书城工具书百科全书式的科学大师莱布尼茨
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第13章 完美的二进制思想

不少中国人对莱布尼茨感兴趣的原因,出自一个以讹传讹的信息:莱布尼茨受中国典籍《周易》启发发明了二进制。不错,他的确对中国文化表现了十分浓厚的兴趣,并且堪称是提出融会中西文化的先行者,对中国文化也赞誉有加。但历史的真相是:莱布尼茨发明二进制与《周易》无关。

二进制由于在现代电子计算机中的重要性,因此其发明日渐为人们重视,莱布尼茨的这一数学创造值得大书一笔。

据偶然发现的一份笔记上的记载,莱布尼茨1674年在巴黎期间,已经研究了二进位算术,因此他发明二进位制的时间,大约是1672年至1676年在巴黎时。

他发明二进位制算术的学术渊源是什么?早期各种文明中,计数的进位制五花八门,我们在今天的日常生活中仍随处可见古代各种进位制的痕迹。小时、分、秒的时间计量单位采用60进位制即为一例。今天,在澳大利亚和非洲的某些最原始的民族中,就使用二进制。莱布尼茨当然不是从澳洲或非洲的土著人那里汲取的灵感。

据莱布尼茨自己宣称,他是受E。魏格尔的一部研究四进制的著作的启发而发明了二进制。魏格尔曾在1663年夏季教授给他欧氏几何、毕达哥拉斯—柏拉图的数学宇宙观。魏格尔认为四进制是神创造万物时所用的自然体系,因为1 2 3 4=10是毕达哥拉斯学派十分推崇的数,而古希腊的四元素说等也构成了一种依据。这种数与神学的联系也在一定程度上影响了莱布尼茨。同时,还有一些欧洲学者研究十二进制、八进制的。甚至英国数学家、天文学家哈恩奥特(1560~1621)在一份未发表的手稿中已使用过二进制。在1670年出版的一部著作中,也出现了二进位制。

在明确标注1679年3月15日的手稿中,莱布尼茨明白无误地向世人记下了他的二进位制算术。1679年3月15日,他写了题为《二进位算术》的论文。对二进位制进行了充分的讨论,并与十进位制进行了比较:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9……

0 1 10 11 100 101 110 111 10001001……

21 22……29 30 31 32……

1010 10110 11101 11110 11111 100000……

64……80……96 100……

1000000……1010000……1100000 1100100……

同时阐明将二进位制数改写成十进位制数的法则:

1011000(二进位制)写成十进位制数就是

2 6 0 2 4 2 3 0 0 0=64 16 8

=88

不仅如此,更重要的是,他还阐明了正确的二进位制加法、乘法规则。例如,他给出了以下这类实例:

这样,莱布尼茨完整地建立了二进位制的表示及其运算,是一大完美的数学创造。

二进位制创造工作完成后,他没有马上发表,后来又忙于微积分的改进、发表及其他一些数学、科学和社会事务了。直到15年后,才重新审视这一重要数学创造。

1695年5月,在与鲁道夫·奥古斯特大公的一次谈话中,莱布尼茨谈起了二进位制。大公对此非常感兴趣,认为一切数可由0与1创造出来这一点,为基督教《圣经》中所描述的创世纪提供了依据。这是因为,唯一完美的上帝从无到有创造了世界,这样就与一切数的根源来自0与1这一体系对应起来了。

大公的一席话,激发了他研究完善二进制算术的热情,同时他还想以大公的数字—神学联系的想法来争取人们对其二进位制的关注。

1697年1月2日,在呈送大公的信函中,莱布尼茨特地奉上了他创造设计的象征二进位制的纪念章图案,以此当作新年礼品。纪念章正面是大公图像,背面的设计则反映了莱布尼茨的创造和深刻思想:水面上笼罩着一片黑暗,顶部光芒四射——象征《圣经》中创世的故事:

判断任何创造都必须有标准。我们说一种文明中采用了哪一种进位制,必须有足够的证据。在这种进位制体系中,有表示数的系统,还必须有运算的规则。莱布尼茨之所以在一个小小的纪念章上,标记上数字对照表和加法、乘法实例,乃在于他认识到,只有这样才能明白无误地表明他创造了二进位记数法。我们在评说历史时应该坚持这样明确的准则,否则牵强附会,只能自欺欺人。

纪念章外缘上方是“2,3,4,5……用一,从无,可生万物”,神秘而雅致,令人赏心悦目。

纪念章图案的下方则写着:

创世纪的景观。

基督纪元1697年莱布尼茨发明(Am。Chr。Invan。G。G。L。*MDCXCVII)

据莱布尼茨自己的解释,纪念章正面大公头顶上皇冠的记号串,表示数1贯穿着0,同时也寓意着:必要的东西只能有一个。在二进制中,他已寻找到了事物从无开始的连续的创造,以及万事万物依赖于上帝而存在的美妙图像。

在他看来,1与0这两个符号,反映着上帝从无到有、肯定与否定、完美与破缺、主动与被动、表象与本质等诸事物的起源。完美只能归属于上帝。完美的(1)与不完美的(0)是莱布尼茨本体论的基本象征。

从数学上来说,他创造二进位制的意义在于开辟认识数字规律的新道路。在他看来,数字的十进位制表示看不出什么明显的规律,而将二进位制数并列起来,数列中就会呈现出奇妙而完美的规律。