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外爾----20世紀最偉大的數學家之一 (2)
送交者: wai2 2003年10月27日17:46:59 於 [教育學術] 發送悄悄話

在數學方面,整個法國都找不到幾個出生於1880-1900年間的數學家。老一輩的法 國數學家們專注於函數論的研究,並且確實取得了豐碩的成果,但數學並不只是函數論。 Poincaré逝世後,有着光榮歷史的法國數學落伍了。整個法國只有ElieCartan才懂 得現代數學,但他同時代的人都不理解他——除了Hermann Weyl.

法國人對“敵國”德國的數學只有很模糊的一些概念,對波蘭和莫斯科的拓撲學派 一無所知,即使在函數論方面,芬蘭數學家Nevanlinna和Ahlfors也開始超過他們。

當Bourbaki的首批成員們進入高等師範學校時,教他們課的都是些五六十歲的老頭 子:Hadamard, Picard, Lebesgue, Montél, Borel, Denjoy...這些老頭子確實很有名, 但他們只知道他們二十歲時的數學,不知道他們五十歲時的數學。

Hadamard在法蘭西學院開設的討論班成為法國數學唯一了解外界的窗口,Hadamard 退休後,討論班由Gaston Julia負責。Julia是在一戰中倖存下來的極少數年輕法國 數學家之一,他在戰爭中失去了鼻子。

Hadamard和Julia的討論班為Bourbaki的建立打下了基礎,Bourbaki早期主要成員 都是從這個討論班裡出來的

Weil和Henri Cartan都在Strasbourg教微積分,當時通用的教材是Goursat的 "Traité d'Analyse",但這本書顯然還不太夠用。Cartan和Weil經常討論一些教學中遇 到的基礎性問題,比如Stokes公式應該怎麼陳述和證明。有一天,Weil說:“夠了,我們 找幾個人好好討論一下吧!”

於是在1935年的夏天,在巴黎的一家飯館裡,七位(這個數字是Weil在北大演講時 說的,Bourbaki的首批成員大約十個人)年輕的法國數學家創建了Bourbaki學派,其中 最重要的五位創始成員是: Henri Cartan (1904- ) Claude Chxxxxley (1909-1984) Jean Delsarte (1903-1968) Jean Dieudonné (1906-1992) André Weil (1906-1998)

Bourbaki的首批成員基本上都畢業於高等師範學校。Weil是他們的精神領袖,Cartan 稱他在Bourbaki中起到了決定性的作用。

Cartan則是Bourbaki中最好的老師,他培養了許多當代著名數學家。

Delsarte年紀最大,是Weil在大學裡的室友。Weil稱他是Bourbaki的發起者和組織 者。當時Delsarte和Dieudonné都在Nancy大學,後來Delsarte一直在那裡,並使得 Nancy成為Bourbaki的重鎮。

Dieudonné早年研究的是古典分析,取得了不少成果。1930年,他正在柏林寫他的 博士論文,這時Van der Waerden的《近世代數》出版了,他跑去買了一本來看,當時 便驚呆了:他那時才剛剛知道什麼是群,還不知道什麼是理想!儘管他日後會被譽為 “當代數學的化身”,但他在1931年拿到博士學位時,可以說對當代數學一無所知。 在國外,他親眼目睹了代數、拓撲、泛函分析的巨大發展,深感自己所走的道路前途 黯淡,便毅然在30歲時開始大轉向,後來陸續在現代數學的各個領域中作出了巨大的 貢獻。他是Bourbaki最堅定的號手和鬥士,在Bourbaki的大會和討論班上十分活躍, 任何時候都不掩蓋自己的觀點。

Chxxxxley則是他們中的代數、數論專家,他從高等師範學校畢業後就去了哥廷根, 聽E. Noether的課程。他與Noether, Hasse, Brauer等人互相交流,互有影響。

這些人約定好每兩周聚會一次。起初他們只是想寫一本新的"Traitéd'Analyse", 後來慢慢地慢慢地,他們發現他們將要寫的是一部數學百科全書。

Bourbaki有幾條不成文的規定,比如說成員到了五十歲就必須自動退出,以保持 Bourbaki的活力。每個人都必須對所有的數學分支都感興趣,如果你只對代數感興趣, 那麼你永遠都不會成為Bourbaki的成員。Dieudonné曾說,如果他不是經常被分派去寫 自己完全陌生的主題,那麼他根本就不可能完成自己工作的十分之一。

Bourbaki很快發現他們不可能只局限於編一本分析教科書,因為現代數學的面貌已 經完全改觀,數學分析的基礎也發生了變化。於是他們決心擴大目標,要以書的形式來 概括現代數學的主要思想。這時Bourbaki的成員都只有30歲左右,根本沒有預料到這個 工作是多麼的艱巨。如果他們的年紀再大一些,知識再豐富一些,經驗更多一些,這項 偉大的事業也許就永遠不會開始了。在討論這個方案的第一次會議上,他們準備在3年 之內就完成這部大著作(事實上到今天都遠未完成),從而得到一張數學基本原理的藍 圖。

1935年底,Bourbaki的成員們一致同意以數學結構作為分類數學理論的基本原則。 “數學結構”是Bourbaki的發明,他們認為,數學世界中有幾種基本的結構:代數結構、 拓撲結構、序結構,這些結構經過混合和雜交,就得到數學的各種研究對象。比如實 數集合,從代數結構看是一個域,從拓撲結構看是單連通的,從序結構看是全序集。而 拓撲群則是拓撲結構與群結構結合而成。因此,數學的分類就是以結構來劃分,比如線 性代數和初等幾何研究的是同一種結構,而歐氏幾何則是Hilbert空間在Hermitian算子作 用下的特殊情形。他們一下子打亂了經典數學的秩序,以全新的結構觀點來統一整個數 學。

Bourbaki將要寫的書名為"Eléments de mathématique",在這部著作中,他們使 用公理化方法,消化大量從未有人整理過的材料,並創造許多自己的新概念,並將結構 的觀點貫穿始終。

這部著作是集體的產物,但有着統一的風格。在集會上,他們決定寫某一專題,分 多少章,每章什麼主題等等,然後再把起草的任務交給某個想要擔當此任務的人。作者 盡可以隨心所欲地寫,但他寫出的東西必須經過大會審查。在會上,作者必須一字不漏 地大聲宣讀。每一個證明都要進行嚴格的檢查,並且經常會被批得體無完膚。如果你有 幸參加過Bourbaki的討論班,你一定會以為自己是處在一群瘋子當中。所有的人都在大 喊大叫,初出茅廬的小伙子能和久負盛名的數學家吵得不可開交。如果誰在討論班上一 言不發,那麼他就不用指望被邀請參加下一次討論班。最後爭吵的結果通常是原稿被撕 得粉碎,然後找出一位新成員重頭開始。這樣一次次地接力下去,當進行到第六、第七、 甚至第十遍的時候,大家終於都受不了了,於是一致同意把它付印。這時候的定稿已 經很難看出到底是誰寫的了,便署上一個集體的筆名:Nicolas Bourbaki.

Bourbaki原定三年完成他們的宏大著作,但三年下來只完成了"Eléments de mathématique"的第一部分《分析的基本結構》的第一卷《集合論》的第一分冊《結 果》。這本不到50頁的小冊子在1939年出版,那時歐洲已經籠罩在戰爭的陰影之下, Bourbaki的成員開始各奔東西。我們還是回到我們的主人公Weil身上吧。

1933-1939年間,Weil在Strasbourg任職,一直升到了教授。他還是經常出遊,並 引起校方不滿。1935年他去莫斯科參加第一次國際拓撲學大會,結識了Alexandrov, Kolmogorov, Pontrjagin等人。1936年,他參加了在奧斯陸舉行的國際數學家大會,後 來他稱這是他所參加過的最好的一次國際數學家大會。1936-1937年,他在Princeton高 等研究所呆了一年。這幾年中他考慮的問題很廣,從動力系統到多複變函數,從代數函 數論到有限群,當然還有代數簇上的算術。

當時許多人證明了某些拓撲群上度量的存在性,Weil進一步考慮了拓撲群上的積分 問題,並在1936年底寫成了《拓撲群的積分及其應用》,但只到1940年底才出版。這本 書成為該領域的經典之作,P.R. Halmos曾寫道:“……我們發現一種力量強大的技術 可以解決有關拓撲群的問題——常常是你只須拿起André Weil關於這個題目的書,一頁 一頁翻下去,最後就能找到你要找的東西。”

Weil於1937年結婚,他始終深愛着他的妻子Eveline. -- 戰爭逼近了。André的妹妹Simone思想比較激進。1936年西班牙內戰爆發時, Simone寫道:“我不喜歡戰爭……我並不能制止自己從道義上參加這場戰爭。”於是她跑 到西班牙去參加反對法西斯政權的戰爭。但André深受印度哲學以及Gandhi的非暴力思 想影響,反對一切戰爭。

30年代初,彌永昌吉(Shokichi Iyanaga)曾和Weil一同上Hadamard的討論班。一 次課上,他突然遞給彌永一張小紙條,上面用日文寫着:“打倒軍隊!”彌永知道這是 Weil為日本侵略中國而向他表示抗議,便在紙條上用三個漢字寫下了同樣的意思。(三 個漢字?不知道他是怎麼寫的。)Weil收下紙條,並對彌永抱以會心的微笑。

1939年,法國開始擴軍備戰,André Weil作為一個預備役軍官,也在應徵範圍。 André認為他沒有義務去參軍,因為按照"Bhagavad Gita"的精神,義務是個人的事。 而他的義務是研究數學,不是打仗。他決定趁戰爭尚未爆發就逃到一個中立的國家去。

1939年夏天,Weil攜妻子出國,先後去了英國、挪威、丹麥、瑞典、芬蘭。在芬蘭 時,他的妻子因故先回國了,只留下Weil一個人呆在這裡。

那時蘇聯對芬蘭提出了領土要求,兩國關係非常緊張,芬蘭數學家L.V.Ahlfors 參加了對蘇聯飛機的監視行動。(Ahlfors是Lindelof和Nevanlinna的學生,1936年獲 首屆Fields獎。)Weil跑到Ahlfors值勤的小島上,兩人整日裡談論數學。當時芬蘭的 信件檢查很嚴格,Weil給親友的信件都署Ahlfors的名。

其實Weil剛進芬蘭就被安全部門盯上了。蘇芬戰爭一爆發,警察便闖進Weil的住所, 大肆搜查。他們搜出了一大堆充滿奇形怪狀的數學公式的手稿,還有幾卷速記體的文 本,——Weil解釋說這是Balzac的小說,但對方顯然不信。更糟糕的是,他們發現了一 封Pontrjagin以俄文寫給Weil的信,上面提到了Weil想去列寧格勒的計劃。最令Weil不 能容忍的是,他們還抄走了一疊明信片,而那是屬於Poldavia皇家學院院士Nicolas Bourbaki先生的,他們甚至還拿走了Bourbaki先生的女兒Betti Bourbaki的婚禮請柬!

Weil被當作俄國間諜抓了起來。他會被處死,如果不出什麼意外的話。

--

Weil幸運地活了下來,二十年後,他才從Nevanlinna那裡得知事情的原委。原來那 天Nevanlinna去參加國宴,遇上了赫爾辛基市的警察局長,對方說:

“明天我們將要處決一名俄國間諜,那傢伙聲稱認識您。我們當然不會為這種小事 來麻煩您,不過現在既然碰見您,就跟您說一聲。”

Nevanlinna問:“那個人叫什麼名字?”

“André Weil.”

可以想象Nevanlinna當時是多麼的ft,他試探着問:“我認識他。難道非得處死他 嗎?”

“哦,那您覺得我們應該怎麼辦?”

“你們就不能僅僅把他驅逐出境?”

“嗯,這倒是個好主意。”

於是Weil被驅逐到瑞典,途經英國,一直押送回法國。剛回到法國他就被捕,關進 了Le Havre的一個監獄,然後轉到了Rouen的軍事監獄,等候審判,罪名是逃避兵役。

-- Weil在Rouen監獄裡呆了三個月(1940.2~1940.5)。他得以審視自己的內心,靜 靜地思考一些問題。在這裡,他完成了自己最重要的工作之一:對有限域上的曲線證明 Riemann假設。他還修改了自己關於拓撲群的書上的證明,並為Bourbaki寫了一篇關於 積分理論的報告,——監獄裡沒有打字機,這是他唯一一篇手寫的論文。

並不只有Weil才在監獄裡研究數學,多年以後Weil會和他的一位叫Jean Leray的同 胞分享第二屆Wolf獎,後者曾在納粹集中營里呆了五年,在那兒革新了現代拓撲學。 (Leray在集中營里引進了sheaf和spectral sequence這兩個基本的拓撲概念,並建立了 相應理論。)

不做數學的時候,Weil就閱讀印度詩歌,還給親友寫了大量的信。他光給Henri Cartan就寫了15封信。在給妹妹Simone的一系列信件中,他闡述了自己對數學的看法, 特別是他把數論與Riemann曲面論統一起來的思想。

以下是他給妻子Eveline信件的摘錄:

“怎麼說我自己呢?我就像一隻蝸牛,藏在自己的殼裡,從哪個方向都無法出去。”

“我正在讀'Gita',一點點地讀。就應該這樣讀。你對它的細節領悟得越多,就會 越欣賞它。”

“我的數學工作已經遠遠超出了我的預想。我甚至有些擔憂:如果我只是在監獄裡 才能做得這麼好,那我是不是每年都得設法在這裡呆上兩三個月呢?”

“我給Cartan大伯寄了一份'Comptes Rendus'的筆記……我很高興,因為這是在監 獄裡寫的(或許這是數學歷史上的第一次),因為我可以通過這種辦法向全世界的數學 朋友們宣告我的存在,因為我被我所證明的這些定理的美所深深打動。”

“這是從'Gita'里選的一段話,我非常喜歡:‘一片葉,一朵花,一隻果,一瓢水, 無論是誰愛的奉獻,我都會接受,這靈魂的付出。’”

“在那散發甜香的黃花邊上,是被藤蔓環繞着的長椅。我多麼想坐在那兒,為你念 Krishna的詩:‘在所有的季節中,我是花的季節。’但他沒有告訴我們是什麼花……”

軍事法庭對Weil作出了最嚴厲的判決:五年監禁。這個判決是在庭審之前就已經定 好了。Weil選擇了進軍隊服役,以獲取緩刑。當時法國在戰場上節節敗退,政治、軍事 形勢一片混亂。Weil所在的軍團撤到了英國,轉移了一個又一個營地,還經歷了倫敦大 轟炸。Weil搭上了一艘回法國的醫護船,並得以退伍。但他不知道自己是不是還得去服 刑。

德軍已經占領了巴黎以及整個法國北部,Weil原先執教的Strasbourg也成了德國人 的學校。原先的法國師生從德占區各地移居到法國中部的Clermont-Ferrand.這裡集中 了大批的Bourbaki成員,象 H. Cartan, Dieudonné, Delsarte, Ehresmann,Possel, S. Mandelbrojt 等人,還有一些新成員加盟,比如 L. Schwartz 和 A.Lichnerowicz 等。Weil於1940年10月10日也來到了這裡,Cartan在車站迎接他。稍後,Weil與在敵占區 的妻兒團聚,他們一家人弄到了去美國的簽證,在1941年初抵達了美國,總算逃過了法 國的監獄和希特勒的集中營(Weil是猶太人)。

留在法國本土的Bourbaki們做了不少工作,他們陸續出版了"Eléments de mathématique"中《一般拓撲學》的一、二、三、四章和《代數學》的第一章。這些書 已經反映出Bourbaki的精神,不過在戰爭期間未引起足夠注意。他們還和大洋彼岸的 成員們建立了聯繫,據說他們的某些書稿還是由法國抵抗運動的地下組織負責傳遞的。 Weil剛到美國的時候很不走運。那時大批歐洲科學家湧入美國,大學職位奇缺。即 使是Hadamard,當時法國最著名的數學家Hadamard,1912年當選法蘭西科學院院士、 1932年當選英國皇家學會會員的Hadamard,也只能在Columbia當一名講師。

Weil先是到Princeton高等研究所,那裡有他的朋友Chxxxxley和Siegel. 這兩位來 得比較早,所以位子坐得很安穩,Weil可沒這麼幸運,他沒過多久就去了Haverford學 院。後來他說這是一個“連提都沒法提的事”,在履歷表里也隱瞞了這段經歷。在那裡, 他要花大量的時間去教程度極低的美國大學生,甚至還得教三角函數和初等幾何,有 時還得改本,所以自己的研究工作進展相當慢。學院給他的薪水少得可憐,靠 Rockefeller基金會的資助才能勉強糊口。

在芬蘭的時候,Weil曾和Ahlfors討論過複變函數。Ahlfors想把單複變函數里的 Nevanlinna值分布理論推廣到多複變函數上去,但關鍵是微分幾何里的高維Gauss- Bonnet公式。他向Weil提出挑戰:如果Weil能夠證明高維的Gauss-Bonnet公式,那麼他 就可以把Nevanlinna理論推廣到多復變情形。Weil在Haverford學院期間,同Allendorfer 合作解決了這個問題,不過Ahlfors的推廣還是未能作出,因為實際工作比他想象的要困 難得多。

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