頓的流術數,不肯使用這種簡單易用的符號,這一民族性格上的執拗,也讓英國數學界沉淪了百年之久。

數學史上最精彩的發明權紛爭——牛頓與萊布尼茨的微積分戰鬥

微積分的奠基公式 牛頓萊布尼茨公式

放到現在人們的眼光來看,通常都認為牛頓和萊布尼茨各自獨立發明了微積分,因為並沒有任何直接的證據來證明誰有參考過誰的過程。即使在萊布尼茨發表論文之前與牛頓通信並且交流了彼此的思想,我們也不能斷定,萊布尼茨吸收了牛頓的成果。因為那個年代通信極其困難,一封信的寄出和收到回信短則幾個月,長則一年都是再正常不過了。況且也沒有證據表明牛頓和萊布尼茨見面並且交談過。在那個歲月裡,大部分數學家的成果都是自己的一人的智力結果,很少有與別人合作的成果產生。

分析牛頓,萊布尼茨二人創立微積分的進程。牛頓本質上是一位科學鼻祖式的人物,他的微積分方法主要來自運動分析,並且將一系列求曲線切線,加速度,位移等等歸納到具體的微分求解中來。而萊布尼茨則是從純幾何出發,講曲線的面積,某點的切線,曲線的長度等等歸納到微積分的法則上來。毫無疑問,萊布尼茨的方法更加接近於現代的微積分課程案例的,同時也是最一般的情況,更加接近於純粹理論的本質。而不必帶著運動的思想來理解這門課程。

微積分的發明權之爭已經過去兩百多年,除了英國數學界在將近一百年的時間裡沒有誕生過重要的數學成果以外,很多歐洲國家的數學水平都在突飛猛進發展。這一新興的數學工具解決了很多以往完全沒法求解的問題,人們又通過微積分的哲學思想發展了更加多的領域。如果說牛頓運動定律是近代物理學的鼻祖定律,那麼微積分也是近代數學的開山利器。

其實這場爭鬥對於牛頓還是萊布尼茨來說都是沒有半點名聲上的損失,只是當時的環境註定是要讓民族主義壓倒了科學主義的。而科學本就是沒有國界的。希望以後也永遠不要出現因為民族或者種族的問題而讓一個偉大的科學理論停滯不前的局面發生。


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