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戈特弗里德·威廉·莱布尼茨

德国数学家、哲学家,独立创立微积分,并对逻辑学、形而上学、力学和二进制算术作出贡献。

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戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(1646年7月1日—1716年11月14日)是德国数学家、哲学家、法学家和外交家,其研究将数学、哲学与知识的组织联系起来。他与艾萨克·牛顿各自独立创立了微积分,引入了影响深远的数学符号,并研究了机械计算和二进制算术。作为理性主义的主要代表人物,他以称为“单子”的简单实体为基础,提出了一套关于实在的理论,并以若干原则解释世界为何能够被理解。(mathshistory.st-andrews.ac.uk)

生平与思想背景

莱布尼茨出生于莱比锡,在一个信奉路德宗的学者家庭中长大。他的父亲是一位道德哲学教授,在莱布尼茨六岁时去世;父亲留下的藏书使他得以广泛开展自主阅读。1661年,莱布尼茨进入莱比锡大学,先学习哲学,随后学习法律。在早期思想形成过程中,他既接受了经院学术的熏陶,也对自然哲学的新方法抱有兴趣。(plato.stanford.edu)

进入美因茨任职后,他于1672年奉外交使命前往巴黎。在那里,克里斯蒂安·惠更斯指导了他的数学研究。莱布尼茨于1673年访问伦敦,并当选为英国皇家学会会员。1676年,他移居汉诺威,为不伦瑞克统治家族担任图书管理员、顾问和历史学家。这些职位为他的研究提供了支持,但也使他承担了繁重的行政事务和历史编纂工作。1716年,他在汉诺威去世。(mathshistory.st-andrews.ac.uk)

微积分与数学符号

在巴黎期间,莱布尼茨发展了求切线、变化率和求积的方法,其中求积即确定面积。他1675年的手稿中已出现积分符号∫和微分记号。1684年,他在《学术纪事》上发表了微分学研究成果,1686年又发表了积分学的论述。他用 (dx) 和 (dy) 等符号区分微小的变化量,而由拉长的字母S演变而来的∫则表示求和。这些符号成为表达导数和积分的工具,并沿用至今。(mathshistory.st-andrews.ac.uk)

莱布尼茨强调通用的计算规则,以及微分与积分之间的互逆关系。他的方法采用无穷小量,而非后来以极限为基础的数学分析理论。他的符号体系富有成效,帮助其他数学家将微积分拓展到新的问题领域。(mathshistory.st-andrews.ac.uk)

牛顿更早发展出自己的方法,但莱布尼茨率先发表了成果。双方对优先权的主张最终演变成激烈的争论,各自的支持者和科学机构也卷入其中。历史研究承认两人各自独立创立了微积分;这场争论应与他们的方法在数学上的差异区分开来。(mathshistory.st-andrews.ac.uk)

计算与逻辑

莱布尼茨设计了一台机械计算器,意在完成加、减、乘、除运算。其阶梯鼓轮机构提供了一种自动执行重复算术运算的方法,但制造机器并使其可靠运行并不容易。他在1673年访问伦敦时演示了一台尚未完成的样机,此后继续改进这台机器。(mathshistory.st-andrews.ac.uk)

他还系统地发展了二进制算术,仅用0和1表示数。他为法国科学院1703年度撰写的论文解释了这一体系中的运算,并将其中的规律与耶稣会士白晋提供的中国图式联系起来。这篇论文将二进制算术呈现为一种数学与符号体系,而不是现代电子计算机的设计方案。(onepagepapers.com)

在逻辑学领域,莱布尼茨试图建立一种“普遍符号语言”(characteristica universalis),以精确地表示概念。与之配套的“推理演算”(calculus ratiocinator)则使人们能够通过遵循规则的运算进行推理。他提出了许多试验性的演算体系,包括用于概念包含关系和三段论推理的系统,但始终未能完成一个普遍适用的体系。这些逻辑学著作大多在他生前未曾发表,因此当时的直接影响有限。(iep.utm.edu)

形而上学与知识

莱布尼茨的形而上学建立在若干相互关联的原则之上。充足理由律认为,任何事物为何如此而非彼,必定有其解释。不可分辨者同一律否认两个不同的实体能够在所有方面都完全相同。他还区分了必然真理与偶然真理:否定必然真理会导致矛盾,而偶然真理涉及实际发生的事情,却并非逻辑上不可避免。(iep.utm.edu)

在他成熟时期的理论中,单子是简单、不可分割的实体,具有知觉,以及促使知觉变化的内在倾向。单子不是物质粒子,彼此之间也不发生因果作用。它们依照上帝确立的前定和谐协调发展。这一理论框架也解释了心灵体验与身体事件之间的对应关系,而无须假定心灵与身体直接相互作用。(iep.utm.edu)

他的《神义论》(1710年)主张,上帝从各种内部相容的可能世界中选择了最好的一个。这一论点针对的是世界整体的安排,而不是声称每一件事单独来看都是好的。在认识论上,莱布尼茨捍卫心灵具有先天倾向和原则的观点,反对认为心灵最初如同白板的看法。(plato.stanford.edu)

力学与学术机构

在经典力学领域,莱布尼茨主张以 (mv^2) 衡量“活力”(vis viva)。这一物理量相当于现代动能的两倍,但他的概念框架与后来的能量理论有所不同。他认为,碰撞中表面上的活力损失,是由于运动重新分配到了物体更微小的组成部分之中。他还主张以关系来理解空间和时间:空间是共存的秩序,时间是相继的秩序,而非独立存在的容器。(plato.stanford.edu)

莱布尼茨积极推动科学院的建立、广泛的通信交流以及跨学科合作。他促成了勃兰登堡科学学会于1700年在柏林成立,并担任首任会长。他的主要哲学著作包括《形而上学谈》(1686年)、《神义论》和《单子论》(1714年);其他许多研究则以手稿和书信的形式留存,而非写成完整的著作。(mathshistory.st-andrews.ac.uk)