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最具獨創精神的數學家——黎曼
送交者: 艾森 2004年08月16日17:17:43 於 [教育學術] 發送悄悄話


  少年數學天才

  1826年9月17日,在德國漢諾威的布列斯倫茨,黎曼(1826-1866)出生在一個鄉下牧
師之家,是6個孩子中的次子。

  黎曼從小酷愛數學。他6歲時開始學習算術,並顯現出他的數學天才。他不僅能解決所
有留給他的數學問題,而且還經常提一些問題來捉弄他的兄弟姐妹。10歲時他跟一位職業
教師學習高級算數和幾何,很快便超過了老師,常常對一些問題能做出更好的答案。

  黎曼14歲時到漢諾威市上中學。由於經濟拮据,他總是靠步行奔波於漢諾威市與鄉間
小村莊之間。當然他更沒錢去買參考書。幸運的是中學校長及時地發現了他的數學才能,
考慮到他經濟上的困難,校長特許黎曼可以從自己私人藏書室里借閱數學書籍。在校長的
推薦下,黎曼借了一部數學家勒讓德的《數論》,這是一部共859頁的4大本的名著。黎曼
十分珍惜這種讀書機會,他如饑似渴地自學起來,6天之後,黎曼便學完並歸還了這本書。
校長問他:“你讀了多少?”黎曼說:“這是一本了不起的書,我已經掌握了它。”幾個
月之後,校長就這本書的內容考他。黎曼對答如流,並且回答得很全面。利用校長的藏書
,黎曼還抓緊時間很快地自學了大數學家歐拉的著作,由此掌握了微積分及其分支。黎曼
不僅從歐拉的著作中學到了數學知識,還學到了歐拉研究數學的技巧。

  大學生涯

  19歲時,黎曼進入格丁根大學學習,為了在經濟上幫助家庭以儘快找到一個有報酬的
工作,他先攻讀哲學和神學,但是,除了這兩門課程以外,他也去聽數學、物理學課程。
他聽了斯特恩關於方程論和定積分、高斯關於最小二乘法以及戈爾德斯米特關於地磁學的
數學講座,對數學專業產生了難以割捨的興趣。

  黎曼向父親講述了這一切,請求允許自己改學數學專業。父親由衷地同意了他的請求
。黎曼極為高興,並深深地感激父親。

  1847年,為了師從更多的大師,黎曼轉學到柏林大學,就學於大數學家雅可比、狄利
克雷、斯泰納和艾森斯坦門下。他從雅可比那裡學到高等力學和高等代數,從狄利克雷那
里學到數論和分析學,從斯泰納那裡學到現代幾何,從文森斯坦那裡學到橢圓函數論。


  在此期間,他極為勤奮,甚至放假期間也不休息。1847年秋假,黎曼找到幾份巴黎科
學院《院刊》,上面載有數學家柯西新發表的關於單復變量解析函數的論文,他一眼便看
出這是一種新數學理論,於是一連幾個星期閉門不出,潛心研究柯西的論文,並醞釀出他
在這個專題上的新見解,為4年後撰寫博士論文“單復變量函數的一般理論的基礎”奠定了
基礎。

  黎曼不僅認真研讀大師的學術專著,而且虛心地向大師求教。有一次,狄利克雷來格
丁根度假,黎曼趁此機會向他求教數學問題,並將自己未定稿論文交給他,請他提意見。
狄利克雷被黎曼的謙虛、真誠和天才迷住了。他與黎曼長談了兩個小時,給黎曼的論文提
了不少意見,給黎曼正在研究的課題作了許多指點。黎曼深感受益匪淺,他說沒有狄利克
雷的指點,他將不得不在圖書館裡做好幾天的吃力研究。

  生活雖然清貧,但學習極為勤勉,這使得黎曼在大學畢業時獲得了豐碩的成果。1851
年底,黎曼將其博士論文呈交給大數學家高斯審閱。高斯在看了論文之後興奮不已,對黎
曼的論文作出了高度評價,這對高斯來說是罕見的。高斯評語道:“黎曼先生交來的論文
提供了令人信服的證據,說明作者對該文所論述的這一問題作了全面深入的研究,說明作
者具有創造性的、活躍的、真正的數學頭腦,具有燦爛豐富的創造力。”

  貧困中奮進

  1852年初,黎曼憑藉優異的學術表現取得了博士學位,並留在了格丁根大學。十九世
紀中葉的德國,科學幾乎與國家的經濟全然無關。大學的設立僅在訓練律師、醫師、教師
和傳教士士,以及提供貴族子弟和富家子弟渡過引人側目及受尊敬的歲月的場所。只有正
教授才可以領政府的津貼,並且可教授正規標準課程,這些課程都是一些基礎科目,上課
的學生多,因此教授收到的學費也就多了,這就是為什麼當時課程水準低落的原因,因為
如果課程太難,就沒有辦法收到許多學生,從而影響到教授們的收入,畢竟貴族子弟和富
家子弟上大學的目的並非真心向學。講師們則沒有政府津貼並且輪不到教基本正規課程的
機會,全然靠來聽課的學生的學費維生,通常,聽課的學生不會多,因此收入也就相當微
薄,生活非常困苦。擔任講師是成為正教授的必經途徑。但是卻沒有明文規定什麼時候能
將一位講師升等為教授,為了照顧特別值得重視的學者而卻沒有正教授的空缺時,政府可
任命他為“客座教授”,使他具有教基本正規課程的資格,增多他的收入,但是這個任命
附有條件,言明政府不付任何津貼。因此,在擔任講師期間,黎曼沒有任何自主的生活費
來源,生活依舊貧窮。

  但黎曼不顧生活上的貧困,仍然把全部精力投向數學。他認為只要能夠勉強維持生活
,能夠讓他研究數學,他就心滿意足了。他從不因經濟上的拈據而感到沮喪。他一方面積
極準備“無薪講師”的就職演講論文,另一方面認真從事數學物理方面的研究工作。他的
就職論文具有相當的難度。當初為了確定論文的選題,他向高斯提交了3個題目,以便讓高
斯在其中選定一個。其中第3個題目是涉及幾何基礎的,這個題目黎曼當時並沒有多少案頭
準備工作,因此黎曼從心底里希望高斯不要選中它。可是,高斯對第3個題目卻深有研究,
他已思考這個問題達60年之久。出於想看看黎曼對這個深奧的問題會做些什麼樣的創造性
工作,高斯指定第3個題目作為黎曼就職演講論文的題目。

  事後,黎曼在向父親談起這件事時說,“所以我又處在絕境中了”、“我不得不做出
這個題目”。

  對數學物理研究,黎曼也具有無限的熱情,他當時曾對人說:“我對於把一切與物理
規律結合起來的數學研究非常入迷。”“我通過對電、光、磁等之間聯繫的總研究,發現
了對這個現象的解釋。這件事對我很重要,因為這是我第一次能夠把我的工作應用到未知
的現象上。”這兩項研究在當時都是高水平的,因而也是極困難的。黎曼不顧生活清貧、
營養不良,超負荷地忘我工作,長時期過四度而緊張地思索,以致他常常體力衰竭,甚至
病倒。一旦身體稍有復原,他又繼續研究。功夫不負有心人。1854年6月10日,黎曼以“關
於構成幾何基礎的假設”論文作了就職演講,受到了與會數學家們的認可和好評。高斯聽
完之後大為驚異,感到這個年輕人處理這個難題非常之好,他讚不絕口。黎曼的這篇論文
被人們認為是19世紀數學史上的傑作之一。

  1855年格丁根大學開始給黎曼發薪金,但相當的低。一年僅相當於200美元。這一年黎
曼29歲,他家裡遭到巨大的不幸,父親和一個妹妹相繼去世,原來依靠父親生活的3個妹妹
失去了生活來源。於是黎曼和他的哥哥兩人挑起了照顧3個妹妹生活的擔子。黎曼時時為一
家人的生活感到焦慮。1857年黎曼一年的薪金被加到相當於300美元的水平。由於收入不多
,又要照顧3個妹妹,生活擔子重,黎曼連自己的婚姻大事都不敢考慮。然而就在這一年,
不幸又從天而降,黎曼的哥哥又去世了。這對黎曼來說如同雪上加霜,照料3個妹妹生活的
擔子全部落在他一人的肩上。從1855年到1859年這5年中,經濟拮据、生活清貧一直困繞着
黎曼,有時一家甚至陷入對口糧都需要算計的地步。就是在這種情況下,黎曼仍不顧物質
生活的貧乏,全身心地投入到數學研究工作之中,在科學的崎嶇小道上艱苦奮鬥,並獲得
了令人驚異的成就。他在數學上的許多重要成果都是在這個時期內完成的。他對阿貝爾積
分和阿貝爾函數的研究,開創了現代代數幾何;他首創用復解析函數研究數論問題,開創
了現代意義的解析數論;他對超幾何級數的研究,推動了數學物理和微分方程理論的發展
。隨着研究成果的問世,黎曼在數學界的學術聲望迅速提高。他受到許多世界著名數學家
的讚揚,獲得了一個科學家通常可能得到的最高榮譽。

  大師之死

  1859年黎曼33歲時,高斯去世。他被任命為格丁根大學正教授,成為繼狄利克雷之後
高斯的第二個繼任者。這時黎曼的生活才開始得到改善,才開始考慮個人的婚姻問題,並
在36歲時與朋友的妹妹結了婚。一年後,他的女兒出生在比薩。

  但是,長時期清貧的生活、過度的操勞、發奮的研究,使得黎曼身體虛弱、精力衰竭
。1862年黎曼患了胸膜炎,不久又患了肺病,一年後又患了黃疽病。在病魔纏身之際,只
要有一些力氣,黎曼仍堅持數學研究工作。雖然這個時期黎曼積極就醫和療養,但因病入
膏盲終無療效。1866年7月20日,黎曼那顆純潔、高尚的心停止了跳動。他過早地離開了人
世,也過早地離開了數學,終年僅40歲。

  黎曼是數學史上最具獨創性精神的數學家之一,他在眾多的數學領域裡作出了許多奠
基性和創造性的研究工作:他從幾何方向開創了複變函數論;是現代意義的解析數論的奠
基者;他親手建立了黎曼幾何,是組合拓撲學的開拓者。他對微積分的嚴格處理作出了重
要貢獻;在數學物理和微分方程等領域內也成果豐碩。1859年,黎曼被選為柏林科學院通
訊院士,1866年他被選為法國巴黎科學院通訊院士和英國皇家學會國外會員。

  黎曼的英年早逝是德國數學界乃至全世界數學界的遺憾!但是他所留給數學界的,在
他少量的已出版的論文集中,已有太多的豐富的概念,至今還未被後世數學家研究殆盡。

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