在他們去世後不久,通過調查表明:雖然牛頓的工作大部分是在萊布尼茨之前作的,但是萊布尼茨關於微積分的主要思想是他獨立發明的。也就是說,從1665—1676年發明了微積分,牛頓(1665—1666)先於萊布尼茨(1673—1676)製定了微積分,而萊布尼茨(1684—1686)早於牛頓(1704—1736)發表了微積分。應該說,微積分並不是某個人獨自發明的產物,而是牛頓和萊布尼茨在前人的基礎上各自獨立地建立起來的。比較兩個關於微積分的體係,萊布尼茨的理論體係顯然優於牛頓的體係,牛頓的方法基本上是幾何學的,他所使用的術語令人可疑地聯想到經院哲學關於點和線“流動”的莫明其妙的說法。他的符號,其中包括在字母上增加或者去掉一些點,用起來是笨拙而且困難的。相反,萊布尼茨的方法是代數學的,他所用的語言是新鮮的,而且是專門的。他把這些術語編為諸如微分、積分、坐標以及函數等等,而且他的符號是講究、清楚的。這種符
現代的長S來表示和或積分。
懷疑萊布尼茨的發現實際上是獨立得到的並不合情理。但是為爭論所激起的民族主義熱情以及有利於牛頓優先權的證據給英國的數學帶來了不幸的後果。英國人繼續以牛頓《原理》中的幾何方法為依據,結果使自己落在了後麵,使自己在一片死氣沉沉中停滯了一個多世紀。這使歐洲大陸也受到一定影響,由於雙方停止交流思想,使他們對於牛頓的許多工作未能深入的研究。
數學史上這個著名的事實,再一次警示人們,無謂的爭論,片麵強調所謂的純潔,結果隻能空耗精力,影響事業本身的進程,對此,我們要引以為訓。
萊布尼茨在巴黎時期的第二個偉大的功績,而且是最富潛力的發現,就是二進製算法,雖然實際上他並不是發現這種算法的第一個人。早在17世紀初,托馬斯·哈裏奧特就已經想到了它,1670年卡瓦利埃裏又再次提到它。萊布尼茨自己後來確信,中國人肯定也知道它,因為在《易經》的理論中已經包含它了。
二進位製係統是最簡便的可能的數字記數法。我們通常用的十進位製係統中每個位數(個位、十位、百位等等)都有十個符號可供選擇,在二進位製係統中就隻有兩個符號,一個表示空位,另一個則標誌實位。如果位能夠任意規定,被柵極所規定的話,那麼它所要求的一切也就是一個表示實位的任意標記或符號。如果約定用0表示空位,用1表示實位,那麼這個係統就會像下麵這樣進行運算:
雖然萊布尼茨為他自己的發現感到自豪,但是他卻完全沒有運用它。不像卡瓦利埃裏及現代的數學家們那樣,他沒有把這一發現一般化為具有它自己專門定理的模數算術的理論。除了一個非常模糊的草稿之外,他沒有試著去設計一種運用此項發現的計算機。我們可能感到十分奇怪,在計算機的時代中,有那麼一個人既發明了計算器,又發明了二進位製算法,卻不把這二者結合起來,進而提出某種大體上接近於現代計算機的東西來。但是在當時的技術條件下,一個二進位製的機器隻會增加萊布尼茨的困難。為了使計算器為一般人能使用,就需要更多的輪子,就會有更大的摩擦力,進行更多的運算,而且不得不有一個特大的機器用於二進製和十進位製之間的換算。隻有隨著電子學的發展、二進位製係統才有可能進入它自己的時代。
萊布尼茨第三個值得自豪和驕傲的業績是他發明的機械計算器。1673年,萊布尼茨到英國皇家協會做了一次拜訪,隨身帶了他的機械計算器給他們看,引起了皇家協會的極大興趣。萊布也非常高興,曾經想用一個刻有“超人”字樣的紀念章來紀念它,而且在很久以後,他又做了一台機器,它是為彼得大帝送給中國皇帝而做的,用以證明西方具有高超的科學技術。這個計算器的前身是1642年帕斯卡的加法計算器,萊布尼茨經過研究把它改進,使這種手搖機械計算器不僅能進行加、減法演算,而且能完成乘法、除法、自乘以及開平方和立方運算。他還發明了大量的裝置,這些裝置成為後來的技術標準。他的這些計算器有一個被幸運地保存下來,現在存放在漢諾威國家圖書館中。
萊布尼茨的計算器的直接功用是很明顯的,它能節省相當多的勞動,提高會計、管理、測量、科學研究以及數學用表製作等工作的精確程度。這一切比我們現在所能估計的意義大得多。
在巴黎的時候,萊布尼茨腦子裏還裝滿了許多別的技術方麵的設想。他作了很大努力研製出一種在雙馬串聯的馬車中工作的帶有兩個對稱擺輪的表,於1675年4月在巴黎科學院展示了這種表的模型。他的其他設想還包括有一種不用羅盤就能測定船隻位置的裝置;一種從單一的觀察點出發就能確定物體距離的方法;一種用來推動車輛或拋射體的空氣壓縮機;一種能在水下航行以逃避敵人偵察的船隻;一種無液氣壓表等等。
巴黎時期是萊布尼茨的黃金時期,但在科學發明上使許多科學家無法望其項背。現在看來,萊布尼茨之所以能在不到30歲就對數學、科學的發展作出如此巨大的貢獻,不是因為他有什麼“超人”的天才,而是在於他作為一個青年人,較少保守思想,容易接受新事物。雖然學問不多,地位較低,但是方法對頭,具有寶貴的創新精神,敢於攀登前人未達到的高峰。這是人們今天最應學習的地方。
正當萊布尼茨的科學事業飛速發展的時候,一個不幸的事件發生了,打斷了他的巴黎生活,就是1672年12月他的主要支持者博伊內堡去世,1673年2月選帝侯也死了。萊布尼茨不得不考慮他的前途問題。1676年1月他接受了德國漢諾威法院顧問的職務,同年10月離開了美麗的巴黎,繞道倫敦和荷蘭回到漢諾威。他在倫敦作了短暫停留。在阿姆斯特丹,他開始結識最先使用顯微鏡的人——列文虎克。此外,他還在海牙見到了鏡片磨製工和哲學家斯賓諾沙,兩個人進行了四天的熱烈討論。萊布尼茨一再要求閱讀斯賓諾沙的手稿,並終於看到了他的《論理學》手稿。盡管萊布尼茨本人有點兒不願承認,但他的思想所受斯賓諾沙哲學影響是無可懷疑的。當然他的思想確實有和斯賓諾沙截然相反和對立的方麵,但這也未嚐不是從反麵表現出斯賓諾沙哲學的影響。
四、圖書館長和采礦工程師(1676——1686)
漢諾威政府是在神聖羅馬帝國的維也納皇帝有名無實統治下的一百個左右獨立國家中的一個典型,在這種情況下,國家的專製首腦,布倫瑞克——呂南博格爾的約翰·弗裏德裏希公爵的行動要經過一個由大多數是較小貴族和法學畢業生所組成的議會允許。萊布尼茨是其中的一員。由於萊布尼茨還擔任了圖書館長、政治顧問、國際通信者以及逐漸增多的技術顧問等特殊重任,所以他從通常的議會職責中部分地解脫出來。
作為圖書館館長,他的責任非常繁重,同時也是相當世俗的。圖書館是知識的寶庫、國家的知識基地,它代表著國家的知識水平。為此,萊布尼茨花了大量的時間對圖書館進行盡可能的科學化管理。首先是大量收集、購置新書,並且要對圖書進行編目工作。他再次顯示出在圖書館學領域中的才能,按照字母表的順序編排出作者目錄的要目來。但是科學往往不是政治的對手。萊布尼茨被明言禁止按照他設想的方式整頓圖書館,他的各種明智的建議(如采光和取暖設備的設置等)都被置之不理。
由於工作的挫折,他把這段時期的大部分精力主要放在技術革新上,而且是在煉金術上。當時德國最主要的智力生活集中於煉金術士、玫瑰社(這是一個秘密的社團,它有各種秘傳的知識與力量,宣揚宗教的秘密教義)和文藝複興時期巫術的殘存者的秘密社團之中,萊布尼茨在大學時代就同他們有接觸,而且是一個積極的參加者。由於漢諾威公爵對煉金術的興趣,使萊布尼茨也產生了重操舊業的想法。這時他和煉金術士D·克拉夫特成了知心朋友,通過克拉夫特,萊布尼茨和另一個德國煉金術士、磷的發現者海因裏希·布蘭德取得了聯係,布蘭德似乎正在根據一個古老的煉金術課題進行實驗。這個課題曾暗示,點金術將會在人體的排泄物中被發現。他嚴格照此辦理,試著蒸餾尿,從而得到了磷。如果完全撇開作為通向點金術的這種可能性不談,以磷作為一種可能的戰爭武器而言,它具有相當可觀的商業價值。萊布尼茨作為一個精明的科學家充分認識到了這一點。在1678年,他設法使布蘭德和漢諾威行政當局簽訂了一個專門的合同。從布蘭德這方麵說,他獲得了哈茲山脈公爵礦山中工人公共廁所中尿的實際無限供應的優先權,這個礦山位於漢諾威東南大約100公裏處。
正當萊布尼茨的設想逐步實現時,他又被哈茲礦山的抽水問題所困擾。他再一次作為一名發明家出現,決定利用風力進行抽水。從1679年到1686年底,萊布尼茨基本上放棄了城市裏的優越生活,把大半的時間花在礦山上,進行考察、測量、研究,顯出實幹家的特點。他終於設計了各種各樣的風車、傳動裝置和抽水機,其中包括阿基米德螺杆、虹吸管、氣壓連杆,甚至還有近代旋轉式抽水機的前身。礦山的工作,使他看到礦工的辛苦,從而更認識到在礦山這樣一個艱苦的工作環境中,必須大力加強機械的作用。他為此提出了許多非常有意義的設想,比如用水力來代替礦井小火車頭運輸礦石,甚至還有改進鑄鐵和煉鋼的方法。而且,他還提出了分離化學製品和使水脫鹽的技術。萊布尼茨的這段經曆告訴我們,現代科學技術的發展必須同實際應用結合起來,而作為一名科學家如果想使自己的發明創造能夠產生實際價值,能夠保持旺盛的科學生命力,必須親自走到社會中去,走到生產實踐中去,才可能實現自己的目標。“為有泉頭活水來”,實踐就是生生不息的科學之泉的源頭。
萊布尼茨的上述項目由於政府行政官員和保守的技術官員阻撓而流產了,但萊布尼茨的發明創造在曆史上仍然留下了很大的影響,在當時,仍然有許多人支持他,依然有大量的項目送到萊布尼茨的手中,迫切的求他解決。比如修造運河、內河航運、海勒豪森王宮花園中的噴泉、亞麻布的生產、瓷器的生產、煙囪中廢熱的利用,甚至還包括有金融政策、稅收改革、貿易均衡以及老式目標保險機構這一類的社會政治問題,應有盡有,五花八門。
萊布尼茨這段時期相對於巴黎時期在科學上的突飛猛進顯得有些遜色,更多的是從事實用技術的發明。但這段時間卻是一個非常重要的醞釀期。每個著名的學者都必須把握好這個關鍵的醞釀期,特別是從科學家成為哲學家必須經曆這段醞釀,因為他要使自己科學上的發現、認識、理論升華為關於世界的總的看法和規律的認識,必須經過係統的深思熟慮,一天之中就可以創造出一種哲學體係隻能是唬人的。萊布尼茨就順利地度過了他的哲學醞釀期,使他的哲學思想日臻成熟和定型。