優(yōu)選答案
阿達馬這位曾在函數(shù)論、數(shù)論、微分方程、泛函分析、微分幾何、集合論、數(shù)學基礎等領域做出過杰出貢獻的法國數(shù)學家認為,龐加萊“整個地改變了數(shù)學科學的狀況,在一切方向上打開了新的道路?!?br />羅素認為,本世紀初法蘭西最偉大的人物就是亨利·龐加萊?!爱斘易罱谏w·呂薩街龐加萊通風的休息處拜訪他時,……我的舌頭一下子失去了功能,直到我用了一些時間(可能有兩、三分鐘)仔細端詳和承受了可謂他思想的外部形式的年輕面貌時,我才發(fā)現(xiàn)自己能夠開始說話了?!?br />這位“如此美貌,如此年輕”的孩子,竟然是那些洪水般涌來、預示了柯西的一個后繼者的到來的論文作者,這是創(chuàng)辦《美國數(shù)學雜志》的英國數(shù)學家西爾維斯特于1885年見到龐加萊的心情寫照。
龐加萊逝世80年來的歷史告訴我們,羅素、西爾維斯特、阿達馬等的論斷是多么正確!龐加萊一生發(fā)表的科學論文約500篇、科學著作約30部,幾乎涉及到數(shù)學的所有領域以及理論物理、天體物理等的許多重要領域。
談起龐加萊,大部分數(shù)學家都會馬上想起一個著名的評價:龐加萊是最后一個數(shù)學全才,即指其為最后一個在數(shù)學所有分支領域都造詣深厚的數(shù)學家。同樣著名的還有龐加萊本人的一句名言:數(shù)學家是天生的,而不是造就的。在龐加萊之前最近一個被稱為數(shù)學全才的是高斯(Gauss)。
除了是一名數(shù)學家之外,龐加萊還是一位影響深遠的物理學家,受惠于他的后人中包括當時正致力于完善狹義相對論的愛因斯坦。
1854年4月29日,亨利·龐加萊出生于法國南錫一個學者家庭中。龐加萊家族在法國擁有極高聲望,亨利·龐加萊的父親和姐夫都是南錫大學的教授,而其表兄弟雷蒙·龐加萊更是法蘭西學院院士,并于1913—1920年出任法國總統(tǒng)。
因為視力極差,所以龐加萊在音樂和體育課上表現(xiàn)一般,除此之外,龐加萊在各方面都稱得上是成績優(yōu)異。龐加萊的數(shù)學才華在上大學之前已經(jīng)顯現(xiàn)出來。他的數(shù)學教師形容他是一只“數(shù)學怪獸”,這只怪獸席卷了包括法國高中學科競賽第一名在內(nèi)的幾乎所有榮譽。
1873年,龐加萊進入巴黎綜合理工大學(école Polytechnique),在那里他得以從事他擅長的數(shù)學,師從著名數(shù)學家查爾斯·厄米特,并發(fā)表了他第一篇學術論文。后來龐加萊繼續(xù)跟隨厄米特攻讀博士學位,他于1879年獲得巴黎大學博士學位,1887年入選法國科學院,后任院長,并于1906年被選為法蘭西學院院士,這是法國學者的最高榮譽。1875年前后,龐加萊從理工大學畢業(yè),進入南錫礦業(yè)大學繼續(xù)學習數(shù)學和采礦。畢業(yè)后,他加入了法國礦業(yè)集團(CorpsdesMines)成為法國東北部礦產(chǎn)區(qū)的一名巡視員,與此同時,龐加萊繼續(xù)在厄米特的指導下從事研究。在他一生的大部分時間里,龐加萊都不曾放棄他的工程事業(yè),他在1881至1885年間負責北方鐵路的建設工作,數(shù)年后成為法國礦業(yè)集團的總工程師,最后在總監(jiān)的位置上退休。
三體問題,一鳴驚人
1885年,在剛創(chuàng)刊不久的瑞典數(shù)學雜志ActaMathematica的第七卷上出現(xiàn)了一則引人注目的通告:為了慶祝瑞典和挪威國王奧斯卡二世在1889年的六十歲生日,ActaMathematica將舉辦一次數(shù)學問題比賽,懸賞2500克朗和一塊金牌。比賽的題目有四個,其中第一個就是找到多體問題的所有解。這是天體物理學中三體問題的一個推廣。而龐加萊在讀博士期間就已經(jīng)開始研究太陽系中的多體問題。
但龐加萊最終卻沒有成功給出一個完整的解答,因為他發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)的演變經(jīng)常是混沌的,“混沌”是說如果初始狀態(tài)有一個小的擾動,例如一個體的初始位置有一個小的偏移,則后來的狀態(tài)可能會有極大的不同。也就是說,如果該小變動不能被我們的測量儀器所探測,則我們不能預測最終狀態(tài)為何。他的工作令評委印象深刻,因此還是在1888年贏得了獎金,時年34歲。
這是龐加萊學術生涯中第一個重要的獎項,1888年五月龐加萊在比賽截止日期前交上了他的論文,六個月后他就被宣布為獲勝者。評委維爾斯特拉斯很有預見地指出這篇論文將開創(chuàng)天體力學歷史上的一個新紀元。
數(shù)學、物理界的“十項全能”
從1881年開始直到其去世,龐加萊都在巴黎索邦大學任教,他曾教授過的課程包括物理、實驗力學、數(shù)學物理、概率論、天體力學和天文學。一個有趣的小插曲足以證明龐加萊在當時的地位:當軍政部長下令砍掉“沒用的天文學”課程時,龐加萊說“我來教這門課”,官員們就只好閉嘴了,因為誰也不敢阻攔龐加萊開設任何科學課程。
龐加萊的一生中在數(shù)學和物理的各個領域都有建樹,其中以其本人命名的科學發(fā)現(xiàn)就有龐加萊球面、龐加萊映射、龐加萊引理等。曾有人說:把一個微分幾何學家和廣義相對論學家從睡夢中搖醒,問他什么是龐加萊引理。假如答不出來,那他一定是假的。
值得指出的是,以龐加萊命名的發(fā)現(xiàn)在其去世后仍然沒有停止:月亮上的一個火山口和一顆小行星都以他的名字命名。
在三體問題之后,1893年龐加萊參加了法國經(jīng)度局,參與了把全世界的時間同步的活動。在1897年,他支持了一個沒有成功的把弧度測量十進制化進而把時間和經(jīng)度十進制化的建議。這項工作導致他考慮高速移動的鐘如何互相同步的問題。1898年龐加萊闡述了相對論基本原理,根據(jù)這個原理,沒有機械或電磁試驗可以區(qū)分勻速運動的狀態(tài)和靜止的狀態(tài)。和荷蘭物理學家洛倫茲的合作中,他把時間的物理推向極限來解釋快速運動的電子的行為。這項工作最終由愛因斯坦完成。
“暗戰(zhàn)”愛因斯坦
在愛因斯坦之前,物理學家洛倫茲和數(shù)學家龐加萊都已經(jīng)在這個方向上作了大量的工作,但龐加萊似乎無法接受愛因斯坦的狹義相對論,雖然兩個人的結(jié)果是幾乎一樣的。因此龐加萊雖然一輩子作了不少關于相對論的演講,但是他從來就沒提起過愛因斯坦與相對論這兩個詞。愛因斯坦不僅不引用龐加萊的工作,并宣稱從未讀過。當愛因斯坦的母校ETH(蘇黎世理工學院)要聘請愛因斯坦當教授時,龐加萊寫了一封信,大大地夸獎了愛因斯坦一番,最后一段話非常微妙:“我不認為他的預言都能被將來驗證,他從事的方向那么多,因此我們應該會想到,他的某些研究會走向死胡同。但在同時,我們有希望認為他走的某一個方向會獲得成功,而某一個成功,就足夠了?!?br />龐加萊于1912年去世,有個數(shù)學界的組織者給愛因斯坦去了一封信,說要出個紀念文集來紀念龐加萊,愛因斯坦拖了四個月才回信說,由于路上的耽擱,信剛剛收到,估計已經(jīng)晚了,偏偏這位組織者不死心,說晚了也沒關系,你寫了就行。于是愛因斯坦又過了兩個半月回信說,由于事務繁忙,實在沒力氣寫了,然后不了了之。
但愛因斯坦最終在1921年的講演中公正地肯定了龐加萊對相對論的貢獻。愛因斯坦評價龐加萊為相對論先驅(qū)之一,他這么說:洛倫茲已經(jīng)認出了以他命名的變換對于麥克斯韋方程組的分析是基本的,而龐加萊進一步深化了這個遠見……
榮譽獎項
英國皇家天文學會金質(zhì)獎章(1900年)
布魯斯獎(1911年)
命名
月球上的龐加萊火山口
小行星:2021龐加萊
龐加萊大學