数学家的“数学”墓碑(下)-百科知识2023年11期
A+
A-
返回
《百科知识》

数学家的“数学”墓碑(下)

麦克劳林的墓碑

科林·麦克劳林是苏格兰数学家(图13),成就非凡,被誉为18世纪英国最有影响力的数学家之一。

1698年2月,麦克劳林出生于苏格兰的基尔莫登,自幼父母双亡,由叔父抚养成人。他从小便展现出过人的数学天赋。11岁时,麦克劳林考入格拉斯哥大学,研修神学。入校不久,他就对数学产生了浓厚兴趣;于是,在一年后,便转攻数学。17岁时,麦克劳林取得硕士学位,并为自己关于重力做功的论文进行了精彩的公开答辩。

图13

19岁时,他被聘为阿伯丁大学的数学教授,并主持该校马里歇尔学院有关数学学科的工作。两年后,麦克劳林被选为英国皇家学会会员。1722—1726年,他在巴黎从事研究工作。1724年,麦克劳林因物体碰撞的杰出论文而荣获法国科学院资金奖励。回国后,麦克劳林任爱丁堡大学教授。

1719年,年仅21岁的麦克劳林在访问伦敦时见到了牛顿,从此成为牛顿晚年的得意门生。1724年,由于牛顿的全力推荐,麦克劳林继续获得教授席位。

麦克劳林在21岁时发表了第一本重要著作《构造几何》,书中描述了作圆锥曲线的一些新的巧妙方法,精辟地讨论了圆锥曲线及高次平面曲线的种种性质。麦克劳林于1742年撰写的《流数论》以泰勒级数作为基本工具,是第一本对牛顿的流数术给出符合逻辑的、系统解释的著作。他得到数学分析中著名的麦克劳林级数展开式:若函数f(x)在包含0的某个闭区间[a,b]中具有n阶导数,且在开区间(a,b)中具有n+1阶导数,则对闭区间[a,b]中的任意一点,下式成立:

他同时用待定系数法给予证明,这成为高等数学中无论如何也绕不过去的一个公式。由此可见,这位英国数学家非同凡响的创造力和影响力。

此外,麦克劳林在代数学领域也有杰出贡献。在于1748出版的遗著《代数论》中,他创立了用行列式方法求解多个未知数联立线性方程组,后来,由数学家克莱默重新完善,成为现今的克莱默法则。

麦克劳林的成长经历堪称“神童—奇才”般水到渠成。也正是由于牛顿对其研究工作的无私支持和帮助,麦克劳林得以在几何学和应用数学上取得重大成就。因此,他终生感激牛顿对自己的栽培和提携,并致力于继承、捍卫、发展牛顿的学说。他曾打算写一本名为《关于伊萨克·牛顿爵士的发现说明》的书,但未能完成便去世了。麦克劳林的墓碑上刻有“曾蒙牛顿推荐”(图14),以表达对牛顿的感激之情。

图14

高斯的墓碑

高斯是历史上最伟大的数学家之一(图15),被世人称为“数学王子”,其贡献遍及基础数学和应用数学的各个领域,对现代数学的发展产生了深刻影响,其成就足以与阿基米德、牛顿比肩。

有关高斯天纵之才的神奇传说,可以说在全球范围内广为流传。除了妇孺皆知的10岁小高斯巧算1+2+3+4+5+…+99+100的故事,最为数学爱好者耳熟能详的,当数1795年进入哥廷根大学的19岁高斯,一夜之间完成两千年来连阿基米德和牛顿也没能解决的世界级难题:用圆规和一把没有刻度的直尺画出一个正十七边形。尽管高斯日后取得了更大的成就,但他本人对此念念不忘,并在临终前留下遗言:“我死后,什么东西都不想要,只希望在我的墓碑上做一个正十七边形。”

VtdJfGq/ATfRQKhbprSvpXyPDpY70PeeJ5tiBXjiH/A=
图15

正三角形和正五边形早已为人熟知,而正257边形、正65537边形由于过于复杂,迄今为止尚无人能有所进展。因此,正十七边形自然成为高斯传说中的最佳数学背景。

高斯去世后,哥廷根大学为之建造的墓碑上(图16)并没有什么正十七边形的图案,不过,这并不影响高斯的伟大和非凡。有德国慕尼黑博物馆中的纪念文字为证:“他的思想深入数学、空间、大自然的奥秘,他测量了星星的路径、地球的形状和自然力,他推动了数学的进展,直到下个世纪。”

笛卡尔的墓碑

笛卡尔是著名的法国数学家、物理学家、哲学家(图17),“我思故我在”便是他的名言。他对现代数学的发展做出过重要贡献,因将几何坐标体系公式化,而被认为是“解析几何之父”。

在笛卡尔之前,几何与代数是数学中两个不同的研究领域。笛卡尔站在方法论的高度,认为希腊人的几何学过于依赖于图形,束缚了人的想象力。他觉得当时流行的代数学完全从属于法则和公式,不能成为一门改进智力的科学。因此,他提出,必须把几何与代数的优点结合起来,建立一种“真正的数学”。

图17

1637年,笛卡尔发表了在数学史上具有划时代意义的光辉巨著—《几何学》,标志着解析几何学的诞生。在这本著作中,笛卡尔首先建立了直角坐标系,为利用代数的、解析的方法解决几何问题提供了必要条件;并且,他使数学的两大基本要素“数”与“形”统一起来,用代数方法研究、解决几何问题,也可以运用几何方法解决代数问题,进而从根本上改变了从古希腊开始的代数与几何分离的趋向,推动了数学的发展进程。

笛卡尔的天才创见也为微积分的创立奠定了基础,从而开拓了变量数学的广阔领域。最为可贵的是,笛卡尔用运动的观点,把曲线看成点的运动的轨迹,建立了曲线和方程的对应关系。这种对应关系的建立,不仅标志着函数概念的萌芽,而且表明变数进入了数学,使数学在思想方法上产生了巨大转折—由常量数学进入变量数学,从而引发数学的深刻革命,有效地解决了现实中的许多重大问题,大大促进了生产力和科学技术的发展。

《几何学》中还包括方程理论,其中最著名的是“待定系数法”。后来,待定系数法不仅成为初等数学里解决多项式因式分解、分式的分项分解的有力工具,也是高等数学中计算积分、级数以及求解微分方程的重要方法。此外,人们在笛卡尔的手稿中还QSTpccOk5hDB3Ch6TDSPBA==发现,他于1639年就已掌握了欧拉在1750年才发表的凸多面体的棱数、面数、顶点数三者之间的数量关系:顶点数-棱数+面数=2,这是图论中的定理。

笛卡尔去世后,他的著作被罗马教廷列为禁书,直到1740年,禁令才被解除。1819年,笛卡尔的骨灰被移入巴黎最古老的教堂—圣日耳曼德佩教堂中,在他的墓碑(图18)上,刻着这样一句话:“笛卡尔,欧洲文艺复兴以来,第一个为人类争取并保证理性权利的人。”

图18

希尔伯特的墓碑

德国数学家希尔伯特是19世纪和20世纪初最伟大、最具影响力的数学家之一(图19)。他领导了著名的哥廷根学派,使哥廷根大学成为当时全球数学研究的重要中心,并培养了一批对现代数学发展做出重大贡献的杰出数学家,因而享有“数学世界的亚历山大”和“数学无冕之王”的美誉。

图19

1880年秋,18岁的希尔伯特进入著名的柯尼斯堡大学专修数学,在此期间,他结识了闵可夫斯基和阿道夫·赫维茨两位德国青年数学家。他们每天下午5点准时到校园的苹果树下会面,日复一日地进行着自由交流、探讨的“数学散步”,这为希尔伯特的未来发展奠定了坚实基础。

1884年,希尔伯特获得博士学位,并留校任教;1893年,他被任命为数学教授。1895年,应数学家克莱因邀请,希尔伯特赴哥廷根大学任教,此后一直在“数学之乡”哥廷根生活和工作。

希尔伯特的数学研究涉及代数不变式、代数数域、几何基础、变分法、积分方程、无穷维空间、物理学和数学基础等,在这些领域中,他都做出了重大的或开创性的贡献。1897年,他的《代数数域的理论》正式发表,立即在数学界引起巨大反响,数学家们称之为19世纪代数数论的顶峰。1899年初,希尔伯特的《几何基础》出版,成为公理化思想的代表作,并由此推动形成了“数学公理化学派”,可以说,希尔伯特是近代形式公理学派的创始人。在横跨两个世纪的60年数学研究生涯中,希尔伯特的研究足迹几乎遍及现代数学的前沿阵地,他的数学思想深深渗透在整个现代数学领域。

值得大书特书的是,1900年,在巴黎召开的第二届国际数学家大会(ICM)上,年仅38岁的希尔伯特发表名为《未来的数学问题》的演讲,提出当时世界上还没有解决但对未来数学发展有重大影响的23个数学问题,史称“希尔伯特问题”,其中涉及现代数学的大部分重要领域,为20世纪的数学研究指明了方向。也正因为此,在希尔伯特的墓碑(图20)上,便镌刻着他在国际数学家大会上的演讲金句:“我们必须知道,我们必将知道!”(Wir mussen wissen. Wir werden wissen)

图20

陈景润的墓碑

陈景润是我国数学界的一位传奇式人物(图21)。他虽不善言辞,可在数学研究方面,特别是对哥德巴赫猜想的研究出类拔萃,一直处于世界领先地位。-

哥德巴赫猜想源于德国一位中学数学教师哥德巴赫,他依靠试验、观察发现:任何一个偶数(除了2,它本身就是一个质数)都能表示成两个质数(也称素数)之和。如4=2+2,6=3+3,8 = 5 + 3,1 0 = 5 + 5,1 2 = 5 + 7,14=7+7,16=13+3,18=13+5,20=13+7,……100=97+3,等等。不过,作为数学教师,他也知道试验并不是证明,这个命题是否正确必须经过严格的论证。于是,他在1742年6月7日写信给当时的数学大师欧拉,说他相信“任何一个大于2的偶数,都可以分成两个素数的和”,希望欧拉能帮他证明。欧拉于同年6月30日回信,说他相信这个猜想,但他还不能证明。

图21

尽管这个问题的叙述如此简单,就连小学生都可以理解,可它的证明又是那样艰难,一直到整个19世纪结束时,经过历代许多数学家的探索,关于哥德巴赫问题的研究仍没有取得任何进展。正因为此,在1900年于巴黎召开的国际数学家大会上,希尔伯特发表的意义深远的23个数学问题中的第8个就是哥德巴赫猜想。长期以来,哥德巴赫猜想一直被人们誉为“数学皇冠上的明珠”,数学家们从未放弃过对它的研究,陈景润就是其中取得杰出成就的一位。

在简陋的环境下,陈景润迎难而上,潜心研究,终于在1973年发表了名为《大偶数表为一个素数及一个不超过二个素数的乘积之和》的论文,标志中国数学家首次完成(1+2)的证明,整个数学界为之轰动,(1+2)也被国际数学界命名为“陈氏定理”。可以说,陈景润以(1+2)的成就,奠定了他在哥德巴赫猜想证明方面的领先地位,至今后无来者。-

图22

1996年3月19日,陈景润病逝,离开了他钟爱的事业,最终未能完成哥德巴赫猜想的证明,但他把一生都献给了这一世界级难题。2000年5月21日,陈景润的骨灰被安放在北京万佛陵园。他的墓碑由花岗岩做的“1”和“2”两个数字造型叠加而成。“1+2”寓意深长,既赞扬了陈景润的辉煌和成就,也表达了他的遗憾和希望,那就是期盼后来者早日解决哥德巴赫猜想。

陈省身的墓碑

陈省身,美籍华人,国际数学大师,中国科学院外籍院士,20世纪世界级的几何学家(图23)。他在整体微分几何上的卓越贡献推动了整个数学学科的发展,被国际数学界誉为“微分几何之父”。-

图23

陈省身于1927年考入南开大学数学系。1931年,他考入清华大学研究院,成为中国国内最早的数学研究生之一。受来华讲学的汉堡大学教授布拉希克影响,陈省身确定了以微分几何为自己的研究方向。1936年,陈省身获德国汉堡大学理学博士学位。1938年,他成为西南联合大学教授。1943年,陈省身应邀成为美国普林斯顿高级研究院研究员。此后两年间,陈省身结合微分几何与拓扑学的方法,完成了两项划时代的工作:高斯-博内-陈公式和Hermitian流形的示性类理论,为大范围微分几何提供了不可缺少的工具。这些概念和工具已远远超过微分几何与拓扑学的范围,成为整个现代数学中的重要组成部分,从而一举奠定陈省身在数学史中的地位。

由于在数学领域的杰出贡献,陈省身获得了众多荣誉:1975年,获美国总统颁发的美国国家科学奖;1983年,获美国数学学会“全体成就”斯蒂尔奖;1984年,获数学界最高荣誉—“沃尔夫数学奖”,成为有史以来首位获得该奖项的华人……

2004年11月2日,经国际天文学联合会下属的小天体命名委员会讨论通过,国际小行星中心将一颗永久编号为1998CS2号的小行星命名为“陈省身星”,以表彰他的贡献。2009年6月2日,国际数学联盟及陈省身奖基金会宣布设立“陈省身奖”,在每四年召开一次的国际数学家大会上颁发,以表彰全球终身成就卓越的数学家。获奖者除获得奖章外,还将得到50万美元奖金。

改革开放以来,陈省身非常关心中国数学事业的复兴,亲自参与、组织、指导我国数学界开展学术交流和学术活动,抱着使中国成为数学大国的理想信念,于1985年创办南开数学研究所,培养了大批青年数学家。为缅怀陈省身的爱国情怀和不朽功绩,南开大学在校园内为他树立了一块形似黑板的墓碑(图24)。墓碑高2.1米,横截面为曲边三角形,近似于陈省身代表性论文中的几何图案,墓碑上雕刻着著名的高斯-博内-陈公式。简约的造型表达了陈省身的遗愿:让自己的墓碑成为“户外课堂”的黑板。

图24

数学家们的墓碑虽然各式各样,但一如他们的研究结果,既简洁朴素,又高深莫测,既另类独特,又别有情趣,彰显出鲜明的专业特征。他们的墓碑上虽然只刻着简单的形和数,却从一个侧面显示了大师们的人生态度、科学造诣和博大的胸怀,正所谓:终其一生潜心钻研,数学墓碑铭刻荣耀。

(完)

【责任编辑】赵 菲

期刊目录