细读牛顿与胡克、莱布尼茨间的“恩怨情仇”,科学界也没那么简单

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牛顿 生命时空初值=71707.51319(理性B)
胡克 生命时空初值=62500.68267(感性C)
心心相印指数=92.2941442%经典
心心相印指数=81.1434000%量子 

牛顿     生命时空初值=71707.51319(理性B)
莱布尼兹 生命时空初值=66455.44847(中A偏感)
心心相印指数=24.7428125%经典
心心相印指数=99.9999344%量子 

牛顿与胡克的指数偏低,两人心灵不同,怨恨从来没有消

除。

牛顿与莱布尼兹的指数不错,心灵相通,所以,牛顿对莱布

尼兹比较大方。

相反,莱布尼兹有些心虚,反诉牛顿抄袭他的研究成果。

总起来讲,牛顿对胡克有愧疚,因为胡克真的对牛顿的研究

有帮助,有提醒,有刺激。正因为如此,牛顿才避而不谈。

同样的,莱布尼兹的研究,很多来自牛顿的成果,所以,莱

布尼兹为了自己的名誉才反诉牛顿抄袭自己的,真的是有所

心虚,否则不会出此下策。

到了爱因斯坦和希尔伯特的优先权问题,希尔伯特很快站出

来支持爱因斯坦的优先权,避免了反目成仇,但是,希尔伯

特也不是吃素的,首先把场方程写出来,置爱因斯坦于死

地,幸亏爱因斯坦受到激发而后生。科学研究的优先权充满

凶险,就像现在的网络发展,你跑不到最后,你就死在半路

上,而最后的胜利者,坐享其成,也包括死在半路上的许多

成果。

沃尔斯索普庄园(Wollthorpe Manor)                   牛顿的故乡

Willen教区教堂,唯一一座完全由胡克设计且保存完好的建

筑,被认为是早期英国巴洛克风格的典范

莱布尼兹故居

 

细读牛顿与胡克、莱布尼茨间的“恩怨情仇”,科学界也没那么简单

2018年01月24日 21:15 科学宇宙探索者作者:科学宇宙探索者

众所周知,牛顿对万有引力作出的贡献是毋庸置疑的。我们只看到了牛顿的伟岸形象,而光环下的人性我们从未谋面,那些丰功伟绩,我们暂且不论。来看看牛顿与胡克、莱布尼茨之间的“恩怨情仇”。

  细读牛顿与胡克、莱布尼茨间的“恩怨情仇”,科学界也没那么简单

  牛顿是家喻户晓的科学家,作为同时代的人物,胡克的名气虽然没有牛顿的大,但是,在科学方面的见解也非常有建树的。据了解,在引力的发现前期,胡克先发现引力的大小和距离的平方成反比这一重要理论,并且毫不犹豫的把这一观点跟牛顿分享,并且得到牛顿的认可。后来,牛顿无情地拒绝了胡克希望其在万有引力定律上提名的要求。

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  在《自然哲学的数学原理》里,牛顿直接忽略了胡克的贡献,独自享受成果。更可怕的是在胡克死后,牛顿理所当然地被评为英国皇家学会主席,肆意妄为,不仅毁灭了胡克的实验室,而且销毁了其唯一的肖像,这也是后人无法描撰胡克的样貌的原因。这些幼稚的行为对牛顿来说只是为了报私仇!胡克人走茶凉,虽然在众多领域上均有涉猎,但是留给后人的也就只有胡克定律。大家熟知的一句牛顿名言“我只是站在巨人的肩膀上”,如果没有猜错的话,这是对胡克驼背的讽刺。

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  关于莱布尼茨先后发表微分和积分的研究,在英国数学界,最离谱的事情竟然是认为莱布尼茨是抄袭牛顿的成果。牛顿表面上一副科学家清高无争的样子,私底下里却大动干戈,发起攻击莱布尼茨的浪潮。直到牛顿的攻击上升到德国和英国的民族自尊心上,民族之间的维护战争才开始。恰因为如此,本来势单力薄的莱布尼茨才得以正名。

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  最终以双方是同时的,独立的,从不同角度分别发现了微积分定理,但是以莱布尼茨的描述更为精确。但是遗憾的是,我们沿用的微积分基本定理叫牛顿—莱布尼茨公式而不是莱布尼茨—牛顿公式。当学者面对学术成果的诱惑时,采取的手段也是后人无法想象的。相信这些伟人人性的诟病远远不止于以上所陈述的,当然仁者见仁智者见智。

  细读牛顿与胡克、莱布尼茨间的“恩怨情仇”,科学界也没那么简单

 

 

1671年,牛顿还是默默无名,但因发明反射式望远镜而被皇家学会接纳为会员。1672年,他给学会寄去了一篇他的光学论文,其中给出了用三棱镜将白光分解的著名实验,并提出了他的颜色理论和光的粒子假说。

在当时,比牛顿名气大很多的胡克,他主张的是光是一种波,也没有仔细阅读和理解牛顿的论文,就很草率地写了一篇批评牛顿光学理论的文章,这件事儿令牛顿十分生气。因此牛顿花了很多时间写出了一篇反驳胡克的文章,由学会秘书奥登堡(Oldenburg)于1676年1月在皇家学会会议上公开宣读。牛顿的反驳是非常有道理的,把胡克的一些话驳倒了。

由于奥登堡本来就与胡克关系不佳,胡克认为这是奥登堡故意挑拨二人的关系,因此他直接给牛顿写信,表达了和解的愿望。胡克的信写的很客气,牛顿在回信中也冠冕堂皇地说了一番学术至上、欢迎指正等等的客套话。

牛顿经常被人引用的“假如我看得比别人远一些,是因为我站在巨人的肩上”其实就出现在这封回信中,这句话也不是牛顿的原创,是十二世纪哲学家查特斯(Bernard Chartres)的名言。这封信是不是像有的人猜想的那样,是牛顿对胡克的嘲讽?因为胡克是比较矮,比较驼背的。实际上这种猜测还是不太可能的。因为首先两人写信是在万有引力发现权进行争论之前、也是双方正想和好之时,不大可能如某些人猜测的那样是对胡克的嘲讽。

而且实际上这段话的完整引用是这样的:“(在光学上)笛卡尔迈出了很好的一步,你(胡克)又在几个方面增补良多,特别是把薄膜颜色引入了哲学讨论。假如我看得比别人远一些,是因为我站在巨人的肩上。”这句话的意思是说在光学上,笛卡尔首先做出了一个很好的讨论,胡克又增加了很多新的内容,这明显是恭维胡克,希望抛开两人之前的学术观点之争而实现和解。

这份信之后,两人的关系得到了一定的改善。后来又到了1679年,这时奥登堡已死,胡克当上了皇家学会秘书。他借着皇家学会秘书的工作职责包括了解会员的研究和意见,胡克主动给牛顿写了信,在信中列出了题材广泛的许多学术问题,来征求牛顿的意见。其中比较特别的是有一个对胡克自己的《证明地球运动的尝试》书中,关于行星运动是受一个随到太阳距离增大而减小的吸引力影响的学说的意见。这个学说就很类似后来万有引力的观点,所以我们说胡克确实也在这方面有所建树。

牛顿在给胡克的回信中并没有一一答复胡克的问题,而是说自己很忙,没时间考虑哲学问题。牛顿性格不愿与人交往,在给人写信时经常说自己很忙,而且他是个很敏感的人,为了自己的面子也常故意表现得对很多问题没兴趣。按照牛顿后来的说法,他自己也觉得这样回复胡克未免有点简慢,因此他在信中又增加了一点内容。

牛顿说既然胡克的著作《证明地球运动的尝试》,这本书的主题是证明地球绕太阳公转,并提出可以通过观测恒星一年中的视差变化来证明这个主题,后来的天文学家也确实是用这种方法进行证明的。于是牛顿就提出了一个证明地球自转的实验。

在哥白尼地球运动学说刚提出的时候,人们的一个质疑是,如果地球是自西向东自转的,那么人跳起来后为什么还会落在原地,而不是落在起跳点的西面?当然,正如伽利略曾指出的,答案是人和地球是一起运动的。不过牛顿指出,如果从高处释放一个物体使其自由下落,由于高处转动的线速度实际上比低处要快,因此它其实会落在偏东一点的位置上,这可以作为地球自转的实验证明。

虽然这个实验实际上不容易做,但理论上没有问题。不过,牛顿在讨论这个理论的时候,不知出于什么原因,随手画了一个假定地球不存在、物体穿过地面继续下落的图,好像地面不存在一样,其轨迹沿着一个螺旋线直到地球中心(图1),这是一个严重失误,立刻被胡克抓住了。

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图1:牛顿信中给出的螺旋线

胡克回信提出落体应该类似行星,轨迹应该是一个椭圆(图2)。这也说明胡克当时对行星的运动有一个很好的理解。牛顿在第二封回信中承认轨迹确实不应该是螺旋,不过他指出在力是一个常数的情况下,形成的图形应该有很多瓣,不断旋转的线,类似图3。

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图2:胡克提出的椭圆线

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图3:牛顿讨论的常力作用下的运动轨迹

胡克又回信说还是不对,他假定力应该反比于到中心距离的平方。这次牛顿没有再给胡克回信。所以后来胡克看到牛顿写了《原理》后,就指责牛顿剽窃,说牛顿引力的平方反比关系来自他自己,其依据就是这次通信。

胡克与牛顿的这次通信发生在1679-1680年。显然,如果按苹果故事的说法,牛顿早在1666年就开始考虑引力并发现其与距离平方成反比,那么这就与胡克无关了。当然,也正是因为如此,有些人怀疑这个故事是牛顿为了证明自己的优先权而编造的。那到底是怎么样的呢?

先审优先权之争

1664年,牛顿22岁,这年秋天他开始研究微积分。1665年11月13日,牛顿写了一篇通过具体例子展示微积分的文章。1666年10月,牛顿写了被认为数学史上第一篇系统论述微积分的文献《流数简论》(Tract on Fluxions),牛顿习惯将自己的微积分方法称为“流数法”。1669年牛顿用拉丁文写成《运用无限多项方程的分析》(De Analysi per Aequationes Ngumero Terminorum Infinitas),即《分析学》。1671年牛顿完成了《流数法与无穷级数》(Methodus Fluxionum et Serierum Infinitarum),即《流数法》。1672年1月11日,牛顿当选皇家学会会员。

虽然这些数学论著当时都未发表,但牛顿1672年12月10日致信柯林斯(J. Collins),解释《分析学》的内容和其中数学方法的用途,柯林斯读了《分析学》十分激动,他背着牛顿悄悄录了副本——这个副本后来生出无限风波。

莱布尼茨少牛顿4岁,也是一时才俊。不过历史学家注意到一个细节:1673年2月12日莱布尼茨在玻义耳(R. Boyle)家中做客时,遇到了著名的英国数学家佩尔(J. Pell)。这个细节的历史意义在于,佩尔使莱布尼茨意识到自己在数学方面还是菜鸟,这才使得莱布尼茨在此后十年中数学造诣突飞猛进。

1673年4月19日,莱布尼茨也当选了皇家学会会员。1675年10月29日,莱布尼茨设计出了积分符号,由字母S拉伸变形而来。因为这个积分符号如今全球通用,在争执案中对莱布尼茨帮助不小。

1684年10月,莱布尼茨在《教师学报》(Acta Eruditorum)上发表了数学史上第一篇公开发表的微积分文献《一种求极大与极小值和秋切线的新方法》(Nova methodus pro maximis et minimis, itemque tangentibus, quae nec fractas nec irrationals quantitates moratur, et singulare pro illi calculi genus),即《新方法》。《教师学报》是莱布尼茨和门克(O. Mencke)1682年创办的月刊,被认为是德国第一份学术期刊。

毫无疑问,牛顿在莱布尼茨发表《新方法》之前20年就已经开始研究微积分了,虽然《分析学》当时未发表,但有足够的人证物证表明,它确实在1669年就已经写成了。

今天我们从科学史的角度来看优先权,当然要以实际证据为准。那种“以发表时间为准”的判据,本质上是当今学术过度竞争之下的畸形规则。牛顿-莱布尼茨争执案恰恰展示了这种规则的不合理性。

再审抄袭之争

如果确认了牛顿的优先权,那牛顿抄袭莱布尼茨的可能性当然就不必考虑了。于是只剩下莱布尼茨抄袭牛顿的可能性需要考察。

莱布尼茨发表《新方法》之前和牛顿是有交往的。例如1676年6月13日和11月3日,牛顿曾两次致信莱布尼茨。在后一封信中,牛顿使用“回文构词法”(anagram)谈到了他的流数法,比如“在方程式中,由任意流量值均可求得它的流数,反之亦然”这句话,牛顿写成“6accdoe13eff7i319n4o4qrr4s8t12ux……”。研究者们相信,莱布尼茨不可能破解牛顿的隐语。

但是对莱布尼茨非常不利的是,他在客观上确实有抄袭牛顿的条件。因为从1676年10月18日起,莱布尼茨在伦敦停留了一周,这期间他从柯林斯那里读到了牛顿的《分析学》,莱布尼茨还做了笔记!

考虑到1673年莱布尼茨还是数学菜鸟;他读了牛顿的《分析学》又过了8年才发表《新方法》,他抄袭牛顿的客观条件确实存在。当然,客观上存在抄袭的可能性,并不意味着他就一定真的抄袭了,也不意味着他主观上就一定有这样的动机。因而莱布尼茨是否抄袭牛顿的微积分,至此尚难定论。

在发表《新方法》之后的15年间,莱布尼茨和牛顿至少在表面上仍是友好的。例如1687年牛顿《自然哲学之数学原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)首版,牛顿在书中称莱布尼茨为“卓越的几何学家”,他写道:在通信中,“我向他暗示自己找到了求极大极小值,求切线等问题的方法,这位著名的学者回复说他也得出了类似的方法,并向我透露,我们的方法很相似,只是使用的语言和符号不同。” 1693年牛顿和莱布尼茨相互致信时,他们还在信中相互恭维吹捧。1694年莱布尼茨在致惠更斯(Christian Huygens)的信中还表示,他乐意与牛顿分享发明微积分的荣誉。

抄袭指控激发人性之恶

风云突变是在1699年,法蒂奥(N. Fatio)在文章中指控莱布尼茨抄袭牛顿的微积分。抄袭的指控不仅排除了双方共享荣誉的可能性,而且迅速激发出双方人性之恶。1700年1月31日,莱布尼茨向皇家学会控诉法蒂奥,这次牛顿没有出面支持法蒂奥,莱布尼茨似乎得到了“公道”。

此后,1703年11月30日牛顿当选皇家学会会长,1705年4月16日牛顿被女王授予爵士头衔,牛顿的声誉如日中天。莱布尼茨却在1705年的《教师学报》上匿名撰文,暗示牛顿抄袭自己的微积分理论。这显然激起了牛顿阵营的义愤,于是基尔(J. Keill)1708年在皇家学会期刊《哲学学报》上撰文指控莱布尼茨抄袭。

1711年莱布尼茨向皇家学会控诉基尔,基尔5月24日向皇家学会提交了答复莱布尼茨的信件。1712年3月6日皇家学会指定了“仲裁委员会”审理莱布尼茨的指控。1712年4月24日,“仲裁委员会”向皇家学会提交了审理报告,结论是:“我们认为牛顿先生是微积分的第一创立人,并认为基尔先生只不过陈述了上述观点,并不对莱布尼茨先生构成伤害。”莱布尼茨的回应是1713年7月29日再次发表匿名文章指控牛顿抄袭自己。

牛顿的态度相对比较温和:在1713年《原理》第二版中,他仍然保留了对莱布尼茨的友好论述。不过到了1716年2月26日,牛顿致信莱布尼茨,强调皇家学会“仲裁委员会”的审理报告是公正的,他“不打算收回哪怕是其中的一个字”。

1716年11月14日莱布尼茨去世,看起来他在争执中落了下风。1726年《原理》第三版发行,牛顿删去了前两版中关于莱布尼茨的论述。1727年3月20日牛顿去世。

回顾争执案长达半个多世纪的前因后果,我虽尽量让自己保持中立,但仍不得不承认,现有材料对牛顿有利。

另外,我感觉两人都有点被“逼上梁山”的光景,逼迫他们的是身边各自的拥趸和粉丝,比如牛顿阵营的法蒂奥和基尔,他们率先发起抄袭指控。这些人的行为有点像“架秧子”、“看热闹不嫌事大”,至少是对各自崇拜的偶像缺乏深思熟虑的爱护之心。

 

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