读书随笔:莱布尼茨牛顿发明时间(上)

挺难读的,感觉每一页都得回过头来想想,才能弄明白并接续起来,确乎是对思维不间断性和敏锐度的一次测试。

1642年艾萨克·牛顿出生在林肯郡伍尔索斯普的一户农庄里,是个牧场边守着羊群长大的孩子。1645年莱布尼茨出生于莱比锡大学,父亲是大学教授,到8岁时,他几乎就成天呆在父亲的书斋里,沉浸于哲学与宗教书籍中了。

牛顿在牧场里看太阳的时候,8岁的莱布尼茨已经开始自己琢磨怎么读拉丁文原著了。他通过研读书中的图画,来猜测拉丁文字母的意思,就这样不需要通过字典,学会了拉丁文。14岁莱布尼茨就到莱比锡大学开始旁听,同时,牛顿刚刚获得母亲同意,离开牧场前往三一学院开始读书。

17世纪在西欧兴起的钟表热潮,在很大程度上拓展了欧洲人的视野——技术的边界决定了思想的宽度。由一个个小小的齿轮、杠杆等小部件构成的机械,整体上居然能和生命体一样持续地运转下去。

这让人不得不联想起生命的本质,不得不想到整体与部分、组合与集合之间的关系,也不得不想到把部分联合为整体,把简单运动合并为复杂运动的机械逻辑。

伽利略最先提出了摆的构想以及摆长和周期的关系,之后是神父里乔利制作了按一秒(用水钟测出秒摆的摆长)为摆动周期的钟摆,这个神人在6个小时内数摆动次数,得到了21706次这个数字。1642年,还是这个里乔利,居然动用了9个神父帮他一起数数,这次数了一整天24小时,得到了87998次这个数字。

想想这个场景,一群严肃无比的学者,围着一个摆钟,数数。这在同时期的中国是不可能的景象。

莱布尼茨就是在这样的氛围中,开始思考部分怎样构成整体,构成世界的基本单位,由排列组合的数学引发而来的对无限和有限的思考。

就在莱布尼茨和牛顿分别进入大学学习期间,德意志的马德堡市市长冯·格里克孜孜不倦地研究所谓虚空问题,他要找到宇宙所不喜欢的真空。

他从葡萄酒桶开始,一直使用到了铜制桶,最后到我们今天看到的马德堡半球,持续地改进抽取液体和空气的方式,终于认识到了空气能够带来的压力。他的实验方法被波义耳和胡克采用,进一步制造出了真空泵,一个个地实验真空可能带来的奇特效果与体验。

这帮在我们今天看来“吃了饭没事做”的人们,开启了科学精神的第一道口——不要轻信人言,靠自己的实验探索。

1660年,英格兰的议会迎接回了查理二世继续担任国王。这个国王并不励精图治,和他的父亲一样喜好假发、情人和戏剧,与同时期的法国太阳王路易十四形成了鲜明对比。

然而,恰恰是这个“不上道”的国王,才会有心思给这群不务正业的人凑一笔钱,成立了皇家学会,专门给国王做一些有意思的把戏出来。

1664年的牛顿在剑桥三一学院,独自一人面对“精神的荒漠”,他选择了退出同学圈,锁闭到自己的房间。与一个叫约翰·维金斯的同学一起,同室住了二十多年。

从这一年起,他开始研读前沿数学著作,他开始手动操作光线实验,从太阳白色的光中分解出了色彩,并且测算了这些不同颜色光线的折射比率;他开始天马行空地设想石头落地与月球飞行。

荷兰人惠更斯把摆钟继续改进,设计出了擒纵器,让缓慢下坠的重物提供动力。这让他成为了法兰西科学院院长。1672年,莱布尼茨来到了法国,结识了这位恩师。莱布尼茨此时已经26岁,正在考虑设计一台能够进行自动计算的机械计算机,而且,他已经设计出了阶式齿轮方式来表达数字。

牛顿和莱布尼茨在皇家学会受到了礼遇都差不多——被学会秘书长胡克一顿很尅。牛顿是因为设计了反射望远镜,而受到学会邀请,胡克却对他提出的光学理论进行全盘否定,把牛顿打击得够呛。同样,莱布尼茨带着他的计算机构想到了皇家学会,也让胡克斥为毫无用处的机器。

这一申请,就得罪了胡克,胡克认为他也早就发现了弹簧的这一特性。不过胡克作为理论家的特性,使他没有能够及时把想法付诸实施——惠更斯热衷于手工,所以他几乎是一有想法,就会找到钟表匠一起研究如何制作出来。

当然也可见,在学术圈子建立的早期,研究者们对各自研究的保护意识,以及对同行的攻击意识,就已经很浓厚了。

同时期的中国,正在平三藩,大修景陵,工匠们钻研最精巧的墓道和墓门设计。相比研究光速,大型基建工程当然更实用。

是的,反观历史,可以发现,其实中国无论在哪个阶段,在基建工程领域总是领先于世界的,这并非是今天中国才有的成就;基建工程规模就其本质而言,与科学理性和科技程度并没有直接关系,倒是与政治集权程度的关系更为密切。

这恰恰就是施一公在2021年参加完瑞典皇家科学院颁奖之后聊到的,在他很自豪我国已初步实现登月时,一名瑞典科学家对他说,施先生,如果瑞典有中国的经济体量和集中配置资源的模式,我们早就送500个人上月球去了。

庞大规模的工程,只是体量和权力的体现,并不直接代表科技水平和创造力。三千年前就被埃及人建成的金字塔即是明证。

人类社会,终于被一个小小的机器实施了精确控制——工时、效率、作息标准开始进入生活,守时性、可预测性、计划性逐步成为欧洲政治、商业、学术、工业的习惯。

此前,研究π究竟是多少,两千年来大家都使用同一个方法——几何学,所谓割圆术。用越来越多的正多边形对圆进行分割,来获得越来越精确的π。人们希望能在π的某一位上发现规律性。

莱布尼茨跳出了所有前人的藩篱,他使用了纯数学方法,用无穷级数表达出了π——即使用一个公式表达了π,根据这个公式,你可以得到任意精确数位的π。

他的这一发现,在数学的连续统上打开了一个新视野——在任意两点之间,其实有无数的点,可以没有确定的位置,可以一直在两点之间细分和摆动下去。那一点点的变化,被莱布尼茨记成了d——他用来找到曲线的切线,就是曲线上两个点不断接近,距离无限小的点dy/dx。

就这样,他和牛顿都走上了一条探索无限的道路——两个人以惊人的速度跨越了一个世纪的数学。1670-1680年代,在皇家学会很多试图沟通英格兰与大陆之间学术交流的人促进之下,牛顿终于提笔开始给大陆的同行们写信,这是两人之间的首度交流——交流给两个人都带来了格外的惊喜。

THE END
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