追隨牛頓竟然讓英國數學百年停滯？

點與d的戰爭：

牛頓和萊布尼茨如何用符號改變世界

想象一下，如果今天全世界的數學家都在用“?”表示導數，而“dy/dx”只是某個小眾圈子的黑話——這差點就是我們的現實。三百多年前，兩位科學巨人幾乎同時叩開了微積分的大門，卻開啟了一場跨越世紀的符號戰爭。今天，當我們輕松寫下∫和dx時，很少想到這些簡潔符號背后，藏著怎樣的人性博弈與歷史選擇。

Part.1

一、瘟疫中的秘密：牛頓的“流數術”

艾薩克·牛頓

1665年，倫敦鼠疫肆虐，劍橋大學被迫關閉。23歲的艾薩克·牛頓回到林肯郡的伍爾索普莊園，開始了后來被稱為“奇跡年”的孤獨研究。

作為物理學家，牛頓的思考始終圍繞著運動。蘋果為何落地？行星如何繞日？他意識到，要描述這些連續變化，需要一套全新的數學工具。于是，“流數術”誕生了。

牛頓把隨時間變化的量稱為“流量”（fluent），如位移x；把變化率稱為“流數”（fluxion），如速度。他在字母上方加一個點來表示流數：速度是?，加速度是?。

這套符號極其簡潔，但有一個默認前提：自變量是時間t。?天然就是dx/dt。牛頓用它推導出行星軌道、萬有引力，寫進了劃時代的《自然哲學的數學原理》（1687年）。

然而，牛頓有個致命習慣：他把手稿鎖進抽屜，只在朋友間傳閱，遲遲不公開發表。這一鎖，就是二十年。

巴黎雨夜的靈感：萊布尼茨的符號革命

Part.2

幾乎同一時間，在巴黎，另一位天才正從完全不同的角度接近同一真理。

戈特弗里德·威廉·萊布尼茨本是外交官兼哲學家，在數學家惠更斯指導下，癡迷于曲線的切線問題。1675年一個雨夜，他在手稿邊緣寫下：“用∫表示‘和’（拉丁文summa）將是有用的。”拉長的S成為積分符號，dx表示微分。

與牛頓的物理直覺不同，萊布尼茨是符號大師。他認為：“要發明，就要挑選恰當的符號……最大限度地減少人的思維勞動。”他設計的不是個人表達，而是一套可拆解、復現的運算體系：

戈特弗里德·威廉·萊布尼茨

? dy/dx表示導數，像分數一樣直觀

? ∫表示連續求和

? 還有商“a/b”、比“a:b”、相似“∽”等符號

1684年，萊布尼茨發表《求最大值與最小值的新方法》，這是人類第一篇公開的微積分論文。三年后，牛頓的《原理》才出版。

加密信與權力審判：優先權之爭白熱化

Part.3

沖突的種子就此埋下。牛頓認為自己更早發現核心思想，萊布尼茨則強調獨立發明與首發權。

1676年，牛頓給萊布尼茨回信時，玩了一個文字游戲。他把關鍵結論變成亂序拉丁字母：“6accdae13eff7i3l9n4o4qrr4s8t12ux”——這是一種“易位構詞”，相當于在不公開細節的情況下“占坑”。解開后的意思是：“由任一含流量之方程，求其流數；反之亦然。”

這封加密信在三十年后成了牛頓的“王牌證據”。他認定萊布尼茨從中“借鑒”了思路。

1710年，爭論公開化。牛頓的支持者指控萊布尼茨“只是改換了牛頓發現的名稱和符號”。萊布尼茨要求英國皇家學會調查，卻不知自己已陷入陷阱——牛頓當時正是皇家學會主席。

1712年，由牛頓親自選定成員的調查委員會發布報告，認定牛頓是“第一發明者”，萊布尼茨“涉嫌剽竊”。更具諷刺意味的是，這份報告的核心草稿，字跡全部出自牛頓本人。在這場科學史上最著名的裁決中，牛頓既是原告，又是法官，還是判決書的匿名作者。

萊布尼茨手稿

符號的較量：為什么“d”戰勝了“點”

Part.4

表面上是優先權之爭，實質是兩種思維方式的對抗。

牛頓的點符號（?, ?）：

? 優勢：極簡，物理圖像直觀（直接對應速度、加速度）

? 局限：默認自變量是時間，處理多元函數時笨拙；高階導數（三階以上）幾乎無法清晰表達

萊布尼茨的d符號（dy/dx, ∫）：

? 優勢：自我解釋性強（dy/dx像分數，∫像拉長的S表示求和）；鏈式法則等運算直觀如代數操作；天然適合多元函數、偏導數

? 局限：早期“無窮小量”概念模糊，遭貝克萊主教嘲諷為“消失量的鬼魂”

更關鍵的是傳播效率。牛頓符號像“個人方言”，只有天才才能流暢使用；萊布尼茨符號是“通用語言”，普通人通過學習規則就能掌握。在17世紀的印刷術中，點符號常印成模糊的“蒼蠅屎”，而d和∫清晰易辨。

百年停滯：英國數學付出的代價

Part.5

這場爭論撕裂了歐洲數學共同體。英國學者固守牛頓流數術，歐洲大陸全面采用萊布尼茨符號。

結果令人扼腕：

? 歐洲大陸在伯努利、歐拉、拉格朗日推動下，將微積分發展為系統性的“分析學”，解決了最速降線、變分法等前沿問題

? 英國數學因符號壁壘，學生無法閱讀大陸文獻，劍橋考試直到1750年仍禁止使用dy/dx

? 18世紀，歐洲大陸發表的微積分論文是英國的5倍；英國直到19世紀初才重新融入國際主流

牛頓贏得了官司，卻讓英國數學輸掉了未來。最具歷史諷刺的是：今天全球使用的微積分符號，全盤皆是萊布尼茨版本。

歷史的公正：當公式冠以兩人之名

Part.6

時間最終給出了公正評判。現代科學史研究證實：牛頓與萊布尼茨是各自獨立發明微積分的。

牛頓更早形成核心思想（1665-1666年），萊布尼茨更早公開發表（1684年）。牛頓從物理運動出發，創造了思想內核；萊布尼茨從幾何符號切入，構建了表達體系。

牛頓—萊布尼茨公式

今天，微積分最核心的定理被命名為“牛頓-萊布尼茨公式”。這不是和稀泥的妥協，而是對歷史真相的承認：微分與積分的互逆關系，是兩人共同發現的微積分靈魂。

結語：符號如何塑造科學

Part.7

回顧這場點與d的戰爭，我們看到的不僅是兩位天才的爭執，更是符號如何深刻影響科學進程。

萊布尼茨曾評價牛頓：“在從世界開始到牛頓生活的時代的全部數學中，牛頓的工作超過了一半。”而歷史同樣證明：沒有萊布尼茨的符號，微積分可能只是少數天才的密室游戲，而非改變世界的通用工具。

當我們今天在物理方程中仍能看到牛頓的?（尤其在力學、電路分析中），在數學教材中無處不在的dy/dx和∫，這本身就是一種和解——兩種符號在各自最擅長的領域繼續發光。

科學的進步需要牛頓式的深邃直覺，也需要萊布尼茨式的清晰表達。真正的智慧，或許在于懂得：思想的價值，不僅在于其正確性，更在于其可傳播性。而好的符號，正是讓真理走得更遠的翅膀。

下次當你寫下∫f(x)dx時，不妨想一想——這簡潔的一筆，承載著三百年的智慧、爭執與選擇。

編輯：ThymolBlue

文章轉載自“中科院物理所”微信公眾號