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读书随笔:莱布尼茨、牛顿发明时间(下)

 书虫小记 2022-06-24 发布于北京

接着看莱布尼茨的时空观。此时的莱布尼茨,正是汉诺威宫廷的廷官,也到了他创作的巅峰。与牛顿不同的是,莱布尼茨有着超越性的兴趣范围,有着超常的表达欲望。时至今日,总体量超过100卷的莱布尼茨文集,还才艰难地陆续出到一半左右

这个时髦的小眼睛男人,每天与1000多个笔友写信,每天都在阅读,每读一本书都会写笔记。他的研究范围上至宇宙、天体运动,中到教会改革、权利法案、保险条款,下到矿山工程。

他在完善微积分工具的同时,还在写他的形而上学,而他的办公室,正在汉诺威的哈茨山一处矿场,因为其时他还在从事矿山风车动力系统的设计,由此发现了储备风能的可能

正是在矿山里,莱布尼茨提出了“活力”,其实就是后来的能量,他认为活力是保持均衡的,一个球撞击另一个球,把活力传递了过去,当球静止下来,活力并没有消失,而是以另外形式存在于各处。

他由此发展出了哲学——结果必须符合原因,结果也不能大于原因。这套哲学最终成了能量守恒定律的基石,到21世纪时,当科学家们发现无法解释宇宙膨胀时,根据能量守恒定律,发现了“暗物质”。

莱布尼茨在他的形而上学中定性地描述了对时间顺序的理解。这一理解,超越了牛顿。莱布尼茨认为,并不是时间先后顺序定义了我们的世界,而是反过来,是人们对因果关系的归纳能力,定义了时间顺序。也就是说,时间顺序并非世界的本质,而是人们定义的

看到一个人扔出球A,接着看到球落地B,我们认为A先发生,然后是B。仅仅是因为我们拥有这样一种能力,把事件A,和事件B联系到一个因果链条上。

实际上,我们是通过大脑记忆,把B事件中的球,认为与A事件中的球,是同一个球,才得到这个结论的

所以说,被认识到的并不是时间顺序,而是因果关系,然后才是我们把因果关系定义为时间顺序,认为AB两个事件有先后顺序

从这里开始,思想深度来了。

莱布尼茨用普遍联系的观点提出,任何事物的现状,既包含了其他事物的过去状态,也包含了其他事物的未来状态,所以,不论过去、现在、未来,其实都相互包含在一起

所谓的空间关系,时间关系,不过是人类把认知秩序加诸到客观事物上而已。归根到底,时间和空间并不是客观的性质,而是人类的思想设定关系。比之佛陀思想何其相似

莱布尼茨的相对时空观,显然与牛顿的绝对时空观形成了鲜明对比。有趣的是,这两人都是从微积分对无限的思考中得到自己的假设的。

莱布尼茨对时间的深思,在他身后几十年都会被世人忘却,到20世纪在相对论和量子力学中再被人们重新拾起

莱布尼茨还区分了理性真理和事实真理。所谓理性真理就是数学上的真理,矛盾性和同一性所规定的简单清晰直接的事实;所谓事实真理,即加上了一个关键规律的真理——充足理由律,也就是上面说到的因果关系,即解释一个现象为什么是这样而不是那样

也就是说,所谓事实,其实就是符合人类认知习惯——因果关系的事件的罗列。科学研究的实质,就是要破解事物的因果关系,把事实真理还原为简单清晰的理性真理。

18世纪初,莱布尼茨和牛顿的地位都有上升,尤其是牛顿的政治地位和学术地位已经到了欧洲顶端,由是两人关于微积分的争执就开始激烈化。

作者说得非常清楚——其实与学术本身无关,关键是两人的政治地位,以及论争背后涉及到的是英格兰与正在崛起的德意志邦国之间的国家利益之争。不论是牛顿还是莱布尼茨,背后都有无数的人希望通过激烈化争论获取自己的利益。

其实,说牛顿利用自己皇家学会会长位置的优势进行调查,并做出对自己有利的结论;说莱布尼茨早年就开始系统地研究牛顿的手稿,然后剽窃他的微积分。又有什么呢?早期两人相互通信交流,本来就是共同爱好相互交流、相互促进,真能分得清是谁先发现的吗?一切都是因为政治操作使然

两个单纯的人,由是走向了对立。我倒不太想把这场论争做过多的描述。最终,还是时间说明了一切。

18世纪初,牛顿和莱布尼茨对时间的研究,取得了同样的进展,却因为两人处于不同的体制中,这种进展取得的社会效果和国家成就,在后来形成了巨大的差异。这里值得详述。

因为时间就是金钱,这一点在牛顿和莱布尼茨两人看来都是对的。牛顿投资了南海公司,莱布尼茨非常计较宫廷给他的福利和工钱,两个人都因为投资发了财。

时间和金钱,两者在降低协调障碍和成本方面,都有极强的功利价值。钱当然不必多说,货币的出现就是为了降低人们的交易成本,用一个大家都公认而能接受的商品,来作为评判其他商品价值的手段,更能促进整个社会的交易,乃至国际贸易(回忆一下敝号前段时间随笔的《经济史中的结构与变迁》)。

时间也一样,通过建立起大家公认的时间测量尺度,用钟表来统一人们对时间的衡量方式,就能够让人们的行动统一到一个时间框架下,几点到哪去干啥,就成为可能,进而发展为协调工厂运行、政府运作、社会运行的协调机制。

有趣吧,时间就是金钱的含义其实在这里

不过,问题在于体制。

首先,英格兰是议会民主制,王权和贵族的权力逐步被新兴的工商业阶级,也就是我们常说的资本家们侵蚀

当钟表开始逐步精确,议员们倡导更多的贸易和工厂集中管理,英国人就越来越意识到把时间度量精确化和标准化的重要性,这种需求刺激钟表行业不断追求技术更新,把原来的刻细化为分,最终把分细化为秒

有了可以到秒级的钟表,议员们可以把一天的会议时间切分成按分钟执行,提升对商业法案的决策效率,提升政府对政治经济形势的反应速度;商人可以把交易时间预定到几点几分,增促交易量和更加灵活地捕捉商业机会;工厂主可以把工人的时间切分,按照工时发放薪酬,最大限度地控制成本,提升投入产出效率。

资本控制之下的体制,高度重视商业贸易的体制,使得时间和效率观念深入人心,政府的财政运行、行业的职业化得以快速发展,奠定了资本主义经济体制的基础

资本主义繁荣发展的核心基石并不是蒸汽机,而是先于蒸汽机的钟表。而先于钟表的体制,更是关键中的关键。

其次,对比来看当时王权体制下的法国和德意志邦国们,钟表技术不仅不亚于英格兰,就连英格兰本土的钟表匠也多是从瑞士、荷兰移居过去的。

然而,君主绝对权力下,服从于君主的官僚体制,对于赞助科学研究、支持钟表技术,没有什么兴趣。他们对于钟表的要求,基本仍然停留于一百年前的技巧技术展示和个人爱好的水平上。

当伦敦的人们在探讨航行用的经度钟如何精确到秒时,维也纳宫廷里的大钟仍然延续这一刻钟跳动一下的节奏——因为当时的政府体制运行及其控制之下的社会运转,并不需要精确到那么细

同时,莱布尼茨想要组建的科学协会以及想要开展的实验,也很难像皇家学会那样可以得到多种来源的资助。

说到底,经济繁荣带来人口和阶层的流动,新的生产方式引入带来新的政治力量,对于维系君主专制而言,是不利因素

所以,即便有莱布尼茨这样的头脑,在当时欧洲大陆体制中,也催生不出新兴的技术力量和工业力量。

同样道理也适用于同时期的中国。

1735年,英国钟表匠约翰·哈里森对经度测量问题的解决,更说明了当时英格兰体制的优势。

16世纪晚期到17世纪初期,随着全球贸易量激增,大量船只在公海上漂流,由于难以测度经度问题,每年导致大量船只遇险沉没。

也只有商人主导的英格兰政府,以国家经济实力为导向的政府战略,才会让政府如此重视经度测量这一技术难题

英格兰政府为此设立了2万英镑的巨额奖金,奖励能够解决此疑难的人。而其他国家都无动于衷。

哈里森如何解决了这个在当时诸如牛顿一类的人都无法解决的难题,敝号在前年《经度》中有详述。这是一个把问题进行转换从而得到解答的例子——把如何测量经度这个疑难问题,转变为如何设计一台可以不受波浪颠簸和冷热湿度影响而走时精准的船钟这个技术问题。从技术上,而不是从理论上解决了这个问题。

回到两人的争论,其实牛顿和莱布尼茨真正的发自理念不同的争论,乃是前面说过的时空观念——牛顿坚持绝对时空观,因为他的宇宙论必须有一个如如不动的参照系;莱布尼茨坚持相对时空观,在他看来时间与空间都是事物的相互关联,如果没有了关联,就不存在一个客观的时间和空间。莱布尼茨始终坚持,运动一定是相对于谁的运动,运动的本质是相对的改变,而非绝对。

其实,在这么分析下去,就是爱因斯坦的相对论主题了。

莱布尼茨甚至直接指出,其实牛顿也没有必要坚持绝对时空观,因为他的行星运动体系并不需要这样一个假设。牛顿坚持这么一个时空观,是因为他觉得这是可以被证明的

从当时的支持率上讲,牛顿仍然处于绝对优势。过了一百多年,在爱因斯坦的启发下,人们才意识到莱布尼茨的正确性,确实高于牛顿

21世纪,当天文学家们采用各种观测证据论证这个宇宙自身也在转动的时候,人们依然会采用莱布尼茨当年的“活力”论,也就是能量守恒定律,来说明,如果宇宙自身也在转动,那么在宇宙之外,还有一个相反运动的宇宙,以确保角动量的抵消。这样,宇宙自身也在运动这个事实,说明宇宙本身也不是绝对的。

晚年的莱布尼茨处境很艰难,一方面由于与牛顿的争论失势使他在学界受到挤压,另一方面汉诺威动荡的君主政治让他失去了政治依靠。

晚年他依然在著述,但影响力已大不如前——这又是学术和科研受到政治干扰过度影响的例子。他深受痛风折磨,一直到自己的手不能动之前,还在写信争论运动的相对性。

17161114日,莱布尼茨在家中去世,没有亲戚也没有朋友,一个月后被葬于汉诺威市内一个普通教堂,而且没有墓碑。迟至19世纪,也就是近八十余年后,人们才在他的安葬处盖上了一块写有他名字的石板。

之所以会这样,是因为即便他去世后,英格兰皇家学会也没有放弃对他的攻击,牛顿进一步把所有曾经写有莱布尼茨业绩的论著,都删去了莱布尼茨的名字

即便开明如英国,也被政治论争带入了一个死胡同——他们拒绝采用莱布尼茨建立的微积分符号体系,哪怕莱布尼茨的微积分适用性更好,牛顿的流数术其实很难被常人掌握。这导致英格兰的数学在此后五十年间没有了发展

牛顿晚年除了清除自己学术对手的影响力以外,全身心投入到了对圣经的研究中,他认为圣经里每个字都是对的,并且始终认为圣经中藏有一张隐秘的时间表

——二十多年前,我在慈鸟书店买了《牛顿传:最后的炼金术士》,书店老板是个瘦小的老者,满腹经纶的样子,跟我聊的时候谆谆教诲道,没有像我们这样正确的世界观和价值观,科学就没有方向,你看牛顿那么伟大的科学家,居然最后信了上帝,多么可悲,唉。

——我不禁感叹思想政治教育之威力,可以让人们如此简单而正确地看待一切事物,并真诚地认为自己的宇宙真理绝对正确——虽然我没有牛顿的聪明和贡献,但我拥有比牛顿先进的价值观和世界观

莱布尼茨的时空观,在他去世后近两百年,被爱因斯坦从光速不变原理中进行了详尽阐述——敝号去年的《相对论》做了详述,感兴趣的可以看看。

其实,问题可以简化为,看着一个钟表要确定时间,很简单直接;如果有两个钟表处于不同的地方,那么如何确定它们的同时性?

这是一件很麻烦的事——因为光速是有限的,你看完这个表,再跑去看那个表,包括安排两个人在两个地方盯着表,然后用电话沟通,其实都不是同时。时间,其实并不是客观的如如不动的存在,它是可以根据观测者而改变的

爱因斯坦在去世前不久写下了一段非常莱布尼茨风格的话:对于我们这些笃信物理学的人来说,过去、现在和未来的分野只是一种幻象,尽管是很顽固的幻象

全书毕。

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