RD 專欄
牛頓,微積分的創立,及中西哲學

楊學志╱前華為公司無線研究部高級工程師

2013.10.02
         

作者簡介:
楊學志
前華為公司無線研究部高級工程師


經歷:
北京清華大學精密儀器與機械學系學士、碩士及博士
北京大學博士後研究工作
2000年~2012年任職華為公司,從事無線通信研究工作
IEEE高級會員
LTE(4G)奠基性技「軟頻率複用」(soft frequency reuse technology)之發明人

工業革命的數學基礎是牛頓和萊布尼茲獨立創立微積分,在柯西、維爾斯特拉斯、黎曼及拉格朗日等科學家的努力下,形成了嚴密的系統的體系。 由亞理斯多德和歐基里德所建立的公理系統,對於西方人的整個思維方法都有極大的影響,後來成了建立任何知識體系的典範。與亞理斯多德、歐基里德同時代的中國名家代表人物公孫龍,還處於「白馬非馬」的邏輯混亂當中。是什麼原因造成了中西哲學的差異?可能是地理,氣候以及其決定的生產和生活方式吧。


1643年,牛頓誕生;而在此時,中國的明王朝正處於風雨飄搖之際,並在第二年滅亡,清朝建立。 

1687年,牛頓的惶惶巨著《數學原理》(拉丁文:Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)發表,為人類帶來了理性主義,並為工業革命打下了基礎;該年是中國的康熙二十六年。 

1769年,清朝乾隆三十四年,詹姆斯˙瓦特改良蒸汽機,取得了「降低火機的蒸汽和燃料消耗量的新方法」這一專利 (註1),標誌著工業革命的開始。 

適逢康乾盛世的清王朝,正在上演《甄環傳》和《還珠格格》,對此次思想、技術、產業和社會的變革毫不知情,導致中國近代的落後和列強的入侵。 

工業革命的數學基礎是牛頓和萊布尼茲獨立創立微積分,在柯西、維爾斯特拉斯、黎曼及拉格朗日等科學家的努力下,形成了嚴密的系統的體系。 

微積分可以說是人類文明的一大創舉

微積分的思想,在西元前三世紀的古希臘就已經誕生。中國魏晉時期(西元三世紀)的劉徽也提出了極限的思想,比古希臘晚了600年。不過南北朝時期的祖沖之利用這一思想計算圓周率,精確到小數點後7位,卻比歐洲早了1000年,這常讓我們的國人感到自豪。 

雖然如此,在隨後的一千多年的時間裡,雖然幾經朝代更迭,中國始終處於儒家思想的統治之中,沒有出現歐洲文藝復興那樣的思想解放運動,數學也始終處於停滯的狀態。

歐洲人創建微積分,並建立起近代數學理論體系,其哲學根源可以追溯到亞理斯多德和歐基里德。

亞理斯多德是柏拉圖的學生,而柏拉圖又是蘇格拉底的學生。

亞理斯多德是一位百科全書式的哲學家。百科全書,就是什麼都懂,沒有他不懂的。他的著作包括了倫理學、形而上學、心理學、經濟學、神學、政治學、修辭學、自然科學、教育學、詩歌、風俗,以及雅典憲法。

邏輯學是關於思維規律的科學,亞理斯多德是邏輯學的創始人。他系統地研究了三段論,以數學及其它演繹的學科為例,把完全三段論作為公理,由此推導出其他所有三段論法,從而使整個三段論體系成為一個公理系統。

公理(Axioms) 就是確定的、不需證明的基本命題,一切定理都由此演繹而出。在這種演繹推理中,每個證明必須以公理為前提,或者以被證明了的定理為前提。

歐基里德(Euclid)用公理化的方法創建了幾何學。在他的《幾何原本》一書中提出了五大公設,在此基礎上用邏輯演繹證明了467個命題。把前人片斷、零碎的幾何知識,連接成為一整套可以自圓其說、前後貫通的知識體系, 實現了系統化和條理化。

由亞理斯多德和歐基里德所建立的公理系統,對於西方人的整個思維方法都有極大的影響,後來成了建立任何知識體系的典範,在差不多二千年間,被奉為必須遵守的嚴密思維的範例,而微積分也是建立在這個思想方法上的。

而與亞理斯多德、歐基里德同時代的中國名家代表人物公孫龍,還處於「白馬非馬」的邏輯混亂當中。成書于東漢的數學名著《九章算術》,是以解決生產、生活中的實際數學問題為目的,是246個零散的數學問題的集合,其地位無法與《幾何原本》(Elements)相提並論。 

是什麼原因造成了中西哲學的差異?可能是地理,氣候以及其決定的生產和生活方式吧。

另外,關於牛頓,大家非常熟悉他的那句名言:

「如果說我比別人看得更遠些,那是因為我站在了巨人的肩上。」

這讓我們看到了一個虛懷若谷,和藹可親的科學大家的形象。 

而實際上,牛頓是一個典型的市儈。他獨斷專行,爭名奪利,和所有的同行都搞不好關係。 

在與萊布尼茲爭奪微積分發現權的爭鬥中,他指責萊布尼茲剽竊了他的成果,並且操縱皇家學會出版調查報告,正式譴責萊布尼茨剽竊。萊布尼茨死後,牛頓揚言他為傷透了萊布尼茨的心而洋洋得意。

這次爭論,導致英國和歐洲大陸數學界的對立,也使英國的數學研究停滯了一個多世紀。

牛頓的道德水準可圈可點,但他仍然是人類歷史上最偉大的科學家和思想家之一。 

 

註1:Patent 913:A method of lessening the consumption of steam in steam engines-the separate condenser. The specification was accepted on 5 January 1769; enrolled on 29 April 1769, and extended to June 1800 by an act of Parliament in 1775.

 

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