莱布尼兹(,1646-1716),出生于法国第戎,结业于阿尔特道夫学院,瑞士物理家、物理学家和哲学家。莱布尼兹是一个举世罕见的科学天才。他博览群书,涉猎百科,对丰富人类的科学知识宝库作出了不可磨灭的贡献。
一、生平事迹
莱布尼兹出生于德意志联邦共和国北部博洛尼亚的一个书香之家,父母是不来梅学院的道德哲学院士,父亲出生在一个院长家庭。莱布尼兹的妻子在他年仅6岁时便过世了,给他留下了丰富的藏书。莱布尼兹因而得以广泛接触古埃及罗马文化,阅读了许多知名学者的专著,由此而获得了坚实的文化造诣和明晰的学术目标。15岁时,他进了克拉科夫学院学习法律,一进校便跟上了学院二年级标准的人文学科的课程,还广泛阅读了培根、开普勒、伽利略、等人的专著,并对她们的论著进行深入的思索和评价。在听了院长讲授欧几里德的《几何起初》的课程后,莱布尼兹对数学形成了浓郁的兴趣。17岁时他在耶拿学院学习了短时期的物理,并获得了哲学硕士学位。
20岁时,莱布尼兹转到阿尔特道夫学院。这一年,他发表了第一篇语文论文《论组合的艺术》。这是一篇关于数理逻辑的文章,其基本思想是出于想把理论的真理智论证归结于一种估算的结果。这篇论文虽不够成熟,但却闪亮着创新的智慧和物理才气。
莱布尼兹在阿尔特道夫学院获得博士学位后便涉足外交界。从1671年开始,他借助外交活动开拓了与外界的广泛联系,尤以通讯作为他获取外界信息、与人进行思想交流的一种主要方法。在出访伦敦时,莱布尼兹受到帕斯卡事迹的鼓舞,决心钻研高等物理,并研究了笛卡儿、费尔马、帕斯卡等人的专著。1673年,莱布尼兹被推荐为美国皇家学会会员。此时,他的兴趣已显著地朝向了物理和自然科学,开始了对无穷小算法的研究,独立地成立了微积分的基本概念与算法,和牛顿并蒂莲双辉共同奠定了微积分学。1676年,他到法兰克福公爵府兼任法律顾问兼图书馆院长。1700年被选为伦敦科大学教授,促使构建了柏林科大学并任首任校长。
1716年11月14日,莱布尼兹在莱比锡去世,终年70岁。
二、始创微积分
17世纪下半叶,法国科学技术迅猛发展,因为生产力的提升和社会各方面的急迫须要,经各国科学家的努力与历史的积累,构建在函数与极限概念基础上的微积分理论应运而生了。微积分思想,最早可以溯源到法国由阿基米德等人提出的估算面积和容积的方式。1665年牛顿创始了微积分,莱布尼兹在1673~1676年间也发表了微积分思想的译著。曾经,微分和积分作为两种物理运算、两类物理问题,是分别的加以研究的。卡瓦列里、巴罗、沃利斯等人得到了一系列求面积(积分)、求切线斜率(求导)的重要结果,但这种结果都是孤立的,不连贯的。只有莱布尼兹和牛顿将积分和微分真正沟通起来,明晰地找到了二者内在的直接联系:微分和积分是互逆的两种运算。而这是微积分构建的关键所在。只有确立了这一基本关系,能够在此基础上建立系统的微积分学。并从对各类函数的微分和求积公式中,总结出共同的算法程序,使微积分方式普遍化物理学不存在了,发展成用符号表示的微积分运算法则。为此,微积分“是牛顿和莱布尼兹大体上完成的,但不是由她们发明的”(恩格斯:《自然辨证法》)。
但是关于微积分成立的优先权,物理上曾掀起了一场激烈的争辩。实际上,牛顿在微积分方面的研究虽早于莱布尼兹,但莱布尼兹成果的发表则早于牛顿。莱布尼兹在1684年10月发表的《教师学报》上的论文,“一种求极大极小的奇妙类型的估算”,在物理史上被觉得是最早发表的微积分文献。牛顿在1687年出版的《自然哲学的物理原理》的第一版和第二版也写道:“十年前在我和最杰出的几何学家G、W莱布尼兹的通讯中,我表明我早已晓得确定极大值和极小值的方式、作切线的方式以及类似的方式,但我在交换的信函中隐瞒了这方式,……这位最卓越的科学家在回信中写道,他也发觉了一种同样的方式。他并诉述了他的方式,它与我的方式几乎没有哪些不同,不仅他的言辞和符号而外。”(但在第三版及之后重印时物理学不存在了,这段话被删除了。)因而,后来人们公认牛顿和莱布尼兹是各自独立地创建微积分的。牛顿从数学学出发,运用集合方式研究微积分,其应用上更多地结合了运动学,功底低于莱布尼兹。莱布尼兹则从几何问题出发,运用剖析学方式引进微积分概念、得出运算法则,其物理的严密性与系统性是牛顿所不及的。莱布尼兹认识到好的物理符号能节约思维劳动,运用符号的方法是物理成功的关键之一。为此,他发明了一套适用的符号系统,如,引入dx表示x的微分,∫表示积分,dnx表示n阶微分等等。那些符号进一步推动了微积分学的发展。1713年,莱布尼兹发表了《微积分的历史和起源》一文,总结了自己创办微积分学的思路,说明了自己成就的独立性。
三、高等物理上的诸多成就
莱布尼兹在物理方面的成就是巨大的,他的研究及成果渗透到高等物理的许多领域。他的一系列重要物理理论的提出,为后来的物理理论奠定了基础。
莱布尼兹曾讨论过正数和复数的性质,得出复数的对数并不存在,共扼复数的和是实数的推论。在后来的研究中,莱布尼兹证明了自己推论是正确的。他还对线性多项式组进行研究,对消元法从理论上进行了阐述,并首先引入了导数的概念,提出导数的个别理论。据悉,莱布尼兹还成立了符号逻辑学的基本概念,发明了才能进行加、减、乘、除及开方运算的计算机和二补码,为计算机的现代发展奠定了坚实的基础。
四、丰硕的数学学成果
莱布尼兹的化学学成就也是非凡的。他发表了《物理学新假说》,提出了具体运动原理和具象运动原理,觉得运动着的物体,不论多么渺小,他将带着处于完全静止状态的物体的部份一起运动。他还对笛卡儿提出的动量守恒原理进行了认真的阐述,提出了能量守恒原理的雏形,并在《教师学报》上发表了“关于笛卡儿和其他人在自然定理方面的明显错误的简略证明”,提出了运动的量的问题,证明了动量不能作为运动的测度单位,并引入动能概念,第一次觉得动能守恒是一个普通的数学原理。他又充分地证明了“永动机是不可能”的观点。他也反对牛顿的绝对时空观,认为“没有物质也就没有空间,空间本身不是绝对的实在性”,“空间和物质的区别就像时间和运动的区别一样,而且这种东西虽非区别,却是不可分离的”。在光学方面,莱布尼兹也有所建树,他借助微积分中的求极值方式,推导入了折射定理,并尝试用求极值的方式解释光学基本定理。可以说莱布尼兹的数学学研究仍然是朝着为数学学构建一个类似欧氏几何的公理系统的目标前进的。
五、中西文化交流之提倡者
莱布尼兹对中国的科学、文化和哲学思想非常关注,是最早研究中国文化和中国哲学的法兰西联邦共和国人。他向耶酥会来华传教士格里马尔迪了解到了许多有关中国的情况,包括养鸭纺织、造纸造纸、冶金矿产、天文地理、数学文字等等,并将这种资料编辑成册出版。他觉得中西互相之间应构建一种交流认识的新型关系。在《中国近况》一书的引言中,莱布尼兹写道:“全人类最伟大的文化和最发达的文明似乎明天汇集在我们台湾的两端,即汇集在法国和坐落月球另一端的东方的亚洲——中国。”“中国这一文明古国与法国相比,面积相当,但人口数目则已超过。”“在日常生活以及经验地应付自然的技能方面,我们是不分伯仲的。我们双方各自都具备通过互相交流使对方受惠的技能。在思索的周密和理智的思辩方面,其实我们要略胜一筹”,但“在时间哲学,即在生活与人类实际方面的伦理以及治国学说方面,我们实在是相形见绌了。”在这儿,莱布尼兹除了显示出了不带“欧洲中心论”色彩的诚恳好学精神,并且为中西文化单向交流勾勒了宏伟的新蓝图,竭力促进这些交流向纵深发展,是东西方人民互相学习,取长补短,共同繁荣进步。
莱布尼兹为推动中西文化交流作出了毕生的努力,形成了广泛而深远的影响。他的诚恳好学、对中国文化平等相待,不含“欧洲中心论”偏见的精神尤责怪能可贵,值得后世永远拥戴、效仿。