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第29章 科学悲剧(7)

三天后的4月9日,克列尔迟到的信件到达阿贝尔家中,所附柏林大学的聘书中写道:

“尊敬的阿贝尔先生:

本校聘请您为数学教授,望万勿推辞为幸。”

然而,这一切都为时已晚。

阿贝尔的爱情也因他的疾病、早逝而没有得到圆满的结局。

一位至今仍可在数学史上占有里程碑式地位的伟大数学家,不但成果被埋没多年,而且差点客死他乡,最终悲惨地英年早逝于贫困和疾病。这是有关部门对理论研究不太重视造成的,是没有科学的评价体系造成的,也是高斯、勒让德、柯西等“大人物”忽视“小人物”或嫉贤妒能造成的。这幕数学史上最大的悲剧之一给我们的警示是:重视基础科学的研究,建立科学的评价体系、机构;老一辈成名科学家发现、扶持、奖掖后来者、弱者的工作是多么重要!

数学家阿贝尔的不幸

一元一次和一元二次方程的求根公式,中学生都熟悉。一元三次方程的根,稍微复杂一点,也可以用公式表示,一元四次方程的求根公式,16世纪由意大利数学家解决了。但一元五次方程,直到19世纪初期,还是数学难题。到了19世纪20年代,这道难题被一位年仅20岁的数学家破解。他就是阿贝尔(Niels Henrik Abel,1802~1829,挪威数学家)。

1802年8月5日,阿贝尔出生于挪威芬杜一个小村庄。他的父亲是一位穷牧师,家里兄弟姐妹七个,阿贝尔排行第二。阿贝尔的小学教育基本上是父亲教的;13岁,阿贝尔进入克里斯汀尼亚市的一所教会学校;15岁阿贝尔遇到了年轻数学教师B·M·霍尔波伊,他发掘了阿贝尔的数学才能。

少年时,阿贝尔就已经开始考虑一些数学问题。中学时代,他发现欧拉只证明了二项式定理的有理数指数的情形,于是他提出了二项式定理对一般情形都成立的证明。可见,年轻的阿贝尔在少年时代,就初步涉猎了当时数学研究的尖端领域。阿贝尔中学尚未毕业,就冲入五次方程求根公式的研究中。1821年在一些教授资助下,入奥斯陆大学。在学校里,他几乎全是自学,同时花大量时间作研究。他研究了泛函方程的解法,在数学史上第一个提出了积分方程的解法,这一研究具有重大意义,可是在当时却没有引起数学家的重视。

1823年秋,他一举解决了用根式求解五次方程的不可能性问题。当作出这一解答时,阿贝尔觉得这个结果很重要,因此为了使更多人知道,他自费印刷他的论文。由于阿贝尔贫穷,为了减少印刷费,他把结果紧缩成只有6页的小册子。然后把这些小册子分别寄给外国数学家,包括当时被称为“数学王子”的德国数学家高斯,希望听到一些回音。可惜文章太简洁了,没有人能看懂。

阿贝尔卓越的成就,就这样被人忽略了。大学毕业后,他申请得到了政府旅行研究资金,到德、法等国做了两年访问研究。

1825年,他去柏林,结识了A·L·克雷尔,两人成为好友。他鼓励克雷尔创办了著名的数学刊物《纯粹与应用数学杂志》。第1卷(1826)刊登了7篇阿贝尔的文章,其中有一般五次方程用根式不能求解的证明。以后各卷也有很多他的文章。

1826年阿贝尔到巴黎,撰写了一篇很长的关于超越函数的数学论文,托人转交给复变函数论的创立者柯西,可是,柯西并不重视这项成果,随手丢到角落里去了。阿贝尔的这篇论文,是数学史上的一个重要发现。他天天盼望回音,可是一点音讯也没有,阿贝尔只好又回到柏林。克雷尔为他谋求教授职位,没有成功。

1827年5月底,阿贝尔贫病交迫地回到克里斯汀尼亚。这时,年轻的数学家已经分文皆无了,贫穷潦倒的境遇正在等待着阿贝尔。

后来,阿贝尔找到一份做家庭教师的工作,以此为生。

生活对他太不公平了。无论是高斯还是柯西、泊松等大数学家,只要看过他那卓越的学术研究的人说上一句话,就会使阿贝尔摆脱贫困的窘迫,不至于英年早逝。然而,他们谁也不评论阿贝尔的学术成果。阿贝尔就这样默默无闻地生活在艰苦的境遇中,他的健康受到了严重的损害。

直到阿贝尔去世前不久,人们才认识到他的价值。1828年,四名法国科学院院士上书给挪威国王,请他为阿贝尔提供合适的科学研究位置,勒让得也在科学院会议上对阿贝尔大加称赞。

阿贝尔回到祖国以后不久,在汉斯丁教授的推荐下,担任了一所军事学院的数学讲师,生活境遇稍有改善。

在担任数学教师期间,阿贝尔安心地研究数学理论。他在椭圆函数论方面的研究,达到了可与高斯比肩的水平。他还研究和创立了超越函数的理论,推广了欧拉积分的意义,后世称其为“阿贝尔积分”。

军事学院的教书生活,并未使阿贝尔身体恢复健康。阿贝尔积劳成疾,但他还在拼命研究数学。当他得知法国伟大数学家勒让得称赞他的工作时,高兴地说:“当我看到自己的工作能值得本世纪的大数学家之一的注意,是我一生中最快乐的时刻之一。”

1829年4月6日,一颗本可以发出耀眼光辉的星星在弗鲁兰陨落了,不到27岁的阿贝尔辞别了他心爱的数学。柏林大学邀请他担任教师的信件在他去世后的第二天才寄出。此后荣誉和褒奖接踵而来,1830年他和C·G·J·雅可比共同获得法国科学院大奖。

阿贝尔虽然只有短暂的26年生命,但他取得的成果,足够以后的数学家忙碌150年。

为了纪念这位杰出的数学家,奥斯陆皇家公园的一座小山前,矗立着阿贝尔的雕像,这座山丘也被命名为“阿贝尔丘”。

波利亚惨遭扼杀

在欧几里得的《几何原本》中,有一条“第五公设”:平面上一直线和两直线相交,当同旁内角之和小于二直角时,则两直线在这一侧充分延长后一定相交。

第五公设有两大特点引起了人们的注意。首先,《几何原本》中前四个公设语句简短、含义简单,而第五公设则显得语句冗长、内容繁琐,影响了公理的显而易见性。其次,这一公设在欧几里得的几何体系里用得比较迟,直到证明第29个定理时才应用;而且仅用过一次。可见欧几里得对这一公设也多少持怀疑和不满的态度。于是自然引起一种想法:这一公设或许是多余的,或者是可以证明的定理。如果是能够证明的定理,又怎样证明?于是研究第五公设的漫漫长征路就此开始了。

从事这个工作的学者有“一个军团之多”。到了18世纪,已经有一些数学家从否定第五公设出发,颇为深入地展开了讨论。当然,这也是人们“眼前无路想回头”之举——既然不能证明第五公设,不妨尝试否定它。其中以意大利萨开里(1667~1733)和生于瑞士后来移居德国的兰伯特(1728~1777)最为著名。

萨开里于1733年发表的《欧几里得无懈可击》、兰伯特1766年发表的《平行线论》都别出心裁地提出了一系列的新命题,在逻辑上、系统上、理论上完全可以自成一体。循此可以形成一种独立于欧几里得几何的非欧几何体系。然而,这两位谨小慎微、囿于传统的数学家都“近在眼前不识君”,不敢越雷池一步,因而错过了创立非欧几何的大好机会,致使非欧几何的诞生被推迟了几十年。

非欧几何的创立归功于19世纪的数学家们。高斯在1816年发现平行公设根本不能证明后,已基本上确立了这种几何。但遗憾的是,他至死不敢公开他的发现。

高斯在哥廷根大学学习时有一个名叫伏尔冈·波利亚(Wolfgang Bolyai)的同学,后来成了他的好朋友。这位同学也对平行公设有浓厚的兴趣,然而在花费了不少时间仅仅找到几个相似的命题之后,毫无收获,于是这位思想保守的数学家便放弃了这类研究。然而,老波利亚却有一位“不怕虎”的、继承他数学事业的“初生牛犊”——他的儿子约翰·波利亚。

小波利亚1802年12月15日出生在克劳森堡——1918年前属奥匈帝国,即今罗马尼亚布鲁日。

在父亲的熏陶和指点下,酷爱数学的小波利亚13岁就掌握了微积分,中学毕业后于1817年考入维也纳皇家工程学院。1822年毕业后被分配到特梅斯瓦尔要塞任军职,成为奥地利军队中的一名匈牙利军官。奔波、紧张的军旅生活没能泯灭他对数学的酷爱,曾上书要求专门从事数学研究,但未能如愿以偿。1833年,才因工伤退伍。

早在大学期间,小波利亚就继承了父亲对欧氏平行公设研究的热情,醉心于平行公设的证明。有材料表明,那时他就发现证明是不可能的,并找到了通往非欧几何的道路。然而,老波利亚鉴于自己失败的教训,曾多次写信给儿子说:“希望你再不要做克服平行公理的尝试了……”但是,素有“勇敢军官”之称的小波利亚却坚持进行新几何学的研究。在1823年11月3日,他写信给父亲说:“我已经白手起家创造了另一个新奇的世界。”这时他年仅21岁。1825年,他的非欧几何已基本完成,于是请求父亲帮助发表。但父亲并不相信儿子的那套理论,拒绝了儿子的请求。4年过去了,父亲的拒绝态度依然如故,于是他在1829年把自己所创立的理论用德文写成论文《绝对空间的几何》,寄给维也纳工学院的数学教授、他的老师艾克维尔,可惜抄本被遗失了。后来,经过再三请求,在1831年,他的论文才作为附录发表在他父亲的《对青年学生进行初等数学和高等数学入门教育的试验》这一著作的第一卷中,题名为《绝对空间的科学》。

这篇附录的打样及一封信曾于1831年6月寄给高斯,以征求高斯的意见,但不幸又在途中遗失。1832年1月再寄去一份,高斯收到信和附录后非常吃惊。同年2月14日,高斯给老波利亚回信说,小波利亚具有“极高的天才”。但却又说他不能称赞这篇论文,因为“称赞他等于称赞我自己,因为这一研究的所有内容,你的儿子所采用的方法和所达到的一些结果几乎全部和我的在30年~35年前已开始的个人沉思相符合”,并表示“关于我自己的著作,虽只有一小部分已经写好,但我的目标本来是终生不想发表的”,因为“大多数人对那里所讨论的问题抱着不正确的态度”,因而“怕引起某些人的喊声”,“现在,有了老朋友的儿子能把它发表出来,免得它同我一起被湮没,那是使我非常高兴的”。

然而,这位“数学王子”很可能做梦也没料到,他的这封推心置腹的信竟一举扼杀了一颗初露光芒的数坛新星!

原来,高斯虽然对小波利亚予以高度赞赏,但实际上并没有任何支持的实际行动,这已经使小波利亚感到十分失望了。更为悲惨的是,不知情的小波利亚还误以为高斯这位“贪心的巨人”企图剽窃他的成果,或者有意抢夺他创立非欧几何的优先权。为此,他悲愤交加、痛心疾首、郁郁寡欢,严重地阻碍了进一步研究,身体也受到损害。当1848年他看到俄国数学家罗巴切夫斯基(1792~1856)于1840年用德文写的、载有非欧几何成果的小册子《关于平行线理论的几何研究》之后,他更加恼怒,怀疑人人都与他作对,决定抛弃一切数学研究,发誓不再发表任何数学论文。事实上,他于1848年参加了反对哈布斯王朝的斗争后,就主要从事写作,呼吁社会改革,在数学上没有任何新的研究了。

一颗新星就这样过早地被遮蔽了光芒!

小波利亚的不幸和悲剧远远不止这些。就在1837年,有人在莱比锡专门为虚量学说的研究设置了奖金。他也寄送了自己的作品,基本思想与后来英国数学家哈密顿(1805~1865)的虚数表示法即四元数理论一致,然而得到的却是评定委员会否定的答复。他这一工作受到冷遇,和其后哈密顿工作引起的轰动形成了鲜明的对照。

在挫折、悲愤、贫困之中,小波利亚于1860年1月27日因肺炎在马洛斯发沙黑利悄然辞世。

小波利亚的不幸和悲剧给我们许多教训和启示。

小波利亚的悲剧之所以发生,很可能有一些偶然因素,例如,他写给老师艾克维尔的论文抄本被丢失,这无疑少了一次“千里马”被“伯乐”相中的机会;但是,这实际上仅仅是一次“可能”,因为正如我们下面要说的,传统观念太顽固了,即使艾克维尔看到了抄本并能看懂,他也未必予以支持。

必须从必然规律方面去寻找酿成悲剧的原因,并从中吸取教训和得到启示。

酿成悲剧最主要的原因是传统观念太顽固,它严重地束缚着常人的思想,毫不给任何异于欧几里得几何的学说以立锥之地。这不只是对小波利亚如此,对任何人也别无二致。举例来说,1826年罗巴切夫斯基创立非欧几何后,得到的要么是淡漠,要么是攻击嘲笑。说新几何是“笑话”,是“荒唐的”,是“对有数问的数学家的讽刺”,是“伪科学”。连德国著名诗人歌德(1749~1832)在《浮士德》中,也曾对罗氏几何予以嘲讽。而另一种非欧几何——黎曼几何,在1854年由德国数学家黎曼(1826~1866)创立后,也依然遭到被埋没、冷落的厄运。直到他死后50年,爱因斯坦在广义相对论中用到它时,才得到人们的承认。由此可见,要“毁掉传统的信念,破除千百年来的思想习惯”是多么的困难。因此,要能迎着困难上,才能取得科学上的发展和进步,像罗巴切夫斯基和黎曼那样。相反,如果像高斯那样因循保守,其成果只能成为死后的遗物,而科学会因此被推迟多年。此外,除了通常意义下的传统势力以外,宗教、哲学这些传统势力也不可忽视。凶残的教廷势力容不得半点异于欧氏几何的“离经叛道”之说。当时欧洲流行的、在科学界影响很深的康德哲学和黑格尔哲学,都把欧氏几何说成是惟一可能的几何。

酿成小波利亚悲剧的重要原因是“大人物”高斯对待“小人物”的错误态度。高斯的第一个错误态度是忘记了提携“小人物”的任务,是他对小波利亚的不支持态度扼杀了这颗新星。

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