數(shù)學(xué)第一人(princep of Mathematics)
約翰·卡爾·弗里德里?!じ咚梗?777-1855),出生在德意志不倫瑞克.著名數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家、大地測(cè)量學(xué)家(同時(shí)也是本人的偶像) 高斯于1777年4月30日出生于不倫瑞克。高斯是一對(duì)普通夫婦的兒子。他的母親是一個(gè)貧窮石匠的女兒,雖然十分聰明,卻沒有接受過教育,近似于文盲。在她成為高斯父親的第二個(gè)妻子之前,她從事女傭工作。他的父親曾做過園丁,工頭,商人的助手和一個(gè)小保險(xiǎn)公司的評(píng)估師。他曾說,他能夠在腦袋中進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。 小時(shí)候高斯家里很窮,且他父親不認(rèn)為學(xué)問有何用,但高斯依舊喜歡看書,話說在小時(shí)候,冬天吃完飯后他父親就會(huì)要他上床睡覺,以節(jié)省燃油,但當(dāng)他上床睡覺時(shí),他會(huì)將蕪菁的內(nèi)部挖空,里面塞入棉布卷,當(dāng)成燈來使用,以繼續(xù)讀書。 當(dāng)高斯12歲時(shí),已經(jīng)開始懷疑元素幾何學(xué)中的基礎(chǔ)證明。當(dāng)他16歲時(shí),預(yù)測(cè)在歐氏幾何之外必然會(huì)產(chǎn)生一門完全不同的幾何學(xué),即非歐幾里得幾何學(xué)(即后來的黎曼幾何、羅巴切夫斯基幾何)他導(dǎo)出了二項(xiàng)式定理的一般形式,將其成功的運(yùn)用在無窮級(jí)數(shù),并發(fā)展了數(shù)學(xué)分析的理論。 高斯的老師
布呂特納
與他助手
馬丁·巴特爾斯
很早就認(rèn)識(shí)到了高斯在數(shù)學(xué)上異乎尋常的天賦,同時(shí)
卡爾·威廉·斐迪南
布倫瑞克公爵也對(duì)這個(gè)天才兒童留下了深刻印象。于是他們從高斯14歲起便資助其學(xué)習(xí)與生活。這也使高斯能夠在公元1792-1795年在Carolinum學(xué)院(布倫瑞克工業(yè)大學(xué)的前身)學(xué)習(xí)。18歲時(shí),高斯轉(zhuǎn)入哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)。在他19歲時(shí),第一個(gè)成功的證明了正十七邊形可以用尺規(guī)作圖。 高斯于公元1805年10月5日與來自布倫瑞克的約翰娜·伊麗莎白·羅西娜·奧斯特霍夫小姐(1780-1809)結(jié)婚。在公元1806年8月21日迎來了他生命中的第一個(gè)孩子喬瑟夫。此后,他又有兩個(gè)孩子。威廉明(1809-1840年)和路易(1809-1810)。他是一位很注重自己聲譽(yù)的人,所以他不允許自己的孩子碰數(shù)學(xué)。 1807年高斯成為哥廷根大學(xué)的教授和當(dāng)?shù)靥煳呐_(tái)的臺(tái)長。 高斯非常信教且保守。他的父親死于1808年4月14日,晚些時(shí)候的1809年10月11日,他的第一位妻子喬安娜也離開人世。次年8月4日高斯迎娶第二位妻子弗里德里卡·威廉明娜(1788-1831)。他們又有三個(gè)孩子:歐根(1811-1896)、威廉(1813-1883)和特雷澤(1816-1864)。1831年9月12日他的第二位妻子也死去,1837年高斯開始學(xué)習(xí)俄語。1839年4月18日,他的母親在哥廷根逝世,享年95歲。高斯于1855年2月23日凌晨1點(diǎn)在哥廷根去世。 17歲的高斯發(fā)現(xiàn)了質(zhì)數(shù)分布定理和最小二乘法。通過對(duì)足夠多的測(cè)量數(shù)據(jù)的處理后,可以得到一個(gè)新的、概率性質(zhì)的測(cè)量結(jié)果。在這些基礎(chǔ)之上,高斯隨后專注于曲面與曲線的計(jì)算,并成功得到高斯鐘形曲線(正態(tài)分布曲線)。其函數(shù)被命名為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布(或高斯分布),并在概率計(jì)算中大量使用。 次年,證明出僅用尺規(guī)便可以構(gòu)造出17邊形。并為流傳了2000年的歐氏幾何提供了自古希臘時(shí)代以來的第一次重要補(bǔ)充。 高斯總結(jié)了復(fù)數(shù)的應(yīng)用,并且嚴(yán)格證明了每一個(gè)n階的代數(shù)方程必有n個(gè)實(shí)數(shù)或者復(fù)數(shù)解(即代數(shù)基本定理)。在他的第一本著名的著作《算術(shù)研究》中,做出了二次互反律的證明,成為數(shù)論繼續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在這部著作的第一章,導(dǎo)出了三角形全等定理的概念。 高斯在最小二乘法基礎(chǔ)上創(chuàng)立的測(cè)量平差理論的幫助下,測(cè)算天體的運(yùn)行軌跡。他用這種方法,測(cè)算出了小行星谷神星的運(yùn)行軌跡。 谷神星于1801年被意大利天文學(xué)家皮亞齊發(fā)現(xiàn),但因病他耽誤了觀測(cè),從而失去了這顆小行星的軌跡。皮亞齊以希臘神話中的“豐收女神”(Ceres)對(duì)它命名,稱為谷神星(Planetoiden Ceres),并將自己以前觀測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)表出來,希望全球的天文學(xué)家一起尋找。高斯通過以前3次的觀測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算出了谷神星的運(yùn)行軌跡。奧地利天文學(xué)家Heinrich Olbers根據(jù)高斯計(jì)算出的軌道成功地發(fā)現(xiàn)了谷神星。高斯將這種方法發(fā)表在其著作《天體運(yùn)動(dòng)論》(Theoria Motus Corporum Coelestium in sectionibus conicis solem ambientium)中。 為了獲知每年復(fù)活節(jié)的日期,高斯推導(dǎo)了復(fù)活節(jié)日期的計(jì)算公式。 1818年至1826年間,高斯主導(dǎo)了漢諾威公國的大地測(cè)量工作。通過最小二乘法為基礎(chǔ)的測(cè)量平差的方法和求解線性方程組的方法,顯著地提高了測(cè)量的精度。 高斯親自參加野外測(cè)量工作。他白天觀測(cè),夜晚計(jì)算。在五六年間,經(jīng)他親自計(jì)算過的大地測(cè)量數(shù)據(jù)超過100萬個(gè)。當(dāng)高斯領(lǐng)導(dǎo)的三角測(cè)量外場(chǎng)觀測(cè)走上正軌后,高斯把主要精力轉(zhuǎn)移到處理觀測(cè)成果的計(jì)算上,寫出了近20篇對(duì)現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)具有重大意義的論文。在這些論文中,他推導(dǎo)了由橢圓面向圓球面投影時(shí)的公式,并作出了詳細(xì)證明。這個(gè)理論仍有應(yīng)用的價(jià)值。 漢諾威公國的大地測(cè)量工作至1848年結(jié)束。這項(xiàng)大地測(cè)量史上的巨大工程,如果沒有高斯在理論上的仔細(xì)推敲,在觀測(cè)上力圖合理和精確,在數(shù)據(jù)處理上盡量周密和細(xì)致,就不能圓滿的完成。在當(dāng)時(shí)的不發(fā)達(dá)的條件下,布設(shè)了大規(guī)模的大地控制網(wǎng),精確地確定2578個(gè)三角點(diǎn)的大地坐標(biāo)。 為了用橢圓在球面上的正形投影理論解決大地測(cè)量中出現(xiàn)的問題,在這段時(shí)間內(nèi)高斯亦從事了曲面和投影理論的研究,這項(xiàng)成果成為了微分幾何的重要理論基礎(chǔ)。他獨(dú)立地提出了不能證明歐氏幾何的平行公設(shè)具有‘物理的’必然性,至少不能用人類的理智給出這種證明。但他的非歐幾何理論并未發(fā)表。也許他是出于對(duì)同時(shí)代的人不能理解這種超常理論的擔(dān)憂。相對(duì)論證明了宇宙空間實(shí)際上是非歐幾何的空間。高斯的思想被近100年后的物理學(xué)接受了。 高斯試圖在漢諾威公國的大地測(cè)量中通過測(cè)量Harz的Brocken——Thuringer Wald的Inselsberg——哥廷根的Hohen Hagen三個(gè)山頭所構(gòu)成的三角形的內(nèi)角和,以驗(yàn)證非歐幾何的正確性,但未成功。高斯的朋友鮑耶的兒子雅諾斯在1823年證明了非歐幾何的存在。高斯對(duì)他勇于探索的精神表示了贊揚(yáng)。1840年,
羅巴切夫斯基
用德文寫了《平行線理論的幾何研究》一文。這篇論文的發(fā)表引起了高斯的注意。他非常重視這一論證,積極建議哥廷根大學(xué)聘請(qǐng)羅巴切夫斯基為通信院士。為了能直接閱讀他的著作,從這一年開始,63歲的高斯開始學(xué)習(xí)俄語,并最終掌握了這門外語。高斯最終成為微分幾何的始祖(高斯、雅諾斯和羅巴切夫斯基)之一。 出于對(duì)實(shí)際應(yīng)用的興趣,高斯發(fā)明了日光反射儀。日光反射儀可以將光束反射至大約450公里外的地方。高斯后來不止一次地為原先的設(shè)計(jì)作出改進(jìn),試制成功了后來被廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量的鏡式六分儀。 19世紀(jì)30年代,高斯發(fā)明了磁強(qiáng)計(jì)。他辭去了天文臺(tái)的工作,而轉(zhuǎn)向物理的研究。他與
韋伯
(
1804-1891)在電磁學(xué)領(lǐng)域共同工作。他比韋伯年長27歲,以亦師亦友的身份與其合作。1833年,通過受電磁影響的羅盤指針,他向韋伯發(fā)送出電報(bào)。這不僅是從韋伯的實(shí)驗(yàn)室與天文臺(tái)之間的第一個(gè)電話電報(bào)系統(tǒng),也是世界第一個(gè)電話電報(bào)系統(tǒng)。盡管線路才8千米長。 1840年,他和韋伯畫出了世界第一張地球磁場(chǎng)圖,并且次年,這些位置得到美國科學(xué)家的證實(shí)。 高斯在數(shù)個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究,但只把他認(rèn)為已經(jīng)成熟的理論發(fā)表出來。他經(jīng)常對(duì)他的同事表示,該同事的結(jié)論已經(jīng)被自己以前證明過了,只是因?yàn)榛A(chǔ)理論的不完備而沒有發(fā)表。批評(píng)者說他這樣做是因?yàn)橄矚g搶出風(fēng)頭。事實(shí)上高斯把他的研究結(jié)果都記錄起來了。他死后,他的20部紀(jì)錄著他的研究結(jié)果和想法的筆記被發(fā)現(xiàn),證明高斯所說的是事實(shí)。一般人認(rèn)為,20部筆記并非高斯筆記的全部。 高斯三歲時(shí)便能夠糾正他父親的借債賬目。 用很短的時(shí)間計(jì)算出了小學(xué)老師布置的任務(wù):對(duì)自然數(shù)從1到100的求和。他所使用的方法是:用50對(duì)構(gòu)造成和101的數(shù)列求和(1+100,2+99,3+98……),同時(shí)得到結(jié)果:5050。這一年,高斯9歲。 高斯個(gè)人的生活因?yàn)樗牡谝蝗纹拮覬ohanna Osthoff在1809年早逝,以及他的孩子Louis也相繼死去而顯得黯然失色。高斯跌入一個(gè)他從來沒有完全恢復(fù)的憂郁深淵。他后來再婚,對(duì)象是他第一任妻子的朋友,名叫Friederica Wilhelmine Waldeck,但通常稱作Minna。當(dāng)他的第二任妻子在長期的病痛后死于1831年時(shí),他的其中一個(gè)女兒Therese接手了整個(gè)家庭并且照顧高斯直到他的生命結(jié)束。他的母親則從1817年居住在他家直到1839年她死去。 下薩克森州和哥廷根大學(xué)圖書館已經(jīng)將高斯的全部著作數(shù)位化,并放置于互聯(lián)網(wǎng)上。 高斯的肖像曾被印刷在從1989年至2001年流通的10元德國馬克紙幣上。
伯恩哈德·黎曼
(1826-1866)是他的學(xué)生,高斯很少會(huì)贊譽(yù)他人,而黎曼是其中一位受過贊賞的。 可惜的是,他并不愿意把自己很早之前的研究結(jié)果發(fā)表出來,以至于后來法蘭西數(shù)學(xué)家
勒讓德
(1752-1833)發(fā)表二次互反律時(shí)他卻說自己很早之前就已經(jīng)得出了證明,并且有多種證明方法。當(dāng)時(shí)勒讓德說:“要是大家都像你這樣,科學(xué)還怎么發(fā)展?” 此外,當(dāng)時(shí)挪威青年數(shù)學(xué)家
尼爾斯·阿貝爾
(1802-1829)郵給高斯自己關(guān)于高次方程是否有根式解時(shí),他只是看了幾行便隨手丟進(jìn)了廢紙簍,卻不知如果自己能看下去的話會(huì)有不一樣的想法。 總體來說,高斯是偉大的、卓越的,但人品上任有欠缺。 本文大部分從網(wǎng)上摘錄,所以專業(yè)術(shù)語較多,以后會(huì)以自己的通俗易懂的方式講述。自己有作補(bǔ)充,補(bǔ)充材料來源于《數(shù)學(xué)大師-從芝諾到龐加萊》,語言為自己概括組織,以后會(huì)努力講好每一位科學(xué)家的故事。另外,有錯(cuò)誤或漏洞請(qǐng)指出!