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介绍两个由数学家建立的教育基金会(下:家乡教育基金)
jiangxun 2010-3-30 10:27
作者:蒋迅 这是我数年前在北美《 华夏文摘 》第七一二期上发表的一篇文章的第二部分。 维斯康辛大学麦地森分校数学系 的杨同海教授的经历是一个步步高的经历:他出生在安徽宁国市的一个农民家庭。他从安徽的徽州师范毕业后到当地的一个中学教书,后来考上了安徽师大的研究生,毕业时被 中国科技大 录用,后来在马里兰大学获得博士学位又到哈佛大学、普林斯顿大学、密西根大学、纽约石溪分校等名校做博士后或教授,现在是威大的终生教授。他的经历是极为一帆风顺的。他也没有忘记自己家乡的孩子们。他最近建立了 家乡教育基金会 (HEF) (www.hometowneducation.org)。其目的是集必要的资金去帮助安徽宁国市的最贫困的孩子们读完从小学到高中。在不到一年的时间里,杨同海已经募集了5千多美元,其在国内的 宁国市中美爱心教育发展促进会 也在国内接收了6万多元。杨同海利用暑假回国探亲的机会,亲自到宁国下面的一些村子里去看望穷困学生,了解他们的需要。他的同事们更是走遍了所有的高中、 初中和中央小学及附近的所有村庄,也尽可能地到比较遥远的村庄去看望贫困学生。实在没时间去的地方他们也都打了电话请当地的朋友去走访。现在,杨同海又在 计划著寒假里到宁国考察了。 杨同海的基金会在美国其实就是他一个人:他自己成立了基金会,建立了网站,确定需要帮助的学 生名单,又四处拉捐款。在捐款人的名单里,你可以看到他的同学,他的导师,他的邻居,他的同事,他的朋友和朋友的朋友,以及更多的毫不相识的热心人。他们 来自中国、台湾、美国、加拿大、德国、意大利、以色列、印度、丹麦、挪威、墨西哥等等。维大阿丹姆教授夫妇一次就资助了三个小学生并额外给其中一人50美 元作生活补助,因为他家里没有任何经济来源;维大的学生兰杰和刘畅(音译)夫妇本来不认识杨同海,当他们听说了他正在做的事情后就毫不犹豫地资助了一个中 学生。今年,他的基金会帮助了220名贫困学生。他希望明年至少还能达到这个数目。他的网站上提供了134个贫困学生的家庭情况,你会看到大多数的学生还 没有得到资助,而他们只是基金会已经确认需要帮助的总数的四分之一。为此,他还要继续给朋友们打电话,写电子邮件。在他的个人网页的首页上,人们看到的不 是他的学术成就,而是一个渴望著回学校读书的小女孩的照片。许多人就是到这里来寻找他的论文时,深深地被他的奉献精神感动而主动捐款的。 我问过他们为什么要这样去做。他们都异口同声地说,他们就是要保证募集来的钱真正地帮助那些 需要钱的孩子们。所有的参与者都是义务的。他们没有从募集的基金里收取一文钱。他们在中国都建立了自己的联系人,捐款都是直接送到学生的手里。钱虽然不 多,但一切都清清楚楚。我们知道,象这样的事情最最重要的是信任。我们尽一切努力去赢得信任。杨同海最后这样对我说。 写到这里,我想起了 谢宇老师 讲的一个故事,据说是打动谢宇老师的最后的一个故事: 在 暴风雨后的一个早晨,一个男人来到海边散步。他一边沿海走著,一边注意到,在沙滩的浅水洼里,有许多被昨夜的暴风雨卷上岸来的小鱼。它们被困在浅水洼里, 回不了大海了,虽然近在咫尺。被困的小鱼,也许有几百条,甚至几千条。用不了多久,浅水洼里的水就会被沙粒吸干,被太阳蒸干,这些小鱼都会干死的。 男人继续朝前走著。他忽然看见前面有一个男孩,走得很慢,而且不停地在每一个水洼旁弯下腰去──他在捡起水洼里的小鱼,并且用力把它们扔回大海。这个男人停下来,注视著这个小男孩,看他拯救著小鱼们的生命。 终於,这个男人忍不住走过去:孩子,这水洼里有几百几千条小鱼,你救不过来的。 我知道。小男孩头也不抬地回答。 哦?那你为什么还在扔?谁在乎呢? 这条小鱼在乎!男孩儿一边回答,一边拾起一条鱼扔进大海。这条在乎,这条也在乎!还有这一条、这一条 中国有许多失学的孩子。他们就象那些小鱼,虽然我们的努力帮助不了所有的孩子们,但是我们可 以帮助他们中的一些人,他在乎,她也在乎,他们在乎。因为我们的努力,他们的生活从此有所不同──我们可以使他们回到学校读书,可以使他们的生活变得更加 美好。这是我们能够做得到的。中国的未来寄托在他们身上。朋友,如果你希望看到一个未来美好的中国的话,就请你加入梅霖、胡明杰、杨同海们的努力吧。 2004年11月16日
个人分类: 谈数学|5503 次阅读|1 个评论
介绍两个由数学家建立的教育基金会(上:谢宇教育基金)
jiangxun 2010-3-30 10:25
作者:蒋迅 这是我数年前在北美《 华夏文摘 》第七一二期上发表的一篇文章的第一部分。 每一个大陆中国人都知道有一个 希望工 程 。 这是一个由中国青少年发展基金会(C Y D F)主办的非盈利机构,目的是帮助无数的失学儿童重新回到学校。这项工程有效吗?我相信是有的。但也有不少人不这 样认为。让我来讲一个真实的故事。有一对中国的老年夫妇,他们很想资助福建省的一个贫困学生。他们选择福建是因为妻子的祖籍是福建的。於是,他们给 C Y D F捐了款并选择了一个学生。每年,他们把钱按时寄到希望工 程;每年,他们都会收到一封那位学生的来信并告诉他们,她现在可以回到学校上课了,她的成 绩很好等等。这对夫妇看到这样的来信后非常高兴。有一天,他们决定给这位学生送一份额外的礼物:一个书包和一些文具,并且直接寄给她。令他们惊讶的是,包 裹竟然被邮局退了回去:查无此人。从此以后,他们没有再继续捐款。这个故事也许只是一个偶然事件,也许邮路出了什么错误?但是它给许多愿意帮助中国教育的 人们提出了一个令人深思的共同问题:我们能够相信中国青少年发展基金会吗?很显然,如果他们不能相信一个组织的话,他们不会去捐款给它的。那么,还有其它 的办法吗? 这个问题促成了我称之为局部教育赞助的新动向。一切都变得局部了:局部的人们组成了局部的团体去帮助局部的另一些人。没有政府部门介于捐款者和受款者之间。这样,捐款的人可以肯定钱到了应该到的地方。 梅霖先生和胡明杰博士是 北京师范大学数学系 的同学。毕业后他们相继到美国继续学业并留在了美国。虽然他们在美国都有了舒适的生活、稳定的工作和美满的家庭,但他们没有忘记自己的祖国,没有忘记国内还有许多需要帮助的学童。他们联系了一些过去的同学一起建立了 谢宇教育基金 (www.xieyufoundation.org/cn/)。因为是从北师大毕业的,他们把目标定在了帮助北师大里后来的学弟学妹们。基金会的名字取自他们所敬爱的 谢宇 教 授,一个全国五一劳动勋章获得者,后死于癌症。目前他们开设了学生助学奖金和社会实践基金,已经发展到九个理事并在中国建立了相应的机构。学生 助学奖金主要是用来帮助母校的经济上有困难的学生;社会实践基金则是用来资助在校学生走向社会,考察教育现状和帮助改善贫困地区的教育条件。 今年暑假,一个六人小组就是在谢宇社会实践基金的资助下到偏远落后的四川省宜宾市兴文县第二 中学进行暑期社会实践活动的。他们给那里的师生们搞了一系列的数学讲座:数学与艺术系列讲座,数学迷题系列讲座,概率与生活系列讲座,微积分初步知识系列 讲座,高中数学建模系列讲座,和立体几何初识系列讲座。讲座受到大力欢迎,许多班级都要求加课。一位老师不无感慨地说,他今天真的是没有白来,他感觉到受 益非浅。他们还开了一个计算机知识讲座并帮助学生们成立了计算机兴趣小组。在他们的帮助下,二中的学生们第一次制作出了自己的网页。除此之外,他们还举办 了两场理想与成才报告会,英语角活动,研究性学习开题报告会,趣味心理活动,以及高中教育现状和预测的调研活动。在短短的十天时间 里,六个年青的大学生们竟做了这么多事情。而这些之所以得以实现,全都是由於有象梅霖、胡明杰这些热心人的慷慨解囊。我读著大学生们的暑期四川支教总 结,真希望能有更多的梅霖、胡明杰使得有更多的支教小组能到更多的偏远省区去帮助那里的教育事业。 现在,梅霖、胡明杰他们又在酝酿著增加一个新的资助项目:帮助那些考上北师大可又无力负担学费的孩子们。虽然他们募集来的钱还不多,他们表示一定要坚持下去。一定会有越来越多的校友了解我们,理解我们,最后支持我们。 未完待续。
个人分类: 谈数学|4620 次阅读|0 个评论
我们比蚂蚁还渺小!天才数学家佩雷尔曼拒领百万大奖有感
chrujun 2010-3-24 13:11
世界上总有一些神奇的人,使芸芸众生显得比蚂蚁还渺小。 牛顿和爱因斯坦做出来改变世界和人类认知的成果,却没有花国家一分钱的科研经费。 一些牛人花了数以亿计的科研经费,对人类的影响却没有。 这不,俄罗斯天才数学家佩雷尔曼又横空出世了。此人不仅对在权威期刊发表论文不感兴趣,只把研究成果直接在网络上公开,而且对各种奖励也不感兴趣。尽管佩雷尔曼很穷,是地道的啃老族,但他不申请科研经费、不去报俄罗斯自然科学特等奖、也拒绝国际学术界送给他的奖。 什么是真正的牛人? 佩雷尔曼才是真正的牛人! 我可以不尊敬神,但我不得不尊敬佩雷尔曼! 佩雷尔曼摆脱了金钱、名誉和地位束缚,在数学王国里摘下一百多年来他人想摘的皇冠。人类的命运就是由这些神奇的人改变的,他们(她们)像神仙一样受人尊敬! 因为他们(她们)有纯净的心灵,才能够进入科学的至高殿堂! 99.999999999%的中国科技工作者,在高大的佩雷尔曼面前,只能比蚂蚁还渺小!
个人分类: 我的教学|6082 次阅读|10 个评论
好数学家的工作范式
热度 3 mymath 2010-1-17 16:01
好数学家工作范式是如何的呢?这也是我早年感兴趣的问题,因此也看过一些著名数学家的介绍,试图可以发现一些可以借鉴之处。看多之后,自然就想这样的问题:好的数学家有统一的工作范式吗? 好数学家需要多发表论文吗?当然不是。黎曼在解析数论里发表一篇不足十页的论文,即留下了当今数学最重要的难题黎曼假设;在一个就职演说就提出了黎曼几何。黎曼一生发表论文不足20余篇,但没有人怀疑黎曼的伟大( )。然而,倘若我们依此便说好数学家论文应是少而精,则大错特错了。欧拉从19岁开始发表论文,直到76岁,半个多世纪写下了886本书籍和论文,共计七十余卷( )。但是,欧拉是至少不在黎曼之下的伟大数学家。 好数学家需要长时间工作吗?也不是的。英国大数学家Hardy一般每天工作时间不超过4小时,在 里面,是这么描述Hardy一天生活的: In fact for most of his life his day, at least during the cricket season, would consist of breakfast during which he read The Times studying the cricket scores with great interest. After breakfast he would work on his own mathematical researches from 9 o'clock till 1 o'clock. Then, after a light lunch, he would walk down to the university cricket ground to watch a game. In the late afternoon he would walk slowly back to his rooms in College. There he took dinner, which he followed with a glass of wine. 60岁之后,Hardy便基本停止了数学工作。事实上,因为身体和精神上的原因,60岁后,他似乎失去了鲜活的数学创作力。然而,Hardy还是被认为英国继牛顿之后最伟大的数学家。但是,若据此便说好的数学家需要悠闲的工作激发创造力,那也是失之偏颇的。与Hardy相反的是传奇数学家Paul Erdos。在兴奋剂的帮助下,他平均每天工作十几个小时,而且一直工作到80多岁。好在数学研究不同于奥林匹克运动,没有人会说在兴奋剂帮助下做出的结果是无效的。所以,Paul Erdos仍然是个传奇。 那么,好的数学家是需要广泛的研究兴趣还是要坚守一个研究领域呢?20世纪前,数学家大多通晓数学的每一个分支。进入20世纪后,随着数学知识的指数级增长,不再有人通晓数学的所有分支。因此,有人坚持的观点是,若要做一个好的数学家,需浓缩于一个研究方向。这个观点当然是不全面的。正所谓分久必合,合久必分。特别是进入21世纪之后,数学不同分支之间影响、交叉逐渐显现出其重要性。其实,即便是在20世纪,兴趣广泛与坚守阵地也是并存的。仅举我所熟悉的领域为例。I. J. Schoenberg被认为是样条函数的创始人( ),然而,其最初的研究兴趣却是解析数论。他的领路人,也是其后来的岳父,便是大名鼎鼎的数论学家Landau。其后,Schoenberg曾涉足于多个不同数学研究领域,如距离几何、组合等。最后,提出了应用数学中广泛使用的样条函数。Schoenberg在最初的论文里提出了样条函数非常深刻的四种观点,它们并非现在教材所普遍采用的分片光滑多项式定义的方式。这些观点对样条函数的研究产生了极为深刻的影响,这大概与其早年从事纯粹数学研究有关。随后对样条函数产生重要影响的应是Carl de Boor。与Schoenberg不同,de Boor一开始便在逼近论领域工作,其后所发表的论文也仅限于这一领域。但这丝毫不影响de Boor作为一个数学家的重要性。 更多的,有的数学家对纯粹数学及其应用都有兴趣,如欧拉和高斯。而有的数学家则对应用数学深恶痛绝,如Hardy。Hardy对自己在应用方面的贡献评价为从实用的观点看,我的数学生涯的价值为零。 因此,似乎很难找到好数学家的统一工作范式。但是,他们都有一个共同点,就是对数学研究的热爱,和在数学工作中得到的满足和成就感,最为重要的是保持工作的热情与兴趣,这大概是所有好数学家所共同的。至于工作方式,正所谓以无法为有法,一切可全凭自己的喜好,选择自己认为最合适的就可以了。 1. 黎曼的论文可见 http://www.emis.de/classics/Riemann/ 2. http://baike.baidu.com/view/4645.htm 3. http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Hardy.html 4. http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Schoenberg.html
个人分类: 数学故事|9309 次阅读|4 个评论
恩尼格玛的兴亡
liuxiaod 2009-11-18 10:56
人类使用密码的历史,从今天已知的,最早可以一直追溯到古巴比伦人的泥板文字。古埃及人,古罗马人,古阿拉伯人几乎世界历史上所有文明都使用过密码。军事和外交一直是密码应用的最重要的领域,国王、将军、外交官以及阴谋分子等,为了在通讯过程中保护自己信息不被外人所知,使用过形形色色的密码;而为了刺探于己不利的秘密,他们又绞尽脑汁地试图破译对手的密码。加密与解密一直是密码学这枚硬币互相对抗又互相促进的两面。在所有用于军事和外交的密码里,最著名的恐怕应属第二次世界大战中德国方面使用的ENIGMA(读作恩尼格玛,意为谜)。   一、诞生   直到第一次世界大战结束为止,所有密码都是使用手工来编码的。直接了当地说,就是铅笔加纸的方式。在我国,邮电局电报编码和译码直到很晚(大概是上个世纪八十年代初)还在使用这种手工方法。手工编码的方式给使用密码的一方带来很多的不便。首先,这使得发送信息的效率极其低下。明文(就是没有经过加密的原始文本)必须由加密员人工一个一个字母地转换为密文。考虑到不能多次重复同一种明文到密文的转换方式(这很容易使敌人猜出这种转换方式),和民用的电报编码解码不同,加密人员并不能把转换方式牢记于心。转换通常是采用查表的方法,所查表又每日不同,所以解码速度极慢。而接收密码一方又要用同样的方式将密文转为明文。其次,这种效率的低下的手工操作也使得许多复杂的保密性能更好的加密方法不能被实际应用,而简单的加密方法根本不能抵挡解密学的威力。   解密一方当时正值春风得意之时,几百年来被认为坚不可破的维吉耐尔(Vigenere)密码和它的变种也被破解。而无线电报的发明,使得截获密文易如反掌。无论是军事方面还是民用商业方面都需要一种可靠而又有效的方法来保证通讯的安全。   1918年,德国发明家亚瑟谢尔比乌斯(Arthur Scherbius)和他的朋友理查德里特(Richard Ritter)创办了谢尔比乌斯和里特公司。这是一家专营把新技术转化为应用方面的企业,很象现在的高新技术公司,利润不小,可是风险也很大。谢尔比乌斯负责研究和开发方面,紧追当时的新潮流。他曾在汉诺威和慕尼黑研究过电气应用,他的一个想法就是要用二十世纪的电气技术来取代那种过时的铅笔加纸的加密方法。 亚瑟谢尔比乌斯   谢尔比乌斯发明的加密电子机械名叫ENIGMA,在以后的年代里,它将被证明是有史以来最为可靠的加密系统之一,而对这种可靠性的盲目乐观,又使它的使用者遭到了灭顶之灾。这是后话,暂且不提。 ENIGMA   ENIGMA看起来是一个装满了复杂而精致的元件的盒子。不过要是我们把它打开来,就可以看到它可以被分解成相当简单的几部分。下面的图是它的最基本部分的示意图,我们可以看见它的三个部分:键盘、转子和显示器。   在上面ENIGMA的照片上,我们看见水平面板的下面部分就是键盘,一共有26个键,键盘排列接近我们现在使用的计算机键盘。为了使消息尽量地短和更难以破译,空格和标点符号都被省略。在示意图中我们只画了六个键。实物照片中,键盘上方就是显示器,它由标示了同样字母的26个小灯组成,当键盘上的某个键被按下时,和此字母被加密后的密文相对应的小灯就在显示器上亮起来。同样地,在示意图上我们只画了六个小灯。在显示器的上方是三个转子,它们的主要部分隐藏在面板之下,在示意图中我们暂时只画了一个转子。   键盘、转子和显示器由电线相连,转子本身也集成了6条线路(在实物中是26条),把键盘的信号对应到显示器不同的小灯上去。在示意图中我们可以看到,如果按下a键,那么灯B就会亮,这意味着a被加密成了B。同样地我们看到,b被加密成了A,c被加密成了D,d被加密成了F,e被加密成了E,f被加密成了C。于是如果我们在键盘上依次键入cafe(咖啡),显示器上就会依次显示DBCE。这是最简单的加密方法之一,把每一个字母都按一一对应的方法替换为另一个字母,这样的加密方式叫做简单替换密码。   简单替换密码在历史上很早就出现了。著名的凯撒法就是一种简单替换法,它把每个字母和它在字母表中后若干个位置中的那个字母相对应。比如说我们取后三个位置,那么字母的一一对应就如下表所示:   明码字母表:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz   密码字母表:DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC   于是我们就可以从明文得到密文:(veni, vidi, vici,我来,我见,我征服是儒勒凯撒征服本都王法那西斯后向罗马元老院宣告的名言)   明文:veni, vidi, vici   密文:YHAL, YLGL, YLFL   很明显,这种简单的方法只有26种可能性,不足以实际应用。一般上是规定一个比较随意的一一对应,比如   明码字母表:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz   密码字母表:JQKLZNDOWECPAHRBSMYITUGVXF   甚至可以自己定义一个密码字母图形而不采用拉丁字母。但是用这种方法所得到的密文还是相当容易被破解的。至迟在公元九世纪,阿拉伯的密码破译专家就已经娴熟地掌握了用统计字母出现频率的方法来击破简单替换密码。破解的原理很简单:在每种拼音文字语言中,每个字母出现的频率并不相同,比如说在英语中,e出现的次数就要大大高于其他字母。所以如果取得了足够多的密文,通过统计每个字母出现的频率,我们就可以猜出密码中的一个字母对应于明码中哪个字母(当然还要通过揣摩上下文等基本密码破译手段)。柯南道尔在他著名的福尔摩斯探案集中《跳舞的人》里详细叙述了福尔摩斯使用频率统计法破译跳舞人形密码的过程。   所以如果转子的作用仅仅是把一个字母换成另一个字母,那就没有太大的意思了。但是大家可能已经猜出来了,所谓的转子,它会转动!这就是谢尔比乌斯关于ENIGMA的最重要的设计当键盘上一个键被按下时,相应的密文在显示器上显示,然后转子的方向就自动地转动一个字母的位置(在示意图中就是转动1/6圈,而在实际中转动1/26圈)。下面的示意图表示了连续键入3个b的情况:   当第一次键入b时,信号通过转子中的连线,灯A亮起来,放开键后,转子转动一格,各字母所对应的密码就改变了;第二次键入b时,它所对应的字母就变成了C;同样地,第三次键入b时,灯E闪亮。 照片左方是一个完整的转子,右方是转子的分解,我们可以看到安装在转子中的电线。   这里我们看到了ENIGMA加密的关键:这不是一种简单替换密码。同一个字母b在明文的不同位置时,可以被不同的字母替换,而密文中不同位置的同一个字母,可以代表明文中的不同字母,频率分析法在这里就没有用武之地了。这种加密方式被称为复式替换密码。   但是我们看到,如果连续键入6个字母(实物中26个字母),转子就会整整转一圈,回到原始的方向上,这时编码就和最初重复了。而在加密过程中,重复的现象是很危险的,这可以使试图破译密码的人看见规律性的东西。于是谢尔比乌斯在机器上又加了一个转子。当第一个转子转动整整一圈以后,它上面有一个齿拨动第二个转子,使得它的方向转动一个字母的位置。看下面的示意图(为了简单起见,现在我们将它表示为平面形式):   这里(a)图中我们假设第一个转子(左边的那个)已经整整转了一圈,按b键时显示器上D灯亮;当放开b键时第一个转子上的齿也带动第二个转子同时转动一格,于是(b)图中第二次键入b时,加密的字母为F;而再次放开键b时,就只有第一个转子转动了,于是(c)图中第三次键入b时,与b相对应的就是字母B。   我们看到用这样的方法,要6*6=36(实物中为26*26=676)个字母后才会重复原来的编码。而事实上ENIGMA里有三个转子(二战后期德国海军用ENIGMA甚至有四个转子),不重复的方向个数达到26*26*26=17576个。   在此基础上谢尔比乌斯十分巧妙地在三个转子的一端加上了一个反射器,而把键盘和显示器中的相同字母用电线连在一起。反射器和转子一样,把某一个字母连在另一个字母上,但是它并不转动。乍一看这么一个固定的反射器好象没什么用处,它并不增加可以使用的编码数目,但是把它和解码联系起来就会看出这种设计的别具匠心了。见下图:   我们看见这里键盘和显示器中的相同字母由电线连在一起。事实上那是一个很巧妙的开关,不过我们并不需要知道它的具体情况。我们只需要知道,当一个键被按下时,信号不是直接从键盘传到显示器(要是这样就没有加密了),而是首先通过三个转子连成的一条线路,然后经过反射器再回到三个转子,通过另一条线路再到达显示器上,比如说上图中b键被按下时,亮的是D灯。我们看看如果这时按的不是b键而是d键,那么信号恰好按照上面b键被按下时的相反方向通行,最后到达B灯。换句话说,在这种设计下,反射器虽然没有象转子那样增加可能的不重复的方向,但是它可以使译码的过程和编码的过程完全一样。 反射器   想象一下要用ENIGMA发送一条消息。发信人首先要调节三个转子的方向,使它们处于17576个方向中的一个(事实上转子的初始方向就是密匙,这是收发双方必须预先约定好的),然后依次键入明文,并把闪亮的字母依次记下来,然后就可以把加密后的消息用比如电报的方式发送出去。当收信方收到电文后,使用一台相同的ENIGMA,按照原来的约定,把转子的方向调整到和发信方相同的初始方向上,然后依次键入收到的密文,并把闪亮的字母依次记下来,就得到了明文。于是加密和解密的过程就是完全一样的这都是反射器起的作用。稍微考虑一下,我们很容易明白,反射器带来的一个副作用就是一个字母永远也不会被加密成它自己,因为反射器中一个字母总是被连接到另一个不同的字母。 安装在ENIGMA中的反射器和三个转子   于是转子的初始方向决定了整个密文的加密方式。如果通讯当中有敌人监听,他会收到完整的密文,但是由于不知道三个转子的初始方向,他就不得不一个个方向地试验来找到这个密匙。问题在于17576个初始方向这个数目并不是太大。如果试图破译密文的人把转子调整到某一方向,然后键入密文开始的一段,看看输出是否象是有意义的信息。如果不象,那就再试转子的下一个初始方向如果试一个方向大约要一分钟,而他二十四小时日夜工作,那么在大约两星期里就可以找遍转子所有可能的初始方向。如果对手用许多台机器同时破译,那么所需要的时间就会大大缩短。这种保密程度是不太足够的。   当然谢尔比乌斯还可以再多加转子,但是我们看见每加一个转子初始方向的可能性只是乘以了26。尤其是,增加转子会增加ENIGMA的体积和成本。谢尔比乌斯希望他的加密机器是便于携带的(事实上它最终的尺寸是34cm*28cm*15cm),而不是一个具有十几个转子的庞然大物。首先他把三个转子做得可以拆卸下来互相交换,这样一来初始方向的可能性变成了原来的六倍。假设三个转子的编号为1、2、3,那么它们可以被放成123-132-213-231-312-321六种不同位置,当然现在收发消息的双方除了要预先约定转子自身的初始方向,还要约定好这六种排列中的使用一种。   下一步谢尔比乌斯在键盘和第一转子之间增加了一个连接板。这块连接板允许使用者用一根连线把某个字母和另一个字母连接起来,这样这个字母的信号在进入转子之前就会转变为另一个字母的信号。这种连线最多可以有六根(后期的ENIGMA具有更多的连线),这样就可以使6对字母的信号互换,其他没有插上连线的字母保持不变。在上面ENIGMA的实物图里,我们看见这个连接板处于键盘的下方。当然连接板上的连线状况也是收发信息的双方需要预先约定的。 在上面示意图中,当B键被按下时,灯C亮   于是转子自身的初始方向,转子之间的相互位置,以及连接板连线的状况就组成了所有可能的密匙,让我们来算一算一共到底有多少种。   三个转子不同的方向组成了26*26*26=17576种不同可能性;   三个转子间不同的相对位置为6种可能性;   连接板上两两交换6对字母的可能性数目非常巨大,有100391791500种;   于是一共有17576*6*100391791500,大约为10000000000000000,即一亿亿种可能性。   只要约定好上面所说的密匙,收发双方利用ENIGMA就可以十分容易地进行加密和解密。但是如果不知道密匙,在这巨大的可能性面前,一一尝试来试图找出密匙是完全没有可能的。我们看见连接板对可能性的增加贡献最大,那么为什么谢尔比乌斯要那么麻烦地设计转子之类的东西呢?原因在于连接板本身其实就是一个简单替换密码系统,在整个加密过程中,连接是固定的,所以单使用它是十分容易用频率分析法来破译的。转子系统虽然提供的可能性不多,但是在加密过程中它们不停地转动,使整个系统变成了复式替换系统,频率分析法对它再也无能为力,与此同时,连接板却使得可能性数目大大增加,使得暴力破译法(即一个一个尝试所有可能性的方法)望而却步。   1918年谢尔比乌斯申请了ENIGMA的专利。他以为既然自己的发明能够提供优秀的加密手段,又能拥有极高的加密解密效率,一定能很快就畅销起来。他给商业界提供了一种基本型ENIGMA,又给外交人员提供一种豪华的装备有打印机的型号。但是他似乎搞错了。他的机器售价大约相当于现在的30000美元(如果订购一千台的话每台便宜4000美元)。这个价钱使得客户望而却步。虽然谢尔比乌斯向企业家们宣称,如果他们重要的商业秘密被竞争对手知道了的话,遭到的损失将比ENIGMA的价格高得多,但是企业家们还是觉得他们没有能力来购买ENIGMA。谢尔比乌斯的新发明并没有象他预料的那样带来多少回响。军队方面对他的发明也没有什么太多的注意。   谢尔比乌斯的失望是可想而知的。但是这方面他不是唯一的人。和他几乎同时在另外三个国家的三个发明家也都独立地想到了发明了使用转子的电气加密机的主意。1919年荷兰发明家亚历山大科赫(Alexander Koch)注册了相似的专利,可是却没有能够使它商业化,1927年他只好卖掉了他的专利。在瑞典,阿维德达姆(Arvid Damm)也获得了一个差不多的专利,但是直到1927年他去世时还是没有能找到市场。在美国,爱德华赫本(Edward Hebern)发明了他的无线狮身人面,对它充满希望。他用三十八万美元开了一个工厂,却只卖出价值一千两百美元的十来台机器。1926年在加利福尼亚州赫本被股东起诉,被判有罪。   可是谢尔比乌斯突然时来运转。英国政府发表了两份关于一次大战的文件使得德国军队开始对他的发明大感兴趣。其中一份是1923年出版的温斯顿丘吉尔的著作《世界危机》,其中有一段提到了英国和俄国在军事方面的合作,指出俄国人曾经成功地破译了某些德军密码,而使用这些成果,英国的40局(英国政府负责破译密码的间谍机构)能够系统性地取得德军的加密情报。德国方面几乎是在十年之后才知道这一真相。第二份文件同样是在1923年由皇家海军发表的关于第一次世界大战的官方报告,其中讲述了在战时盟军方面截获(并且破译)德军通讯所带来的决定性的优势。这些文件构成了对德国情报部门的隐性指控,他们最终承认由于无线电通讯被英方截获和破译,德国海军指挥部门就好象是把自己的牌明摊在桌子上和英国海军较量。   为了避免再一次陷入这样的处境,德军对谢尔比乌斯的发明进行了可行性研究,最终得出结论:必须装备这种加密机器。从1925年开始,谢尔比乌斯的工厂开始系列化生产ENIGMA,次年德军开始使用这些机器。接着政府机关,比如说国营企业,铁路部门等也开始使用ENIGMA。这些新型号的机器和原来已经卖出的一些商用型号不同,所以商用型机器的使用者就不知道政府和军用型的机器具体是如何运作的。   在接下来的十年中,德国军队大约装备了三万台ENIGMA。谢尔比乌斯的发明使德国具有了最可靠的加密系统。在第二次世界大战开始时,德军通讯的保密性在当时世界上无与伦比。似乎可以这样说,ENIGMA在纳粹德国二战初期的胜利中起到的作用是决定性的,但是我们也会看到,它在后来希特勒的灭亡中扮演了重要的角色。   但是谢尔比乌斯没有能够看见所有这一切。有一次在套马时,他被摔到了一面墙上,于1929年5月13日死于内脏损伤。 二、弱点 在一次大战其间,英国的情报机关非常严密地监控了德国方面的通讯,丘吉尔的书和英国海军部的报告中透露的消息只不过是一鳞半爪。事实上,将美国引入一次大战的齐末曼(Arthur Zimmermann,1916年起任德国外交部长)电报就是由著名的英国40局破译的。在此电报中德国密谋墨西哥对美国发动攻击,这使得美国最终决定对德宣战。但是英国人的障眼法用得如此之好,使得德国人一直以为是墨西哥方面泄漏了秘密。 战后英国仍旧保持着对德国通讯的监听,并保持着很高的破译率。但是从1926年开始,他们开始收到一些不知所云的信息ENIGMA开始投入使用。德国方面使用的ENIGMA越多,40局破解不了的电文就越多。美国人和法国人碰到的情况也一样,他们对ENIGMA一筹莫展。德国从此拥有了世界上最为可靠的通讯保密系统。 一次大战的战胜国很快就放弃了破译这种新型密码的努力。也许是出于自信,在他们看来,在凡尔赛条约约束下的德国已经造成不了什么危害。由于看不到破译德国密码的必要性,盟国的密码分析专家懒散下来,干这一行的头脑似乎也变得越来越平庸。在科学的其他领域,我们说失败乃成功之母;而在密码分析领域,我们则应该说恐惧乃成功之母。普法战争造就了法国一代优秀的密码分析专家,而一次大战中英国能够破译德国的通讯密码,对失败的极大恐惧产生的动力无疑起了巨大的作用。 历史又一次重演。因为在欧洲有一个国家对德国抱有这种极大的恐惧这就是在一战灰烬中浴火重生的新独立的波兰。在她的西面,是对失去旧日领土耿耿于怀的德国,而在东面,则是要输出革命的苏维埃联盟。对于波兰来说,关于这两个强邻的情报是有关生死存亡的大事,波兰的密码分析专家不可能象他们的英美法同事那样爱干不干他们必须知道这两个大国都在想什么。在此情况下波兰设立了自己的破译机构,波军总参二局密码处(Biuro Szyfrow)。密码处的高效率在1919-1920年波苏战争中明显地体现出来,军事上屡尝败绩的波兰在密码分析方面却一枝独秀。在苏军兵临华沙城下的情况下,1920年一年他们破译了大约400条苏军信息。在对西面德国的通讯的监控方面,波兰人也保持了同样的高效率直到1926年ENIGMA登场。 波兰人想方设法搞到了一台商用的ENIGMA机器,大致弄清楚了它的工作原理。但是军用型的转子内部布线和商用型的完全不同,没有这个情报,想要破译德军的电报可谓难如登天。波兰人使出了浑身的解数,甚至病急乱投医,请了个据说有天眼通功能的大师来遥感德国人机器里转子的线路图当然和所有的大师一样,一遇上这种硬碰硬的事情,神乎其神的天眼通也不灵了。 这时事情有了转机。 汉斯提罗施密特(Hans-Thilo Schimdt) 于1888年出生在柏林的一个中产阶级家庭里,一次大战时当过兵打过仗。根据凡尔赛条约,战败后的德国进行了裁军,施密特就在被裁之列。退了伍后他开了个小肥皂厂,心想下海从商赚点钱。结果战后的经济萧条和通货膨胀让他破了产。此时他不名一文,却还有一个家要养。 汉斯-提罗施密特 和他潦倒的处境相反,他的大哥鲁道夫(Rudolph)在战后春风得意。和汉斯提罗一样都是一次大战的老兵,可鲁道夫没有被裁减,相反却一路高升。到了二十年代,他当上了德国通讯部门的头头,就是他正式命令在军队中使用ENIGMA。和大哥的成功比起来,汉斯提罗自然觉得脸上无光。 可是破产后汉斯-提罗不得不放下自尊心来去见大哥,求他在政府部门替自己谋个职位。鲁道夫给他的二弟在密码处(Chiffrierstelle)找了个位置。这是专门负责德国密码通讯的机构ENIGMA的指挥中心,拥有大量绝密情报。汉斯提罗把一家留在巴伐利亚,因为在那里生活费用相对较低,勉强可以度日。就这样他一个人孤零零地搬到了柏林,拿着可怜的薪水,对大哥又羡又妒,对抛弃他的社会深恶痛绝。 接下来的事情可想而知。如果把自己可以轻松搞到的绝密情报出卖给外国情报机构,一方面可以赚取不少自己紧缺的钱,一方面可以以此报复这个抛弃了他的国家。1931年11月8日,施密特化名为艾斯克(Asche)和法国情报人员在比利时接头,在旅馆里他向法国情报人员提供了两份珍贵的有关ENIGMA操作和转子内部线路的资料,得到一万马克。靠这两份资料,盟国就完全可以复制出一台军用的ENIGMA机。 不过事情并不象想象的那么简单。要破译ENIGMA密码,靠这些情报还远远不够。德军的一份对ENIGMA的评估写道:即使敌人获取了一台同样的机器,它仍旧能够保证其加密系统的保密性。就算有了一台ENIGMA,如果不知道密钥(在本文的第一部分里我们知道所谓的密钥,就是转子自身的初始方向,转子之间的相互位置,以及连接板连线的状况)的话,想破译电文,就要尝试数以亿亿计的组合,这是不现实的。 加密系统的保密性只应建立在对密钥的保密上,不应该取决于加密算法的保密。这是密码学中的金科玉律。加密算法可以直接是某个抽象的数学算法,比如现在通用的DEA和RSA算法,也可以是实现某个算法的象ENIGMA这样的加密机械或专门用于加密的电子芯片等加密器件,还可以是经过编译的在计算机上可执行的加密程序,比如现在在互联网通信中被广泛使用的PGP(Pretty Good Privacy)。因为对加密算法的保密是困难的。对手可以用窃取、购买的方法来取得算法、加密器件或者程序。如果得到的是加密器件或者程序,可以对它们进行反向工程而最终获得加密算法。如果只是密钥失密,那么失密的只是和此密钥有关的情报,日后通讯的保密性可以通过更换密钥来补救;但如果是加密算法失密,而整个系统的保密性又建立在算法的秘密性上,那么所有由此算法加密的信息就会全部暴露。更糟糕是,为了使以后的通讯保持秘密,必须完全更换加密算法,这意味着更新加密器械或更换程序。比起简单地更换密钥,这要耗费大量财富和管理资源(大规模更换加密器械和程序会使对手更有机会乘虚而入!)。 如此明显的道理,却时常有人不愿遵守,把加密系统的保密性建立在对加密算法的保密上,为此吃够了苦头。最著名的例子莫过于DVD的加密算法(DVD Movie encryption scheme)。信息和密码专家通过对DVD驱动器解密芯片和解密软件的分析得到了它的加密和解密算法。以此为基础有人编写了一个破解DVD加密算法的程序DeCSS。虽然在2000年1月,美国法官刘易斯卡普兰(Lewis Laplan)裁定在互联网上传播DeCSS为非法,但是这种行政的强制手段似乎毫不奏效。反对裁决的一方以保护言论自由的美国宪法第一修正案的来反驳,卡普兰不得不附加了计算机源程序不属言论的附加裁定。 但这个附加裁定似乎也没有什么太大的用处虽然不能直接传播DeCSS的源程序,如果愿意的话,人们还是可以用源程序的第一个字母是A,第二个字母是=这类卡普兰法官绝不能归到非言论一类去的方法来描述。在http://www.cs.cmu.edu/~dst/DeCSS/Gallery/你可以找到十几种怪里怪气地不违法地传播DeCSS的方法,其中包括一首诗,一件印着源程序的T恤衫, 一段朗诵源程序的录音和三张显示着源程序的GIF图片法官大人下令禁止的是源程序,不是它的图片,不是吗? 更有甚者,有人在网上公布了一个素数,如果把这个素数写成十六进制并记录成一个文件,我们就可以拿解能够解gzip格式的压缩软件(比如说WinZip)来将它解成DeCSS。如果卡普兰法官下令禁止这个素数的话,它很有可能成为有史以来第一个非法的素数。 在上面这个例子里我们甚至可以看到,在此时更换加密算法已经变得实际上不可能,因为DVD作为标准已经被固定下来,于是它的加密算法也就从此形同虚设。 正如前面所言,ENIGMA的设计使得搞到了它的秘密的法国人也一筹莫展。法国密码分析人员断定这种密码是不可破译的。他们甚至根本就懒得根据搞到的情报去复制一台ENIGMA。 在十年前法国和波兰签订过一个军事合作协议。波兰方面一直坚持要取得所有关于ENIGMA的情报。既然看来自己拿着也没什么用,法国人就把从施密特那里买来的情报交给了波兰人。和法国人不同,破译ENIGMA对波兰来说至关重要,就算死马也要当作活马医。现在他们总算能迈出最初的一步了。 在施密特提供的关于ENIGMA的情报中,不仅有关于ENIGMA构造和转子内部连线的描述,还有德国人使用ENIGMA进行编码的具体规定。每个月每台ENIGMA机的操作员都会收到一本当月的新密钥,上面有此月每天使用的密钥。比如说,第一天的密钥可以是这个样子: 1.连接板的连接:A/L-P/R-T/D-B/W-K/F-O/Y 2.转子的顺序:2,3,1 3.转子的初始方向:Q-C-W 当操作员要发送某条消息时,他首先从密钥本中查到以上信息。然后按照上面的规定,首先用连线把连接板上的A字母和L字母,P字母和R字母连接起来;然后把2号转子放在ENIGMA的第一个转子位置上,把3号转子放在第二个位置上,把1号转子放在第三个位置上;最后,他调整转子的方向(从照片上可以看到每个转子的边上都刻着一圈字母用来显示转子所处的方向),使得三个转子上的字母Q、C和W分别朝上。在接收信息的另一方,操作员也进行同样的准备(他也有一本同样的密钥本),就可以进行收信解码的工作了。 调整好ENIGMA,现在操作员可以开始对明文加密了。但是我们看到每天只有一个密钥,如果这一天的几百封电报都以这个密钥加密发送的话,暗中截听信号的敌方就会取得大量的以同一密钥加密的信息,这对保密工作来说不是个好兆头。我们记得在简单替换密码的情况下,如果密码分析专家能得到大量的密文,就可以使用统计方法将其破解。 尽管不知道对ENIGMA是否可以采用类似的统计方法,德国人还是留了个心眼。他们决定在按当日密钥调整好ENIGMA机后并不直接加密要发送的明文。相反地,首先发送的是一个新的密钥。连接板的连线顺序和转子的顺序并不改变,和当日通用的密钥相同;想反地,转子的初始方向将被改变。操作员首先按照上面所说的方法按当日密钥调整好ENIGMA,然后随机地选择三个字母,比如说PGH。他把PGH在键盘上连打两遍,加密为比如说KIVBJE(注意到两次PGH被加密为不同的形式,第一次KIV,第二次BJE,这正是ENIGMA的特点,它是一种复式替换密码)。然后他把KIVBJE记在电文的最前面。接着他重新调整三个转子的初始方向到PGH,然后才正式对明文加密。 用这种方法每一条电文都有属于自己的三个表示转子初始方向的密钥。把密钥输入两遍是为了防止偶然的发报或者接收错误,起着纠错的作用。收报一方在按当日密钥调整好ENIGMA机后,先输入密文的头六个字母KIVBJE,解密得到PGHPGH,于是确认没有错误。然后把三个转子的初始方向调整到PGH,接着就可以正式解密其余的密文了。 如果不使用对每条电文都不同的密钥,那么每天很可能总共会有几千条电文也就是几百万个字母的消息以同一个密钥加密。而采用每条电文都有自己的密钥这个方法后,当日密钥所加密的就是很少的几万个字母,而且这些字母都是随机选取,和有意义的电文性质不同, 不可能用统计方法破译。 乍一看来这种方法无懈可击。可是波兰人铁了心,必须在这厚厚的护甲上撕出一个口子来。 在此以前,密码分析人员通常是语言天才,精通对语言方面特征的分析。但是既然ENIGMA是一种机械加密装置,波兰总参二局密码处就考虑到,是否一个具有科学头脑的人更适合于它的破译工作呢? 1929年1月,波兹南大学数学系主任兹德齐斯罗克里格罗夫斯基(Zdzislaw Krygowski)教授开列了一张系里最优秀的数学家的名单,在这张名单上,有以后被称为密码研究波兰三杰的马里安雷杰夫斯基(Marian Rejewski),杰尔兹罗佐基(Jerzy Rozycki)和亨里克佐加尔斯基(Henryk Zygalski)。波兹南大学并非当时波兰最有名的大学,但是它地处波兰南部,那里直到1918年还是德国领土,所以所有这些数学家都能讲流利的德语。 马里安雷杰夫斯基 在三位被密码局招聘的数学家中,雷杰夫斯基的表现最为出色。当年他是个架着一副近视眼镜,脸上略带羞色的二十三岁小伙子。他的在大学里学的专业是统计学,打算以后去干保险业行当,也许在此之前他从未想到会在密码分析方面大展身手。在经过短期的密码分析训练后,他把所有的精力都投入到破解ENIGMA的工作中去。 雷杰夫斯基深知重复乃密码大敌。在ENIGMA密码中,最明显的重复莫过于每条电文最开始的那六个字母它由三个字母的密钥重复两次加密而成。德国人没有想到这里会是看似固若金汤的ENIGMA防线的弱点。 德方每封密文最开始的六个字母,是此信密钥的三个字母重复两遍,由当日密钥加密而成。比如说这封信的密钥是ULJ(这是开始加密明文时由操作员临时随机选取的),那么操作员首先用当日通用的密钥加密ULJULJ,得到六个字母的加密后序列,比如说PEFNWZ,然后再用ULJ来作为密钥加密正文,最后把PEFNWZ放在加密后的正文前,一起用电报发给收信方。 雷杰夫斯基每天都会收到一大堆截获的德国电报,所以一天中可以得到许多这样的六个字母串,它们都由同一个当日密钥加密而成。比如说他收到四个电报,其中每封电报的开头的六个字母为 1 2 3 4 5 6 第一封电报:L O K R G M 第二封电报:M V T X Z E 第三封电报:J K T M P E 第四封电报:D V Y P Z X 对于每封电报来说,它的第一个字母和第四个字母都是由同一个字母加密而来,同样地第二和第五个字母以及第三和第六个字母也是分别由同一个字母加密而来。比如说在第一封电报中,字母L和R是由同一字母加密而来。这个字母之所以先被加密成L,然后又被加密成了R,是因为在此期间转子向前转动了三个字母的位置。 从L和R是由同一个字母加密而来这点,雷杰夫斯基就有了判断转子的初始位置的一条线索。当转子处于这个初始位置时,字母L和R在某种意义下具有紧密的联系。每天截获的大量电文能够给出许多这样的紧密联系,从而使雷杰夫斯基最终能够判断出转子的初始位置。在上面的第二、三、四封电报中,我们看见M和X,J和M,D和P都有这种联系: 第一个字母:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 第四个字母:___P_____M_RX_____________ 如果雷杰夫斯基每天可以得到充分多的电报,他就可以把上面这个关系表补充完整: 第一个字母:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 第四个字母:FQHPLWOGBMVRXUYCZITNJEASDK 光凭这个对应表格,雷杰夫斯基还是没办法知道当天的通用密钥。可是他知道,这个表格是由当天的通用密钥决定的,而且只由它决定。如果密钥不同,那么这个表格也应该不同那么,有没有一种办法可以从这个对应表来推断出当日的通用密钥呢?雷杰夫斯基对这样的表格进行了仔细观察。从字母A开始看,它被对应成F;而F在此表中又被对应成W,接下去它被对应成A,我们又回到了最先开始的字母,于是就有了一个循环的字母圈AFWA。如果考虑所有的字母,雷杰夫斯基就能写出关于此对应表的所有的循环圈: AFWA 3个字母的循环圈 BQZKVELRIB 9个字母的循环圈 CHGOYDPC 7个字母的循环圈 JMXSTNUJ 7个字母的循环圈 这里我们只是考虑了第一和第四个字母形成的对应表。同样地对第二和第五、第三和第六个字母形成的对应表,我们也可以写出类似的字母循环圈。由于每天的密钥都不同,雷杰夫斯基得到的循环圈也各不相同。 雷杰夫斯基观察到,这些循环圈长短不一。这使他有了一个重要的灵感: 虽然这些循环圈是由当日密钥,也就是转子的位置,们的初始方向以及连接板上字母置换造成的,但是每组循环圈的个数和每个循环圈的长度,却仅仅是由转子的位置和它们的初始方向决定的,和连接板上字母交换的情况无关! 假定在上面这个例子中,原来在接线板上字母S和G由一根连线相连。现在转子的位置和它们的初始方向保持不变,去掉这根连线而将字母T和K连在一起,那么第一和第四个字母的对应表就会变成 第一个字母:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 第四个字母:FQHPLWKSBMNRXUYCZIOVJEAGDT (原来的G对应O,S对应T,去掉G和S的连线后,G就对应T,但是T被新的连线接到了K,所以G最终对应着K。其他受影响的字母还有H、K、S、T、X、Z)。而循环圈表就变成了: AFWA 3个字母的循环圈 BQZTVELRIB 9个字母的循环圈 CHSOYDPC 7个字母的循环圈 JMXGKNUJ 7个字母的循环圈 某些循环圈中的字母变了,但是循环圈的数目仍旧是四个,每个循环圈的长度也没有改变。应用置换变换的理论,雷杰夫斯基可以从数学上严格证明这一点对于任何的连线变化都是成立的。 这是一个非常重大的进展。我们知道,如果要强行试遍所有的密钥来破解密文,那得要试一亿亿个密钥之多;但是ENIGMA的数量巨大的密钥主要是由连接板来提供的,如果只考虑转子的位置和它们的初始方向,只有105456种可能性。虽然这还是一个很大的数字,但是把所有的可能性都试验一遍,已经是一件可以做到的事情了。 波兰人按照汉斯-提罗施密特提供的情报复制出了ENIGMA样机。到了1934年,他们有了十几台波兰造ENIGMA。雷杰夫斯基和他的同事们每天都在ENIGMA前工作,一个接一个地试验转子的不同位置和初始方向,然后产生相应的字母对应表并构造相应的字母循环圈,并把它们记录下来。比如说其中的一个记录可以是这样的: 第一和第四字母对应表中有4个循环圈,长度分别为3,9,7,7; 第二和第五字母对应表中有4个循环圈,长度分别为2,3,9,12; 第三和第六字母对应表中有5个循环圈,长度分别为5,5,5,3,8; 当对所有105456种转子位置和初始方向都编好记录以后,破译ENIGMA生成的密文就比较容易了。首先要取得足够的当日电文来构造字母对应表并且写出字母循环圈;然后根据循环圈的数目和它们的长度从记录表中检索出相对应的转子位置和初始方向:这就是当日的密钥(连接板的情况还未知)。循环圈的个数和长度可以看作是这个密钥的指纹通过建立密钥指纹档案,雷杰夫斯基就能及时地把当天的密钥找出来。通过分离转子的状态和连接板的状态,雷杰夫斯基大大简化了破译ENIGMA的工作。建立这样一个档案花了整整一年时间,工作相当艰苦,有时工作人员的手指都被磨出血来。 必须指出的是,上面对雷杰夫斯基的工作的介绍是极其简单化的,只以举例的形式介绍了其中最重要的思路。雷杰夫斯基对于ENIGMA的分析是在密码分析史上最重要的成就之一,整个工作都是严格地数学化了的(求解关于置换矩阵的方程),决非上面所举例子可以包含。比如说,找到当日密钥中转子状态后,还需要找到连接板状态,才能真正译出密文。另外,ENIGMA中转子中的线路并非总是固定不变,雷杰夫斯基的理论允许从密文和密钥倒推出转子内部的连线状态。即便是施密特提供的情报也未明确指出转子内部的连线状态,雷杰夫斯 基一项重要工作就是成功地判断出军用型ENIGMA的转子上字母以字母表顺序排列,而不是如商用型那样,字母以键盘上的顺序排列。另外还要指出的是,雷杰夫斯基的同事,尤其是另两位数学家罗佐基和佐加尔斯基在破译工作中也作出了很重要的贡献。佐加尔斯基还设计了用在纸上钻孔的方法来迅速查询对应于某类字母循环圈的转子状态的方法。   佐加尔斯基设计的用来查询密钥的钻孔表格     在雷杰夫斯基和他的同事的努力下,波兰情报部门在后来的几年里成功地掌握了大量德国方面的情报。据估计,在1933年1月到1939年9月这六年多的时间里,波兰方面一共破译了近十万条德方的消息,其中最重要的有德国在包括苏台德地区兵力重新部署的情报,这对波兰的安全是极大的威胁。对ENIGMA的破解即便在总参二局领导层内部也属最高机密,军官们会收到标有维奇尔(Wicher,破译ENIGMA行动的代号)的情报,他们被告知这些情报绝对可K,但来源绝密。1934年,纳粹德国元帅赫尔曼.戈林访问华沙,他怎么也没有怀疑波兰人已经掌握了他的机密。当他和德国高级官员向位处波兰密码处附近的无名战士墓献花圈时,雷杰夫斯基正透过办公室的窗子望着他们,心中为自己能知道他们最机密的通讯而狂喜不已。      当德国人对ENIGMA转子连线作出一点改动以后,花了一年功夫建立起来的密钥指纹档案就变得毫无用处了。但是雷杰夫斯基和罗佐基有了一个更好的主意。他们在ENIGMA的基础上设计了一台能自动验证所有26*26*26=17576个转子方向的机器,为了同时试验三个转子的所有可能位置的排列,就需要6台同样的机器(这样就可以试遍所有的17576*6=105456种转子位置和初始方向)。所有这6台ENIGMA和为使它们协作的其他器材组成了一整个大约一米高的机器,能在两小时内找出当日密钥。罗佐基把它取名为炸弹(La Bomba),可能是因为它运转起来震耳欲聋的声响;不过也有人传说,制造这样一台机器的主意是雷杰夫斯基一次在饭店里吃叫做炸弹的冰淇淋时想到的。无论如何,炸弹实现了密码分析机械化,它是对ENIGMA机械加密的一种很自然的回应手段。      30年代的大部分日子里,雷杰夫斯基和他的同事们不断地从事着寻找密钥的工作,时不时地还要修复出了故障的炸弹。他们不知道的是,在密码处处长格维多.兰杰(Gwido Langer)少校的抽屉里,已经有了他们正在绞尽脑汁试图寻找的东西。    事实上,在提供了两份极其重要的关于ENIGMA的情报后,汉斯-提罗.施密特还在继续向法国情报机关提供关于德国通讯的情报。在1931年后的七年中,他和法国情报人员接头二十次,每次都提供若干德国通讯用密码本,上面记载着一个月中每天使用的当日密钥。汉斯-提罗.施密特总共提供了三十八个月的密码。兰杰少校通过法国密码处(第二处)负责人居斯塔夫.贝特朗(Guistav Bertrand)上尉得到了这些密码本。如果雷杰夫斯基能够预先知道这些密码,无疑可以节省大量的时间,从而进行其他的同样十分重要的破译工作。        但是兰杰少校觉得雷杰夫斯基的小组应该习惯于单独工作,以便在将来得不到密码本的时候,也能同样破译ENIGMA。我们的确不知道,如果自1931年来没有这样的压力,雷杰夫斯基是否能够有上面所述的重要工作。      波兰密码局的破译能力在1938年的十二月达到了极限,德国人加强了ENIGMA的加密能力。每台ENIGMA机增加了两个可供选择的转子。原来三个转子不同的排列方式有6种,现在从五个转子中选取三个装入机器中的方式达到了5*4*3=60种。这就意味着要达到原来的效率,炸弹中必须有60台机器同时运转,而不是原来的6台。建造这样一台炸弹的价格是密码处总预算的十五倍!在1939年一月,连接板上的连线又由六根增加到十根,这样就只剩6个字母不会被交换。密钥的总数达到了一万五千九百亿亿个,是原来的一万五千九百倍。        虽然波兰数学家们成功地推断出了第四和第五个转子中的连线状态,雷杰夫斯基也证明了ENIGMA并非象德国人或盟国密码分析专家想象的那样坚不可破,但是他的方法终于也不适用了。这时兰杰少校应该从他的抽屉里拿出施密特提供的密码本来但是正是德国人增加转子个数的时候,施密特停止了和法国情报部门的接头。七年中施密特不断地提供给波兰人能K自己的力量破译的密钥,现在波兰人急需这些密钥,他们却再也搞不到了。      这对波兰是一个致命的打击。因为ENIGMA不仅仅是德国秘密通讯的手段,更是希特勒闪电战(blitzkrieg)的关键。所谓的闪电战是一种大规模快速协同作战,各装甲部队之间,它们和步兵、炮兵之间必须能够快速而保密地进行联系。不仅如此,地面部队的进攻还必须由斯图卡轰炸机群掩护支援,它们之间也必须有可K的联络手段。闪电战的力量在于:在快速的通讯保证下的快速进攻。      海因茨.古德里安(Heinz Guderian)将军在指挥车上。照片左下方我们可见一台ENIGMA。      如果波兰不能知道德军的通讯,那么想要抵挡德国的入侵是毫无希望的,现在看来这在几个月里就会发生。1939年4月27日德国撕毁同波兰签订的互不侵犯条约,侵占了苏台德地区;在德国国内,反波兰的声浪不断高涨。在此情况下,兰杰少校决定把直到现在还对盟国保密的关于ENIGMA的破译方法告诉盟国同行,以便在波兰遭到入侵后,拥有更大人力物力财力的盟国还可以继续对雷杰夫斯基的方法进行研究。      6月30日,兰杰少校致电他的英国和法国同行,邀请他们来华沙紧急讨论有关ENIGMA的事项。7月24日英法密码分析专家到达波兰密码处总部,全然不知波兰人葫芦里卖的什么药。具有讽刺意味的是,这次会面中用来交流使用的语言是德语这是唯一的在场三方所有人都懂的语言。兰杰少校将他们领到一间房间,在那里有一个被黑布蒙住的东西,当黑布被揭开时,英法的密码分析专家目瞪口呆。出现在他们眼前的是一台雷杰夫斯基的炸弹。当听到雷杰夫斯基破译ENIGMA的方法时,他们意识到波兰在密码分析方面比世界上任何国家先进至少十年。法国人尤其吃惊,他们以为他们得到的情报用处不大,所以很慷慨地把它们转给了波兰人,他们却让波兰人一直瞒到现在。英法密码分析专家对波兰同行的感激是无以言表的,直到那时,他们在破译德国密码的方面毫无进展。      兰杰少校给英法密码分析专家的最后惊喜是宣布赠送给他们两台ENIGMA的复制品,以及炸弹的图纸,它们由法国密码处的贝特朗(他现在是个少校了)通过外交邮包寄往巴黎。8月19日,在横渡英吉利海峡的渡船上有两位看似平常的旅客:英国作家沙夏.居特里(Sacha Guitry)和他的太太女演员依弗娜.普林坦普斯(Yvonne Printemps)。但是在他们的旅行箱里却藏着当时英国最高的机密:一台波兰制造的ENIGMA。为了避开无所不在的德国间谍的耳目,ENIGMA就这样来到了英国,在那里等待它的将是它的彻底灭亡。      两星期后的1939年9月1日,希特勒发动闪电战入侵波兰。9月17日,苏联入侵波兰。9月28日,德军占领华沙,波兰不复存在。   三、灭亡(上)      整整十三年里,英国人和法国人都以为ENIGMA是不可破译的,波兰人的成功重新鼓起了他们的勇气。虽然德国人已经加强了密码机的安全性能,但是波兰人的实践表明,ENIGMA决非坚不可破。波兰密码局的经验也表明,数学家在密码分析中能够起到多么重要的作用。在英国密码局(40局),以往都是由精于文字的语言学家或作家来担负起密码分析的重任,此后40局开始通过局内人际关系向牛津大学和剑桥大学招聘数学家和数学系学生。      英国的政府代码及加密学校(GCCS, Government Code and Cipher School)是40局新设的机构,它的的总部坐落在白金汉郡的布莱切利公园(Bletchley Park)里,40局新招聘的密码分析专家就在那里学习和工作。布莱切利公园的中心是一座歌特都铎式的城堡,19世纪时由金融家赫伯特.莱昂(Herbert Leon)爵士建造,GCCS的领导机构就设立在它的图书馆、宽大的餐厅以及装饰得富丽堂皇的舞厅里。从城堡的底层望出去,外面是宽阔的花园。不过在1939年的秋天,那里的风景可不怎么样,花园里戳满了新建的小木屋,那是密码分析人员的工作场所,各种信息在担负不同任务的小木屋进进出出。比方说,6号木屋是负责破译德军ENIGMA电报的,从那里出来的明文由3号木屋翻译并进行综合情报分析;8号木屋专门负责对付德国海军的ENIGMA,这是一种特别复杂的ENIGMA机,和普通型不同,它有四个转子,在这里破译的情报由4号木屋中的情报人员翻译和分析。一开始在布莱切利公园工作的只有大约二百人,可是到了五年后战争结束时,城堡和小木屋中已经多达七千人!      布莱切利公园(Bletchley Park)      英国数学家和其他密码分析人员很快就掌握了波兰人进攻ENIGMA的技巧和方法。布莱切利公园拥有比波兰密码处多得多的人员和资金,所以足以对付由于德国人对ENIGMA的改动而增加到原来十倍的破译工作量。和在波兰密码处的情景一样,布莱切利公园的男女们日夜紧张工作,为的就是找到德国人当天的密钥。一到午夜,转子和连线板的设置就会变动,一切又要重新开始。      由此而破译的情报极其珍贵。如果布莱切利公园能够及时得到德军的情报,德国人的计划和行动就会暴露无遗。如果德军计划一次进攻,英军就可以采取相应的增援或撤退措施;更妙的是,如果德国将军在他们的电报中争论己方的弱点,英国军队就可以采取德国人最担心的计划。1940年4月德国入侵丹麦和挪威,布莱切利公园取得了一份详细的军事计划。同样在英伦战役之初,密码分析人员准确预告了德军轰炸的准确时间和地点,并且取得了德国空军(Luftwaff)极为宝贵的情报,比如飞机的损失情况,新飞机的补充数量和速度等。这些情报被送往M16的总部,再由那里转送战争部、空军部和海军部。      布莱切利公园的密码分析专家们有时也有点空余时间,最受欢迎的消遣活动是圆场棒球,球赛就在那座城堡前的草坪上举行。和自自在在的大学生一样,这些肩负着重任的男女也经常为一个有争议的球严肃地争论得面红耳赤。      在掌握了波兰人对付ENIGMA的手段后,英国密码分析专家也开始摸索出自己独特的方法。在正式用炸弹开始系统搜索当日密钥以前,他们总要试一遍投机取巧的门道。根据德军通讯的规定,每一条电文都要随机选择三个不同的字母组合,但是在激战之时,德军指挥官经常顾不上随机,往往在键盘上敲上三个相邻的字母了事,比方说DFG或者VBN,有时甚至重复使用某三个字母的组合来当密钥。英国密码分析专家把这样的密钥叫西尔丝(cillies),即三字母组合CIL的读音,大概来源于哪位倒霉德国军官的女友的名字。      西尔丝并非ENIGMA本身的弱点,而是ENIGMA使用者的弱点。另一种更为严重的人为使用错误是密钥本编制者对密钥使用过分严格的规定。为了强调密钥的不可预见性,他们规定每天在三个放置转子的位置上,不得有和昨天放在此位置上相同的转子。比如说每台ENIGMA机一共配备编号为1、2、3、4、5的五个转子,而前一天所使用的转子顺序为134,那么第二天可以使用例如215这样的转子顺序,但是214这样的顺序是不允许的,因为和前一天相比较,在第三个位置上都是4号转子。看起来这样交叉使用转子是个好主意,避免了象上面所说的重复使用某个密钥的过失,但是如果过分强调这一点,却会使英国密码分析专家的工作量减小一半,因为在开始分析当日密钥前,他们就可以把所有至少有一个转子处在前一日位置上的那些转子的排列排除在外了。德军密钥编制的另一条规定是,在连接板上不允许把两个相邻的字母连接起来。直觉似乎告诉人们不该使用这样简单的字母交换,但是这样的规则搞得太严格过了头,也就反而会帮对手的忙,对手根本就不用考虑这样的可能性了。      在整个战争过程中,ENIGMA机被不断改善,所以这样的投机取巧也变得十分重要,密码分析专家可以通过对密钥的猜测来推断出密码机新的变动,从而相应地改善炸弹的设计,使用新的策略。英国人能够在战争其间成功地持续破解ENIGMA密码,和小木屋里各种各样不同寻常的怪才的努力分不开。他们之中有数学家,各类科学家,语言学家,象棋冠军,填字游戏高手一个难题经常从一只手传到另一只手,直到它最终得到解决;也有可能一个人解决一点,再由另一个人解决另一部分按照6号木屋的负责人戈尔登.魏齐曼(Gordon Welchman)的话来说,这是一群想方设法嗅出一条线索的猎犬。      在布莱切利公园有一大群为破译ENIGMA作出了卓越贡献的人们。但是如果只能选择性地讲述一个人的功绩,那么这个人无论如何应该是阿兰.图灵(Alan Turing)。      阿兰.图灵      图灵1912年6月23日在伦敦出生,他的父亲是当时英国殖民地印度南部的行政官员。他的父母为了使儿子在英国出生,暂时从印度回到了英国。图灵出生后不久他父亲重新回到印度,十五个月后他的母亲也离开英国返回印度,把图灵一个人留在伦敦,由保姆和朋友抚养长大,一直到了图灵上寄宿学校的年纪。      1926年,14岁的图灵进入了雪伯恩(Sherborne)学校就读。上学的第一天恰好碰上罢工,为了不错过就学典礼,图灵从南安普敦到雪伯恩一气骑了一百公里的自行车,为此他上了当地的报纸。在学校里一年下来,他给人的印象是个爱害羞,做事笨手笨脚的男孩,但是在自然科学方面充满才华。雪伯恩学校是培养为大英帝国效力的男子汉的地方,图灵的性格却似乎于此不合拍,所以那几年他的学校生涯不免有些难捱。      在学校里他唯一的朋友是一个名叫克里斯多夫.莫尔贡(ChristopherMorcon)的男孩。他俩都热爱科学,经常在一起谈论最新的科学发现,做各种科学小实验。这段友谊激发了图灵对科学的兴趣,他对莫尔贡的感情似乎也超出了朋友的范围,成为一种依恋。但是莫尔贡永远不会知道这点了,在他们认识的第四年,1930年的2月13日,他死于突发性结核病。这对图灵是一个巨大的打击,他失去了唯一的朋友。似乎是为了让自己代替朋友活着,他学习更加努力。在去世前莫尔贡已经取得了一份剑桥大学的奖学金,图灵决定自己也将进入剑桥大学学习,去完成亡友的未竟事业。      1931年图灵如愿以偿地进入剑桥大学国王学院。当时的数理逻辑学界正热烈地讨论着二十世纪最伟大的数学发现之一昆特.哥德尔的不完全性定理。在那以前,数学家们总以为,一个数学问题,虽然要找到回答也许很困难,但是理论上总有一个确定的答案。一个数学命题,要么是真的,要么是假的。但是哥德尔的不完全性定理指出,在一个稍微复杂一点的数学公理系统中,总存在那样的命题,我们既不能证明它是真的,也不能证明它是假的。数学家们大吃一惊,发现以往大家认为绝对严明的数学中原来有如此令人不安的不确定性。      每个逻辑学家都在苦苦思索,试图替陷入了危机的数学找到一条出路,他们包括当时在剑桥的贝特朗.罗素(Bertrand Russell)、阿尔弗雷德.怀特海(Alfred Whitehead)、路德维格.维特根斯坦(Ludwig Wittgenstein)这样著名的逻辑学家。在这种环境下,图灵作出了他一生中最重要的科学贡献,在他著名的论文《论可计算数》(On Computable Numbers)中,他提出了日后以他名字命名的虚拟计算机器图灵机。         三、灭亡(中)      图灵设想的虚拟机器拥有一条无限长的纸带、一个读写头,和一个控制装置。控制装置具有有限个内部状态,它能够根据这些内部状态来控制读写头作出相应的动作,比如说沿着纸带前后移动,在纸带上记录改变或抹去信息,或者读取纸带上的信息并据此改变自己的内部状态。你可以把纸带上的信息看做是指令或者数据,读写头根据这些指令和数据来完成一系列的动作。图灵提出了各种各样这样的机器,有些能做加法(只要在纸带上先写好两个数,然后让图灵机运行,最后机器停止时写在纸条上的那个数就是起先两数的和),有些能做乘法,等等等等。当然有些似乎什么也不做,或者在纸带上乱涂乱画,而另外有一些,好像永远也不停下来。这就是在信息科学史上和冯.诺依曼机器齐名的图灵机。      图灵机的个数是可数无限个,所以我们可以用自然数把所有的图灵机都标上号。图灵发现了这样一种图灵机,它能够做到任何一台图灵机能办到的事情,只要在纸带上首先标出想要模拟的图灵机的号码,然后给出相应的输入,最后它的输出将是号码被指定的那台图灵机的输出。可以说这是一台万能图灵机,当然它只是一种理想的计算模型,或者说是一种理想中的计算机。事实上我们平时使用的计算机就可以被看做是这样一台万能图灵机(只是它没有一条无限长的纸带,也就是内存。不过如今内存便宜得这个模样,对于一般的问题来说,差不多可以说有无穷的内存了),纸带上的那些指令就相当于程序和数据,如果程序不同,计算机可以完成的任务也不同。      图灵发现,有些问题是这台万能图灵机也不能回答的。比如说著名的停机问题:给定一台图灵机的编号,和纸带上的输入,是否总能回答它最终是否会停下来?不能。这是和哥德尔不完全性定理密切相关的,图灵的结果从另一个侧面支持了数学中的不确定性。但是和不完全性定理不同的是,图灵的成果给数学家指出了一条具体构造这样一台万能机器的途径。虽然那还是在二十世纪的三十年代,当时的技术能力还不能将图灵的设想变为现实,但是他毫不怀疑自己的设想能够实现。这无疑是二十世纪科学理论最重要的发展之一,在计算机被广泛应用,甚至影响到我们每个人的日常生活的今天来看,尤其如此。当年,图灵年仅二十六岁。      这是图灵事业最为辉煌的时期,他在国王学院取得了教职,在剑桥过着平静的学术生活。1938年迪斯尼公司著名的动画片《白雪公主和七个小矮人》上映,图灵兴冲冲地跑去看。在后来的一些日子里,他的同事听见他不停地哼哼电影中巫婆王后泡制毒苹果时的歌:毒液浸透苹果,如睡之死渗入。         图灵喜欢他在剑桥的岁月,成功的事业,活跃和宽容的环境。大学并不对同性恋大惊小怪,他可以和几个人同时结交而不用担心谁在背后叽叽喳喳。但是在1933年他的学院生涯突然中断了,他受代码及加密学校的邀请成为一个密码分析专家。1939年9月4日,就在首相张伯伦向德国宣战的第二天,图灵离开了剑桥,来到离布莱切利公园五公里的雪纳利布鲁克恩德(Shenley Brook End)居住。他每天骑自行车到布莱切利公园上班。因为患有对花粉过敏的鼻炎,图灵就常常戴个防毒面具骑车上班,招摇过市。     在布莱切利公园里,每天他花一部分时间和其他人一样在小木屋里进行破译密码的工作,而另一些时间他就呆在被称为智慧水箱(Think Tank),原来用来放水果的储藏室里。在那里密码分析专家思考在未来日子里有可能碰到的难题以及它们的解决方法。      直到当时,对ENIGMA的破译都采用雷杰夫斯基的方法,即利用每条密文最开始重复的密钥。如果此电文的密钥为YGB,那么电文开头就是六个由YGBYGB加密而成的字母,德国人以此来预防可能的传送错误。但是这是ENIGMA使用中的一个重大弱点,德国人很可能会发觉这一点并取消这种重复,这样就会使英国密码分析专家的破译手段变得毫无用处。图灵的任务就是要找到另一种不必利用重复密钥的破译方法。      在分析了以前大量德国电文后,图灵发现许多电报有相当固定的格式,他可以根据电文发出的时间、发信人、收信人这些无关于电文内容的信息来推断出一部分电文的内容。比方说,德国人每天的天气预报总在早上六点左右发出,要是在六点零五分截获了一份德国电报,它里面八成有Wetter这个词,也就是德文中的天气。根据在此之前德国人天气预报电文的死板格式,图灵甚至能相当准确地知道这个词具体在密文的哪个位置。这就使得图灵想到了用候选单词这一方法来破译ENIGMA电文,在英语中,图灵把这些候选单词叫做Cribs。      如果在一篇密文中,图灵知道Wetter这个词被加密成了ETJWPX,那么剩下的任务就是要找到将Wetter加密成ETJWPX的初始设置。如果采用一个一个试过去的暴力破解法,那就会碰到1590亿种组合这个大问题。但是雷杰夫斯基的天才思想告诉图灵,必须把转子方向变化造成的问题和连接板交换字母造成的问题分开来考虑。如果他能够象雷杰夫斯基那样发现在Cribs中某些不随连接板上连线方式变化的特性,他就可以最多只用尝试1054560次(60种转子放置方法乘以17576种转子初始方向)便可找到正确的转子设置。      图灵找到了这样的特性。这是一种和雷杰夫斯基发现的循环字母圈类似的东西,只不过这回和重复的密钥没有关系,却是基于候选单词。假设图灵已经正确地猜到wetter被加密成了ETJWPX,这里就存在着一个字母循环圈:      图灵并不清楚在密文中出现这个候选单词时的转子状态,但是假设他猜对了这个候选单词,把这个候选单词起始时转子的方向记为S,那么在此时ENIGMA把w加密成了E;然后转子转到下一个方向,就是S+1,ENIGMA把e加密成T;在方向S+2上一个不属于这个循环的字母被加密了,这个我们暂且不去管它;接下来在方向S+3,ENIGMA把t加密为W。      这看起来好像还是让人摸不着头脑,但是图灵想的办法很巧妙,因为在这个字母循环圈里有3个字母,所以他想像如果用3台ENIGMA同时加密这个候选单词,会发生些什么事。三台ENIGMA的初始设置除了转子方向外完全一样,第一台ENIGMA机的转子初始方向被定为原来的S,而第二台ENIGMA机的转子初始方向却是S+1,第三台的转子初始方向是S+3。当然一开始图灵根本就不知道这个S具体是什么(要是知道的话密码也就破译出来了),所以只能一个一个方向地试。大家可能会问,那为什么需要3台ENIGMA呢?只要在第一台上我们发现了一个把wetter加密成ETJWPX的转子方向,不就找到了密码吗?      这就要考虑连接板的问题。上面我们说过,如果只用一台ENIGMA来试所有的密码,我们要试的就不仅仅是所有的转子方向,而且还要考虑所有的连接板上的连线方向,那个数目是1590亿种。图灵的绝妙主意就是用3台ENIGMA把连接板上连线的效应抵消掉!这样他就只要考虑1054560种转子方向就可以了。      图灵把三台ENIGMA的显示器按下图的方式连接起来, 也就是说把第一台ENIGMA显示器上的E和第二台ENIGMA显示器上的e连起来,又把第二台上的T和第三台上的t连起来,最后把第三台上的W和第一台上的w连起来(注意ENIGMA上字母没有大小写之分,这里我们只是用大小写来区别密文和明文)。下面的解释听起来稍微有一点复杂,最好对照着上面的图来读。假设连接板上有关的交换字母的连线是下面这样的(三台ENIGMA机上的都一样)     EL1     TL2     WL3      当然这里的L1、L2和L3都还是未知的。      现在假设字母w被输入第一台ENIGMA,它先通过连接板变成了L3,然后通过三个转子经过反射器,再通过三个转子返回连接板;因为我们根据候选单词知道w此时会被加密成E,所以没有经过接线板前它一定是和E对应的L1;L1经过接线板变成E后,直接成了第二台ENIGMA的输入。提醒一下,第二台ENIGMA的转子方向是S+1,所以根据候选单词知道e此时会被加密成T,我们来看看具体是怎么回事。从第一台ENIGMA来的e通过连接板变成了L1,再通过转子和反射器回来变成了连接板上和字母T对应的L2;通过连接板后变成了T,然后这个T又变成第三台ENIGMA机上的输入t。第三台ENIGMA机的转子方向是S+3,这个传送过来的t会被加密成E,具体的情况和上面第一第二台上的类似。我们发现现在三台ENIGMA机的线路组成了一个闭合回路,如果在里面加上一个灯泡,它就会亮起来。这个闭合回路事实上就是那个字母循环圈的形象化。      稍微思考一下就可以看到,无论连接板上的连线实际如何(也就是说无论L1、L2和L3实际上是什么),只要转子方向凑对了,这个闭合回路就会形成(当然如果有闭合回路形成不等于这个方向就一定是正确的,但是这样的情况很少,用手工就可以把正确的方向从中选出)。就这样,连接板上的连线效应被消除了。找到了转子的初始方向S,当然还要找到连接板上的连线,才能最终找到完整的密钥,但是这就相当简单了,这只是一个简单替换密码。如果在一台普通的ENIGMA上不接连线板,调整好找到的转子方向,键入密文ETJWPX,出来的明文成了tewwer,我们马上就知道w和t被交换了。键入密文的其他部分可以猜出其他字母的交换状况。      把候选单词,字母循环圈和用线路连接起来的多台ENIGMA机构成了密码分析的强大武器。而只有图灵,这个数学虚拟机器的发明人,才能有这样的想像力。图灵对ENIGMA的破译方法完全是纯数学和理论性的,他为此写了一篇著名的论文,在 http://frode.home.cern.ch/frode/crypto/Turing/ 你可以读到这篇论文的一部分。但是他的理论研究已经完全可以让工程师来实际造出这样一台机器了。      布莱切利公园得到十万镑的经费来研制这种机器,绰号仍叫炸弹(bombes)。每个炸弹里都有十二组转子(因为根据上面的分析,显示器,连接板实际上都没必要存在了。而上面的例子里只要三台ENIGMA的原因是字母循环圈的长度是3,十二组转子的目的就是要攻击更长的字母循环圈)。一台这样的炸弹高两米长两米宽一米。图灵的研究于1940年初完成,机器由英国塔布拉丁机械厂(British Tabulating Machinery)制造。      图灵的发明赢得了他在布莱切利公园的同事的尊敬,大家把他看做是超群的密码分析专家。他的一位同事彼得.希尔顿(Peter Hilton)回忆道:图灵毫无疑问是个天才,而且是个极近人情的天才。他总是愿意花费时间和精力来解释他的想法。这不是一个钻在狭窄领域里的专家,他的思想遍布科学的许多领域。      当然图灵的工作在布莱切利公园之外是绝对机密,就连他的父母都不知道他在干破译密码的工作,因为他是全英国最厉害的密码分析专家。有一次去看他母亲时图灵提到过他正在为军事部门工作,但是没有透露其他风声。他母亲在意的是他儿子剃的头很难看。虽然领导布莱切利公园的是些军人,不过他们也知道在生活细节上不能对这些知识分子严格要求,在这方面都是睁眼闭眼。图灵就经常不刮脸,穿着皱皱巴巴的衣服,指甲又长又黑。但是军队没有过问图灵的同性恋,是因为他们不知情。布莱切利公园的退伍军人杰克.古德(Jack Good)后来说:幸亏布莱切利公园的负责人不知道图灵是个同性恋,否则的话,我们就会打败这场战争。      1940年3月14日第一台炸弹运抵布莱切利公园。可是它运行得太慢,有时要一个星期才找得到一个密钥。工程师们花了很大的努力来改善炸弹的设计,然后开始制造新的炸弹,这又花了四个月时间。但是在5月10日,最令英国密码分析专家担心的事情发生了,德国人改变了密码传递规则,他们的密钥不再重复,这使得布莱切利公园破译的电文量急剧下降。幸运的是,改进以后的炸弹在8月8日到达,而且这次它运行得很好。在接下来的八个月里,十五台新炸弹在布莱切利公园里轰然作响。一般上一台炸弹可以在一小时里找到一个密钥。      但是并非有了炸弹就万事大吉了。在让它运行之前还有许多困难要克服。比如说使用炸弹前先要找到一个候选单词。但是密码分析人员不能保证他猜的词一定在电报的明文中;就算猜对了,要把候选单词所在的位置正确地找出来也不是一件容易的事情,很有可能他猜到了电文中的一整句话,但是把这句话的位置搞错了,那炸弹也就白白运行了。密码分析人员找到了一些技巧,比如说,他知道下面wetterbullsechs一定在电文明文中,但是具体位置却只知道个大概。于是他猜想密文和明文的对应是:        候选单词: wetterbullsechs     密文:IPRENLWKMJJSXCPLEJWQ        在介绍ENIGMA的构造时我们知道,由于反射器的作用,一个字母从来也不会被加密成它本身。所以上面的候选单词所对应的位置一定是不对的,因为第二个字母e被对应到E上了。解决方法可以是慢慢地移动候选单词,看看是否每个字母都对应一个和自己不同的字母。比如把上面例子中的候选单词向左移动一位,变成          候选单词: wetterbullsechs     密文:IPRENLWKMJJSXCPLEJWQ        现在就符合要求了,所以此时才可以让炸弹去试试它的威力。      英国领导高层当然非常注重密码分析工作,温斯顿.丘吉尔亲自访问了布莱切利公园,他把这帮具有稀奇古怪才能的密码分析专家称为从不呱呱叫的下金蛋的鹅。在图灵和他的同事的努力和丘吉尔的亲自过问下,布莱切利公园解决了经费和人员缺乏的困难。到1942年底,密码局拥有49台炸弹,密码分析人员的队伍也在不断扩大。事实证明玩填字游戏的高手往往会成为密码分析的高手,英国情报部门甚至在报纸上登出填字游戏来招聘新的密码分析人员。         三、灭亡(下)         在前面的记述中读者似乎会有这样一种感觉,所有的ENIGMA机都是一样的,而密码分析人员在找到破译的方法以后每天按部就班地进行破译工作。但事实上,德军内部有好几个不同的通讯网络,比如说,在北非的德军就有自己的一套通讯网,他们的密码本和在欧洲的德军网络不同,德国空军也有自己的通讯网络。某些通讯网络的保密性要强于其他的,而德国海军通讯网的保密性是最强的,它使用的ENIGMA机是经过强化特制的,它有八个转子可供选择,这样转子的初始位置数就几乎是五个转子情况的六倍,于是布莱切利公园破译它所需要花费的时间也几乎是普通情况的六倍。另外海军用的ENIGMA机的反射器是可以转动的,于是密钥的可能性就是原来的二十六倍。有一些海军型ENIGMA机甚至有四个转子。德国海军为了加强通讯保密性,甚至取消使用固定的信件格式,这样就使图灵的候选单词法极难被使用。另外它的每条电文的密钥也以一种不同于平常的方式传送。      德国空军和陆军的ENIGMA密文都能比较顺利地被破译,但是德国海军的这些保密措施使得英国密码分析人员在破译电文时遇到极大的困难。在大西洋海战中这使英国付出了极大的代价。德国海军元帅邓尼茨使用狼群战术来对付英国的海上运输线。首先,德军众多的潜艇分散在大西洋广阔的海域中,试图寻找合适的目标;如果其中有一艘潜艇发现目标,它就会通知其它潜艇赶来增援;一旦在此海区中潜艇数量足够,它们就向目标发动进攻。很显然,在这种需要高度协作的战术中,保密和快速的通讯起着决定性的作用,而如果英国方面不能及时破译这些通讯内容,所遭受的打击是毁灭性的。      当时欧洲大陆尽陷纳粹魔掌,英国抗战所必需的食品弹药几乎完全依K从大西洋上运来的美国援助。如果盟军不能知道德军潜艇在汪洋大海中的位置,那么就不能有效地对付狼群战术,也就不可能有一条安全的运输线。在1940年6月到1941年6月一年间,盟军平均每月损失五十艘船只,而且建造新船只的能力已经几乎不能够跟上损失的步伐;与此相联系的还有巨大的人命损失在战争中有高达五万名水手葬身大西洋底。英国面临在大西洋海战中失败的危险,而在大西洋海战中失败,也就意味着在整个战争中失败。      即使在破译密码这样的所谓数学家的战争中,军事和间谍手段也是必不可少的,汉斯-提罗.史密特的情况已经足够说明问题了。如果布莱切利公园不能用破译的手段来取得密钥,那么间谍、渗透以致于窃取等手段也成为必需。英国皇家空军有时采取一种名叫播种的手段来帮助取得布莱切利公园破译密钥所需的候选单词。空军在某个特定的海区布撒水雷,迫使在附近的德国舰艇向其他舰艇发送有关雷区的情报,这个情报里必定包含着对此雷区所在方位等的描述,而这是英国人早已知道的,于是从中就可以确定候选单词。但是为了避免德国人的疑心,这样的花招不能时时使用,所以还需要许多其他的方式。      当时在英国情报部门工作的扬.弗莱明(Ian Fleming),也就是后来大名鼎鼎的007系列小说的作者,甚至策划了这样一个代号杀无赦的计划:在英吉利海峡中让一架被俘的德军轰炸机在一艘德国舰艇附近坠毁,等到德国舰艇赶来救援时,机上假扮成德国飞行员的英国谍报人员趁机混上德国舰艇以窃取密码本。这个几乎是疯狂的计划最后由于种种原因而没有实行。      除了要获得密码本外,了解德国海军特制ENIGMA机尤其是它的转子线路无疑也是破译密码所必需的。1940年2月德国潜艇U-33在苏格兰附近海面被击沉,英国情报部门因此能获得海军用ENIGMA机上的三个转子,使得密码分析人员能对这种特别的ENIGMA机有所了解并对截获的密文作部分的破解;同年4月在挪威,盟军俘获了一条德国拖捞船,从上面取得了几份关于ENIGMA的资料并送交图灵研究。但是在还没有取得任何进展之前,德国人就改换了转子结构,密文重新又变得牢不可破了。1941年3月4日在盟军特种兵对挪威罗弗敦群岛的突袭中缴获了两台海军用ENIGMA机,于是盟国重新能够部分破译德海军情报。幸运的是这一次邓尼茨元帅相信了他的密码专家的夸口,认为ENIGMA不可破译,没有再次改变密码机的设置。        1941年春天,布莱切利公园的一位密码分析人员哈里.辛斯利(Harry Hinsley)意识到,在德军的气象船和补给船和德国海军使用的是同一套ENIGMA系统。问题在于要周密计划俘获这些船只取得密码本而不使德国海军指挥部起疑心。5月7日,在一次高度机密的行动中,英国皇家海军俘获了德国气象船慕尼黑号,取得了六月份的密码本。两天后在一次巧遇中英国驱逐舰迫使德国潜艇U-110浮出水面,由于德国人以为潜艇很快就要沉没,他们没有及时销毁艇上的ENIGMA机和密码本。在六月份英军又俘获了一艘德军气象船劳恩堡号,取得六月和七月的密码本。这些进展使得布莱切利公园对海军型ENIGMA机有了比较充分的了解。虽然直至战争结束,德国人仍不时改进他们的加密系统,但是英国方面一般来说总能用各种方法跟进,包括上面所说的军事和间谍手段,或者提高炸弹的数量和威力,密码分析人员的经验也不断增加。虽然如此,这样的变化总会为密码破译带来暂时的困难,从而可能遭遇严重的问题,比如北冰洋航线上PQ17运输轮沉没的严重损失。最大的此类危机发生在1942年2月1日,德军潜艇通讯网开始使用前面提到的四转子ENIGMA,新增加的这个转子使得盟军的损失大量增加。但是由于同时期美国开始参战,德军潜艇在美国东海岸的频频得手避免了德军总部把近期的胜利和增加转子一事联系起来。      无论如何,通过军事、情报当然还有密码分析人员的努力,盟军终于能够了解德国狼群的位置,从而为运输船队选择一条安全的航线,不仅如此,英国海军的驱逐舰甚至还能主动出击,寻找德军潜艇并将其击沉。但是这里还是存在着如何恰到好处地使用所得到的情报,以免德军总部怀疑他们的最高机密已被破译的问题。正所谓兵不厌诈。通过对ENIGMA的破译,盟军能够知道德国潜艇的位置,但是击沉所有这些潜艇是愚蠢的,因为突然升高的损失不可避免地会使德国人猜测到他们的通讯并不安全。所以盟军经常放掉一些已经到手的肥肉,只攻击那些被侦查机发现的潜艇,当然盟军也会发出一些假的侦查到潜艇的消息来掩盖随之而来的攻击。有一次布莱切利公园破译了一条电文,其中有九条德国油轮的方位,为了避免德国人起疑心,英国海军总部决定只进攻其中的七条油轮。这七条油轮沉没后,对破译ENIGMA和需要保持秘密一事一无所知的皇家海军舰队不幸恰好又碰上了另两条倒霉鬼,于是也将它们送入了海底。在柏林德国人为此事进行了调查,但是他们的疑心集中在这是一次偶然的事件,还是由于英国谍报人员的渗透,没有人怀疑这是英国人破译ENIGMA所取得的胜利。      布莱切利公园所破译的不仅仅是德国的ENIGMA密码,在战争期间他们同样破译了意大利和日本的密码系统,这三方面的情报来源被冠以Ultra的代号,意为绝密。通过Ultra提供的情报,盟军在战场上取得了明显优势。在北非,Ultra使得盟军能够切断德军的供给线,得到隆美尔将军部队的情报,使第八军团成功抵御了德军的攻击;在德军进攻希腊的战役中,依KUltra英军成功撤退避免了大量伤亡;Ultra提供了敌军在地中海地区的详细分布情报,这对盟军1943年在意大利和西西里登陆至关重要。      但是最重要的是,Ultra在盟军诺曼底登陆中起了不可磨灭的作用。在登陆前的几个月里,依KUltra,盟军获得了德军在法国沿海的布防的详细情报,从而能够及时地针对敌军的虚实强弱之处改进登陆计划。      但是布莱切利公园的工作人员并不知道诺曼底登陆计划,在预定登陆的前夜,他们举行了一次舞会,这使公园里唯一知道登陆计划的负责人特拉维司(Travis)很不高兴,但他又不能下令取消这次舞会,因为这会走漏风声,使人猜想有什么重要行动即将进行。幸亏由于天气的原因,登陆行动推迟了二十四小时,密码分析专家们于是才有机会把舞跳了个痛快。登陆当天法国抵抗组织成员切断了陆上电话线路,迫使德军使用无线电报联络,密码分析人员因此截获了大量情报。      美军对Ultra的一份评价报告中是这样说的:在高级指挥官和政治首脑之中,Ultra创造了这样一种改变了决策方式的精神状态。敌人的所做作为都逃不过你的视线,这给予你信心;在你观察敌人思想和反应,他的一举一动时,这种信心不断增强。对敌人有这样程度的了解能够使你的计划大胆而又有保证,坚决而又乐观。      在二次大战盟军的胜利中,对布莱切利公园是否起了决定性的作用这点,历史学家自然有大量争议,但是毫无疑问的是,布莱切利公园的密码分析专家大大地加快了战争的进程。这在大西洋战役的历史中尤其明显。如果没有Ultra,德军就能在大西洋上保持一支强大的潜艇群和反应能力,相反地盟军必须付出巨大的人命和财力的代价来建造新的船只和保持运输能力。历史学家估计盟军的登陆计划会被推延到次年,而哈里.辛斯利则认为,在此情况下,战争很可能要到1948年,而不是在1945年,才能结束。如果是这样,希特勒将能够更大规模地使用V1和V2飞弹对整个英国南部进行轰炸。      历史学家大卫.凯恩(David Kahn)评价Ultra的作用时说:这拯救了生命。不仅仅是俄国人和盟军的生命,它也拯救了德国人,意大利人和日本人的生命。对许多在二次大战后幸存下来的人来说,没有这个方案,他们将已不在人世。这就是这个世界欠这些密码破译者的债务:他们的胜利折换成人类生命的价值。 四、尾声      战争结束后,布莱切利公园的秘密却仍不能被公之于众,英国人想继续利用他们在这一领域的优势。他们把在战争中缴获的数以千计的EBIGMA机分发到英国原殖民地,那里的政府仍旧以为ENIGMA是坚不可破的。      布莱切利公园的密码学校被关闭了,炸弹被拆毁,和战时密码分析和破译工作有关的档案资料有的被销毁,其他的都被封存,严密地看护起来。在几千名原来的工作人员中,有一些成员得以继续为军方新的密码分析机构工作,但是大多数人都被遣散,转回了原来的平民身份。他们宣誓对在布莱切利公园的经历保守秘密。      从战场上回来的老战士们可以自豪地谈论他们在二战中的战斗经历,但是在布莱切利公园工作过的人们却不得不隐瞒自己在战争中为国家作出的贡献。一位曾在6号小木屋中工作过的年轻密码分析专家甚至收到了一封他早年所在的中学的老师寄来的信,责骂他在战争中逃避战斗的懦夫行为。      经过长期的沉默后,直到1967年,波兰出版了第一本关于波兰在破译ENIGMA方面的工作的书;1970年一名原德军海军情报人员出版了一本有关书籍;1973年贝特朗上校出版了关于波兰和法国在二战初期破译ENIGMA密码方面的工作的书。最后打破沉默的是英国人。原布莱切利公园负责Ultra情报分配工作的温特伯坦姆(F.W.Winterbotham)上校向英国政府写信,要求将这些秘密公之于众,因为此时世界上已经没有哪一个政府使用ENIGMA加密了,所以也已经完全没有必要再对破译ENIGMA一事保密。在战争中为国家作出贡献的人们的功绩应该受到应有的承认。经过温特伯坦姆的努力,英国政府终于同意了他的请求。1974年夏,温特伯坦姆写的《超级机密》(The Ultra Secret)一书出版,使外界广泛知道了二战中默默工作的密码分析专家的丰功伟绩。原布莱切利公园的工作人员因此知道他们不用再为自己在二战中的经历保守秘密了,他们的贡献也为世人所称赞。      对温特伯坦姆的书最感吃惊的也许就是雷杰夫斯基,这位首先发现ENIGMA弱点的波兰英雄了。1939年9月1日德军入侵波兰后,在法国密码处的贝特朗少校的指挥下,他和另两位为破译ENIGMA作出巨大贡献的波兰数学家罗佐基和佐加尔斯基带着他们的机器逃往罗马尼亚,从那里穿越南斯拉夫和意大利的边界到达法国巴黎。他们成立了Z小组,在法国维希继续进行ENIGMA的破译和炸弹的改进工作。在那里他们独立工作了两年之久,破译了九千条以上的德军情报,许多情报导致了德军在南斯拉夫,希腊和苏联的惨败,也有力地支援了盟军开辟北非战场的计划。      1941年下半年,罗佐基穿越地中海到法属阿尔及利亚,为设在那的一个Z小组的ENIGMA监听站工作。1942年1月9日,罗佐基搭乘Lamoriciere号返回法国,回程中客船在Balearic岛附近撞上了一个水下不明物体(礁石或水雷),罗佐基和船上的221名乘客一起遇难,同时遇难的包括另两名的密码分析专家。      遭到入侵后的法国变得越来越危险,德国人密切监视着维希,Z小组决定逃离法国。1942年11月9日,就在盟军在北非登陆的次日,两位波兰数学家开始继续他们的流亡。1943年1月29日,他们从比利牛斯山脉穿过法国西班牙边境,不幸被西班牙安全警察逮捕,投入了难民营。在那里他们始终没有向其他人透露过他们的真实身份。五月份他们被释放,前往葡萄牙直布罗陀,在那里乘船,终于到达英国。在那里他们进行另一种德军密码SS码的分析工作。虽然英国人知道他们对破译ENIGMA作出的杰出贡献,却宁可把他们排除在破译ENIGMA的重要工作以外。      佐加尔斯基从此留在了英国,战后在巴特尔西(Battersea)技术学院任教,于1978年在普利茅茨去世。雷杰夫斯基战后回到了波兰,西班牙的难民营使他患上了风湿症。在波兹南大学他担任不重要的行政工作,直到1967年退休。温特伯坦姆的书使他第一次得知,他对ENIGMA的攻击方法是整个二战期间盟军破译德军ENIGMA码的基石。1980年雷杰夫斯基去世,享年75岁。      对于许多人来说,他们没有雷杰夫斯基那样幸运,这本书也许出版得太晚了。邓尼森(Alastair Dennison)是布莱切利公园第一任主任,在他去世后多年,他的女儿收到了他原来的同事的一封信:你父亲是一个伟大的人,很长的时间里,如果不是永远的话,所有说英语的人都欠着他一份债。只有很少的人知道他做了什么,这真是令人伤感的事情。      2000年7月17日,波兰政府向雷杰夫斯基、罗佐基和佐加尔斯基追授波兰最高勋章。波兰总理布泽克在仪式上发表讲话指出:对许多人来说,ENIGMA的破译是对盟军在二战中胜利的最大贡献。      值得一提的是,即使是在关于ENIGMA的秘密被公之于众后,在非常长的一段时间里,波兰数学家在这方面的重大贡献没有得到应有的承认。大量的书籍和资料(包括温特伯坦姆的书,以及大英百科全书)把破译ENIGMA的功劳完全归于英国密码分析机构,对于波兰人在此事中所起作用不置一词。波兰的密码分析专家从未受到过盟国(美英法)的表彰。长期以来这使波兰对英国耿耿于怀。      具有讽刺意味的是,当2000年好莱坞影片《U-571》上映时,遭到了大量英国舆论的批评。影片描述了美国海军机智勇敢地夺取德国潜艇上ENIGMA机的故事。英国舆论认为,首先从德国潜艇上夺取ENIGMA机的是英国皇家海军,美国人这样做是把他人之功据为己有。      2000年9月英国约克公爵安德鲁王子在访问波兰时,代表英国政府将一台从德国潜艇上缴获的ENIGMA机赠送给波兰,表示对波兰在破译ENIGMA密码中作出的贡献的感谢。在演讲中他说:如果没有波兰数学家的发现,ENIGMA密码可能不能被破译。波兰总理布泽克对英国正式承认是由波兰人首先破译ENIGMA的态度表示非常满意,同时也希望能够早日改写大英百科全书中的有关条目。在1999、2000和2001年,在布莱切利公园都举行波兰日的纪念活动以纪念波兰数学家的贡献。      雷杰夫斯基、罗佐基和佐加尔斯基   2001年4月21日,雷杰夫斯基、罗佐基和佐加尔斯基纪念基金在波兰华沙设立,基金会在华沙和伦敦设置了纪念波兰数学家的铭牌。2001年7月,基金会在布莱切利公园安放了一块基石,上面刻着丘吉尔的名言:在人类历史上,从未有如此多的人对如此少的人欠得如此多。这当然是为了纪念所有在破译ENIGMA的行动中做出贡献的人们。      阿兰.图灵没有能活到看见自己在破译ENIGMA中作出的巨大贡献为人所知的这一天,没有看到人们为此向他的深深敬意。在他生命的后来的时光,他并没有被看做一个英雄,而是因他的性倾向而饱受骚扰纠缠。1952年因被小偷入室行窃,他向警察报了案,但是不通世事使他忘了向警察掩盖他和另一位男士同居的事实。1952年3月31日图灵被警方逮捕,被以有伤风化罪的罪名起诉,并被判为有罪。在整个过程中他不得不忍受报纸对他的案件的公开报道。      他的性倾向被大众所知,私生活被曝于光天化日之下,政府取消了他在情报部门的工作,也不允许他继续进行可编程计算的研究。在入狱和治疗两者之间,图灵选择了注射激素和心理疗法,来治疗所谓的性欲倒错。此后图灵开始研究生物学、化学。由于这些治疗,他的脾气变得躁怒不安,性格更为阴沉怪僻,生理方面也出现了异常。1954年6月8日,人们在他的寓所发现了他的尸体。当代最伟大的头脑之一,就这样在四十二岁时离开了这个世界。今天,信息科学领域内最重要的奖项被命名为图灵奖。      那天当人们发现图灵时,在他的床头有一个咬了几口的苹果。尸体解剖表明是氰化物致死。在1954年6月7日的那个晚上,也许图灵耳边又回响起了二十年前的那首歌:毒液浸透苹果,如睡之死渗入。(完)
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高斯:离群索居的数学王子
hotjava 2009-10-25 22:08
高斯 (Johann Carl Friedrich Gauss)(1777年4月30日1855年2月23日), 生于不伦瑞克,卒于哥廷根,德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地测量学家。 数学神童   历史上间或出现神童。神童常常出现在数学、音乐、棋艺等方面。卡尔弗 雷德里希高斯,一位数学神童,是各式各样的天才里最出色的一个。就像狮子 号称万兽之王,高斯在数学家之林中称王,他有一个美号数学王子。高斯不 仅被公认为是十九世纪最伟大的数学家,并且与阿基米德、牛顿并称为历史上三 个最伟大的数学家。现在阿基米德和牛顿的名字早已进入了中学的教科书,他们 的工作或多或少成为大众的常识,而高斯和他的数学仍遥不可及,甚至于在大学 的基础课程中也不出现。但高斯的肖像画却赫然印在10马克流通最广泛的德 国纸币上,相应地出现在美元和英镑上的分别是乔治华盛顿和伊丽莎白二世。   1777年4月30日,高斯出生在德国下萨克森洲的不伦瑞克(Braunscheig ),他的祖先里没有一个人可以说明为什么会产生高斯这样的天才。高斯的父 亲是个普通的劳动者,做过石匠、纤夫、花农,母亲是他父亲的第二个妻子,当 过女仆,没有受过什么教育,但她聪明善良,有幽默感,并且个性很强,她以97 岁高寿仙逝,高斯是她的独养儿子。据说高斯3岁时就发现父亲帐簿上的一处错 误。高斯9岁那年在公立小学读书,一次他的老师为了让学生们有事干,叫他们 把从1到100这些数加起来,高斯几乎立刻就把写好结果的石板面朝下放在自己的 桌子上,当所有的石板最终被翻过时,这位老师惊讶地发现只有高斯得出了正确 的答案:5050,但是没有演算过程。高斯已经在脑子里对这个算术级数求了和, 他注意到了1+100=101,2+99=101,3+98=101这么一来,就等于50个 101相加,从而答案是5050。高斯在晚年常幽默地宣称,在他会说话之前就会计 算,还说他问了大人字母如何发音,就自己学着读起书来。   高斯的早熟引起了不伦瑞克公爵的注意,这位公爵是个热心肠的赞助人。高 斯14岁进不伦瑞克学院,18岁入哥廷根大学。当时的哥廷根仍默默无闻,由于高 斯的到来,才使得这所日后享誉世界的大学变得重要起来。起初,高斯在做个语 言学家抑或数学家之间犹豫不决,他决心献身数学是1796年3月30日的事了。当 他差一个月满19岁时,他对正多边形的欧几里德作图理论(只用圆规和没有刻度 的直尺)做出了惊人的贡献,尤其是,发现了作正十七边形的方法,这是一个有 着二千多年历史的数学悬案。高斯初出茅庐,就已经炉火纯青了,而且以后的五 十年间他一直维持这样的水准。高斯所处的时代,正是德国浪漫主义盛行的时代。 高斯受时尚的影响,在其私函和讲述中,充满了美丽的词藻。高斯说过:数学 是科学的皇后,而数论是数学的女王。那个时代的人也都称高斯为数学王 子。事实上,纵观高斯整个一生的工作,似乎也带有浪漫主义的色彩。 多才多艺   高斯不仅是数学家,还是那个时代最伟大的物理学家和天文学家之一。在 《算术研究》问世的同一年,即1801年的元旦,一位意大利天文学家在西西里岛 观察到在白羊座(A r ie s)附近有光度八等的星移动,这颗现在被称作谷神星 (C e re s)的小行星在天空出现了41天,扫过八度角之后,就在太阳的光芒下 没了踪影。当时天文学家无法确定这颗新星是彗星还是行星,这个问题很快成了 学术界关注的焦点,甚至成了哲学问题。黑格尔就曾写文章嘲讽天文学家说,不 必那么热衷去找寻第八颗行星,他认为用他的逻辑方法可以证明太阳系的行星, 不多不少正好是七颗。高斯也对这颗星着了迷,他利用天文学家提供的观测资料, 不慌不忙地算出了它的轨迹。不管黑格尔有多么不高兴,几个月以后,这颗最早 发现迄今仍是最大的小行星准时出现在高斯指定的位置上。自那以后,小行星、 大行星(海王星和冥王星)接二连三地被发现了。   在物理学方面高斯最引人注目的成就是在1833年和物理学家韦伯发明了有线 电报,这使高斯的声望超出了学术圈而进入公众社会。除此以外,高斯在力学、 测地学、水工学、电动学、磁学和光学等方面均有杰出的贡献。即使是数学方面, 我们谈到的也只是他年轻时候在数论领域里所做的一小部分工作,在他漫长的一 生中,他几乎在数学的每个领域都有开创性的工作。例如,在他发表了《曲面论 上的一般研究》之后大约一个世纪,爱因斯坦评论说:高斯对于近代物理学的 发展,尤其是对于相对论的数学基础所作的贡献(指曲面论),其重要性是超越 一切,无与伦比的。    高处不胜寒   在高斯的时代,几乎找不到什么人能够分享他的想法或向他提供新的观念。 每当他发现新的理论时,他没有人可以讨论。这种孤独的感觉,经年累月积存下 来,就造成他高高在上、冷若冰霜的心境了。这种智慧上的孤独,在历史上只有 很少几个伟人感受过。高斯从不参加公开争论,他对辩论一向深恶痛绝,他认为 那很容易演变成愚蠢的喊叫,这或许是他从小对粗暴专制的父亲一种心理上的反 抗。高斯成名后很少离开过哥廷根,他曾多次拒绝柏林、圣彼德堡等地科学院的 邀请。高斯甚至厌恶教学,也不热衷于培养和发现年轻人,自然就谈不上创立什 么学派,这主要是由于高斯天赋之优异,因而心灵上离群索居。可这不等于说高 斯没有出类拔萃的学生,黎曼、狄里克雷都堪称伟大的数学家,戴特金和艾森斯 坦也对数学作出了杰出贡献。但是由于高斯的登峰造极,在这几个人中,也只有 黎曼(在狄里克雷死后继承了高斯的职位)被认为和高斯比较亲近。   和高斯同时代的伟大数学家雅可比和阿贝尔都抱怨高斯漠视了他们的成就。 雅可比是个很有思想的人,他有一句流传至今的名言:科学的唯一目的是为人 类的精神增光。他是高斯的同胞,又是狄里克雷的丈人,但他一直没能和高斯 攀上亲密的友情。在1849年哥廷根那次庆祝会上,从柏林赶来的雅可比坐在高斯 身旁的荣誉席上,当他想找话题谈数学时,高斯不予理睬,这可能是时机不对, 当时高斯几杯甜酒下肚,有点不能自制;但即使换个场合,结果恐怕也是一样。 在给他兄弟论及该宴会的一封信中,雅克比写到,你要知道,在这二十年里, 他(高斯)从未提及我和狄里克雷   阿贝尔的命运很惨,他与后来的同胞易卜生、格里格和蒙克一样,是在自己 领域里唯一取得世界性成就的挪威人。他是一个伟大的天才,却过着贫穷的生活, 毫无同时代人的了解。阿贝尔20岁时,解决了数学史上的一个大问题,即证明了 用根式解一般五次方程的不可能性,他将短短六页不可解的证明寄给欧洲一 些著名的数学家,高斯自然也收到了一份。阿贝尔在引言中满怀信心,以为数学 家们会亲切地接受这篇论文。不久,乡村牧师的儿子阿贝尔开始了他一生唯一的 一次远足,当时他想以这篇文章作敲门砖。阿贝尔此行最大的愿望就是拜访高斯, 但高斯高不可攀,只是将论文瞄了几行,便把它丢在一旁,仍然专心于自己的研 究工作。阿贝尔只得在从巴黎去往柏林的旅途中,以渐增的痛苦绕过哥廷根。   高斯虽然孤傲,但令人惊奇的是,他春风得意地度过了中产阶级的一生,而 没有遭受到冷酷现实的打击;这种打击常无情地加诸于每个脱离现实环境生活的 人。或许高斯讲求实效和追求完美的性格,有助于让他抓住生活中的简单现实。 高斯22岁获博士学位,25岁当选圣彼德堡科学院外籍院士,30岁任哥廷根大学数 学教授兼天文台台长。虽说高斯不喜欢浮华荣耀,但在他成名后的五十年间,这 些东西就像雨点似的落在他身上,几乎整个欧洲都卷入了这场授奖的风潮,他一 生共获得75种形形色色的荣誉,包括1818年英王乔治三世赐封的参议员, 1845年又被赐封为首席参议员。高斯的两次婚姻也都非常幸福,第一个妻子 死于难产后,不到十个月,高斯又娶了第二个妻子。心理学和生理学上有一个常 见的现象,婚姻生活过得幸福的人,常在丧偶之后很快再婚,一生赤贫的音乐家 约翰塞巴斯蒂安巴赫也是这样。    一个伟大的文化结晶   高斯始终没有忘记不伦瑞克公爵的恩情,他一直对他的赞助人在1806年惨死 在拿破仑手下这件事耿耿于怀,因而拒不接受法国大革命的信条和由此引发的民 主思潮的影响,他的学生都称他为保守派。从这点来看,高斯可以说是贵族专制 社会体系中最后一个也是最伟大的一个文化结晶。高斯很喜欢文学,他 把歌德的作品遍览无遗,却不怎么推崇。由于与生俱来的语言特长,使高斯阅读 外文得心应手。他精通英语、法语、俄语、丹麦语,对意大利语、西班牙语和瑞 典语也略知一二,他的私人日记是用拉丁文写的。高斯50岁时,又开始学习俄语, 部分原因是为了阅读年轻的诗人普希金的原作。不过,高斯的语言天赋在数学家 中并不算最突出的,使爱尔兰人在数学领域享有盛誉的神童哈密尔顿,他在13岁 的时候就能够流利地讲13种外语。高斯爱看蒙田、卢梭等人的作品,却不怎么喜 欢莎士比亚的悲剧,但他选择了《李尔王》中的两行诗作为自己的座右铭,   大自然啊,我的女神,   我愿为你献身,终身不渝。   高斯最钦佩的英语作家是司各特,几乎阅读了他所有的作品。有一次,高斯 在司各特爵士有关自然景观的描述中找到了一个错误(满月是从西北方向升起来 的),因而狂喜不已。他不仅在自己那本书上把它纠正过来,还跑到哥廷根书店 把其它未售出的书都改了。   和所有伟大的数学家一样,抽象符号对高斯来说并非虚幻而不真实的。有一 次他谈到:灵魂的满足是一种更高的境界,物质的满足是多余的。至于我把数 学应用到几块泥巴组成的星球,或应用到纯粹数学的问题上,这一点并不重要。 但后者常常带给我更大的满足。高斯的身体一直不错,在他晚年受到病魔袭击 之前,他一直没有在宗教或精神上花时间。心脏病不断摧毁他的意志,1848年, 高斯写信给他最亲密的朋友说:我经历的生活,虽然像一条彩带飞舞过整个世 界,但也有其痛苦的一面。这种感受到了年迈的时候更是不能自持,我乐于承认, 如果换一个人来过我的生活的话,也许会快乐得多。另一方面,这更使我体会到 生命的空虚,每一个接近生命尽头的人,都一定会有这种感觉他又说: 有些问题,如果能解答的话,我认为比解答数学问题更有超然的价值,比如有 关人类和神的关系,我们的归宿,我们的将来等等。这些问题的解答,远超出我 们能力之所及,也非科学的范围内能够做到。1855年2月23日清晨,高斯在睡 梦中平静地与世长辞,享年77岁。他曾经要求在他的墓碑上刻一个正十七边形, 但事与愿违,在不伦瑞克的高斯纪念塔上所刻的是一颗有十七个角的星,因为雕 刻工认为正十七边形刻出来后几乎和圆一模一样。   高斯曾被形容为:能从九霄云外的高度按照某种观点掌握星空和深奥数学 的天才。他将自己的数种天赋有创造力的直觉,卓越的计算能力,严密的 逻辑推理,十全十美的实验和谐地组合在一起,这种能力的组合使得高斯出 类拔萃,在人类历史上找不到几个对手。习惯上只有阿基米德和牛顿与他相提并 论,他们都非常多才多艺。以理论家来说,爱因斯坦也属同一水准,但他有所限 制,因为他不是实验家。
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Wisconsin(Madison)大学教授杨同海访谈录
热度 1 arithwsun 2009-10-8 19:56
杨同海教授访谈录(《中国数学会通讯》2009年第一期) 《中国数学会通讯》2009年第一期 君 子 以 自 强 不 息 --杨同海教授访谈录 特邀主持人:王永晖,刘文新 特邀记者: 王赫楠 王永晖 ( 首都师范大学数学科学学院教授):今天我们很高兴采访美国威斯康星大学的杨同海教授,杨教授是国际知名的数论专家,他不但在数学上做出了出色的成就,而且他的人生之路非常独特,相信会对大家有所启迪。 1. 成长与求学 王永晖 :杨老师,您好!我们今天参加访谈的成员分属三个年龄层次,我 是 70 年代生人, 现在是老师,刘文新在读博士,王赫楠马上要考研,想考数学教育专业。 杨同海 (美国威斯康星大学教授,中国国家杰出青年基金( B 类)获得者):大家好!很高兴和大家做一个交流。我对教育也很感兴趣,一方面我是师范出身;另一方面,我的孩子在美国上学,一个上高一,另一个上小学。我比较了国内外的教育后发现都存在着一些问题,中国的教育比较死板 ,美国 的教育则比较放羊。 刘文新 ( 北京师范大学数学系博士生) :国内的考试太多。 杨同海 :一切都围绕着考试转,弄得小孩子没有任何的自由。高考更是一锤子买卖,给人精神压力太大。 王永晖 :您的考试能力怎样? 杨同海 :挺好的,都能及格吧。 王永晖 :我看您的简历,当初您上的是一所专科学校,为什么没考上一所很好的大学呢?抱歉,我的问题有点尖锐。 杨同海 :没关系。当时文化大革命刚结束, 77 年恢复高考,而且还开始有了数学竞赛。那时我在读高一,就参加了县里的数学竞赛,并且幸运地得到了第一名。到了 78 年高考时,县里说数学竞赛的前四名可以参加高考。 王永晖 :也就是说,您高一时就参加高考了。 杨同海 :是的。我的数学成绩比较突出,但其它科目并未达到高中毕业的水平,因此,高考的总成绩就拉下来了。当时的人们一般都比较服从安排,再说能从农村出来也很不容易,于是,在接到徽州师专的录取通知书后,我就去了。 王永晖 :您专科毕业时还很小吧?专科毕业后就去教书了吗? 杨同海 :是的,我专科毕业时还不 到 17 岁,专科毕业后我 在农村 教了4年的书。 王永晖 :您觉得这个过程是不是有点浪费时间? 杨同海 :嗯,不能说是浪费,我觉得这段时间是我人生观形成的重要阶段。在我当学生的时候,会遇到各种年龄的同学,有的年龄甚至比我大一倍还多,他们的背景和经历也是各色各样的。这使得我能够更加了解社会,看事情比较达观。表现在做学问上,就是尽力而为,做出来感觉是福气,做不出来也不特别固执。 王永晖 :我觉得您在做学问上没有什么框框,是不是因为那时候的影响?您上学时正好是中国教育传统势力不很强大的时候,可以凭自己的兴趣去自由地探索。现在的教育体制把学生压着高考、考研,到头来反而不会做学问了。 杨同海 :确实如此。冯克勤老师说过,做学问要一边学、一边做,同时也要一边做、一边学。不能把所有的东西都学完了再做,那时候热情和精力都没有了。我在做博士的时候,不懂高维的 theta 函数,打算去学。我的导师就说,你先把低维的搞清楚,一边做,一边学,一步步地前进。 刘文新 :我觉得杨老师说得很有道理。 杨同海 :在做的过程中你发现不懂的东西,再去学会更有动力。 王永晖 :您是从安徽师大硕士毕业后去的中国科大吧?您在硕士阶段学的是什么专业? 杨同海 :我在安徽师大学的是环论。从安徽师大毕业后,我到中国科大当老师,才开始跟着冯克勤、陆洪文两位老师学习数论。那时,我是又教书又当学生。 王永晖 :您到了美国后是在哪所大学? 杨同海 :马里兰大学。刚去的时候,我是跟着 Washington 教授学,他写的 《分圆域》一书很有名。我在听 Rohrlich 教授的课时, 解决了他在课堂上提出的一个问题,文章发在 Duke 杂志 上了。 后来,我又去听 Kudla 教授开的 Shimura 曲线 的课,跟他讨论问题。他有些想法,就开始指点我做,我们每周至少讨论一次。这样和 Kudla 教授 一起做了半年,就做出来了博士论文。 王永晖 :这篇文章发在哪里了? 杨同海 : 一部分发在 Crelle 杂志 上 , 另一部分发在 Compositio 杂志 上 , 还有一部分和 Rodriguez Villegas 合作 , 发表在 Duke 杂志 上。在做博士论文答辩时 , 励建书 教授提了一些建议,根据他的建议和指导,我又做了一篇文章发在 Trans. AMS 上。 王永晖 :您提到的这些教授都是数论方面的名家,您能写出这么多的好文章,是不是跟在美国有许多这方面的专家可以交流、讨论有关呢? 杨同海 :是的。和别人交流、讨论,对于做研究有许多帮助,国内这方面的专家较少,讨论就会比较少。 王永晖 : 后来您和 Kudla , Rapoport 合作了很多文章吗 ? 你们的合作有没有什么模式或约定 ? 杨同海 :一共合作了 两篇文章、一本书。也没有特别的合作模式,实际上是我和 Rapoport 在帮 Kudla 做 。 Kudla 有个很大的计划,他的猜想非常精细 , 每个都需要算清楚。他要是自己算就很费劲,我们三个人一起做,就会比较快。 王永晖 : 您当年出国后 , 有没有像现在的许多留学生一样 ,想 转成金融或计算机之类的专业呢? 杨同海 :想是想过,只是比较懒,我想等找不到工作后再说。开始找工作时,抱着试一试的态度。我面试了几个学校,然后找到了纽约州立大学石溪分校。 刘文新 :就是杨振宁教授呆的那个地方吗? 杨同海 :是的,当时他在6层,我在4层。 刘文新 :您和杨振宁教授说过话吗? 杨同海 :我们在电梯里见过一次,以后还聊过一次。石溪分校那个地方环境很好,离海边很近。第二年,我得到了一个由美国数学学会颁发的一年的 Centenial Fellowship 。这个奖项每年给两至四位数学家,用所给的经费可以到其它地方去学习。 王永晖 :现在中国好像还没有类似的奖项和经费。这个经费大概有多少? 杨同海 :那个时候是3万8千美元,不是很多。有了这个经费,我就去哈佛大学访问了一年。在这一年里,我学习了很多东西。 王永晖 :当时在哈佛大学有哪些数论方向的人呢? 杨同海 : 哈佛大学的数论很强 , 有 Mazur , Gross , Taylor , Elkies 这些名家, 还有很多博士后和访问学者。 Ken Ono 刚到威斯康星大学,他是代数数论年轻一辈中的佼佼者,他邀请我申请到威斯康星大学去。 Gross 教授 也支持我去,这样我就到了威斯康星大学。 王永晖 :这就是咱们中国人常说的人挪活,树挪死的道理吧,现在很多年轻的数学家也发现了这个道理。 杨同海 :是呀,在美国也是这样的。 王永晖 :美国的学术评价体系应该和中国的不太一样吧。在国内,主要靠 SCI 上发表文章的数量和级别来找工作、评职称等。在美国找工作或者从副教授升为正教授时,对于文章的数量或级别有没有量化的规定呢? 杨同海 :很具体的量化指标倒是没有,但文章是要看的,文章既要有高的质量,又要有一定的数量。 王永晖 :其实也要看杂志的牌子,是吧? 杨同海 :对,要看杂志的牌子和别人对你的文章的评价。一般系里要找十几个人写评价信,而且不是你自己去找。 王永晖 :在美国比较容易找,因为做数论的人多。在国内要想找十几位做数论的人来写评价,确实有些困难,而且这些人也不一定都能看得懂你的文章呀。 杨同海 :确实会有困难。但是不一定要把文章看懂,主要是看文章的重要性,影响力,和独创性。 王永晖 :最近丘成桐先生在国内有关高等教育的演讲中,也提到了评审体系。现在我们首师大数学院评职称,就是由全体教授来投票评定的。 杨同海 :那挺好。由教授们来评定,大体上来说还是很公平的。 王永晖 :在美国也是由所有的教授来评定吗? 杨同海 :先由委员会来定, 再 报到系里 , 由比你高的教授介绍你的工作 。 这些你都不必操心,只需帮助他们准备你自己的材料。 王永晖 :自己不用作报告吗? 杨同海 :不用。由比你高的教授准备你的材料和推荐信,加起来有100多页,每个教授一份,需要全票通过才行。然后上报学院和学校批准。 王永晖 :那 就是说,先由委员会 通过,再由全系教授通过,这跟国内的程序正好相反。 杨同海 :在进行的过程中,委员会 只给出建议,没有具体名额限制,整个过程自己基本上不用参与。 王永晖 :到什么时候可以评正教授呢? 杨同海 :其实评副教授是最关键的,从副教授到评正教授需要4到6年,就没有那么复杂了。在美国工资和职称有时不成正比,会出现副教授比教授工资高的情况,工资的高低是需要谈判的。 王永晖 :那您擅长谈判吗? 杨同海 :我不擅长,工资差不多就行了。 王永晖 :威斯康星大学在美国大学中的排名怎样?数学的排名又怎样? 杨同海 :挺靠前的。数学大概是前十几名左右。要是看研究,我们是很靠前的。要是看大学教育,我们就在中间了,因为我们是公立学校,要招收很多学生。 王永晖 :您所在的系里从事数论研究的人还挺多的吧? 杨同海 :有4个教授,还有3个博士后。 王永晖 :在国外大学的每个数学系里,好像都有几位做数论的人,相比之下,国内做数论的人确实太少了。 杨同海 :国内的一些数论分支起步较晚。比如,在70年代末,冯克勤老师等人才开始做代数数论。现代代数数论是50年代后期发展起来的,正赶上中国的大跃进和文化大革命。当然,现在情况已经好了很多。 2. 基金会 王永晖 :我读过一些数学家的传记,里面描写了数学家如何得到社会的关爱和支持,逐步走向成功。但由数学家来设立慈善机构帮助其他人,我还是头一回听说。杨老师,听说您在家乡安徽宁国成立了一个教育基金会。 杨同海 :对。我们有两个基金会,一个在美国,叫 Hometown Education Foundation ,另一个在国内,叫宁国市中美爱心促进会。美国那边的基金会主要由我来操作,国内的则由胡寄宁先生主管。他是我在徽州师专时的同学,做事非常认真。我们的网站是 www .loveedu.org.cn (中国), www.HometownEducation.org (美国)。 从2004年开始,我每年回家都会去乡下调查,到学生家里看看。他们确实很穷,非常感谢我们的资助。大家可以从我们的网站上看到相关的照片,也希望得到大家的支持。 王永晖 :胡先生在那里算是兼职,是吗? 杨同海 :我们都是兼职,没有人挣钱,都是往里贴钱。 王永晖 :这在操作过程中如何体现呢? 杨同海 :其实很简单。你可以在网上查到,每个人捐了多少钱,一共用了多少,资助了哪些学生。比如,去年暑假,我带了两万美元回来,加上国内约十万元的捐款,共资助了473名学生。今年我带了两万四千美元回来,加上国内的十几万元捐款, 共 资助600多名学生。 我们宁国市中美爱心促进会是由宁国市民政局正式批准的一个慈善组织。每年的账目民政局都会检查,是公开的。至于资助流程是这样的:首先由学生填表,班主任及另一位老师签字确认,学校申报。我们确认后就进行资助。我们每年分两次进行资助,每学期一半。资助款主要用于资助学生的书本费,如有剩余再发给学生作为生活补贴。 王永晖 :那么,资助额度是多少呢? 杨同海 :小学生每年200-400元,初中生每年400-600元,高中生每年1000-1200元。并且我们有许多一帮一的,一年的费用分别为400,600和1000元(美国1200元)。 王永晖 :按道理来讲,学生的学杂费都应是由国家来承担的呀!近几年国家也出台了相关政策,免除学生的学费和学杂费。 杨同海 :是呀。学杂费刚免除。我们的资助款主要用于学生的书本费。初中学生每年的书本费不到600元,但是我们给600元,多出的部分帮助他们解决在学校住宿和吃饭的一些费用。农村的孩子读书,基本上离家很远,中午在学校吃午饭,有些还得住校。 王永晖 : 当年中日甲午战争,中国对日本的赔款,日本很多都用在了教育当中,学杂费全免,而且管学生一顿午饭。 杨同海 :美国也是这样的。家庭十分困难的,早餐和午餐费就全免;家庭较困难的,早餐和午餐费适当减免;家庭还可以的,早餐和午餐费就交相应的费用。家庭困难与否,要看是否得到了国家的资助。 王永晖 :您现在做的事,实际上是在替国家做。 杨同海 :我们只是尽力帮助特别需要帮助的贫困学生。贫困学生等不及国家的政策,现在就需要我们大家的帮助继续读书。 刘文新 :宁国是革命老区吗? 杨同海 :不是。宁国的生活在安徽来说算是不错的,所以也比较好做事情。在整个资助过程中,实际工作还是很辛苦的。我们促进会的会长是胡寄宁,另外还有一名会计。目前,还有一个朋友在帮忙。他们都很辛苦。 王永晖 :要是有教育系统内部的人帮忙就会好多了。 杨同海 :对,但教课的老师一般都比较忙。胡寄宁在教委工作,他很有爱心,最早我是和他谈起办促进会这个事情的。原来我经常听说,有人因为上不起高中,就去卖血等等,所以我就有了资助学生上高中的最初想法。后来胡寄宁跟我说,其实小学和初中也有很多的问题。我到农村去了解情况时,看到最凄惨的情况之一就是:父母一个懒,一个傻,爷爷奶奶想管孩子上学又无能为力,实在可怜。 王永晖 :您做了这么多的善事,您现在回宁国,是不是人们都认识您? 杨同海 :资助都是以促进会的名义进行的,而不是以我个人的名义。 王永晖 :您每年资助600多个学生,影响力应该很大呀! 杨同海 :中美爱心促进会的影响力在当地是相当大的。 王永晖 :您当时为什么选择在宁国市做,而不选择在您的村里做呢? 杨同海 :在宁国市做能帮助更多的学生,影响力也更大些。帮助生人也很好,两个人没有任何关系,也牵扯不到谁欠谁的情。办完就完了,不用再想其它的了。 王永晖 :前些日子,有些慈善机构要求学生感恩,弄得很不愉快。 杨同海 :我也听说过这些事情,觉得实在没必要。钱对于每个人的作用不同,几百块钱对我们来说不算什么,但对于贫困学生来说,那是至关重要的,这可以帮助他们顺利完成学业。 王永晖 :像您这样的心态很好。您要求那些学生写感谢信之类的吗? 杨同海 :在一帮一的资助中,是需要写的。这不单是感谢信,更重要的是让资助者及时了解他们所资助的学生的情况。像在美国,有的人资助好几个学生,他并不需要学生感恩,也不在乎学生的成绩怎么样。彼此的通信只是想了解学生的情况,另一方面,还让资助者掌握他的资助款的去向。把学生的基本情况,包括电话、通信地址告诉他,会便于了解情况。 王永晖 :捐款的一般都是哪些人呢? 杨同海 :为我们捐款的人来自祖国的东西南北,还有 很多 外国人。其中 大部分 不是宁国人,很多人和宁国没任何关系,他们甚至不知道宁国市在哪里,但知道哪些贫困学生需要资助,因为我们在网上有介绍。 王永晖 :有匿名捐款的吗? 杨同海 :有呀。有些人不愿意把名字放上,就匿名捐了。 王永晖 :中国人的家乡观念、团体观念都是比较重的。大学里有校友会,就是联络校友给自己的学校做些事情。 杨同海 :咱们中国人为亲人和朋友们办事,都是尽心尽力的。对于不认识的人,好像就会有我为什么要做这种想法。但随着时代的进步,人们的想法也都在变。 王永晖 :您在美国的基金会是真正的基金会吗?在美国办这种基金会手续复杂吗? 杨同海 :是真正的基金会。一开始很简单,申请一个号就行了,正式批准会麻烦一些。 王永晖 :您的基金会正式批准了吗?需要律师帮助您吗? 杨同海 :2005年正式批准的。不需要律师 , 自己就可以做。正式批准后,公司来捐款时,就可以免税。有些公司像微软、摩托罗拉等,捐款政策是公司员工捐一块,公司也捐一块,实际上就是两块。 王永晖 :您有没有计划把您的基金会做得更大一些呢? 杨同海 :过些年再说吧。做这个事情的关键是要有人去操作,我想再以同样的方式做一两个县是没问题的。 王永晖 :当时怎么会有想法去做这些事呢?您开始做时已经是副教授了吗? 杨同海 :原因我前面已经说了一些。我当时是副教授了,拿到了 终身职位 。但我早在这之前就有想法了,不过我不知道别人怎么看待这件事。我2000年回国后,就着手准备这件事,直到2004年才正式开始做。 王永晖 :如果按传统的观念,会有人说您是不务正业。 杨同海 :是这样的。不过实际效果是挺好的,有许多人受益,而我也没耽误自己的学业。 王永晖 :在国内的这个为什么叫促进会而不叫基金会呢? 杨同海 :在国内做基金会是要有很大规模的。 王永晖 :您有没有想法再在大学生这个层面上来做呢? 杨同海 :还没有。资助大学生需要很多钱,会大大超出我目前的能力。 王永晖 :您的基金会在工作流程上一定很有特色吧! 杨同海 :我们在工作流程上是比较简单的,我们的资助比较持续,将小孩子从小学一直资助到高中毕业。 政府有两个大的工程,一个是希望工程,另一个是妇联的春蕾计划。希望工程的覆盖面很广,平均资助较少;春蕾计划相对比较分散,一次性资助。现在有些华侨找侨联办慈善事业,基本上是参照我们的模式,先找些需要资助的孩子,将他们从小管到大。 刘文新 :在假期里,您有没有把500多人集中起来搞些什么活动呢? 杨同海 :没有。由于面子等原因,有些人不愿意让别人知道自己受资助。 王永晖 :您现在只是资助,有没有设立奖学金之类的项目? 杨同海 :没有。我们的目的是帮助贫困学生得到最基本的教育。 王永晖 :杨老师在工作之余从事慈善事业,这在数学家里非常独特,希望这些学生能早日成为国家的有用人材。 3. 健康 王永晖 :令我很感动的是,杨老师这样关怀别人,而他自己的健康情况却非常不好。 我听说您前两年做过一个换肾手术,我们可否谈一谈关于健康的话题,这对于大家也是一个提醒。 杨同海 :我们每年都要做体检的,但其中有两年我没去。2004年秋天,我总觉得有些累,想想可能是数学做多了的缘故。在体检验血时发现肾指标不对,就去找专家,专家说我的肾很快就没有用了。 王永晖 :您具体是一种什么感觉呢?有没有觉得腰疼之类的? 杨同海 :就感觉累、困,没有什么其它的不适。检查结果出来后,医生要我排队换肾。当时已经到了第四期后期,第五期就是肾衰竭,说明问题已经相当严重了。 王永晖 :您在等肾源的过程中,有没有尝试回国用中医来治疗? 杨同海 :我咨询过,但是自己不敢尝试,我是严格按照医生制定的方案来做的。 王永晖 :那您的肾怎么会出问题呢? 杨同海 :当时查不出来,医生认为可能与高血压有关。 王永晖 :我听说您家乡宁国的水土不太好。 杨同海 :这也许是一个原因。因为水中的金属含量很高,所以许多宁国人被检查出有肾结石。我的肾已经萎缩了,所以有没有结石也不清楚。 我刚知道自己的病情时,我们全家都很紧张,不知该怎么办。大约一个月之后,才慢慢调整过来。刚开始真是痛苦,也不知道自己能活多久,而且医生说必须要做透析。 王永晖 :您后来做了吗? 杨同海 :没有,我的运气比较好,只有当肾完全没用时才做透析。医生说没什么可怕的,但想起来还是挺可怕的,把浑身的血都抽出来,借助外在设备洗干净后再送回去。 刘文新 :那要花很多治疗费吧! 杨同海 :在美国,我有保险,可以报销。 王永晖 :保险是国家的吗? 杨同海 :是学校提供的保险。在美国,如果肾病患者没有保险,国家也会给予帮助的。从80年代肾移植技术出现后,美国相关部门就颁布了法律,肾病患者由 Medicare 这个机构提供帮助。 王永晖 :这说明美国这类病人很少吧! 杨同海 :不,有很多人。每年约有6万多人等待肾源,而只有1万多人能实施手术,因为没有足够的肾源。 王永晖 :可以从中国寻求肾源吗? 杨同海 :如果那样的话,就要到中国来做手术。 王永晖 :那还挺复杂的。您知道整个手术的大概费用吗? 杨同海 :有十几万美金吧。之所以说我很幸运,是因为我只等了半年就找到了匹配的肾源。 刘文新 :您那段时间还做数学吗? 杨同海 :还是会想想的。 刘文新 :一般人到了这个份儿上,恐怕都去看小说了。 杨同海 :小说也看,数学也要做,只不过不像以前搞得那么累了。 王永晖 :系里知道您的病情后,还给您安排课吗? 杨同海 :那个学期还在继续教,接下来的学期我就做手术了,课程方面请一些朋友和同事帮忙,他们都很乐意帮助我。 王永晖 :您是换了一个肾,还是两个肾都换啦? 杨同海 :实际上不是换肾,只是外加了一个肾进去,新肾代替旧肾的功能。新肾就放在腹部这个位置,因为这样植入比较方便。 王赫楠 (首都师范大学数学科学学院本科生):那就是说以前的肾还在呀,您要不说我们还真不懂。 王永晖 :您是不是因为做数学太累,工作太投入,以至于肾出了问题都没有察觉? 杨同海 :那么多数学家都很投入呀!他们也都很好嘛。医学上的事情很难说。 王永晖 :我自己做数学没投入到您那种地步,身体稍有不适就歇着了。 杨同海 :这样也对,身体太重要了!一旦身体不舒服,就应该马上到医院检查,而且每年都要做体检,疾病要早发现早治疗!我要是早知道病情,也不会到那种地步了。 王永晖 :您现在还在继续吃药吗? 杨同海 :我一直在吃反排斥的药。 王永晖 :我看您现在工作还特别勤奋,在讨论班上和同事们讨论问题很激烈。 杨同海 :我现在也比较注意休息了。 王永晖 :您除了数学和基金会以外,还有什么其它的爱好吗? 杨同海 :喜欢打乒乓球。有时在家里打,有时到当地的俱乐部去打。 王永晖 :乒乓球的运动量还是挺大的,我向您推荐打太极拳。 杨同海 :我学过太极拳,但没学会。我还喜欢走路。 王永晖 :走路也很好。您换完肾后要不要特别注意点什么呢? 杨同海 :不用。在美国反倒不像国内那么讲究,能和平常一样过日子就行了。 王永晖 :估计您的幸运与您的性格有关。您的性格是不是受家庭的影响?您父母是不是都很开朗? 杨同海 :我父母都是农民,他们聪明、开朗、乐于助人,对我的影响很大。 王永晖 :您做基金会有没有听取父母的意见? 杨同海 :我父亲已经过世了,但我想他一定会支持的。我母亲保持中立,主要是怕我累坏了。 王永晖 :今天很高兴和杨老师谈了方方面面的事情,学到了很多东西。我们的古人说过:天行健,君子以自强不息。我想这句话用在杨老师身上是很贴切的,他的经历对于大家特别是我们年轻一代会很有启迪。在此,我们衷心地祝愿杨老师身体健康,在数学和基金会两方面不断做出新成绩! 杨同海 :谢谢大家! 这是我们去年暑假做的,跟杨同海老师已经认识好几年了,很喜欢他的性格,感觉他身上有新闻点。所以去年暑假,上午我们听完一个报告后,下午大家找了个咖啡馆聊了3个小时,文字润色过几次,完成了数学会通讯的这个不限期任务。 我还是喜欢数学工作者采访数学工作者的数学科普方法,这方面,台湾做得很不错。大家可以看看刘太平采访丘成桐的文章,水平比国内的相同采访文章,要高很多。 doc链接的版本,是数学会通讯的正式版式,比较好看。已距发表日期数月了,所以《通讯》已允许拿到博客上晒了。 interview.doc
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《吴文俊传》读书摘要
初数爱好者李明 2009-10-8 14:59
1.吴文俊1919年5月12日生于上海,中学时钟爱物理而自学数学.读英文原版小说《三剑客》及其续集打下了扎实的英语基础. 2.1936年就读于上海交大数学系,大三时对拓扑学兴趣浓厚,常去图书馆读豪斯多夫等人的著作,并阅读波兰著名数学期刊《数学基础》. 3.1940-1945任中学教师,1945年秋任大学助教. 4.1946年夏,国民党政府教育部招考中法留学交换生,40人考中,数学专业考中的4人里面,吴文俊第一,其它三位是田方增、严志达、余家荣. 5.1946年6月,陈省身重返祖国,在上海建立中央研究院数学研究所(后迁至南京),同年8月,吴文俊成为该所研究员,受陈省身指导.期间,他简证了惠特尼对偶定理,由陈省身推荐在普林斯顿大学《数学年刊》上发表,惠特尼看后说:我的证明(未公开发表)可以扔掉了. 6.1947年,留学法国斯特拉斯堡大学,师从埃瑞斯曼研究拓扑.期间,结识了霍普夫、托姆、江泽涵、关肇直,并参加了布尔巴基数学讨论班. 7.1949年初,获法国国家博士学位,同年秋,应H.嘉当之邀到巴黎的法国国家科学研究中心做研究工作,受H.嘉当的指导.次年,提出了吴示性类和吴公式. 8.1951年,当普林斯顿大学的聘书寄到巴黎时,吴文俊已经在开往新中国的船上了. 9.1952年8月,任北大教授(受系主任江泽涵的邀请),同年12月,调入中科院数学研究所(所长华罗庚),任研究员.次年结婚. 10.1956年,以吴示嵌类荣获首届国家自然科学奖一等奖,同获一等奖的另外两位专家是华罗庚(典型域上的多复变函数论)和钱学森(工程控制论).同年,参加第三届全苏数学会议,结识了盖尔丰德和庞特里亚金. 10.1957年3月,时年38岁的吴文俊被增选为中科院院士,成为最年轻的院士.同年9月访问波兰和法国. 11.1958年,吴文俊受邀在国际数学家大会作示嵌类报告(未成行).同年9月,由中科院主办的中国科技大学建校,华罗庚任该校应用数学与计算机技术系主任,吴文俊任系副主任. 12.1971年,受文革影响,被下放到无线电一厂参加劳动. 13.1974年,吴文俊开始对中国数学史进行深入研究,1976年他开始研究定理的机械化证明. 14.1978年3月8日,全国政协第一届委员会第一次会议胜利闭幕,吴文俊当选为政协常委. 15.1979年,吴文俊偕夫人,与陈景润一同访美,应王浩之邀在纽约洛克菲勒大学作机器证明学术报告,先后会见了米尔诺和斯梅尔.同年,中科院系统研究所成立,关肇直任所长,吴文俊由数学研究所调入系统研究所. 16.1980年,获中科院科技成果一等奖.同年,在陈省身的倡议下,第一次微分几何与微分方程国际会议(双微会议)在北京召开,吴文俊任会议主席. 17.1984年,专著《几何定理的机器证明的基本原理》由科学出版社出版,同年当选为中国数学会第四届理事长(前三届理事长由华罗庚担任). 18.1985年,在中科院系统研究所组织刘徽讨论班.次年,应邀在国际数学家大会作中国数学史报告. 19.1990年,中科院系统研究所设立数学机械化研究中心,吴文俊任主任. 20.1991年,获第三世界科学院数学奖,并当选为第三世界科学院院士. 21.1993年,获陈嘉庚基金会数理科学奖.次年,获香港求是基金会首次颁发的杰出科学家奖. 22.1995年,第一届亚洲计算机数学研讨会(ASCM95)在北京召开,吴文俊任会议主席,并作了题为多项式方程组求解的特征列法及其应用的学术报告. 23.1997年,获赫不兰自动推理杰出成就奖(国际自动推理最高奖项).同年,担任973计划数学机械化与自动推理平台首席科学家. 24.2000年,吴文俊获首届国家最高科学技术奖,同获此奖的另一位科学家是杂交水稻之父袁隆平. 25.2002年,第24届国际数学家大会(IMU2002)在北京召开,吴文俊任大会主席,陈省身任大会名誉主席. 26.2006年,吴文俊获得第三届邵逸夫数学奖,这是中国国内学者首获此项国际大奖.第一届由陈省身获得,第二届由怀尔斯获得. 27.吴文俊培养了熊金城等拓扑专家,也培养了周咸青、高小山等机器证明专家.
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数学家的诗形式传记
zjzhang 2009-9-5 23:40
数学家的诗形式传记
个人分类: 数学|3234 次阅读|1 个评论
脑电图证实"男女有别" 解释男数学家居多原因
xupeiyang 2009-9-2 14:20
http://www.chinanews.com.cn/jk/jk-xpxz/news/2009/08-27/1837050.shtml 数学是科学的王子,而另一种更加流行的说法是:数学好的人脑子好。就全球范围看来,数学领域的男性远远多于女性,那么,男性确实比女性脑子好使吗?这种说法恐怕难以找到科学根据。近期出版的法国《未来科学》杂志专门针对这一现象进行了分析。   19世纪末期,欧洲科学家开始对男女智力有没有区别产生了兴趣,当时得出的可靠的结论是:女性的大脑比男性小,所以她们的智力比男性要弱。幸运的是,这一说法今天早已过时,事实证明,女性的智力不让须眉,甚至要超过很多男性,比如在中国的高考中女生成绩通常要好于男生。但同时也要看到,在今天的科学界,女性还有几个没有攻克的堡垒,数学就是其中最为坚固的一座。   法国是公认的数学大国,巴黎数学基金会旗下集结了一批数学研究机构和1000多名数学家,但上述机构中的女性比例不足20%。为了搞清楚原因,法国专门组织了一批专家对300万份中学生和小学生的试卷进行了分析,得出的结论是:在数学成绩方面,男女不存在任何差别,双方的思维能力几乎是均等的。   再深入到细节中分析,专家们发现,女孩子在初期阶段算数能力比男孩强,但这一领先随后就消失了;在抽象思维和解答难题方面也没有发现男女差别,但在中学阶段结束的时候,却出现了不同之处:那就是男孩子在数学方面领先女孩子,通常这个阶段正是选择上大学以后学什么专业的关键时刻。   在法国,存在着普通大学和大学院(grand ecole)两种高等院校,前者通过中学会考后即有权注册,而要进入后者则需要先经过两年预科学习,然后通过会考择优录取,所以后者被视为精英学院。   法国女性在数学上成就少于男性的肇端由此而始,通常上预科的学生,选择包括数学在内的理工科的女生要比男生少得多。事实上,有不少女生认为自己数学很好,但根本就没想过将来要靠数学吃饭,女性更倾向于轻松活泼的学科而非纯理性的思考性工作,这大约是第一个可以解释为什么女数学家比男数学家少得多的原因。   专家们还想弄清楚在所谓有天赋的男生和女生中,是不是男生特别有数学才能,而该项分析的结果也并不显著。因为,随着时代不同,国家不同,以及学生群的不同,这个问题的答案变来变去始终没有定论。如同以往一样,周围社会环境的影响似乎相当重要,但专家们认为有一点可以肯定:目前的趋势是女性在数学领域正在越来越厉害。   历史也许能够解答人们的疑问,到底存在不存在天才的女数学家?回答是肯定的。在法国,最具标志意义的就是出生在1776年的女数学家玛丽苏菲热尔曼,她是法国自学成才的第一批女子数学家之一,她在13岁时就显露出了自己的数学天赋,由于当时法国歧视女性,她还专门换了一个男性的名字来继续从事数学研究。后来人们才发现,19世纪法国最伟大的数学家庞加莱提出的庞加莱猜想,热尔曼早在100多年以前就已为这一方程给出了前提。   诚然,至今没有一位女性拿到数学领域的诺贝尔奖菲尔兹奖。那么,女性是不是害怕数学呢?众多的女数学家们的回答是否定的。但一些选择其他领域的女性承认,她们根本想都没想过要搞数学,难道是女性数学家的待遇同男性数学家有区别吗?而在这一点上,无论是男女数学家都予以否定。   最新的脑电图分析证实,男女的确有区别。区别之处不在于能力大小,而在于大脑功能方面,这种大脑功能的区别是由于对对象的兴趣不同而产生的,不过,这一方面的研究目前还仅仅处于摸索阶段。   还有分析指出,男性数学家多,同数学理性抽象的传统形象不无关系,尽管比起计算机专业来数学在女性心目中的形象还要稍好一点,但数学给人的形象仍然是一个男性的形象。这个形象是传统形成的,女性们并不需要把它当回事,要紧的是不要再把数学男性化了。在21世纪的今天,当然是女士们大显身手的时候了。
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最著名的数学家一般也是最著名的力学家
热度 1 武际可 2009-7-26 05:58
最著名的数学家一般也是最著名的力学家 武际可 数学和力学这两个学科,有点像亲姐妹一样。她们结伴成长。在历史发展的长河中,主流数学和力学的发展总是同步的。一方面的突破,意味着在另一方面也有飞跃。 在16世纪之前,力学的主流是静力学,相应的数学是欧氏几何和简单的代数运算。到16世纪,开始了动力学研究,相应的数学发展出变量的数学,即微积分,几何上的发展就是解析几何,特别是相应于行星运行轨道的认识,关于二次曲线的几何学有了充分的发展。17世纪和18世纪,随着分析力学的发展,变分法发展成熟,随着力学系统多自由度的概念的形成,几何方面有流形和黎曼几何的发展。到了19世纪,由于连续介质力学,即弹性力学和流体力学以及传热学的发展,偏微分方程相应地也得到飞速的发展。 数学和力学这两门学科在发展上的结伴而行的特点,不能不体现在这两个学科的代表人物的特点上。我们看出,历史上最著名的数学家,一般也同时是最著名的力学家。 1. 最显赫的六位数学力学家 如果让你在19世纪以前,在世界范围内选六位最著名的数学家。你会选谁。我想多数人会选这样六位: 阿基米德、牛顿、莱布尼兹、欧拉、拉格朗日、柯西。 可是你曾想到,这六位同时也是顶尖的力学家。对于他们的生平业绩,由于他们的名气很大,每个人都有专门的传记著作,我们不想重复罗列他们的贡献。而只简要说明他们是数学与力学兼一身的大师。 阿基米德 (Archimedes, 287 BC---212BC),力学学科最早的集大成者,后人誉为力学学科之父。在力学方面最著名的贡献是:液体的浮力原理、一系列图形的重心计算方法、基于严密论证的杠杆原理、抛物线旋转体在液面上平衡稳定性条件。 在数学上,他给出曲线围成简单图形的体积和重心的计算方法,从而引进了简单的极限概念。 牛顿 (Isaac Newton,1642,12,25-1727,3,20)。在力学方面,他是自由质点运动规律的奠基人,也是天体力学的奠基人。后人称他为经典力学的奠基人。他以严格的方式论证了,在与距离的平方成反比例的万有引力作用下,行星的轨迹是 椭圆,并且从理论上导出了基于观察建立的行星运动的开普勒定律。写出了名垂史册的巨著《自然哲学的数学原理》。 在数学上他是微积分的创始人之一。 这两项成果,实际上,乃是16世纪之后飞速发展着的现代科学的基石。 莱布尼兹 (Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716),是与牛顿同时代的人。他在数学上人所周知的贡献是和牛顿同时发明了微积分。而他在力学上的贡献,却不大为人注意。其实,他在力学上的贡献就是影响深远的动能守恒定律的提出。在莱布尼兹之前,人们对于表述质点运动的速度、加速度、和动量,都给予了充分的注意,而莱布尼兹却最早注意到表述质点运动的动能。只要注意随后约翰伯努利(Johaun Bernoulli,1667-1748)提出和被科里奥利精确化的虚功原理,以后分析力学发展以及力学中一系列作用量的引进,就能够理解这个概念的影响深远了。 莱布尼兹,除了在数学和力学上表现的特殊天才外,他在许多领域中都表现出卓越的才能:法律、宗教、政治、历史、文学、逻辑、哲学。然而,他并不是人们所说的样样精通,样样稀松。而当人们读以上每一方面的历史时,都会遇到他的名字。所以人们说,莱布尼兹是人类历史上最后一位全才。 欧拉 (Leonhard Euler,1707-1783),1697年,约翰伯努利将他提出的最速落径问题推广,提为短程线问题。欧拉作为在约翰伯努利指导之下的学生,于21岁时解决了这个问题,并且与拉格朗日一起发明了变分法这个数学工具。欧拉在数学上,是一位全才,他在数学的三个主要分支:分析、几何和代数上都有奠基性的贡献,他在力学上也是一位全才, 他在力学的三个主要分支:流体力学、固体力学和一般力学方面,都有奠基性的贡献。流体力学方面,他给出了理想流体的运动方程。在一般力学方面,他给出了刚体运动的欧拉方程。在固体力学方面他给出了最早的弹性杆的非线性问题的解。 拉格朗日 (Joseph Louis Lagrange, 1736,1,25-1813,4,11),是分析力学和变分法的奠基人。1788年他经20多年的努力写成的《分析力学》是力学史上划时代的文献。这本书开辟了约束力学系统的历史。至今人们用的拉格朗日坐标和拉格朗日方程,就是这本书的主要成果。此外他在弹性力学、流体力学、天体力学等方面也有重要的贡献。 可以明白地看出拉格朗日在数学上的贡献,如变分法、偏微分方程、数学分析中的一些基本定理等,主要是围绕着他对彻底解决他对分析力学的追求展开的。不过在代数方程的近似求解、函数的插值等方面,他仍然有许多重要工作。 柯西 (Cauchy,Augustin-Louis,1789,8211857,523),在力学上他是弹性力学的奠基人。在数学上,他又是现代数学分析严格化的奠基人。 我们今天在弹性力学中一开始引进的应变和应力的概念、平衡方程的概念,广义胡克定律的概念,都是柯西于19世纪20到30年代引进的。柯西在数学上,对偏微分方程理论和复变函数理论的建立,给出过奠基性的工作,至今人们说的柯西初值问题,柯西-黎曼条件,都是这方面的基本结果。 我们从以上介绍的六位学者来看,的确说不出他们的贡献到底是以数学为主还是以力学为主。我们只能说,他们都是数学力学家,而不能简单地把他们称为数学家或力学家。 从这里我们至少可以悟出一点道理,在19世纪之前,力学和数学是不分家的。不过,这话也不能说绝对了,这对于以上所举的第一流的学者当然是对的,不过对于他们之外的学者,就不能一概而论了。例如伽利略和惠更斯,就主要偏重于力学,达朗贝尔、拉普拉斯、哈密尔顿、高斯就是数学与力学兼长的学者,而像黎曼、维尔斯特拉斯、伽罗华等数学家,就主要成果偏重在纯数学方面。总起来说,大部分有名的数学家都是力学家,至少他们对力学是很熟悉的。 2. 20 世纪的著名数学家和力学 进入20世纪,人类的知识分得愈来愈细,不仅像莱布尼兹那样的知识全才很少见了,即便是在数学和力学领域中像欧拉那样跨越数学和力学所有主要分支都作出重要贡献的学者也是少见的了。美国学者维纳(Norbert Wiener,1894-1964)在他1948年出版的《控制论》书中说:从莱布尼兹以后,似乎再没有一个人能够充分地掌握当代的全部知识活动了。从那时起,科学日益成为专门家愈来愈狭窄领域内进行着的事业。在上一世纪,也许没有莱布尼兹这样的人,但还有一个高斯、一个法拉地、一个达尔文。今天没有几个学者不加任何限制而自称为数学家,或者物理学家,或者生物学家。一个人可以是一个拓扑学家,或者一个声学家,或者一个甲虫学家。他满嘴是他那个领域的行话,知道那个领域的全部文献、那个领域的全部分支,但是,他往往会把邻近的科学问题看作与己无关的事情,而且认为如果自己对这种问题发生任何兴趣,那是不能允许的侵犯人家地盘的行为。 既然在20世纪,一位数学家连主要的数学分支都很难跨越,是否在20世纪杰出的数学家和力学学科就此绝缘了呢。恐怕不能这样说,由于数学和力学,从学科上的密切的血缘关系。最著名的数学家,对力学还是作出了杰出的贡献的。我们仅举20世纪最著名的三位顶级的数学家: 庞加莱、希尔伯特 和 柯尔莫哥洛夫 为例,来说明这种密切关系。 法国数学家 庞加莱 ( Jules Henri Poincar ,1854 - 1912 ),在数学史上他是涉猎数学各个分支,包括纯粹数学和应用数学的最后一个人,所以他被誉为数学上的最后一位通才。 庞加莱一生用了比较多的精力从事天体力学的研究,他研究被抽象为 n 个质点相互在万有引力作用下的运动问题,一般被称为 n 体问题。当 n=2 时已由牛顿解决,当 n 等于大于 3 时,问题就变得极为困难。庞加莱的三卷名著《天体力学的新方法》( 1892 、 1893 、 1899 )集中收集了他在这一问题上的研究成果。由于解决这一问题时,书中包含了他的一系列新的数学成果 ,如极限环理论、微分方程定性理论、由此引发的关于拓扑学的研究与成果、动力系统改变量方程的方法等等。他的成果,标志着动力系统从定量研究向定性研究的新的历史时期。可以说,这些成果,既是属于数学的成果也是属于力学的成果。 德国数学家 希尔伯特 ( Divid Hilbert, 1862 - 1943 ),他在数学中涉猎也比较广,他从事过代数不变量问题、代数数论、几何基础、数学的证明论等领域的研究。他在 1900 年巴黎世界数学家大会上关于数学 23 个问题的报告,几乎影响了整个 20 世纪数学研究。然而希尔伯特,虽然主要的兴趣大多集中于纯粹数学领域。不过,他对力学和物理问题的兴趣,仍然是浓厚的。特别值得提出的是,他对于变分问题和积分方程的研究,导致数理问题谱理论的建立,这项成果就是后来所谓希尔伯特空间理论。希尔伯特空间理论的重要性,是把欧氏几何的原则推广到函数空间,从而为连续介质力学问题的求解和定性讨论奠定了理论基础。希尔伯特在物理方面的另一项重要研究是物理问题的公理化方法,这一问题在他的 23 个问题中提为第六个问题,经过接近一个世纪的努力,目前在量子力学、热力学等领域中,公理化方法已取得很大的成功。而他自己在广义相对论的公理化上也做过很重要的工作。 俄罗斯数学家 柯尔莫哥洛夫 ( А.Н.Колмогоров ,1903 -1987),他对数学和实际问题以及数学教育都有浓厚的兴趣。他在三角级数、遗传学、概率论、随机过程、湍流、动力系统、信息论、数理逻辑、计算复杂性、泛函分析、金属学等等方面都有重要成果。20世纪30年代,他是概率论公理化体系的奠基者,随后在概率论和随机过程的理论与应用方面均取得了奠基性的成果。 在与力学有关的研究方面,最重要的成果是,1941年得到了湍流中能量的衰减规律与脉动频率的依从关系 的规律,这个规律被称为柯尔莫哥洛夫律。 在20世纪50年代中期,他集中研究经典力学中太阳系能否永恒发展而不会引起灾变的问题?简单行星系是否只有三体系统才能稳定地运动?这个问题归结于研究近似可积系统的运动体系。庞加莱称它为哈密顿系统在微扰下的发展问题。它是动力学基本问题,可溯源到牛顿、拉普拉斯的研究。柯尔莫哥洛夫在50年代中期对具大量初始条件的情形解决了这个问题,开创了哈密顿系统的微扰理论。从他的定理可推出:围绕木星作圆轨道运动的卫星,在经受沿椭圆轨道的木星运动的干扰下,并不能影响木星的椭圆轨道。他的理论还可用到大量力学、物理学问题中,解决了不对称刚体绕固定点高速旋转的稳定性、托卡马克(Токамак)型系统中磁面的稳定性等问题。他的思想后来被A.И.阿诺尔德与J.莫泽所发展,成为以他们三人命名的KAM理论。此外他还将信息论应用于动力系统的遍历性质,得到了若干重要结果。 从以上我们简单介绍的三位数学家的经历可以看出,即使在20世纪,第一流的数学家的研究成果,也是与力学密切相关的,或者是具有很强的力学背景的课题。 3. 力学学科的基础性 在另一篇文章《几位大物理学家的力学贡献》中,我们介绍了七位第一流的近代物理学家的力学贡献,说明传统对于真正的科学进步是必不可少的。近代物理学和科学的革命性的变化,不是凭空产生的,它是在继承传统经典力学的基础上发展起来的。 他们所以能够有深厚的力学基础和卓越的业绩。和他们对力学学科的重要性的认识有关。也说明这些物理学家从方法论的高度来了解力学的作用。正是基于对力学重要性的深刻认识,推动他们在行动上去牢固打好力学基础并且做出卓越贡献。 我们在本文中又介绍了著名数学家的工作和力学的紧密联系。至于力学和和各门工程技术的密切关系,则更是不言而喻的。 归根结蒂,力学与物理和数学都是密不可分的。也可以说力学在各门基础学科中是更为基础的学科。一个国家和一个民族,要想在近代科学技术上达到相当的高度,没有扎实的力学教育、没有一定高水平的力学研究是不可能的。 N. 维纳著,郝继仁译,《控制论》,科学出版社, 1962 年,第 2 页
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数学家的文学故事
热度 1 yangxintie 2009-7-10 10:51
这几个故事很精彩,转贴过来 详细的建议进入李尚志的博客 数学家的文学故事作者:李尚志 在很多人的心目中,数学与文学水火不相容,文学家不懂数学,数学家也不可能有 文学家的浪漫情调。殊不知,很多数学大家也是文采飞扬,能诗善赋的。例如,陈省生 写过物理几何是一家,共同携手到天涯这样的诗句来说明物理与几何的紧密联系。 华罗庚有一次参加科学家代表团出访,出了一句上联三强韩赵魏让别人对下联。 三强一语双关,一方面是春秋战国时期由晋国分成的韩赵魏三个诸侯国,另一方面 又是代表团中的科学家钱三强的名字。下联不但句子的格式要与上联对偶,前两个字也 同样应当一语双关。这个要求实在是太难达到。不过华罗庚早就自己想好了下联:九章 勾股弦。九章算术是中国古代著名数学著作,其中讲到了涉及勾股弦的著名的勾股定 理,九章还是代表团中的科学家赵九章的名字。 我的导师曾肯成在数学领域内是华罗庚的学生,而且与华罗庚一样不输文采,是数 学界有名的才子。我在《名师培养了我》一文中写了一段我的导师曾肯成讲述他的 一些往事。意犹未尽,特意另外写一篇专门讲述有关他与文学有关的几个故事。 放过蛟龙 1978年9月,在川陕边界大巴山区经过了八年的磨难之后,我终于考回了母校---中 国科技大学读研究生。1965年我考入中国科大读本科时是在北京玉泉路,1970年本科毕 业离开科大时是在安徽铜陵,1978年重回科大则是在安徽合肥。十年动乱,科大颠沛流 离,我也颠沛流离,如今总算又走到一起了。走在从未见过的陌生校园里,碰见8年以前 的老师或同学,恍如隔世。记得在校门口碰见杨纪柯老师,他对我说了一句:好久没 见过你了,你到哪里去了?这句话看似平常,在我心中引起的却是无限的感慨。他说 的好久可不是几天几月一年两年,而是长达八年,足够打败日本鬼子的八年。八年 没看见我,并不奇怪,本来我就已经离开科大到那深山老林中去了,应当是一去不复返 了,他永远没看见我都是理所当然的。而今他能够看见我,这才是奇迹。 从深山老林考回名牌学府,当然是我的幸福和骄傲。但从报上看来的一则消息却让 我骄傲不起来。考上北京大学的一位研究生,两门数学课程,满分是200分,他就考了 198分,几乎是满分。这位令我佩服不已的研究生叫唐守文,他的导师是北京大学段学复 教授。后来我知道这位唐守文早就是名人。在念中学时就是上世纪六十年代初中国最早 的中学生数学竞赛的状元,华罗庚请他到家吃过饭的。后来,我的导师曾肯成到北京为 女儿治病,就安排我们与段学复的四位研究生一起听课和搞讨论班。我就与段学复的几 位研究生都很熟了,包括我很佩服的唐守文。再后来,在北京大学段学复与丁石荪、中 国科学院万哲先、复旦大学许永华、南京大学周伯壎等老一辈代数学家的支持下,同时 也在中国科大和中国科学院的支持下,我有幸成为我国自己授予的首批博士之一。鉴于 唐守文也做了很好的工作,曾肯成与万哲先极力支持他获得博士学位。然而,北京大学 当时一定要研究生先获得硕士学位,再攻读博士学位。于是唐守文只能先举行硕士答 辩。在答辩会上,曾肯成和万哲先仍然坚持认为唐守文达到了博士学位水平。曾肯成告 诉我,在答辩委员会决议上还写了一句有的委员认为达到博士水平。曾肯成为此写 了下面的一首诗:     建议授予唐守文同志博士学位 七言八韵            岁月蹉跎百事荒,重闻旧曲著文章。            昔时曾折蟾宫桂,今日复穿百步杨。 谁道数奇屈李广,莫随迟暮老冯唐。 禹门即使高千尺,放过蛟龙也不妨。 蟾宫是指月亮。曾折蟾宫桂,到月亮上去折桂花树枝,是指唐守文获得数学竞 赛冠军的光荣历史。尽管由于文化大革命而岁月蹉跎百事荒,然而唐守文并没有因 此而放弃奋斗。重闻旧曲著文章,今日复穿百步杨,都是说他在研究生阶段作 出了新的更好的成绩。李广和冯唐是人才不受重用而被埋没的两个例子,王勃《藤王阁 序》中冯唐易老,李广难封也是举这两个例子。曾肯成举这两个例子是希望这样的 故事不要在唐守文身上重演。最后两句最精彩。其中所说的禹门就是黄河的龙门, (其实是指的壶口瀑布),有传说鲤鱼跳龙门,鲤鱼如果从龙门跳上去,就可以成 为龙了。曾肯成承认禹门高千尺是对的,授予博士学位坚持高标准是对的,但人家 已经不是鲤鱼而是蛟龙了,已经达到了博士学位的高标准,为什么还不放他过去、授予 他博士学位呢? 曾肯成的这首诗虽然写好了,却没有地方发表。他将这首诗投稿到《北京晚报》的 《阿凡提》专栏去,但阿凡提也不敢发表。于是这首诗就只能在中国科学院和中国科大 的当时的研究生中流传,也肯定传到其他高校一些研究生那里。曾肯成这首诗,其实不 只是写给唐守文的,而是体现了他对我们整个这一批研究生的全力支持,也生动体现了 他对年轻人的一片深情。当时有一种舆论认为我们这批研究生因为文化大革命而没有受 过完整的大学本科教育,没有打好基础。而曾肯成则非常看重我们这一批研究生经过艰 苦环境锻炼养成的良好素质。曾肯成的这首诗在研究生中广泛流行,成为给所有的研究 生撑腰打气的诗,很受欢迎。曾肯成为此颇为得意的说:我是在为你们张目。 段学复教授希望迎唐守文继续攻读博士学位。但唐守文为了解决夫人调动北京的问题而 到了北京工业大学办的北京计算机学院,后来到了国外搞计算机。 清风两袖 我的博士答辩的前一天,与曾肯成老师在校园里一边散步一边聊天。曾老师给我下 了一道命令:今天不许谈数学。不谈数学谈什么呢?古今中外,诗词歌赋,什么都谈, 就是不能谈数学。有时我不知不觉讲到数学了,曾老师马上警告:你犯规了!我马 上改正。 突然,曾老师嘴里冒出一句话:你有时候不严肃。我听了莫名其妙,想不起我 什么时候在老师面前有不严肃的表现。曾老师解释说:有一次批判我帽子里的那幅 反动对联,你在作记录,却还在笑,一点都不严肃。我想起来了,那是在文化大 革命中发生的事情。很多人都要在戴的帽子里垫一张纸,使帽子里面一层不容易弄脏。 垫的纸脏了,另外换一张干净纸就行了。曾肯成也在自己的帽子里垫了一张纸,还在纸 上写了自己的姓名住址,并且写道:如果这顶帽子丢失,请拾者送到某某地址。除此之 外,还在纸上写了一副对联: 破帽一顶,清风两袖。 不巧的是,有一天帽子真的丢了,真的被人拾到了。不过,拾者却没有送还给曾肯 成,而是交给当时掌管阶级斗争的领导。帽子里的对联马上就成为阶级斗争的新动向: 曾肯成是右派,破帽一顶不就是影射的自己头上的右派帽子吗?这是对党的不 满。于是召开批判会批判这副反动对联。想起这件往事,我向曾老师说:我记不 得当时是否笑了,但记得清楚的是:当时觉得你那幅对联对仗工整,内心非常赞赏,也 许脸上就不知不觉地露出了笑容吧。 我没有问过曾肯成是怎样当上右派的。我大概知道的是:他当时正在莫斯科留学, 他的女朋友(也就是后来的夫人)给他寄的国内的报纸上有右派言论,因此被人打了小报 告揭发他散步右派言论。于是他接到命令立即回国。他回忆说:莫斯科火车站的同一个 月台上停了两个相反方向的火车,一列往北京,另一列往华沙。他明知回国要当右派, 挨批判。如果登上去华沙的火车,也许能逃脱挨整的恶运,但也就从此走上了背离祖国 的道路。他还是登上了回北京的火车。 文化大革命刚结束不久,邓小平拨乱反正,文化大革命中挨整的很多人平了反。当 时很广泛的共识和流传很广的消息是也要为错划的右派平反,不过还没有实施。这时候 曾肯成需要填写一份履历表,上面有一栏是受过何种奖励与处分。右派当然是他 受过的处分,应当怎样填写?他写了一首诗在上面: 曾经神矢中光臀,仍是当年赤子心。往事无端难彻悟,几番落笔又哦吟。 裤子还没有穿好就被反右斗争的神箭射中了,这就是神矢中光臀,这句表 面幽默实际上辛酸的诗描述的就是他当时在没有任何思想准备的情况下被戴上了右派帽 子。虽然受到了不公正的待遇,仍是当年赤子心。当他写到这里时候,是否想到莫 斯科火车站上的那两列火车呢?他写下的一定是对自己当年选择回北京的无怨无悔。 感谢党中中央的拨乱反正和改革开放路线,曾肯成头上戴的右派帽子终于被彻底摘掉 了。他终于可以发挥自己的聪明才智报效祖国。他在中国科大研究生院(后来改为中国 科学院研究生院)创建了信息安全国家重点实验室,成绩斐然。他提出的一些学术观点 之先进让国际同行大吃一惊。趁他到美国学术访问的机会,美国的有关方面找上门来, 邀请他与美方合作搞信息安全。他拒绝了,回到了祖国。尽管他的女儿女婿后来都去了 美国,但他再也没有到美国去过。他的观点是:搞数学理论研究可以与美国人合作,搞 信息安全只能为中华人民共和国服务。 Kuoxingga 曾肯成的英语和俄语都非常好。据说他的俄语好得可以与俄国人吵架。我1965年刚 到中国科大念本科不久,还不认识曾肯成,就听说了这么一个故事: 苏联有一个学中国历史的研究生写了一篇学位论文,内容是关于郑成功收复台湾 的。既然是研究中国历史的论文,就需要送给中国历史的权威来审查,写出评审意见。 于是就送到中国请郭沫若审查。为了让郭沫若审查,先要将论文由俄文翻译成中文。但 是,在翻译中遇到了一个问题: 论文中有一段话说:荷兰侵略军听说郑成功的部队来了,闻风而逃,同时大叫大喊 Kuoxingga(此处用汉语拼音表示这个单词的读音)。翻译人员不知道Kuoxingga 是什么意思。查遍了所有的俄文辞典,也不懂这个俄文单词的意思。 当时曾肯成在中国科学院秘书处任翻译。翻译那篇论文的人就来请教曾肯成。曾肯 成一看,就指出:Kuoxingga根本不是俄文单词,而是中国话!只不过不是普通话而是 福建话。Kuoxing就是国姓,郑成功被明朝皇帝赐姓朱,称为国姓爷。福建话 中爷的发音是Ga,因此Kuoxingga就是国姓爷,是郑成功的光荣头衔。 本来是用中国话喊的,在俄文的论文中按发音用俄语字母拼出来,中国的翻译反而就不 认识了。这也难怪,要翻译好这句话,只懂俄语不行,得了解方言和历史,也只有曾肯 成这样博古通今才想得出来。 后来我当了曾肯成的研究生,曾经向他求证这个故事是否是真的,他没有直接回 答,反而得意洋洋地向我大讲起福建方言来。 层峦耸翠 我读研究生的时候,曾肯成建议我做的第一个论文选题是研究有限非交换单群的子 群格刻画。他自己对射影特殊线性群和射影辛群完成了刻画。在他的方法的启发下,我 对射影特殊酉群作了刻画。并且由此发展出一套方法用来研究典型群的子群结构问题获 得了成功。另一方面,我尝试对包括线性群、辛群、酉群在内的李型单群进行统一处 理,发现利用Tits新提出的Building理论可以利用。Tits写了一本专著论述 Building理论。我买不到这本专著,只能到北京图书馆去借这本书,在图书馆里阅读。 连续读了三天,作了笔记,有了基本的了解,就开始用它来解决问题。我向曾老师汇报 了读书的心得和用它来解决问题的方案。李型单群的抛物子群按包含关系组成一个 Building,各抛物子群层层叠叠堆起来,好象一座美丽的塔。曾肯成马上用王勃的名篇 《藤王阁序》中的句子来描述它: 层峦耸翠,上出重霄。高阁流丹,下临无地。 按我的理解和想象,层峦耸翠,上出重霄。是一层层翠绿的山峰由下往上重叠 起来,冲破了天到九霄之外。高阁流丹,下临无地。则是红色的楼阁像通红的岩浆 一层层往下流淌,飞泻到无底深渊。这都好象是Building的一层一层重叠的结构。曾老 师将数学的结构用如此美丽的诗句来描述,既惟妙惟肖又生动形象。 藤王阁是在江西南昌,一千多年来经过了多次毁坏和重建。文化大革命中,1966年 12月底,我与两位同学一起从上海步行到串联到井岗山,途经南昌,停留了两天。记得 是1967年元旦那天从南昌出发连续走了两个县城到樟树,行程60公里。那时原来的藤王 阁已毁坏多年,还没有重建,所以我在南昌看不到藤王阁。39年过去,弹指一挥间, 2005年我应邀访问南昌大学,第二次来到南昌,参观了新建的藤王阁。新建的藤王阁比 历史上任何一次都更高,高阁流丹,下临无地的大气派令人景仰。然而,令我不解 的是:藤王阁坐落在赣江边的平地上,往四周望去也都是一片平坦,连小山丘都没有, 更不用说层峦耸翠了。是不是王勃写文章的唐朝时候有层峦,以后由于一千多 年沧海桑田的自然变化变成了平地?或者是人工的移山填海将层峦全部铲平变成了平 地?而且,在藤王阁看见的《藤王阁序》的另外一个版本不是层峦耸翠而是层台 耸翠,层台就不是山峦而是人工建立的楼阁。藤王阁的建筑大多数地方并不是红色而 是绿色,说是层台耸翠也符合事实。到底是怎么回事,暂时让它存疑吧,也许哪一位了 解南昌的历史和地理的朋友可以指教我。 梅花润笔 我在1978年到1981年读研期间,大部分时候住在合肥。而导师曾肯成住在北京。我 们在合肥自己念书和搞研究,必要的时候到北京去与曾老师讨论。有一次,正要离开北 京回合肥,曾老师说:史济怀欠我一盆梅花,你催他尽快给我。我觉得很奇怪,经 过曾老师解释才知道是怎么回事。史济怀当时担任中国科大副校长,外事是他主管的工 作之一。有一位日本友人来科大访问,写了一首中文诗赠给科大。史济怀觉得应当回赠 这位日本友人一首诗。曾肯成是数学界有名的才子,写诗是拿手好戏,于是史济怀就请 曾肯成代写一首诗回赠日本友人。曾肯成欣然命笔,科大和日本友人皆大欢喜。不过曾 肯成觉得这首诗不能无偿奉献,向史济怀要一盆梅花作为酬劳。史济怀答应了,但一时 还没有来得及准备好,所以曾肯成就让我帮他讨债。我当然不能向史济怀老师讨 债,但还是向史老师问了梅花的事。史老师笑着说:有这回事。知道了。后来,我 又到北京去见曾老师,问起梅花的事情。曾老师说:已经收到梅花了。 很多人看来,写诗和要梅花都是文人墨客的故事,与数学家的形象完全不相容。然 而,曾肯成这个数学家却偏偏有这样的雅兴,除了数学和诗歌之外,他还喜欢侍弄花花 草草。我刚到合肥的时候,他还带我参观了他在自家楼前种的一棵树,说这棵树是他种 的扎根树,表示要永远扎根合肥。不到一个星期,由于他的女儿生病在安徽没能正 确诊断,幸好马上到北京医治,才挽救过来。从此他也就呆在北京。有一次我去北京 时,他还问起我去看了他的扎根树没有,扎根树长的怎样了。我笑道:你都离开合肥 了,那棵树还叫扎根树吗?他说不是不愿意扎根,而是因为种种缘故不能够扎根。 桃李不言 1994年,我们在南开大学参加第五届全国代数会议。会议期间,部分与会代表发起 为代数学界的带头人段学复院士庆祝七十寿辰。由于段学复教授的身体不适合于从北京 到天津去,参加祝寿会的代表就专程从天津坐车到北京来。 参加祝寿的代表都是段学复在各个时期的学生。曾肯成也是段学复的学生,我就算 段学复的徒孙了,更何况段学复是我的博士答辩委员会主席,所以我算是双重的徒子徒 孙。 参加祝寿的代表们共同筹划买了一个大大的景泰蓝花瓶送给段学复作为寿礼。同时 委托曾肯成写几句祝贺词来代表大家向段学复表示心意。眼看举行祝寿仪式的时间快要 到了,曾肯成答应写的祝贺词还没有交卷。主持此事的万哲先急了,又不好意思自己去 催曾肯成,就命令我去催曾肯成赶快完稿。我遵命去问曾老师,他却说不慌不慌,没有 问题,一副胸有成竹的样子。我心里比较急,心想离祝寿只有几个小时了,即使他想好 了祝贺词,要把这些话写出来也得花时间呀,怎么能不急呢? 曾肯成的祝寿词终于想出来了,只有八个字: 桃李不言,下自成蹊。 很多人以为桃李代表学生,以为将这两句话赠给段先生是赞扬他桃李满天下。 曾肯成解释了这两句话的意思:桃李默默无声不说话,但喜欢桃李的人还是络绎不绝到 桃树李树下来摘桃摘李,将桃李树下踩出了一条条路。将这两句话赠给段先生,是赞扬 他从来不宣扬自己,但却受到大家共同的景仰。 段学复在祝寿会上回忆了自己几十年的历程。没有按照惯例历数自己的功劳和业 绩,反而一次次回忆自己生过几场大病。除了身体的病痛,特别回忆起心灵的病痛---让 他刻骨铭心的几件伤心事。最让他伤心的不是自己的坎坷而是别人的灾难,是他在反右 斗争时被迫挥泪斩马谡,亲口将自己最得意的学生宣布为右派。他讲到这里忍不住 再次挥泪,哽咽着无法继续说下去。 美梦难续 2004年5月,黄金周刚结束几天,本来我已经买好机票先到广州参加张景中院士组织 的教育数学学会的成立大会,再直飞哈尔滨参加对哈尔滨工业大学工科数学基地的检 查。突然听到曾肯成老师不幸去世的噩耗,如五雷轰顶。立即将去广州、哈尔滨的机票 全部退了,赶到北京,帮助曾肯成的女儿一起策划葬礼有关事宜。 曾肯成女儿接受我的建议,在父亲的追悼会场挂了对联桃李不言,下自成蹊。 曾肯成送给段学复的这两句话,也恰是曾肯成自己一生的写照。他只知疯狂地干活,从 来想不到要宣扬自己的成绩。他早期的理论研究的奇思妙想,都通通让别人去实现并发 表文章,还不准著上他自己的名字。我读研究生时所知道并且仔细读过的他的文章,只 有两篇发表在中国科大学报上的关于子群格的论文。按现在的考核标准,他一定提不上 教授。可是他的人品水平和功绩众所周知,在文化大革命刚结束后的首次职称评审中他 破格由讲师升任教授。他后来一头扎进信息安全领域,所作的工作绝对是开创性的,并 且获得了国家科技进步奖一等奖、何梁何利奖。然而,这些奖项都不是他自己愿意申请 的,而是他所创建的信息安全国家实验室的部下们硬逼他申请、帮他填表才获得的。 曾肯成去了,作为一个普通的退休教授去了。按照这个级别,只能由本单位的老干部处 来主持办理治丧事宜。然而,应曾肯成女儿的邀请,全国人大副委员长丁石荪愿意担任 治丧委员会主任。有关工作人员很奇怪:一个普普通通的退休教授怎么能享受这样 高级别的待遇呢?他们打电话问曾肯成女儿:曾肯成与丁石荪是什么关系?曾 肯成女儿回答说:老同学。曾肯成女儿向我讲起这件事。我说:你应当回答:铁 哥们。 尽管丁石荪的褪脚不方便,但他还是亲自参加了曾肯成的追悼会。由于丁石荪是国 家领导人,有严格的保安措施,我在追悼会上没有能够见到丁石荪。但是我见到了许许 多多几十年没有见过的老师和校友,看见了一张张曾经熟识却又因岁月流逝而变得陌生 的面孔。曾肯成经常说,他从来没有当过小组长以上的任何干部。(我有一次反驳他, 说他所担任的国家实验室主任比小组长级别高很多了。但他说实验室主任不是官职。) 因此,他也从来没有当过参加追悼会的长长的队伍中的任何一员的上级领导。当我 看见这支长长的队伍迈着沉重的步伐缓缓地前进的时候,我仿佛觉得他们是走在一片桃 树林中。桃花谢了,桃子摘了,只剩下枯枝。队伍缓缓地前进着,长得没有尽头。走进 这支队伍的人们不是来欣赏花的芬芳,品尝果的美味,而是来感谢树的恩情,留下他们 永远的思念和崇敬。 我曾经写了两篇回忆录:《比梦更美好》,《名师培养了我》,并且为其中第二篇 加了一个副标题《比梦更美好之二》。既然打出了《之二》的招牌,就是准备《之 三》、《之四》、,一直写下去组成一个系列。用《比梦更美好》作为这个系列的总标 题,颇有些志得意满的味道,以为从此苦尽甘来,可以将美梦一直做下去了。早就想好 了这一篇《数学家的文学故事》的内容,并且准备将它作为《比梦更美好之三》。只是 由于诸事繁忙,已经胸有成竹的这篇文章竟一拖再未能提笔完稿。不幸曾肯成老师去 世,这篇文章再也不能被冠以比梦更美好的名目。而我也从志得意满的美梦中苏醒 过来,重新面对客观世界不可抗拒的悲欢离合。拖了一年又一年,为了科大的校庆五十 周年,终于下决心抽了两天时间完成这篇文章。所谓抽时间,包括坐飞机到外地出差的 来回途中在机场候机及在天上飞行的时间。虽然可以以这篇文章勉强告慰于曾老师的在 天之灵。但也自感惭愧:为什么不在曾老师去世之前抽出两天时间来完成呢? 系列回忆录还要继续写下去。只不过不能再叫做《比梦更美好》了,另外想个题目 吧。 对详细请看下面其本人链接 http://smss.buaa.edu.cn/blogs/lisz/index.php?paged=3
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建议数学家带头搞起个[数学圈]!
可变系时空多线矢主人 2009-5-5 21:56
建议数学家带头搞起个 ! 数学家高斯说: 数学是 自然科学的皇后, 笛卡尔也曾说 : 数学的概念和证明 , 能够而且必须应用于一切世俗科学 , 兰 德尔还曾说: 科学产生于用数学解释自然这一信念。,马克思也说过: 一种科学只有在成功地运用数学时,才算达到了完善的地步! ,实际上任何科学,甚至任何的日常生活,都 离不开数学。 这些都充分说明了数学的重要性。 有不少数学家,许多博客也都有很精彩的数学博文,和相应的数学评论和讨论。 但是至今还未建立起个 ,不利于有关数学问题的科普和深入的讨论,和促进其创新与发展。 建议数学家带头搞起个 !
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梅森素数:千年不休的探寻之旅
eloa 2009-4-27 12:04
luscky 发表于 2009-04-24 23:17 还记得年少时的梦吗? 还记得你小学时背诵的素数表吗?那时候它还叫做质数表2、3、5、7如今你是否已经真正理解了老师说过的话:这些只能被1和本身整除的数,具有着无穷的魅力。 还记得你中学时计算的2的整数幂吗?计算机时代,作为二进制的体现,它们正大行其道。2、4、8、16、32、64、128、256十多年来,电脑内存的容量正是经历了这些熟悉的数字,直到现在的2048M(2G)以及更多。 现在,让我们从这些2的整数幂中挑出以素数为指数的,再把它减1,试试看会发现什么?2 2 -1=3、2 3 -1=7、2 5 -1=31、2 7 -1=127 嗯,你的心是不是激动起来了?一个伟大的发现似乎就在眼前 别急别急,你的发现很妙,只是有些儿惋惜你已经迟到了二千年。 在2300多年前,古希腊的数学家,那位写出不朽的《几何原本》的欧几里得在证明了素数有无穷多个之后,就顺便指出:有许多素数可以写成2 P -1的形式,其中指数P也是素数。很容易想到,刚才你所发现的2 2 -1、2 3 -1、2 5 -1、2 7 -1正是其中排列最前的4个! 当P=11、13、17、19、23的时候,2 P -1还是素数吗?到底有多少这种2 P -1型的素数呢?在计算能力低下的公元前,这个关于素数的探寻之旅就已经吸引了无数的人。 人们唯独对素数如此着迷不是没有理由的,它有着许多简单而又美丽的猜想,有的已经成为定理,而有的则至今还没有答案。例如著名的哥德巴赫猜想,让人们苦苦追索:是否任何一个大于或等于6的偶数,都可以表示为两个奇素数的和?再比如孪生素数问题所提出的:象5和7、41和43这样相差2的素数,到底有多少对呢? 在数学史上起个大早的古希腊人还有许多关于素数的发现,完美数就是其中之一。毕达哥拉斯学派指出,如果一个数的所有因数(包括1但不包括它本身)的和正好等于它本身,则这个数就叫做完美数。很容易找到,6=1+2+3是第一个完美数,28=1+2+4+7+14则是第二个完美数。他们认为,上帝用6天创造了世界,因此6是最理想和完美的数字,而和6具有相同性质的数都堪称完美数。 欧几里得在《几何原本》中证明了如果2 P -1是一个素数,那么2 P-1 (2 P -1)一定是一个完美数(你会发现,当P分别等于2、3时,它就对应着前两个完美数6、28)。 再后来,欧拉进一步证明,每一个偶完美数也必定是欧几里得所给出的形式。(不要问我奇完美数呢?就连它是否存在,本身也是无数个关于素数的难题中至今未解的一个。) 很容易看到,找到了2 P -1形式的素数,也就发现了新的完美数。 形如2 P -1的素数还长期占据了人们寻找到的最大素数的光荣榜(仅在1989年后被391582216193-1夺走三年),因为判断这样一个数是素数的方法比判断一个差不多大小的其他类型数是素数的方法要简单得多。 对2 P -1型素数的搜寻之旅就这样出发了,先后投入这个漫漫长途的就有数学大师费马、笛卡尔、莱布尼兹、哥德巴赫、欧拉、高斯、哈代、图灵这一个个闪光的名字正如暗夜前行的火炬手,照亮了人类通往未知的道路。 历史的天空闪烁几颗星 让我们将坐上时间机器,回到过去,重新浏览这来路风光吧。 1456年,又一个没有留下姓名的人发现了第5个2 P -1型的素数:2 13 -1。若是你就降生在那个年代,或许这次发现的光荣将归属于你。只是,你更有可能犯下和当时的人们一样的错误,以为对于所有的素数P,2 P -1都是素数。要知道,这个错误是近百年之后,直到1536年,才由雷吉乌斯(Hudalricus Regius)打破的。他指出,2 11 -1=2047=2389,不是素数。 不过你的莽撞完全可以得到谅解,在黑暗中寻找的数学家正如年轻人一样,犯下的错误连上帝都会原谅。第一个对这种类型的素数进行整理的皮特罗卡塔尔迪(Pietro Cataldi)在他在1603年宣布的结果中就言之凿凿地说:对于p=17,19,23,29,31和37,2 P -1是素数。只可惜,37年后,他的六个结果就被推翻了两个,费尔马使用著名的小费尔马(不是那个更著名的大费尔马定理)证明了卡塔尔迪关于P=23和37的结论是错误的。 不知道下面的事实会不会让你联想到屋漏偏逢连夜雨呢?大约一百年后,1738年,欧拉证明了卡塔尔迪的结果中P=29也是错误的。幸好,欧拉又证明了P=31的结论是对的。 虽然,卡塔尔迪的六个结果阵亡了一半,但考虑到他是用手工计算取得结论的,而费尔马和欧拉则是使用了在他们那时最先进的数学知识,避免了许多复杂的计算和因此可能造成的错误,因此我们仍然要对卡塔尔迪致敬。他也由此光荣地占据了第六个和第七个的发现者之位,在他之前的,都是无名氏。 卡塔尔迪的成功,说明了整理和预测是正确道路。继他之后,集研究成果大成的,是17世纪法国著名的数学家和修道士马林梅森(Marin Mersenne,1588-1648)。 梅森热心于宗教,但更喜爱数学;他是一个交往广泛、热情诚挚的人,更是一座科学信息交换站。为什么呢?那时候,学术刊物、国际会议甚至科研机构都还没有诞生。及时雨般的梅森是欧洲众多科学家之间联系的桥梁,大家把研究成果寄给他,然后再由他转告给更多的人。费马、笛卡尔等数学家每周在他家聚会,讨论问题,就这样慢慢形成的梅森学院,后来有了一个更响亮的名字法兰西科学院。 1644年,梅森在欧几里得、费马等人的有关研究的基础上对2 P -1作了大量的计算、验证工作,并于1644年在他的《物理数学随感》一书中断言:对于P=2、3、5、7、13、17、19、31、67、127、257时,2 P -1是素数;而对于P等于其他所有小于257的数时,2 P -1是合数。这里前7个数(即2,3,5,7,13,17和19)是在前人的工作已经证实的部分。而后面的4个数(即31,67,127和257)属于被猜测的部分。不过,人们对他的断言深信不疑,连大数学家莱布尼兹和哥德巴赫都认为它是对的。 梅森的工作极大地激发了人们研究2P-1型素数的热情,成为素数研究的一个转折点和里程碑。为了纪念他,数学界就把这种数称为梅森数,并以Mp记之(其中M为梅森姓名的首字母),即Mp=2 P -1。如果梅森数为素数,则称之为梅森素数(即2 P -1型素数)。 对梅森素数的验证,需要进行艰巨的计算,即使是猜测部分中最小的M31=2 31 -1=2147483647,也是一个10位数。而梅森自己则承认:一个人,使用一般的验证方法,要检验一个15位或20位的数字是否为素数,即使终生的时间也是不够的。年迈力衰的他四年之后就去世了,最终并没有任何一个梅森素数的发现权归属于他,但考虑到他已经享有了冠名权,就把荣誉分给那些在漫漫长途上跋涉的发现者们吧! 那些手扛肩挑的年代 手算笔录的时代,每前进一步,都显得格外艰难。1772年,在卡塔尔迪提出近200年之后,瑞士数学家欧拉证明了M31确实是一个素数,这是人们找到的第8个梅森素数,它共有10位数,堪称当时世界上已知的最大素数,欧拉也因此成为第二个在发现者名单上留名的人。让人惊叹的是,这是在他双目失明的情况下,靠心算完成的。这种超人般的毅力与技巧让欧拉获得了数学英雄的美誉。法国大数学家拉普拉斯(P.Laplace)说的话,或许可以代表我们的心声:读读欧拉,他是我们每一个人的老师。 100年后,法国数学家鲁卡斯提出了一个用来判别Mp是否是素数的重要定理鲁卡斯定理,这为梅森素数的研究提供了有力的工具。1883年,数学家波佛辛(Pervushin)利用鲁卡斯定理证明了M61也是素数这是梅森漏掉了的。梅森还漏掉另外两个素数:M89和M107,它们分别在1911年与1914年被数学家鲍尔斯(Powers)发现。 还记得梅森预测的四个素数吗?其中M31已经为欧拉证明,M127则在鲁卡斯提出定理时顺带证明,虽然中间漏掉了3个,但至少还有另外两个:M67和M257是不是素数呢 M67的证明又是一个精彩的故事。 1903年,数学家柯尔在美国数学学会的大会上作了一个报告。他先是专注地在黑板上算出2 67 -1,接着又算出193707721761838257287,两个算式结果完全相同!换句话说,他成功地把2 67 -1分解为两个素数相乘的形式,从而证明了M67是个合数。 报告中,他一言未发,却赢得了现场听众的起立鼓掌,更成了数学史上的佳话。阅读这段历史,我们懂得了什么叫做事实胜于雄辩。记者好奇地问他是怎样得到这么精彩的发现的,柯尔回答三年里的全部星期天。他后来当选为美国数学协会的会长,去世后,该协会专门设立了柯尔奖,用于奖励作出杰出贡献的数学家。 1922年,数学家克莱契克验证了M257并不是素数,而是合数(但他没有给出这一合数的因子,直到20世纪80年代人们才知道它有3个素因子)。 于是乎,梅森的四个猜测获得了两正确、三遗漏和两错误的成绩,但这无损于他的光荣。在千年的探寻之旅中,伟大如欧拉也会犯错误,他在1750年宣布说找到了梅森的遗漏:M41和M47也是素数,但最终上M41和M47都不是素数。 直到1947年,对于p=257的梅森素数Mp的正确结果才被确定,也就是当p=2,3,5,7,13,17,19,31,61,89,107和127时,Mp是素数。现在这个表已经被反复验证,一定不会有错误了。 我们看到,在手工计算的时代,人们一共找到了12个梅森素数。 计算机!计算机! 1930年,美国数学家雷默改进了鲁卡斯的工作,给出了一个新的测试方法,即鲁卡斯-雷默方法。很快地,计算机时代到来了,这一方法发挥了重要的作用。1952年,数学家鲁滨逊(Robinson)等人将鲁卡斯-雷默方法编译成计算机程序,使用SWAC型计算机在短短几小时之内,就发现了第13个、第14个,并在当年总共找到了5个梅森素数:M521、M607、M1279、M2203和M2281。 其后,M3217在1957年被黎塞尔(Riesel)证明是素数;M4253和M4423在1961年被赫维兹(Hurwitz)证明是素数。 1963年,美国数学家吉里斯(Gillies)证明M9689和M9941是素数,这已经是第21和22个梅森素数。1963年9月6日晚上8点,当吉里斯通过大型计算机找到第23个梅森素数M11213时,美国广播公司(ABC)中断了正常的节目播放,第一时间发布了这一重要消息,发现这一素数的美国伊利诺伊大学数学系全体师生更是激动地把所有从系里发出的信件都敲上了2 11213 -1是个素数的邮戳。 1971年3月4日晚,美国哥伦比亚广播公司(CBS)中断了正常节目播放,发布了布萊恩特塔克曼(Bryant Tuckerman)使用IBM360-91型计算机找到新的梅森素数M19937的消息。而到1978年10月,世界几乎所有的大新闻机构(包括我国的新华社)都报道了以下消息:两名年仅18岁的美国高中生诺尔(Noll)和尼科尔( Nickel)使用CYBER174型计算机找到了第25个梅森素数:M21701。 超级计算机的引入加快了梅森素数的寻找脚步,但随着素数P值的增大,每一个梅森素数的产生都更加艰难,各国科学家及业余研究者们之间的竞争变得越来越激烈。在1979年2月23日,当美国克雷研究公司的计算机专家史洛温斯基和纳尔逊正兴致冲冲地宣布他们找到第26个梅森数M23209时,有人浇来一盆冷水:两星期前美国加州的高中生诺尔就已经给出了同样结果。心有不甘的他们又花了一个半月的时间卧薪尝胆,使用Cray-1型计算机找到了第27个梅森素数M44497,这件事成了当时不少报纸的头版新闻。 为了与美国人较量,英国的哈威尔实验室也专门成立了一个研究小组来寻找更大的梅森素数。他们用了两年时间,花了12万英镑的经费,于1992年3月25日找到了新的梅森素数M756839。但到了1994年1月14日,史洛温斯基等人为美国再次夺回发现已知最大素数的桂冠这一梅森素数是M859433。史洛温斯基本人一共发现了7个梅森素数,他因此被人们称为素数大王。 数学研究的深入更重于计算能力的提升,在搜寻梅森素数的同时,对梅森素数的分布规律的研究也在进行着,英、法、印、美、德等国的数学家都曾分别给出过关于梅森素数分布规律的猜测,但这些猜测都以近似表达式给出,而与实际情况的接近程度均难如人意。中国数学家和语言学家周海中则是这方面研究的领先者,他运用联系观察法和不完全归纳法,于1992年首先给出了梅森素数分布的精确表达式。著名的《科学美国人》杂志有一篇文章指出:这一成果为人们探究梅森素数提供了方便,是素数研究的一项重大突破。后来这项重要成果被国际上命名为周氏猜测。 伴随数学理论的改善,为了寻找梅森素数而使用的计算机也越来越强大,包括了著名的IBM360型计算机,和超级计算机Cray系列。1996年发现的M1257787是迄今为止最后一个由超级计算机发现的梅森素数,数学家使用了Cray T94,这也是人类发现的第34个梅森素数。 梅森素数的探寻之旅似乎正变得离普通人越来越远,直到GIMPS时代的到来 草根英雄,人人参与 网格(Grid)这一崭新技术的出现使梅森素数的搜寻如虎添翼,也使它重新走到了人人参与的大众时代。1996年初,美国数学家和程序设计师沃特曼(G.Woltman)编制了一个梅森素数的计算程序,并把它放在网页上供数学家和数学爱好者免费使用,这就是闻名世界的因特网梅森素数大搜寻(GIMPS)项目,是全世界第一个基于互联网的分布式计算项目。 该项目利用大量普通计算机的闲置时间来获得相当于超级计算机的运算能力,只要你去GIMPS的主页下载为一个名为Prime95的免费程序,就可以立即参加GIMPS项目,一起踏上持续了千年的梅森素数探寻之旅。 12年来,人们通过GIMPS项目找到了12个梅森素数,其发现者来自美国、英国、法国、德国和加拿大。目前,世界上有160多个国家和地区近16万人参加了这一项目,并动用了30多万台计算机联网来进行网格计算。该项目的计算能力已超过当今世界上任何一台最先进的超级矢量计算机的计算能力,运算速度超过每秒350万亿次! 为了激励人们寻找梅森素数,1999年3月,设在美国的电子新领域基金会(EFF)向全世界宣布了为通过GIMPS项目来探寻梅森素数而设立的奖金。它规定向第一个找到超过一百万位的素数的个人或机构颁发五万美元的奖金。后面的奖金依次为:超过一千万位,十万美元;超过一亿位,十五万美元;超过十亿位,二十五万美元。 1999年6月1日,住在美国密歇根州普利茅茨的那扬哈吉拉特瓦拉(Nayan Hajratwala)先生找到了第38个梅森素数:2 6972593 -1,这也是我们知道的第一个位数超过一百万位的素数。如果把它写下来的话,共有两百零九万八千九百六十位数字。因此,哈吉拉特瓦拉先生获得了五万美元的奖励。而他所做的,就是从互联网上下载了一个程序,这个程序在他不使用他的奔腾II350型计算机时悄悄地运行。在经过111天的计算后,这个素数被发现了。 听起来非常诱人,但你也要知道,通过参加GIMPS计划来获得奖金的希望是相当小的。哈吉拉特瓦拉使用的计算机是当时21000台计算机中的一台。每一个参与者都在验证分配给他的不同梅森数,当然其中绝大多数都不是素数只有大约三万分之一的可能性碰到一个素数。所以,绝大多数研究者参与该项目并不是为了金钱,而是出于乐趣、荣誉感和探索精神。 成功者就在眼前,去年8月23日,美国加州大学洛杉矶分校数学系计算中心的雇员史密斯,通过GIMPS项目发现了第46个梅森素数2 43112609 -1,这个发现被著名的美国《时代》周刊评为2008年度50项最佳发明之一。该素数是目前已知的最大素数,它有12978189位数,如果用普通字号将这个巨数连续写下来,其长度可超过50公里!由于史密斯发现的梅森素数已超过1000万位,他将有资格获得EFF颁发的10万美元大奖。虽然说史密斯是私自利用中心内的75台计算机参加GIMPS的,但由于为学校争了光,他受到了校方的表彰。 但在你心动之前,不妨也听听另一个人的故事。美国一家电话公司发现计算机经常出错,本来只需要5秒钟就可以接通的电话号码,需要5分钟才能接通。最终查出原来是雇员福雷斯特偷偷地使用公司内的2585台计算机参加GIMPS,福雷斯特承认了自己被GIMPS项目引诱,他最后被公司解雇,并被罚款一万美元,这只能说是工作与私事没有分开,令人叹息。 最后的话 素数的研究曾经在人类很长的历史时期没有实际用处,直到二次世界大战之后,才在密码学中得到了重要的应用。对于梅森素数的寻找之旅已经历经千年,人们一共才找到46个梅森素数,在数学家的眼里,它们的价值远胜于钻石,而对它的研究,促进了计算技术、程序设计技术、密码技术、分布式计算技术的发展。让我们谨记梅森素数最早的研究者欧几里得的教诲:当一个人问他几何学有什么用的时候,他对侍者说:给他拿三个硬币吧,他想从几何学中得到好处。 不是三枚硬币,也不是百万美元,激励着人类不断地向前探寻的,是好奇心、求知欲和荣誉感。 (已刊载于《中国教师报》)
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Niels Henrik Abel数学家阿贝尔
wangyong77 2009-4-5 23:04
Niels Henrik Abel   阿贝尔(Niels Henrik Abel,公元1802年─公元1829年)是十九世纪挪威出现的最伟大数学家。他的父亲是挪威克里斯蒂安桑(Kristiansand)主教区芬杜(Findouml;)小村庄的牧师,全家生活在穷困之中。在1815年,当他进入了奥斯陆的一所天主教学校读书,他的数学才华便显露出来。经他的老师霍姆彪(Holmboeuml;)的引导下,他学习了不少当时的名数学家的著作,包括:牛顿(Newton)、欧拉(Euler)、拉格朗日(Lagrange)及高斯(Gauss)等。他不单了解他们的理论,而且可以找出他们一些微小的漏洞。   1820年,阿贝尔的父亲去世,照顾全家七口的重担突然交到他的肩上。虽然如此,1821年阿贝尔透过霍姆彪的补助,仍可进入奥斯陆的克里斯蒂安尼亚大学(University of Christinania),即现在的奥斯陆大学(Universitetet i Oslo)就读,於1822年获大学预颁学位,并由霍姆彪的资助下继续学业。   1823年当阿贝尔的第一篇论文发表後,他的朋友便力请挪威政府资助他到德国及法国进修。当等待政府回覆时,在1824年他发表了他的「一元五次方程没有代数一般解」的论文,可望为他带来肯定地位。他把论文寄了给当时有名的数学家高斯,可惜高斯错过了这篇论文,也不知道这个著名的代数难题已被解破。   1825-26年的冬季,他远赴柏林,并认识了克列尔(Crelle)。克列尔是个土木工程师,而且对数学很有热诚,他跟阿贝尔成为很要好的朋友。1826年,在阿贝尔的鼓励下,克列尔创立了一份纯数学和应用数学杂志(Journal fr die reine und angewandte Mathematik),该杂志的第一期便刊登了阿贝尔在五次方程的工作成果,另外还有方程理论、泛函方程及理论力学等的论文。在柏林,新的数学向导使他继续独立地进行研究工作,後来阿贝尔更到了欧洲不同的地方。   1826年夏天,他在巴黎造访了当时最顶尖的数学家,并且完成了一份有关超越函数的研究报告。这些工作展示出一个代数函数理论,现在称为阿贝尔定理,而这定理也是後期阿贝尔积分及阿贝尔函数的理论基础。他在巴黎被冷落对待,他曾经把他的研究报告寄去科学学院,望可得到好评,但他的努力也是徒然。他在离开巴黎前染顽疾,最初只以为只是感冒,後来才知道是肺结核病。   他辗转回到挪威,但欠下不少钱债。他只好靠教书及收取大学的微薄津贴为生。在1828年,他找到一份代课教师之职来维持生计。但他的穷困及病况并没有减低他对数学的热诚,他在这段期间写了大量的论文,主要是方程理论及椭圆函数,也就是有关阿贝尔方程和阿贝尔群的理论。他比雅可比(Jacobi)更快完全了椭圆函数的理论。此时,阿贝尔的名声经已响遍所有的数学中心,各方面的人也希望为他找到一个适当的教授席位,当中克列尔便希望为他在柏林找得一个教授席位。   在1828年冬天,阿贝尔的病逐渐严重起来。在他圣诞节去芬罗兰(Froland)探他的未婚妻克莱利.肯姆普(Crelly Kemp)期间,病情便更恶化。到1829年1月时,他已知自己寿命不长,出血的症状已无法否认。直至1829年4月6日凌晨,阿贝尔去世了,他的未婚妻坚持不要他人之助照顾阿贝尔,「单独占有这最後的时刻」。   在阿贝尔死後两天,克列尔写信说为阿贝尔成功争取於柏林大学(Freie Universitauml;t Berlin)当数学教授,可惜经已太迟,一代天才数学家经已在收到这消息前去世了。 读读数学家的故事,或许可以给研究许多启示。对于科学家而言,需要知道的历史就是科学史,还有科学家的经历,这些可以为研究提供许多的启迪,虽然目前的研究不同于古人,但是依然不能完全异于古人,否则,难于出现重大的成就,难于出现原创性的成就。而现代科学的发展时候的确让人感到缺乏重大的理论诞生,希望大家能够就此评论。 是我的错觉,还是现在创新的难度加大了,还是因为这个时代是知识爆炸的时代,还是社会太浮躁了?
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一篇关于伽罗瓦,E.(Galois, Evariste) 详细理论成就的文章
wangyong77 2009-4-5 22:57
伽罗瓦,E.(Galois, Evariste) 1811年10月25日生于法国巴黎附近的拉赖因堡;1832年5月31日卒于巴黎.数学. 伽罗瓦的父亲N.G.伽罗瓦(Galois)是法国资产阶级革命的支持者,为人正直厚道.他在1815年拿破仑发动百日政变期间,当选为拉赖因堡市的市长.伽罗瓦的母亲是一位当地法官的女儿,聪明而有教养,但个性倔强,甚至有些古怪.她是伽罗瓦的启蒙老师,为他的希腊语和拉丁语打下了基础,并且把她自己对传统宗教的怀疑态度传给了儿子. 1823年10月,12岁的伽罗瓦离别双亲,考入路易勒格兰皇家中学,开始接受正规教育.在中学的前两年,他因希腊语和拉丁语成绩优异而多次获奖;但在第三年(1826),伽罗瓦对修辞学没有下足够的功夫,因而只得重读一年.在这次挫折之后,他被批准选学第一门数学课.这门课由H.J.韦尼耶(Vernier)讲授,他唤起了伽罗瓦的数学才能,使他对数学发生了浓厚的兴趣.他一开始就对那些不谈推理方法而只注重形式和技巧问题的教科书感到厌倦,于是,他毅然抛开教科书,直接阅读数学大师们的专著.A.M.勒让德(Legendre)的经典著作《几何原理》(Elments de go-me tre,1792),使他领悟到数学推理方法的严密性;J.L.拉格朗日(Lagrange)的《解数值方程》(Rlution des quations nume-riques,1769)、《解析函数论》(Thorie des fonctions analytiques,1797)等著作,不仅使他的思维更加严谨,而且其中的思想方法对他的工作产生了重要的影响;接着他又研究了L.欧拉(Euler)、C.F.高斯(Gauss)和A.L.柯西(Cauchy)的著作,为自己打下了坚实的数学基础.学习和研究数学大师的经典著作、是伽罗瓦获得成功的重要途径.他深信自己能做到的,决不会比他们少.他的一位教师说:他被数学的鬼魅迷住了心窍.然而,他忽视了其他学科,导致了他首次(1828)报考巴黎综合工科学校失败. 1828年10月,伽罗瓦从初级数学班升到L.P.E.里查德(Richard)的数学专业班.里查德是一位年轻而富有才华的教授,并且具有发掘科学英才的敏锐判断力和高度责任感.他认为伽罗瓦是最有数学天赋的人物,只宜在数学的尖端领域中工作.于是,年仅17岁的伽罗瓦开始着手研究关于方程理论、整数理论和椭圆函数理论的最新著作.他的第一篇论文周期连分数的一个定理的证明(Dmonstration dun thorme sur les fractionscontinues priodiques),于1829年3月发表在J.D.热尔岗(Gergonne)主办的《纯粹与应用数学年刊》(Annales de Math-matiques Pures et Appliques)上,它更为清楚地论述和说明了欧拉与拉格朗日关于连分式的结果. 据伽罗瓦说,他在1828年犯了和N.H.阿贝尔(Abel)在8年前犯的同样错误,以为自己解出了一般的五次方程.但他很快意识到了这一点,并重新研究方程理论,他坚持不懈,直到成功地用群论阐明了这个带普遍性的问题.1829年5月25日和6月1日,他先后将他的两篇关于群的初步理论的论文呈送法国科学院.科学院请柯西做论文的主审.然而,一些事件挫伤了这个良好的开端,而已在这位年轻数学家的个性上留下了深深的烙印.首先,伽罗瓦的父亲由于受不了保守的天主教牧师的恶毒诽谤于7月2日自杀身亡.之后不到一个月,伽罗瓦参加了巴黎综合工科学校的入学考试,由于他拒绝采用主考官建议的解答方法,结果又遭失败.最后他不得已报考了高等师范学院,于1829年10月被录取. 柯西审核的伽罗瓦的论文,新概念较多,又过于简略,因此柯西建议他重新修改.1830年2月,伽罗瓦将他仔细修改过的论文再次呈送科学院,科学院决定由J.B.J.傅里叶(Fourier)主审.不幸,傅里叶5月份去世,在他的遗物中未能找到伽罗瓦的手稿. 1830年4月,伽罗瓦的论文关于方程代数解法论文的分析发表在B.D.费吕萨克(Frussac)的《数学科学通报》(Bulle-tetin des Sciences Mathmatiques)上.同年6月,他又在同一杂志上发表了两篇论文关于数值方程解法的注记和数的理论,这期杂志上还刊登着柯西和S.D.泊松(Poisson)的文章,这充分说明了伽罗瓦已在数学界赢得了声誉. 伽罗瓦进入师范学院一年,正当他做出卓越的研究工作之时,法国历史上著名的1830年七月革命爆发了.伽罗瓦作为一名勇敢追求真理的共和主义战士,反对学校的苛刻校规,抨击校长在七月革命期间的两面行为.为此,他于1830年12月8日被校方开除.于是,他便根据自己的意志投身于政治活动.1831年5月9日,在一个共和主义者的宴会上,伽罗瓦举杯对国王进行了挑衅性的祝酒,于第二天被捕.罪名是教唆谋害国王生命的未遂罪.6月15日被塞纳陪审法院释放.在此期间,伽罗瓦继续进行数学研究.他于1831年1月13日开了一门关于高等代数的公开课,以讲授自己独创的学术见解谋生.但是,这个设想并未获得多大成功.1831年1月17日,他向科学院呈送了题为关于方程根式解的条件的论文,这次负责审查论文的是泊松和S.F.拉克鲁瓦(Lacroix).虽然泊松认真地审阅了它,可得出的结论却是不可理解.在他们给科学院的报告中说:我们已经尽了最大努力来研究伽罗瓦的证明,他的推理显得不很清楚,到目前为止,我们还不能对它作出正确评价,因为有说服力的证明还没有得到.因此,在这篇报告中,我们甚至不能给出他的证明思想.最后,泊松建议伽罗瓦进一步改进并详细阐述他的工作. 1831年7月14日,伽罗瓦率众上街示威游行时,再次被捕,他被关押在圣佩拉吉监狱.他在狱中顽强地进行数学研究,一面修改他关于方程论的论文,研究椭圆函数,一面着手撰写将来出版他著作时的序言.1832年3月16日,由于宣布霍乱正在流行,伽罗瓦被转移到一家私人医院中服刑.他在那里陷入恋爱,后因爱情纠纷而卷入一场决斗. 4月29日,伽罗瓦获释.5月29日,即决斗的前一天,伽罗瓦给共和主义者的朋友们写了绝笔信.尤其在给A.舍瓦列耶(Cheralier)的信中,表明他在生命即将结束的时候,仍在整理、概述他的数学著作.第二天清晨,在冈提勒的葛拉塞尔湖附近,他与对手决斗,结果中弹致伤后被送进医院.1832年5月31日,这位未满21岁的数学家与世长辞了. 伽罗瓦最主要的成就是提出了群的概念,用群论彻底解决了代数方程的可解性问题.人们为了纪念他,把用群论的方法研究代数方程根式解的理论称之为伽罗瓦理论.它已成为近世代数学的最有生命力的一种理论. 群论起源于代数方程的研究,它是人们对代数方程求解问题逻辑考察的结果.对于方程论,拉格朗日有过卓越的概括.在1770年前后,他利用统一的方法(现在称为拉格朗日预解式方法),详细分析了二次、三次、四次方程的根式解法,提出了方程根的排列置换理论是解决问题的关键所在.他的方法对于求解低次方程卓有成效,但对一般的五次方程却没有任何明确的结果,致使他对高次方程的求解问题产生了怀疑.P.鲁菲尼(Ruffini)于1799年首次证明了高于四次的一般方程的不可解性,但其证明并不完善.在18241826年,阿贝尔修正了鲁菲尼证明中的缺陷,严格证明了一般的五次或五次以上的代数方程不可能有根式解.其间,高斯于1801年建立了分圆方程理论,解决了二项方程的可解性问题,这对于伽罗瓦理论的创立至关重要.1815年,柯西对于置换理论的发展做出了贡献.固然高于四次的一般方程不能有根式解,但是有些特殊类型的方程(如二项方程、阿贝尔方程割仍然可以用根式求解.因此,全面地刻画可用根式求解的代数方程的特性问题,乃是一个需要进一步解决的问题.伽罗瓦的理论正是在这样的背景上发展起来的. 伽罗瓦继承和发展了前人及同时代人的研究成果,融会贯通了各流派的数学思想,并且凭着他对近代数学概念特性的一种直觉,超越了他们.他系统地研究了方程根的排列置换的性质,首次定义了置换群的概念,他认为了解置换群是解决方程理论的关键.在1831年的论文中,伽罗瓦把具有封闭性的置换的集合称为群.当然,这只是抽象群的一条重要性质而已.群是近代数学中最重要的概念之一,它不仅对数学的许多分支有深刻的影响,而且在近代物理、化学中也有许多重要的作用.因此,群的概念需要以高度抽象的形式来表达.现在公认群是元素间存在二元运算(例如乘法)并具有下列四条性质的集合: (1)(封闭性)集合中任意两个元素的乘积仍属于该集合; (2)(结合性)乘法满足结合律,即(ab)c=a(bc); (3)(存在单位元)集合中存在单位元I,对集合中任意元素a满足Ia=aI=a; (4)(存在逆元)对集合中任一元素a,存在唯一元素a-1,使得a-1a=aa-1=I. 伽罗瓦是利用群论的方法解决代数方程可解性问题的.他注意到每个方程都可以与一个置换群联系起来,即与它的根之间的某些置换组成的群联系;现在称这种群为伽罗瓦群.对于任一个取有理数值的关于根的多项式函数,伽罗瓦群中的每个置换都使该函数的值不变.反过来,如果伽罗瓦群中的每个置换都使一个根的多项式函数的值不变,则这多项式函数的值是有理的.因此,一个方程的伽罗瓦群完全体现了它的根(整体)的对称性.伽罗瓦的思想方法大致是这样的:他将每个方程对应于一个域,即含有方程全部根的域(现在称之为方程的伽罗瓦域),这个域又对应一个群,即这个方程的伽罗瓦群.这样,他就把代数方程可解性问题转化为与方程相关的置换群及其子群性质的分析问题.这是伽罗瓦工作的重大突破. 具体说来,假设方程xn+a1xn-1+a1xn-2++an-1x+an=0的系数生成的域为F,E是方程的伽罗瓦域,它是将方程的根添加到F上所生成的域,现在称之为伽罗瓦扩张.让G表示方程的伽罗瓦群.这个方程是否可用根式求解的关键问题是:数域F是否可以经过有限次添加根式而扩张为根域E.也就是说是否存在有限多个中间域:F1,F1,,Fs-1,Fs=E,使F=F0F1F1Fs=E.其中每个Fi都是由Fi-1添加Fi-1中的数的根式所生成的扩域.不妨假定,F是含有这个方程的系数及1的各次方根的最小域,且每次所添加的根式均为素数次根.那么,这样的中间域Fi与Fi-1之间有何关系呢?伽罗瓦经过认真的研究,认为关键取决于使Fi-1保持不变的Fi的自同构变换群的结构.可以证明,这样的自同构群是素数阶的循环群,且阶数为 .域上的自同构群概念的引入,使域与群发生了联系.即建立了伽罗瓦域的子域与伽罗瓦群的子群之间的一一对应关系.事实上,保持F=F0的元素不动的E的每个自同构决定方程根的一个置换,它属于伽罗瓦群G;反之,G中每个置换引起E的一个自同构,它使F的元素不动.这样就建立了E的自同构群和方程的伽罗瓦群之间的同构.由此建立E的子域(包含F)和G的子群之间的一一对应:保持子域Fi元素不动的G中全部置换构成G的一个子群Gi,让Gi与Fi对应,而且反过来也可用Gi来刻划Fi,即Fi是E中对Gi的每个置换保持不动的元素全体. 伽罗瓦还利用方程根的n!值的线性系数(n表示方程根的个数)来定出方程的伽罗瓦群.虽然这种计算并非易事,但的确给出了计算伽罗瓦群的一种方法,而且伽罗瓦在这里给出了域扩张的本原元素的概念. 在代数方程可解性的研究中,伽罗瓦的主要思想是对给定方程的系数以及经过有限次扩张的中间域给出了一个群的序列,使得每个扩域相对应的群是它前一个域相应的群的子群.伽罗瓦基本定理就描述了中间域与伽罗瓦群的子群之间的对应关系.利用这种关系,可由群的性质描述域的性质;或由域的性质描述群的性质.因此,伽罗瓦的理论是域与群这两种代数结构综合的结果. 伽罗瓦的工作主要基于两篇论文关于方程根式解的条件和用根式求解的本原方程.这两篇论文于1846年由J.刘维尔(Liouille)编辑出版.此后,人们便开始介绍和评价伽罗瓦的工作,他的思想方法逐渐为人们所接受.在这些论文中,伽罗瓦将其理论应用于代数方程的可解性问题,由此引入了群论的一系列重要概念. 当伽罗瓦将二项方程作为预解方程研究时,他发现其相应的置换子群应是正规子群且指数为素数才行.正规子群概念的引入及其性质和作用的研究,是伽罗瓦工作的又一重大突破.属于伽罗瓦的另一个群论概念是两个群之间的同构.这是两个群的元素之间的一一对应,使得如果在第一个群中有ab=c,则对第二个群的对应元素,有ab=c.他还引进了单群和合成群的概念.一个没有正规子群的群是单群,否则是合成群.他表述了最小单群定理:阶是合成数的最小单群是60阶的群. 伽罗瓦还利用正规子群判别已知方程能否转化为低次方程的可解性问题.用现代语言可将他的思想方法描述如下:首先定义正规子群的概念,即群G的子群N叫做G的正规子群,是指对于每个 gG,g-1Ng=N;其次是寻找极大正规子群列,确定极大正规子群列的一系列合成因子.如果一个群所生成的全部合成因子都是素数,伽罗瓦就称这个群为可解的.他利用可解群的概念全面刻画了用根式解方程的特性,给出了判别方程可解性的准则:一个方程可用根式解的充要条件是这个方程的伽罗瓦群是可解群.虽然这一准则不能使一个确定方程的精确求解更为简单,但它确实提供了一些方法,可以用来得出低于五次的一般方程,以及二项方程和某些特殊类型方程的可解性的有关结果,还可以直接推导出高于四次的一般方程的不可解性.因为一般的n次方程的伽罗瓦群是n个文字的对称群Sn;当n>4时,n次交错群An是非交换的单群(不可解),An又是Sn的极大正规子群.由此可推出Sn是不可解的.既然对于所有这样的n值,都存在其Sn是伽罗瓦群的n次方程,所以一般的高于四次的方程不可能得到根式解. 在关于方程代数解法论文的分析中,伽罗瓦提出了一个重要定理(未加证明):一个素数次方程可用根式求解的充要条件是这个方程的每个根都是其中两个根的有理函数.伽罗瓦用它判别特殊类型方程的根式解问题.他所研究的这种方程,现在称之为伽罗瓦方程,是阿贝尔方程的推广.在数的理论一文中,伽罗瓦用现在所谓的伽罗瓦虚数对同余理论作了推广并将之应用于研究本原方程可用根式求解的情况.关于伽罗瓦虚数,在伽罗瓦之前只知道特征0的域,如有理数域、实数域、复数域等,伽罗瓦在这篇论文中给出了一类新的域,即伽罗瓦域,现在称为有限域,它们是素数特征的城.有限域在现在通讯中的重要作用是尽人皆知的. 伽罗瓦的数学遗作,首次(1846)发表在刘维尔主办的《纯粹与应用数学杂志》(Journal de Mathmatiques Pures et Appliques)上.1897年,E.皮卡(Picard)再次出版了《伽罗瓦数学手稿》(Ocuvres mathmatiques dEvariste Galois).之后,J.塔涅伊(Tannery)编辑的《伽罗瓦的手稿》(Manuscriste dEvariste Galo-is)于1908年正式出版.1962年,R.布尔哥涅(Bourgne)和J.P.阿兹拉(Azra)编辑出版了带有评论性的典型版本《伽罗瓦数学论文全集》(Ecrists et mmoires mathmatiques dEvaristeGalois),它汇集了伽罗瓦所有已发表的著作,以及绝大部分还保存的数学提纲、信件和原稿.这些史料证实了伽罗瓦的数学研究,与他对数学本质尤其对数学方法的追求、探索是密不可分的,展示了他对现代数学精神的远见卓识.从中精选出的有关数学观、方法论的原文,已成为当今研究的方向. 伽罗瓦不仅研究具体的数学问题,而且研究能概括这些具体成果并决定数学长期发展及人们思维方式转变的新理论群论.由此还发展了域论.D.希尔伯特(Hilbert)曾把伽罗瓦的理论称为一个明确的概念结构的建立.这种理论,对于近代数学、物理学、化学的发展,甚至对于20世纪结构主义哲学的产生和发展,都发生了巨大影响.正象E.T.贝尔(Bell)所说的:无论在什么地方,只要能应用群论,从一切纷乱混淆中立刻结晶出简洁与和谐,群的概念是近世科学思想的出色的新工具之一. 伽罗瓦还是头一位有意识地以结构研究代替计算的人.他使人们从偏重计算研究的思维方式转变为用结构观念研究的思维方式,他的理论是群与域这两种代数结构综合的结果.在他的论文序言部分明确表述了这种思想,他提出:使计算听命于自己的意志,把数学运算归类,学会按照难易程度,而不是按照它们的外部特征加以分类这就是我所理解的未来数学家的任务,这就是我所要走的道路.这种深邃的数学思想,已明显地具有现代数学的精神. 伽罗瓦把数学运算归类这句话,毫无疑问是指现在所谓群论.群的功能正是将所研究的对象进行分类,而不管研究对象本身及其运算的具体内容,它是在错综复杂的现象中探讨共同的结构.一般说来,一个抽象的集合不过是一组元素而已,无所谓结构,一旦引进了运算或变换就形成了结构;所形成的结构中必须包含着元素间的关系,这些关系通常是由运算或变换联系着的.把数学运算归类,而不是按照它们的外部特征加以分类,其思想实质是:数学由研究具体的数和形的外部特征转变成研究一般的、抽象的结构.伽罗瓦对代数结构的探索,深化了人们关于数学研究对象的认识按照这种观念,数学的研究对象不是孤立的量,而是数学的结构.从自发到自觉转变的意义上说,伽罗瓦已经处于近代数学的开端.他为19世纪数学家们提出的问题及任务,导致了公理方法的系统发展和代数基本结构的深入研究.因此,伽罗瓦是近世代数学的创始人. 伽罗瓦在数学上做出了巨大的贡献,他在数学观、认识论方面也有不少独立的见解.他认为科学是人类精神的产物,与其说是用来认识和发现真理,不如说是用来研究和探索真理.科学作为人类的事业,它始于任何一个抓住它的不足并重新整理它的人.伽罗瓦指出:科学通过一系列的结合而得到进展,在这些结合中,机会起着不小的作用,科学的生命是无原由的、没有计划的(盲目的),就像交错生长的矿物一样.在数学中,正像在所有的科学中一样,每个时代都会以某种方式提出当时存在的若干问题,其中有一些迫切的问题,它们把最聪慧的学者吸引在一起,这既不以任何个人的思想和意识为转移,也不受任何协议的支配.伽罗瓦向往着科学家之间的真诚合作,认为科学家不应比其余的人孤独,他们也属于特定时代,迟早要协同合作的. 伽罗瓦的奠基性工作及其思想中孕育的开创精神,并未得到他同时代人的充分赏识和理解,其原因不是人为的偏见,而是当时人们认识上的不足.直到伽罗瓦去世14年后的1846年,刘维尔编辑出版了他的部分文章;1866年,J.A.塞雷特(Serret)出版的《高等代数教程》(第三版)(Cours dalgbre superieure),澄清了伽罗瓦关于代数方程可解性理论的思想,建立了置换理论;1870年,C.若尔当(Jordan)出版的《置换和代数方程专论》(Traitdes substitutions et des quations algbriques),全面介绍了伽罗瓦的理论.从此,群论和伽罗瓦的全部工作才真正被归入数学的主流.伽岁瓦的理论导致了抽象代数学的兴起. 参考资料: 河北师范学院 邓明立
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由数学家陆家羲的不幸遭遇所想到的.
热度 1 初数爱好者李明 2008-10-19 14:05
悲哀啊!我去年在一本书里阅读我国数学家陆家羲的简介时 , 在旁边重重地写下了 ' 悲哀 ' 两字 , 并画了三个 ※ . 哎 !' 千里马常有 , 而伯乐不常有啊 !' 陆家羲的经历不禁令我想起挪威著名数学家阿贝尔( 1802-1927 ) . 阿贝尔幼年丧父,家境贫寒,但自幼酷爱数学 .1824 年,年仅 21 岁的阿贝尔严格地证明了一元五次及高于五次的方程通常没有根式解(这是困扰数学界 200 多年的难题) , 并进一步创立了群论(现代数学三大支柱之一); 1926 年,他写了一篇关于椭圆函数的论文(内含后来被称为阿贝尔大定理的结论),提交给法国科学院,然不为当时权威柯西和勒让德所重视 .1927 年,阿贝尔贫病交迫地回到了挪威,靠家教维持生计 . 1929 年 4 月 6 日 ,不满 27 岁的阿贝尔默默无闻地病逝了 .4 月 7 日 ,一封来自柏林大学的 邮给阿贝尔的教授聘任信刚刚从柏林送出 . 哎!这真是满腹经纶无人睬,却使苍天妒英才! 阿贝尔在短短 27 年的生命中,在数学上留下了许多光辉篇章。数学中以他的名字命名的概念、定理至少有十五个 . 法国著名数学家埃尔米特( e 是超越数的首位证明者)后来评价:阿贝尔留下的数学问题够后世数学家研究 150 年 . 历史是不会遗忘这位为数学献出青春、献出生命的数学家的 . 为纪念阿贝尔对数学做出的杰出贡献,为了弥补诺贝尔奖中未设数学奖的不足,为了促进数学的发展,挪威政府于 2001 年 9 月宣布,自 2003 年开始,每年一度对为数学作出杰出贡献的数学家颁发阿贝尔奖,奖金为 600 万挪威克郎(现约 80 万美元),该奖是继菲尔兹奖和沃尔夫奖之后设立的第三项国际性 数学大奖 . 尽管如此,我还是希望数学界乃至社会各界能给探究型和创新型人才多一些生前的人文关怀,不要再发生这种生前漠不关心,逝后为之扼腕的悲剧 .
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一个数学家的自白(转载)
jlpemail 2008-3-17 17:01
一个数学家的自白(ZT) 来源: http://wooce.sharera.com/blog/BlogTopic/34748.htm 一个数学家的辨白 [英]GH哈代 假如真的能把我的雕像塑在伦敦纪念碑上的话,我是希望这座碑高耸入云,以至人们见不到雕像呢,还是希望纪念碑矮得可以使人们对雕像一目了然呢?我会选择前一种,而斯诺博士可能会选择后一种。 序言 我感谢CD布劳德(Broad)教授和CP斯诺博士对我提出的许多宝贵的批评。他们读过我的初稿。我已将他们提出的所有建议的内容实质差不多都写入了我的书中,同时删除了许多生硬晦涩的词语。 但是有一种情况我是以不同的方式处理的,那就是28。这一章节是在我的一篇短文的基础上撰写的。那篇短论文是在年初我投稿到《我发现了》(此杂志是由剑桥阿基米德协会主办的学术刊物)的。对这篇不久前我曾以非常认真的态度写出的东西加以修改,我的确感到为难。再说,假如真要我设法接受这些批评(即严肃地看待这些重要的评论),那我就只得将这章节大大扩展,直至完全破坏这篇论文,使其面目全非。鉴于此,我就没改动它,而是把批评家对我论文所作的评论的要点之简述以脚注的形式加在文章最后。 GH哈代 1940年7月l8日 前言 这是一个极平常的基督学院高桌晚餐①,哈代应邀做客,他刚刚作为萨德莱里恩(Sadleirian)讲座教授回到剑桥。在这之前我已经从剑桥年轻一辈数学家那里听到一些他的故事,他们对哈代回来都感到非常高兴,称他是一位真正的数学家。与物理学家们常挂在嘴上的迪拉克(Dirac)和玻尔等人不同,哈代是最纯正的,他超凡脱俗,举止诡异,思想激进,而且对于任何事物急于表达自己的见解。那是193l年的事,当时英语中还不流行以上用语,但人们会笼统地说他才智出众。 顺着桌子看过去,我仔细地打量着哈代:他看上去五十出头,头发已灰白,皮肤上太阳斑很深,呈现出印第安人的青铜色。他的脸长得很俊秀高高的颧骨,细鼻梁,高傲而威严,但娱乐时会像顽童般捧腹大笑。他有一对深棕色的眼睛,明亮如少女这种眼睛在思维敏捷的人中很少见。那时剑桥有很多杰出的人,我当时想,即使如此,哈代也是最出众的。 我不记得他当时的穿着。在他的长黑袍②里面很可能是一件运动衣和法兰绒长裤。与爱因斯坦一样,他穿着总以舒适为原则;但与爱因斯坦不同的是,他会变换便服款式,穿起昂贵的丝质衬衫。 晚餐后我们坐在休息室的桌子边喝葡萄酒时,有人告诉我说,哈代想跟我谈谈板球。我一年前负责板球队,但基督学院当时很小,即使是初级队员的角色也很快确定了。我被带到哈代身边坐下,没有人将我介绍给他。如我后来所发现的那样,在所有正式场合,他都腼腆而害羞,害怕被介绍给人。他点点头,似乎是意识到了我的存在,然后,在没有任何开场白的情况下,开始问我: 我想你应该对板球有所了解,是吗?是的,我回答,我知道一点。 他立刻严肃地考问我玩过板球吗?是什么风格的球员?我猜测他是因为害怕与人打交道才选择了学术界,这一圈子的人都献身于研究而从不娱乐。我煞有介事地炫耀着自己。他显示出不完全相信我的回答,接下去提出了一些战术问题:一年前(1930年)的最后一场比赛我该选谁来当队长?如果入选队员认为我可以挽救英格兰队,那么我应该采取什么战略和战术呢?(如果你很谦虚,你可以作为非上场队长来回答。)如此等等,全然不理会桌上其余的人。他完全入迷了。 正如我后来从无数次观察中所发现的那样,哈代无论是对自己还是其他人都不轻信表面印象。按哈代的观点,了解一个人的惟一方法是考试,无论是数学、文学、哲学,还是政治无一例外。如果谁被考问难住了,其水平也就可以确定了。在哈代那聪明、高效率的头脑中,所有的事情都是有条不紊的。 那天晚上在休息室里,哈代一定要弄清我是否是一名还过得去的板球运动员,别的他什么也不关心。最后他像孩子般地坦然笑了:通过我们之间的交谈,他充满了信心,毕竟菲南尔球场(学校的板球场)下一季度可以利用起来了。 正如我与劳合-乔治(LloydGeorge)的相识应该归功于他对颅相学的爱好一样,我与哈代的友谊应归功于我花了太多的青春在板球上,我不知其教益所在,但他给我带来了好运,这是我一生中与知识分子的最珍贵的友谊。正如我刚才所提到的,他的头脑聪明而高效,以至于在他的眼中,其他人似乎都显得有点糊涂、平淡和慌乱。他不是爱因斯坦或拉瑟福德(Rutherford)那样的大天才,凭着他一向清晰的头脑,他说,天才一词他无论如何配不上,充其量他也只在一个短时期内可称得上世界上第五位最纯正的数学家。他的人品如他的头脑一样绝妙、坦率,他总是宣传说,他的朋友和合作者利特伍德(Littlewood)是比他更有才华的数学家,他的门徒拉曼纽扬(Ramanujan)才真正具有一个大数学家所具有的天才素质(尽管是狭义的,但并不需要精确定义)。 当哈代谈到这些朋友的时候,大家都认为他低估了自己。的确,他人品高尚,从无忌妒之心;但是我认为如果谁不接受他对自己的评价,谁就误解了他的品质。我倾向于相信他在《一个数学家的辩白》中的论点,即既谦虚又自负:当我失望地却又不得不听那些浮夸而令人厌倦的谈话时,我就会对自己说:我做了一件你从未曾做过的事,那就是与利特伍德和拉曼纽扬在某种平等条件下的合作。 无论如何,哈代在数学界的排名只能留给数学史专家了(尽管这是不可能的,因为他的许多优秀的研究都是与人合作的)。但有一点,哈代比爱因斯坦、拉瑟福德或其他任何大天才都要杰出,那就是任何脑力工作,重要的、不重要的或十足的游戏,他都可以使其成为艺术。我认为,正是上帝恩赐给他的这一天赋,才给了他从事脑力工作的乐趣,尽管哈代本人可能没有意识到这一点。当《一个数学家的辩白》第一次出版时,格雷厄姆格林(GrahamGreene)在一篇书评中写到,本书及其亨利詹姆斯的注解是对一个具有创造性的艺术家的素质的最精彩的描述。回忆一下哈代对所有他周围人的影响,我相信这是千真万确的。 哈代于1877年出生于一个中层职员家庭。父亲是肯兰莱学校的会计和美术教师,后来就职于一所不大的私立学校;母亲是林肯教师进修学院的教师,双亲都很有才华,特别是具有较高的数学素养。生在这样的家庭,哈代自然遗传了很多数学基因。与爱因斯坦不同的是,他在孩提时代就表现出超人的数学天赋:还在哑哑学语的时候就有极高的智商(I.Q.);两小时就可以写出亿位数;去教堂做礼拜时,他把圣歌中的数字进行因数分解,以此为乐。从那时起他就喜欢与数字打交道,这一嗜好导致了后来发生在拉曼纽扬病床上的传奇故事。尽管这一故事已众所周知,但我不得不再次重述。 孩提时代的哈代受到良好的启蒙教育,受维多利亚文化的熏陶很深。他的父母似乎有点守旧,但非常善良。能在这样一个维多利亚家庭中度过童年,无疑他是非常幸运的,尽管智力教育受到过分的苛求。他有两个与众不同之处。首先,他很小(不到12岁)就有极高的自性。他的父母知道他聪颖过人,而他也的确如此,在班上他所有课程都名列第一,但由此也带来他最厌倦的事情:他必须站到台前接受颁奖。有一次我们共进晚餐时,他对我说,他常常试图故意做错答案,以免受这种无法忍受的折磨,但这种蓄谋的错误总是太小,每次他还是不得不去领奖。 年龄稍大一点,他的自觉意识有所丧失,变得极具挑战性。正如他在《一个数学家的辩白》中所言,我不记得在孩提时代对数学有过强烈的爱好,这种数学家的素质我也许具备,但我并不觉得十分惊人。我对数学的兴趣是基于应付考试和争取奖学金的需要:我必须战胜其他同学!这似乎成了我决策的动力。遗憾的是,他不得不生活在过于棘手的世界中,他的脸皮太薄,不能有效地保护自己,因而不得不努力强化自我意识,但后来他有时又犯一意孤行的毛病;另一方面,这也使他坦率正直,勇于反省,能够用肯定、简洁的语言作出自我评价,这些与爱因斯坦截然不同。爱因斯坦常常不得不抑制自我意识,使自己保持理智状态来研究外面的世界。 我相信这种矛盾或紧张的性格是导致他行为古怪反常的原因。他是典型的反自恋主义者,他不能忍受被人拍照。据我所知,他一生只照过五次快照。他的房间不能有任何能照得见人的玻璃,连剃须用的镜子也不例外。他住进旅馆的第一件事就是用毛巾把所有的镜子都罩起来。这种行为即使对一个长相古怪的人也属反常,何况他相貌比普通人都漂亮,这种举动更显得古怪。当然,自恋与反自恋都无法改变自己在外人眼中的相貌。 这一行为看起来有些古怪,实际上也确实如此。不过,他与爱因斯坦确有一些差异。与爱因斯坦相处很久的人如因菲尔德(Infeld)发现与爱因斯坦相处时间越长,越感到爱因斯坦古怪,我确信我也会有同感。而哈代则相反,他的行为之古怪也与众不同,似乎是某一类上层建筑导致了这种性格。但这种性格与常人仍有类同之处,只是他更加怪癖一些。 儿童时代哈代的另一与众不同之处是更加务实,他要除去一生中所有事业上的障碍。哈代凭着他对数学无限的忠贞、执著,无人可以与他相提并论。他知道特权的优越性,也知道他曾经拥有它。他的家庭并不富裕,仅靠教师的微薄收入,但他受到了19世纪英格兰最好的教育。这种特殊的精神财富在这个国家永远比其他财富更有意义。奖学金总是为杰出者而设的,关键是如何赢得它,小哈代连微小的失去奖学金的几率也没有尽管有不少小威尔斯(Wells)或小爱因斯坦。从12岁起他就不得不参与竞争,他的天才也受到了人们的关注。 事实上,由于他在肯兰莱时数学上取得的一些成绩,12岁那年他在温切斯特获得了一个奖学金。温切斯特在当时及后来相当长一段时间内是英格兰数学方面最好的学校。(附带说一下,人们会惊讶现在是否还有哪所学校能如此灵活?)他一年级在那里学习数学,他的成绩是拔尖的。后来,他承认当时在那里受到了极好的教育,但学习是被迫的。他不喜欢这所学校,但喜欢它所开设的课程。与所有公立的维多利亚学校一样,温切斯特非常简陋,有一年冬天他差一点送了命。他羡慕寄住在别人家的利特伍德,他是圣保罗学校的走读生,也羡慕在其他制度较松的普通学校的朋友们。他离开温切斯特以后再也没有走进那所学校。庆幸的是他终于离开了它,走上了正确的人生路,申请到了三一学院的公开奖学金。 他对温切斯特有一种奇特的怨情:他天生是一个球类运动员,有一双光彩夺目的眼睛。50岁时他常常能够打败大学网球亚军,60岁时我还看见他在板球场上令人吃惊地击球。遗憾的是,他在温切斯特从未受过正规训练,他的打球方法不大正确。他觉得,如果能够受到正规训练的话,他一定会成为一个优秀的板球击球手,即使不是一流的,也不会差很远。就像他对自己的所有评价一样,我相信他的话非常正确。奇怪的是,维多利亚高级比赛居然漏选了这样一位天才选手。我猜想无人会想到应在高级学者中寻找运动选手,这是多幼稚、愚蠢而又保守的想法。 对于他那个时代来说,一个温切斯特学院的毕业生进入新学院是很自然的,这对他的学术生涯不应该产生明显的影响(尽管他一直对牛津比剑桥更钟爱一些,他如果在牛津呆一辈子,我们中的有些人就会失去结识他的机会)。但他决定进三一学院,其理由被他在《一个数学家的辩白》中幽默而不加掩饰地解释为:我的思想发生变化是在我15岁的时候(这种变化方式很特别)。有一本名叫《三一学院的一个年轻人》的书,署名为阿伦圣奥宾(实际上是弗朗西丝马歇尔夫人),是一套有关剑桥生活丛书中的一本书中有两名主人公,第一主人公叫弗劳尔斯,他几乎是完美的化身;第二主人公布朗很有些女人气质。弗劳尔斯和布朗在大学生活中遇到很多妨碍学习的情况弗劳尔斯摆脱了所有这些麻烦,成为数学学位考试的第二名和年级第一名,自然得到了一个奖学金(正如我当时所假设的那样)。而布朗则失败了,辜负了父母的期望,开始酗酒。有一次,在暴风雨中他处于醉酒后的狂乱状态,被牧师的祷文拯救出来。他连普通学位都难以拿到,最后成为一名传教士。这些不愉快的事 情并没有影响他们间的友谊,当布朗第一次在高级职员休息室里喝着葡萄酒、吃着核桃仁的时候,弗劳尔斯对他的行为大惑不解,们却充满着爱怜之情。 现在弗劳尔斯是一个非常正直的研究员(迄今为止阿伦圣奥宾所能找到的一个),然而,就连我这个思想单纯的人也不认为他是聪明人。如果他能作出这些成绩,我为什么不能?给我印象最深的是休息室的最后一幕,它使我着了迷,从那时起,直到我得到三一研究基金为止,对我来说,数学就等同于三一研究基金。 22岁时,他在剑桥数学荣誉学位第二部分考试中荣获第一名,并得到了三一研究基金。在耶期间,有两个小插曲。一个是宗教方面的,表现为高素质的维多利亚处理方法。哈代决定我认为他在离开温切斯特以前就有此念头不相信上帝。对于他来说,这是一个黑门分明的决定,如他脑海里的所有其他概念一样明确。礼拜仪式在三一学垸是强制性的。毫无疑问,哈代以他特有的迟疑的口吻告诉教长说,他不能虔诚地参加礼拜。教长是个自命不凡的小官吏,坚持要哈代写信告诉他的父母。教长知道他的父母是正统的宗教信徒,而哈代更加清楚,这一消息会使他父母非常痛苦对于70年后的我们是无法想象这一痛苦的。 哈代与他的良心抗争着,他不能世俗地放弃这一决定。他甚至不善处世到这种程度:去求教于一些老于世故的人,诸如乔治特里维廉(GeorgeTrevelyan)和德斯蒙德麦卡锡(DesmondMacCarthy)等,他认为他们会知道怎样处理这类事,这是有一天下午在菲南尔球场他抱怨此事时告诉我的。最后他终于给父母写了信。部分是由于这件事,他对宗教一直持怀疑态度,并愈来愈甚:他拒绝参加任何学院的礼拜,即使是正式公务(如选举院长),他也不迁就。他的朋友中也有牧师、教士,但上帝是他的敌人。所有这些有一个19世纪的声音在说:或许有谁错了,但对于哈代,不要用他的话反驳他。 他仍然大吵大闹地嬉戏。记得在30年代的一天,我看见他正为一个小的胜利而得意。故事发生在贵族学院举行的一场比赛,绅士队对公子队。这是早上的一场比赛,太阳正照在屋顶上。有一个面对着托儿所顶端的击球手抱怨说,不知从哪儿来的反光照花了他的双眼。裁判员疑惑地四处寻找反光源:汽车?不。窗户?场地的那一端一个窗户也没有。最后,带着胜利的喜悦,一个裁判终于找到了反光源反光来自于一个高大的牧师胸前佩戴的一个大十字架。裁判彬彬有礼地要他摘掉十字架,哈代在一旁魔鬼般地笑弯了腰。午饭时,他顾不上吃饭,忙着给他的教士朋友写明信片(明信片和电报是他最喜爱的通信方式)。 在与上帝及其代理人的战斗中,胜利并不总是属于哈代。大约在同一时期,五月的一个安静而可爱的傍晚,在菲南尔球场,6点钟的报时乐声穿过大地。真不幸,哈代简洁地说,我生活中一部分最快乐的时光在罗马天主教堂的钟声中度过了。 他大学期间的第二个小烦恼是学术上的。自从牛顿以后,在整个土9世纪,剑桥就被旧的数学荣誉学位考试制度所控制。英国人在考试竞争中总是比其他国家的人更有优势(也许除了中国人以外)。这些考试的设立是基于传统的评判标准,在考试形式上明显地显示出呆板。附带说一句,现在这种现象依然存在。当然,数学荣誉学位考试的荣耀是不可否认的。考试题目机械地看很难但不幸的是,无法通过考试来发现考生的数学想象力、洞察力或作为一个有创造性的数学家所应具备的其他素质。考试优胜者(英文为Wtanglers,数学学位考试一等荣誉学位获得者,这一术语仍沿用至今)是基于考试成绩,并严格按分数次序选拔的。如果某人的成绩为最优名列一等第一名的话,学院会举行庆祝活动,一二名或第三名立即被选为研究员。 这些都遵循着英国传统的习惯。它只有一个缺点,正如哈代以他敏锐的洞察力所指出的。当他成为一个著名的数学家后不久,他与他坚定的伙伴利特伍德一起致力于废除这一制度时就指出了这一缺点:它使英国严肃的数学一百多年来一直停滞不前。 哈代来到三一学院的第一学期还能跟上这一体系。他被训练为一匹赛马,在数学题目的领域里赛跑,还在19岁时,他就知道这是毫无意义的。他被送到一个有名的教师那里学习,多数有潜力成为数学学位考试最优名列一等第一名的考生都被送到他那儿。这个教师知道所有考生的障碍,知道所有考官的出题风格,而对于课程本身并不感兴趣。对于这种体系,要是换上年轻的爱因斯坦就一定会反抗:要么离开剑桥,要么在以后的三年里根本不做正规作业。但哈代生在更守旧的英国环境中(有优点,也有缺点)。在考虑更换为历史专业时,他想到了找一个真正的数学家来教他。哈代在《一个数学家的辩白》中对他深表称颂:我的眼界最初是由乐甫(Love)教授打开的,他只教了我几学期,却使我对分析的严谨概念有了最初的了解。我从乐甫教授那儿获益最大的是他建议我读乔丹(Jordan)著名的《分析教程》(乐甫教授毕竟首先是一名应用数学家),我永远也不会忘记这部著作所给予我的震撼,不会忘记那本书对我这一代数学工作者的激励。读了这部著作,我第一次懂得了数学的真谛;也是从那时起,我走上了一个真正的数学家的道路,对数学树立了正确的目标,产生了真诚的激情。 1898年,他在数学学位考试中获得第四名。他常常承认,这一结果当时使他有点恼怒.他是一个很有潜力的竞争者,尽管这种考试很荒谬,但他认为冠军应该属于他。1900年,他参加了数学荣誉学位第二部分考试,这是更权威的考试,他取得了应该属于他的好成绩,并获得奖学金。 从那时起,他的前途实际上就注定了。他很清楚他的目标是要把严密性引入英国的数学分析中。他没有偏离他认为是生活中最大的永久的快乐的研究。不用担心他应该做什么,无论是他自己还是别人对他的聪明才智都深信不疑。他23岁就被选人皇家学会。 哈代是那个时代的幸?儿:他不用思虑自己的前?,从23岁起他就拥有一个男人所需要的安逸,也有足够花的钱。在20世纪初,三一学院的单身教师是很惬意的,但哈代用钱很谨慎,不得已的钱他才花(有时是特殊的目的,如50英里的的士费);可花可不花的钱,无论世俗舆论如何,他也绝不会花。他只做他愿意做的事,放纵自己的怪僻。他生活在世界上最优秀的知识分子圈子中GE摩尔、怀特海、罗素、特里维廉以及三一学院的高级圈子,艺术家布卢姆斯伯里(B1oomsbury)也很快加入了三一学术圈(实际上,哈代很早就与布卢姆斯伯里私交甚好,兴趣相投)。在这个杰出人物的圈子中,哈代是最卓越的青年人之一,并且,在非正式场合,他最无拘无束。 现在我可以告诉你我后面要说的内容:哈代一直到老都保持着一个才华横溢的青年人的生活热忱和精神境界,娱乐、兴趣也都保持着一个剑桥年轻教师的热情。但是,与许多直到60岁还保持青春活力的老年人一样,他晚年的最后几年终究失去了这种活力。 当然,哈代大多数时候比我们大多数人都要快乐。他的朋友广泛得令人吃惊,这些朋友都必须通过他的私人考试:他们必须具备他称之为螺旋的素质(这是一个板球术语,只可意会不可言传:它暗喻某种婉转或精明的处事方法。对于当今社会名流,麦克米伦和肯尼迪可以打高分,而丘吉尔和艾森豪威尔则不及格)。但他很宽容、诚实、生气勃勃,含蓄地溺爱着他的朋友们。有一天早上我不得已去看他。早上一直是他做数学研究的保留时间,他正坐在书桌前,用一手俊秀的字体写着什么。我低声说了一些陈腐的客套话,希望我没有打扰他。他突然明白了我的意思,露出诡秘的笑容说:就像你应该已注意到的,答案是你打扰了我。当然,我通常很高兴见到你,16年来,我们彼此非常了解,他从未说过比这更动感情的话,除了在他临终时他说盼望我再来看他以外。 我相信他的大多数好朋友都与我有同感。但是在他一生中,也有过二三次另一种朋友关系,这种关系只是强烈的、吸引人的感情,是崇高的而非肉体的。我知道的一次是为一个小伙子,这个小伙子的性格与他自己一样脆弱。我相信其他几次也一样,尽管只是偶尔从他的谈话中捕捉到的几句信息。对于许多像我这一代人来说,这种关系既不满足也不可能实现,而且,除非认为这是想当然的,谁也不会理解哈代这样的人的气质(这种人很少,但也不像犀牛那么稀少),即使是他那个时代的剑桥人。他没有得到应有的满足,我们大多数人也无法帮助他得到这种满足。他知道自己与众不同,但这并没有使他感到不快。他的精神世界是他自己的,且非常富有。不幸的事最后发生了:除了他忠诚的妹妹以外,再也无人接近他。他在《一个数学家的辩白》(除了它所有高尚的精神以外,此书是一本令人绝望的悲哀的书)中带着讥讽的禁欲主义观点说,一个创造性的人已经失去了创造的能力和欲望,这的确很令人惋惜,但在这种情况下,他已不在乎任何事情,所以为他操心是愚蠢的。这就是他处理数学以外的个人生活的态度,只有数学才是他存在的理由。在与他交往时很容易忘记这些,就像在爱因斯坦的伦理感情中很容易忘掉他存在的正当理由是寻求物理定律一样。但他们两人从来没有忘记一点,这就是他们生活的核心所在,从年轻开始一直到死。 与爱因斯坦不同,哈代没有很快使自己闻名。他于19001911年发表的早期文章很有分量,足以使他进入皇家学会,赢得国际声望,但他并不看重这些。这不是虚伪的谦虚,而是大师的英明判断:他知道哪些工作有价值,哪些工作无价值。 1911年他开始了与利特伍德35年的合作,1913年他发现了拉曼纽扬,又开始了另一次合作。他的主要工作都是在这两人合作下进行的,多数是与利特伍德合作,这是数学史上最著名的合作。据我所知,迄今为止还没有任何一个科学,或其他领域的创造性活动像他们这么成功。他们合作发表了近一百篇文章,很多都是布拉德曼级(Bradmanclass)的。在哈代的晚年,与他接触不多、也很少打板球的数学家们坚持对哈代的最高评价是霍布斯级(Hobbsclass),其实不然。这很勉强,刚好他的宠物也叫霍布斯,他不得不更改荣誉的次序。我曾经收到他一张明信片,大约是1938年的,上面写道:布拉德曼级超过了古往今来所有的击球手,如果阿基米德、牛顿和高斯仍在霍布斯级的话,我必须承认超过他们的可能性。这一等级我很难想象,最好从现在起进入布拉德曼级。 对于整整一代人来说,哈代-利特伍德主宰了英国的纯数学,也在很大程度上上宰了世界的纯数学。数学家们告诉我,他们在多大程度上改变了数学分析的发展进程现在还很难说,也很难预料在今后的l00年中他们的上作有多大的影响,但其不朽的价值是毫无疑问的。 正如我前面所说的,他们的合作一直是最伟大的,但是没有人知道他们是如何合作的,除非利特伍德告诉我们,否则无人会知晓。我已经提到过哈代对利特伍德的评价:他是两个合作者中能力更强的一个。哈代曾经写道,他知道没有其他人能够拥有这样的心灵、技术和才智的合作。利特伍德一直是一个比哈代更平常的人,他与哈代一样风趣,但似乎比哈代社会经验更丰富一些,他从不像哈代那样擅长于精妙的学术宣传,所以很少在学术圈的中心出现。这导致欧洲数学家们开玩笑说,哈代创造了利特伍德,以便在他们的某一定理证明有误时替哈代受过。实际上,利特伍德的个性至少与哈代一样倔强。 从表面上看,他们两人都不像是容易合作的伙伴,很难想象最初是谁先提出合作建议的。当然他们当中必定有一人先提出来,但没有人能够看出他们是如何安排的。他们合作的大部分时间并不在同一大学,据报道,哈拉尔德玻尔(HaraldBohr)(尼尔斯玻尔的弟弟,他本人是一个优秀的数学家)曾说他们合作的一个原则是:如果一人写信给另一人,收信人没有任何义务回复,甚至可以拒不拆信。 对此我无法作任何评论。多年来,哈代与我的谈话涉及到几乎所有能想象得到的方面,除了合作。当然,他曾经说这是他的创造生涯中很幸运的事情,他提起利特伍德时用词与我前面所描述的一样,但他从不暗示他们的合作细节。我对数学懂得不多,无法理解他们的文章,但我学会了他们的一些语言。如果他无意中说出了任何有关他们合作的方法,我想我绝不会漏掉它们。我可以很肯定地说,秘密对他来说并非独特,但对大多数人来说似乎至关重要在于深思熟虑。 关于他发现拉曼纽扬,根本无秘密可言。他曾写道,这是他生活中一个传奇的小故事。无论如何,这是一个令人钦佩的故事,一个几乎让所有人(只有两个例外)信任的故事。1913年初的一个早上,在他早餐桌上的一大堆信件中,他发现了一个污皱的大信封,上面盖有印度邮戳。打开信封,里面有几页陈旧的纸,字迹不像英国人的手笔,满页都是符号。他浏览了一下信,无动于衷。这时他36岁,已经是世界著名的数学家,他发现著名的数学家们常常会碰到一些狂热者,他已经习惯于收到陌生人的手稿:证明金字塔的智慧预言,犹太长老的启示,或培根设在被认为是莎士比亚的作品中的密码。 所以,哈代对此比任何事都感到厌烦。他浏览了一下信,信是用不通顺的英语写的,署名为一个不认识的印度人。信中要求哈代对这些数学发现发表自己的观点。手稿上似乎都是定理,多数看起来杂乱无章或异想天开,有一两个已经是众所周知的,看上去却像是他刚发现的,没有任何证明。哈代不仅感到厌烦,而且恼怒,这看起来像一个荒谬的欺诈行为。他把信稿丢到一边,继续他一天的日常工作程序。他一生中一直都没改变这一程序,所以也许有必要重述它:早餐时他先阅读《泰晤士报》,如果有澳大利亚板球赛事的话,他会最先看此消息,并用心揣摩。 哈代的一位朋友梅纳德凯恩斯(MaynardKeynes)也是数学大师,有一次曾数落哈代:假如哈代每天花半小时像关注板球赛事那样研究股票市场行情,他早就轻而易举发财了。 然而,从上午9点到下午1点,除非有课,他都倾心于数学研究。他常常说,对于一个数学家来说,每天四小时创造性的工作差不多是极限。午餐在餐厅,他吃得很少。午饭后,他慢跑到学校网球场打一下网球(如果在夏天,他会散步到菲南尔球场看板球),然后再溜达回他的房间。那一天,尽管程序没有改变,但内在进展与预料的有差异。打完球后回来,他的脑子不断被那份印度手稿所困扰:杂乱的定理,他以前从未见过也未想象过的定理,一个欺诈天才?这个问题盘旋在他的脑海中。因为是哈代的脑袋,这个问题特别简练而清楚:写信人作为一个欺诈天才比一个未发现的数学天才可能性更大吗?显然,答案是否定的。回到三一学院的房间后,他又看了一下信稿,并带信给利特伍德(可能是由信使传的信,但肯定不是打电话,因为他对电话就像对所有的机械装置包括自来水笔一样,十分不信任),说吃完饭后他们必须讨论一下。 吃完饭后,通常有片刻休息,哈代喜欢来一葡萄酒。但是,除了阿伦圣奥宾的狂乐曾唤起他富有青春活力的想象外,他发现自己并不是真的喜欢逗留在休息室里吃水果、喝葡萄酒。但利特伍德喜欢这种场合,所以他们在休息室休息了一会儿。约9点钟时,他们准时回到了哈代的房间,摊开信稿。 我真希望当时能在场目睹他们的讨论:哈代,集清醒、理智、高傲于一身(他很英国化,但争论时显示出拉丁人独特的性格);利特伍德,富于想象、活力、幽默,显然讨论没有花太长时间,午夜12点以前,他们就肯定地认为,手稿的作者是个天才。这是那晚他们所能作的最肯定的判断,只是在后来哈代断定拉曼纽扬在自然数学天才中,本可与高斯和欧拉相提并论,但由于他受教育的欠缺,加之他在数学历史舞台出世太晚,不可能作出像高斯和欧拉那么重大的贡献。 凡事说起来容易,上述判断应该早有大数学家们得出来了,但我要提到,有两个没在故事中出现的人物是不值得称赞的。出于骑士气质,哈代在所有关于拉曼纽扬的谈话和文章中都隐瞒了这一点。这两个人已经死了好多年了,所以现在是说出真相的时候了:很简单,哈代不是第一个收到拉曼纽扬的手稿的著名数学家,在这之前还有两位,都是英国人,学术声望极高,他们都把手稿退了回去,没有任何评论。拉曼纽扬出名以后,我想历史不会记载他们所说的任何话,如果有谁知道了这些也会对他们暗表同情。 第二天哈代就开始行动起来,他认为必须把拉曼纽扬带到英国来。经费不是一个主要问题,三一学院对支持非正统的天才有很好的政策学院几年后对卡皮查(Kapitsa)也做了同样的支持一旦哈代做了决定,人事机构就无法阻挡拉曼纽扬,但是他们需要某些非人事方面的支持。 后来才知道拉曼纽扬是马德拉斯的一个穷职员,与妻子住在一起,一年只有20镑的收入。他是一个婆罗门教徒,通常严格按宗教仪式办事,他母亲则更加严格,他似乎不可能打破禁规越洋过海。幸好他母亲最崇拜纳马卡尔(Namakkal)女神,一天早上,拉曼纽扬的母亲宣布了一个惊人的消息:她头天晚上做了一个梦,梦中她看见她儿子在一个大礼堂里坐在一群欧洲人中间,纳马卡尔女神命令她不要阻挡她儿子为实现他的人生目标所作的奋斗。为拉曼纽扬写传记的印度作家说,这使所有关心他的人吃惊。 1914年拉曼纽扬到达英国。以下是哈代对拉曼纽扬的考察结果(尽管在这方面我不能相信他的洞察力):虽然冲破等级禁锢非常困难,拉曼纽扬并不信奉神学教条,除了一点模糊的行善行为以外,不比哈代更虔诚。但他肯定相信宗教仪式,当他就职于三一学院时他在四年内成为该学院的研究员根本没有阿伦圣奥宾的享乐,哈代常常发现他举行仪式般地换上伊斯兰教徒穿的宽松裤,在他自己的房间里非常蹩脚地炒素菜。 他们的合作是一个神奇的动人故事。哈代没有忘记他是在面对一个天才,但这个天才即使在数学方面也几乎没受到正规训练。拉曼纽扬没能进人马德拉斯大学是因为他英语没通过入学考试。按哈代的说法,这位印度人总是和蔼可亲,性情很好。但可以肯定,他对哈代超出数学范围的谈话几乎不懂。他听哈代说话时似乎总带着耐心的微笑,面容友善、亲切,但即使是谈论数学,由于他们受教育程度不同,用词也就有差异。拉曼纽扬是自学的,他对现代学术意义上的严谨一无所知,在某种程度上他不知道什么叫证明。有一次哈代喝醉酒以后曾经写道,如果拉曼纽扬能受到更好的教育,将少一点拉曼纽扬的特性。当他清醒以后,他说那些话是胡说,应该说如果拉曼纽扬受到了更好的教育,他将会比现在更出色。实际上,尽管拉曼纽扬已是温切斯特奖学金候选人,哈代还是不得不对他进行一些正规的数学教育。哈代说这是拉曼纽扬生活中最独一无二的经历:对于一个对数学有最深刻的洞察力、但从没有从正规书本上接触过大多数内容的人来说,现代数学看起来像什么呢? 无论怎样,他们合作发表了最高档次的五篇文章,哈代在文章中显示出极高的独创性(他们合作的细节比哈代一利特伍德合作更为人知一些)。慷慨和想象在这一次完全得到回报。 这是一个进取向上的故事,一旦有了好的开端,就会继续取得更大的成功。值得记住的是,英国给了拉曼纽扬可能给的最高荣誉:皇家学会在他30岁时选他为院士(对一个数学家来说,是非常年轻的),三一学院也在同一年选他为研究员,他是一人获得这两个称号的第一个印度人。对此他很感激,但不久他就病了。在战争年代,要把他转到一个气候较好的地方是很困难的。 当拉曼纽扬病重躺在普特尼的医院时,哈代常常去看他。正是在哈代探视他的一次途中发生了出租马车车号的小故事。哈代到普特尼乘的是出租马车,这是他经常选择的交通工具。哈代每次走进拉曼纽扬的病房时,总不善于恰当地开始谈话。这次他可能一句问候语也没有,第一句话就是:我想我的出租马车车号是1729,这对我来说似乎是一个很不吉利的数字。拉曼纽扬回答道:不,哈代!不,哈代!这是一个很有趣的数,它是能够以两种方式表达为两个立方数的和的最小数。 这件事是哈代所记载的,一定是准确的。哈代是最诚实的人,而且,可能还没有人发现这个数的奥秘。 拉曼纽扬在战后两年回到马德拉斯后死于肺结核。正如哈代在《一个数学家的辩白》中所写的,在他的数学家名单中:伽罗瓦(Galois)21岁去世,阿贝尔(Abel)27岁去世,拉纽扬33岁去世,黎曼40岁我不知道有哪一个重要的数学进展是由一个年过半百的人创始的。 如果没有与拉曼纽扬的合作,19141918年的战争对哈代的创伤会更重。尽管如此,它仍然给哈代留下了一个伤口,且这个伤口在二次大战中又被破开了。他一生都持激进观点,他的激进主义似乎染上了世纪转折期的启蒙色彩,对我们这一代人来说,有时就像呼吸了更轻柔、纯真的空气,而我们并未察觉。 与他的爱德华七世时代的知识界朋友一样,他对德国有强烈的感情。德国毕竟是19世纪的教育先驱,向东欧、俄国、美国等国家传授了研究风气。其实,哈代很少研究德国文学或德国哲学,他的品味太古典。但在很多方面,他认为德国文化,包括社会福利制度,比他自己的国家更发达。 与爱因斯坦不同,哈代对威廉统治下的德国的亲身感受不多,而爱因斯坦则在政治上受到残酷的迫害。而且,哈代是很实在的人,如果他对德国的感激之情不胜于他自己的国家的话,他似乎自觉没有人性。在这一时期,有一个很令人高兴的小故事:德国最伟大的数学家之一希尔伯特听说哈代住在三一学院一套不特别令人满意的套房里(实际上他住在惠韦尔院),再三斟酌以后便写信提醒院长,指出哈代不仅是三一学院也是英国最优秀的数学家,因而应住最好的房间。 所以,哈代,像罗素和剑桥高层知识界的很多人一样,认为战争不应该打起来。而且,由于他对英国政治家根深蒂固的不信任,认为错方在英国。他对这一观点有很严密的理性推论,因而找不到否定这一观点的充分理由。事实上,他自愿要求为德比计划服务,但由于健康原因被拒绝了。而他在三一学院越来越感到孤独,因为多数人都是好斗的。 罗素在过分复杂的情况下被校方解雇了(哈代为了使自己在另一场战争中好受一些,25年后才写下了当时的细节),哈代要好的朋友都远离他去参加了战争,利特伍德正在皇家炮兵部队作为陆军少尉从事弹道学研究。由于他心甘情愿保持中立,四年战争后他仍然是一名陆军少尉。哈代与他之间的合作受到了干扰,尽管没有完全中断。在学院同事间的激烈的争吵中,是拉曼纽扬的工作给哈代带来了安慰。 我有时想,哈代对他的同事们不够公平。由于在战争年代,有的人相当疯狂,但有些人仍长期忍受痛苦企图维持社交礼节。不管怎样,他们选举他的弟子拉曼纽扬正是学术正义占了上风。 而哈代那时仅仅与参加选举的一些人简单地交谈,而不是所有的人。 他仍然很不愉快,一旦条件许可,他就离开剑桥。1919年他在牛津得到了一个职位,立刻享受到他一生中最快乐的时光。他与拉曼纽扬和利特伍德的合作已取得了巨大成功,但现在他与利特伍德的合作更上升到最高层次,用牛顿的话说,是处在他发明的全盛期,这时他四十出头.这对于一个数学家来说异常地晚了。 这种创造激情来得如此之晚使他感到永恒的青春涌动,这对他来说比大多数人都重要。他像年轻人一样充满活力,他网球比以前打得更多,技艺稳步提高(网球是一项昂贵的运动,它要花费一个教授收入的相当一部分),他多次访问美国的大学,并爱上了这个国家;他是那个时代几乎同样喜爱美国和苏联的少数几个英国人之一;他无疑是惟一一个给板球委员们写信、认真地提出其中一个比赛规则应作技术改正的英国人。20年代对他和他那一代大多数自由人上来说是一场灾难,他恨不得把战争的痛苦全扫进历史。 他在新学院像在家一样舒适、自在,而他在剑桥却从未有过这种感觉。温暖的,家乡似的牛津气候很适合他。正是在那儿,在当时还很小但很亲切的学院里,他完善了他自己的谈话风格。放学后总有人渴望听他谈话,这些人可以接受他的占怪,他们认为他不仅是一个伟大、善良的人,而且待人热情。如果他想玩对话游戏,或实地(尽管古怪)板球游戏,他们都乐于奉陪,对他表现出异常亲切,富有人情味的关怀。尽管他以前也受到人们的赞扬和尊敬,仉没到如此程度。 有件事似乎很可笑:几乎没有人注意到哈代的房间里有一幅很大的列宁照片。哈代的激进主义不是那么有组织的,但是真的,如前所述,他出生在一个知识分子家庭,几乎一生都生活在资产阶级阶层,但实际上他的行为更像一个贵族成员,或更确切地说像一个浪漫主义贵族。他的这种处世态度也许是受了他的朋友罗素的影响,但多数是天生固有的。在他那胆怯的性格里,他对此根本不在乎。 没有任何庇护,他与那些贫穷的、不幸和胆怯的、受种族歧视的人(发现拉曼纽扬是他命运的象征性事件)相处得很好,与那些他称之为大瓶底基础的人相比,他更喜欢前者。大瓶底一词的来源更基于心理学而不是解剖学,在19世纪三一学院有一句有名的格言是亚当塞奇威克(AdamSedgwick)说的:在这个世界如果没有一个大瓶底谁也不可能成功。对哈代来说,大瓶底意味着自信的、兴旺的、帝国主义的资产阶级英国人,他们包括大多数主教、校长、法官及所有的政治家,惟独劳合-乔治除外。 为了表示对国家的忠诚,哈代接受了一个公益事业职务。l9241926年两年间,他是科学工作者协会的理事长,他讥讽地说这是一个奇怪的选择,是世界上最不实用的职业中最不实用的成员。但对于重要的事情,他不是形同虚设,他会审慎地站出来处理。很久以后,当我回来与弗兰克卡辛(FrankCousins)一起工作时,我只有两个可靠的朋友,他和GH哈代,他们主持了工会运动的领导工作,我为此感到非常高兴。 尽管20年代的夏季,牛津的气候不是异常宜人,但也足够舒适,使人不解的是他为何要回剑桥。1931年他终于回去了。我分析有两个原因。第一个也是决定性的,他是一个伟大的科学家,剑桥在当时仍是英国的数学中心,那里的高级数学讲座教授对一个科学家来说才是最合适的地方。第二个是古怪的原因,他考虑到年纪越来越大,尽管牛津学院温暖而富有人情味,但对老人是冷酷的:如果他仍在新学院,一旦到了退休年龄他就得马上离开教授的办公室;而如果他回到三一学院,他可以终生在位直至去世,这也是影响他的重要因素。 当他回到剑桥时也就是我开始认识他的时候他正处在辉煌期的余辉中。他仍然很快乐,富有创造性,虽不如20年代,但仍足以使他觉得创造潜力还在。他精神饱满如在新学院一样,所以我们有幸看到他几乎处在最佳期。 当我们成为好朋友以后,在冬天,每两周我们就要分别在各自的学院里一起共进晚餐。夏天,我们则同意在板球场聚会。除非特殊情况,早上他仍然做数学研究,中餐以后他才到菲南尔球场。他喜欢沿着煤渣路大步、沉重地慢跑(他稍稍有些瘦,即使在五十多岁快六十岁仍身体灵活,打网球),低着头,头发、领带、运动衫、草稿纸随风飘扬,引起了大家的注意。那里来了一位希腊诗人,他将超过我。一次当哈代经过记分牌时一位喝彩的农夫说。 哈代走到他最喜欢的地方,亭子的对面,那里他可以得到太阳的每一束光他是一个向日迷。为了使太阳发光,即使在晴朗的五月下午,他也带着一个他所称的反上帝电池到那儿去。电池的组成是:三四件运动衫、他妹妹的伞、一个装了数学手稿(如博士论文)的文章袋、一篇他为皇家学会审查的文章,或一些荣誉学位考试答案等。他会对一个熟人解释说,上帝相信哈代预计到天气会变化,为了给他一个工作的机会,反向地安排天空仍晴朗无云。 他在那儿坐下了。在长长的下午,他为了观看板球取乐,希望阳光明媚,且有一个同伴与他同乐。球艺、战术、动作美这对他是最大的吸引力。我不想试着解释这些,除非懂得板球的语言,否则无法表达其意义。就像哈代的某些经典格言是无法解释的一样,除非你懂得板球术语或数学理论,最好是两者皆通。幸好对于我们大多数朋友来说,他还具有普通人的幽默。 他可能是第一个否认他自己有特别的心理洞察力的人,但实际上他是最聪明的人,具有敏锐的观察力,且阅读广泛,也具有普通人的特性身体强健、待人宽容、好讽刺人、绝对无虚荣心。他精神道德上的正直是少见的(我怀疑有谁能够比他更正直),他对自命不凡、伪善的道德极端厌恶。现在,板球这个最美丽的运动比赛也大多穿上了伪善的外衣,球队精神最终被假设为:应该争取零分让对方赢,而不应该得100分让对方输(一个像哈代一样纯真公正的杰出的板球手有一次曾婉转地说他从没有此念头)。这种特殊的社会因素唤起了哈代荒谬的想法,他总是用一个平衡系列格言来回答解释问题。例如: 板球是惟一的一种正方10人对抗对方11人的比赛。如果你上场时神经紧张,那么没有任 何东西能够鼓起你的勇气来看着另一人下场。 如果他的听众们运气好,他们还可听到与板球无关的评论,就像他写的文章一样锐利。 在《一个数学家的辩白》中有更多典型的例子,下面列举几个:表达一个大多数人的观点决不值得一个天才来做。根据定义,有多得很的人可以做这件事。 当我还是一个大学生时,可能会有人如果他非常不正统建议托尔斯泰作为一个作家来到乔治梅瑞狄斯(GeorgeMeredith)的身边;但是,毫无疑问,没有其他人可能这样做。(这是讨论关于陶醉的方式时说的,值得一提的是他生活在几代剑桥人最辉煌的时期。) 无论为了何种严肃的目的,智力是很不重要的礼物。 年轻人应该骄傲自大,但决不能愚笨。[当某人企图说服他《芬尼根的觉醒》(FinnegansWake)是最后的文学杰作时所说。] 有时一个人不得不说他的困难,但应该说得尽量简洁,好像别人已经知道一样。 他看板球时通常每球必看,但偶尔兴趣也会减退,随后他会要求我们玩挑选球队的游戏:骗子队、棍棒队、伪诗人队、惹人厌烦队、名字以HA开头的队(1号和2号是Hadrian和Hannibal)、名字以SN开头的队、三一的全日制队、基督院的全日制队,等等。我不擅长这种游戏:即让人选择一个名字以SN开头的著名人物队。三一队占绝对优势克拉克麦克斯韦(ClerkMaxwell)、拜伦(Byron)、萨克雷(Thackeray)、丁尼生(Tennyson)等人的位置不确定;而基督院队弥尔顿和达尔文打头很强,但从第三号开始就不行了。 他还有另一个喜爱的娱乐。给昨晚我们遇见的男子分类。他说,于是某人在每个分类中被记为100号。分类是哈代很久以来发明和定义的:刻板的、苍白的(一个刻板的人不一定是苍白的人,但所有苍白的人毫无例外地应考虑为刻板的人),迟钝的、老白兰地的螺旋的,等等。刻板的、苍白的和迟钝的是不解自明的(威灵顿公爵刻板和苍白都是100分,迟钝为零分)。老白兰地是从一个神话人物而来,他说他从不喝任何饮料,除了老白兰地。因此,由此推论,老白兰地表示一种古怪的、深奥的但在情理之中的爱好。作为一种特性(这是哈代的观点,也是作为一个作者的观点,尽管不是我的观点),普鲁斯特得到了老白兰地最高分,FA林德曼(后来的彻威尔勋爵)也一样可得到高分。 夏天过去了。在一个最短的剑桥假日过后,就是大学比赛。要安排在伦敦见他总是不容易,因为,如我前面提到的,他对机械的玩意儿有一种病态的怀疑(他从不用手表),特别是电话。在他的三一学院的办公室里或圣乔治广场的套房里,他常常用一种不赞成的和稍带一点儿凶恶的声音说:如果你想用电话,隔壁房间有一部。有一次在紧急情况下他不得不拨通我的电话,愤怒的声音传到我耳朵里,我不会听你说一句话,所以我讲完以后立刻就会把话筒挂断。你一定得在今晚9至10点钟之间到我这里来,非常重要,随后电话就被挂断了。 他仍然准时到达了大学比赛地点,每年这时是他才智最焕发的时候。他被朋友们包围在中间,这些朋友有先生也有女士。他非常放松,没有羞怯感。他成为所有人注意的中心,但他并不讨厌这一点。有时从四分之一英里外还可听到这里的笑声。 在那些快乐的晚年时光里,他做的每一件事都是情愿的、有序的,这是他的一种风格。板球是一种优美、有序的游戏,这正是他发现它形式美的原因,我听说,他的数学,包括他最后的创造性工作也具备这同样的审美要求。我已经得出了这样的印象:我相信他在非公开场合非常健谈,在一定程度上这无疑是正确的。但是,在他称为不平常的场合(指对每一个参加者都很重要的场合),他也是一个严肃、专注的听众。我在同一时期通过各种机会认识的其他著名人物中,威尔斯总的来说是一个比人们预料的还要差的听众;拉瑟福德要好得多;劳合-乔治一直是最好的听众之一。哈代不像劳合-乔治那样,从他人的言谈中获得印象和知识,但他的头脑受他人支配。在我准备写《教士》的前几年,他听到了这一消息,就盘问我,使我对他谈了很多。他提出了一些好的建议。我希望他读过这本书,我想他会喜欢它的。不管怎样,这本书我是献给他的。 在《一个数学家的辩白》的结尾他讨论了其他一些问题。有一个问题是长期争论的,有时争论的双方都很气愤。在第二次世界大战期间我们都很暴躁,但是如我稍后要说的,各人有不同的观点。对于他的观点我没有半点曲解。尽管我们隔着感情的鸿沟,无论如何,在理智上他能够理解我所说的,我与他的任何争论都是如此。 在30年代他仍以他自己的方式过着年轻人似的生活,但这种生活突然破碎了。1939年他患了冠状动脉血栓,痊愈后,网球、壁球这些他喜爱的体育活动对他不再适宜。战争使他更觉压抑,就像第一次世界大战一样。对他来说这些是连成一串的精神炮弹,我们都不知所措。当事态明了、国家可以得到挽救时,他仍不能为战争服务,哪怕比在1914年他所做的更多一点。他的一个最好的朋友悲惨地死去了,而且我认为毫无疑问这些不幸是有内在联系的在他六十多岁时,他那作为数学家的创造力终于离开了他。 这就是为什么《一个数学家的辩白》一书,如果逐字认真阅读的话可以发现,是一本捕猎悲哀的书。是的,它措辞巧妙、锐利,充溢着高超的智力精神;是的,水晶般的清晰和正直仍在那儿;是的,它是一个创造性艺术家的实证。但是,此书以不充分的淡泊的方式,表达了他对以前属于他而再也不会回来的创造力的深切的痛惜。我不知道有什么作品能与这本书相比,部分原因是大多数人只知道文学作品对痛惜的表达,无法体验哈代的语言。几乎没有一个作者认为自己的作品其结局是绝对完美的。 在那些年里,我无法估计他为他的年轻人式的生活所付出的代价。这就像看见一个杰出的运动员,多年以其年轻和技艺而骄傲,比我们大家都要年轻和快乐得多,突然必须接受失去这一礼物的事实。碰见曾经杰出的用他们的话说已经下了山的运动员是很普通的事:很快他们的脚步就变得沉重起来(通常目光更呆板),比赛再也不能实现。温布利大球场是一个可怕的地方,人群拥向那里是为了看其他人,那是很多运动员的观点。哈代不这样认为,他的想法有些绝望。他的身体已经复原得可以在网上击球10分钟,或打三一滚木球(用一套复杂的精制球具)。但通常很难唤起他的兴趣三四年前他对每件事的兴趣都如此高涨?以至有时我们都疲倦了。谁也不能厌烦一直是他的一句格言。你可以感到恐怖或憎恶,但不能厌烦。当然,现在他经常就是那样,纯属厌烦。 正是由于那个原因,他的一些朋友,包括我,鼓励他写罗素和三一学院在1914-1918年战争期间的故事。不了解哈代有多么消沉的人认为,整个事件早已过去,没有必要再现。事实上,这使他快活得于什么都可以。这本书只在私下传阅,从来没有公开发表。这是一个遗憾,因为它是对科学历史的一个小补充。 我这样说服他是因为我想要他写另一本书,他在情绪好转一些后答应了我。这本书叫做《椭圆形球场上的一天》,内容是他花了一整天时间看板球,阐述他对球赛、人性、往事、一般生活的观点和缅怀,这将是一本由古怪人写的小小的经典作,但它没有写成。 在那些最后的年月里,我无法给他很大的帮助。战争年代我被卷入白厅(英国政府),我全神贯注地工作,经常很疲倦,到剑桥去必须努力才能实现。但我不得不悔恨地承认应该比我实际做的作更大的努力,在我们之间,虽然感情上确实没有冷淡,但有了一些间隙。在整个战争期间,他把帕克(Parker)的套间租给了我黑暗、破烂的套间,外面是圣乔治广场花园。但他不喜欢我对战争如此全身心地投入,他认为人们不应该全身心地投入到军事行动中,他从不问我的工作,他不想谈论战争;而我,在我这一方,表现得太急躁,没有足够成熟的考虑。不管怎样,我认为,我做这件工作不是儿戏。由于我必须做这件工作,我就应该有最大的兴趣,这不是借口。 战争结束时我没有回到剑桥。1946年我去看了他几次,他的身体仍然很差,机能已经衰退,走几码路以后就气喘,演出结束后长时间快乐的散步已经永远不可能了:我不得不叫的士送他回三一学院的家。他很高兴我已经回去写书:对一个认真的人来说创造才是惟一的生活目的。至于他自己,他渴望能够重新过一次创造性的生活,那种以前曾经有过的生活。但他自己的生活已经结束了。 我没布确切地引用他的语言,这种做法与他人不相同,我想忘记他的话,也曾试图用一种善意的反话曲解他的意思。所以我从没有确切地记住他的话,总想把它用作我自己修饰的词藻。 1947年的初夏,我正坐在早餐桌前,电话响了,是哈代的妹妹打来的:他病得很重,问我能否立刻到剑桥去,我能否先打电话给三一学院?我没有时间领会第二句话的意义,但我照办了。那天早上在三一学院门房里找到一张她的便条:要我到唐纳德罗们逊(DonaldRobertson)的房间去,他将在那里等我。 唐纳德罗伯逊是希腊文教授,哈代的亲密朋友。他是爱德华七世时代剑桥的又一位高层次、自由、优秀的成员。附带地说,他是称呼哈代基督教名的几个人之一,他静静静地迎接我。窗外是风和日丽的早晨。他说: 你应该知道哈罗德企图自杀。 是的,他脱离了危险,现在他还好,如果这是恰当的用词。但唐纳德以不太直率的方式像哈代似的直接说,可惜这个企图失败了。哈代的健康状况越来越差:他在任何悄况下都不会活很长,即使足从他的房间走到厅里也成了他的负担。他作了一个完全深思熟虑的选择,这样活着他无法忍受,这种生命毫无意义,他收集了足够的巴比土盐酸,试图做一件彻底的工作,于是服了太多。 我很喜欢唐纳德罗伯逊,但我只在晚会上以及三一学院的高桌晚餐』:见过他,这是第一次我们有机会亲切地交淡。他说,凭着绅士风度,我应该尽可能经常来看哈代,这是很难的,但却是应尽的义务,这种状况可能不会维持很久。我们都感到痛苦,我跟他说了声再见,以后再也没有见过他。 在伊大林疗养所,哈代躺在床亡。由于药物引起呕吐,他将头撞在厕所的洗脸盆上。他喜欢自嘲:他把事悄搞得一团糟,有人搞得更糟吗?我不得不进人嘲笑人的游戏。我第一次感觉到自己不太喜欢嘲笑人,但我得演戏。我谈了一些著名的自杀失败故事:第二次世界大战中的德国将军们怎么样?贝克(Beck)、斯塔普纳盖(Stulpnagel),他们这方面都是有名的不合格者。听我自己讲这些事情真是稀奇古怪,非常难以理解的是,这似乎使他振奋起来。 从那以后,我每星期至少要去剑桥一次,我惧怕每一次访问,但他很早就说过盼望着看见我。他说话很少,几于每次我听见他谈的都是关于死:他要得到它,他不惧怕它,哪有惧怕不存在之理?他的理智的禁欲主义又回来了,他不会再做自杀的傻事,他不擅长干这事。我准备好了等待,带着可能使他痛苦的不一致性像他圈子的大多数人一样,他在某种程度上相信理智,这是我认为的不理智他显示出对他的症状的好奇的怀疑。他一直研究他的踝关节水肿:今天是胖得大一些还是小一些? 当然,多数情况下我不得不谈论板球,这是他惟一的安慰。我不得不装出对这一游戏非常热心的样子,而实际上我再也没这种感觉,在30年代这种感觉就已经冷淡下来,除非为了使他高兴。现在我不得不像我上中学时一样认真研究板球赛事。他自己不能阅读,但如果我欺骗他的话他总能识破。有时,他的高兴劲儿会持续几分钟,但如果我不能想出另一个问题或新闻,他就会躺在那儿,显示出人将快死时的那种可怕的孤寂。 有一两次我曾试图使他振奋:即使是一次冒险,是否值得我们一起再去看一次板球比赛?我的境况比过去要好些,我说。我准备把他送上的士,这是他过去熟悉的交通工具,到任何一个他喜欢的网球场去,他听到后快活起来。他说我照看的是一个死人,我说我已作好了准备。他知道,我也知道,他的死就是几个月内的事,我看到他有一个下午非常高兴。但第二次我去看他时他丧气而恼怒地摇摇头。不,他不能试,没有试的意义。 不得不谈论板球,我感到非常艰难。他的妹妹更难,这位聪明、美丽的妇人一生没有嫁人,很多时间都在照看他。用与他不同的幽默技巧,她收集了每一条她能找到的板球新闻片断,尽管她从来不懂有关板球的知识。 有一两次闹出了讽刺性的仁爱喜剧性事件。他死之前两三个星期,听说皇家学会要给他最高的荣誉:科普利勋章。他露出了恶魔般的笑容,这是我在那几个月里第一次看见他完全露出神采。现在我知道我马上就要结束一生了,当人们给你最高荣誉的时候,就是确切下结论的时候。 从那以后,我想我又去看了他两次,最后一次是在他逝世前四五天。有一个印度的板球队在澳大利亚表演,我们谈论了他们的事情。 在那个星期他对妹妹说:如果我知道我会在今天死去,我想我仍然要听板球赛事。 他每天都有类似的事情。那个星期每天晚上她离开他之前,都要读一章剑桥大学板球历史给他听。他一生中听到的最后一句话就在这本书某一章里面,因为他是在清早突然逝世的。 CP斯诺博士 注:①在英国的教会学院宿舍,通常每周举行一次高桌晚餐,晚餐邀请一些著名人物做客, 舍监(通常是牧师等)、客人们坐在台上的桌子上,所以称高桌晚餐。译者 ②高桌晚餐时坐在高桌上的人通常都要穿教会的黑袍。译者 1 如果一个数学家发现自己在写关于数学的东西,他会感到很忧伤的。因为数学家的工作是做实事,比如证明新定理,使数学有所发展,而不是谈论自己或别的数学家干了些什么。 政治家蔑视时事评论家;画家蔑视艺术评论家;生理学家、物理学家或数学家一般都有类似的感觉。做事者对评论者的蔑视是最深刻的,总的来看也是最合理的。解释、评论、鉴赏是次等工作。 我曾与豪斯曼(Housman)有过几次认真的交谈,我能记得其中有一次我们争论过上述看法。豪斯曼在他所作的题为《诗歌的名与实》的报告中,曾非常坚决地否定他是个批评家。而在我看来,他的这种否定方式是异常偏执的。在报告中,他还表达了对文学批评的赞赏态度。这些都令我大惑不解。 在此报告的开头,他引用了22年前在一次演讲中的一段话: 我不能说文学批评是否为上帝从他的珍宝库中拿出来赐予我们的最好礼物,但是,好像上帝是这样认为的。因为在赠送这一礼物时,上帝的态度肯定是极为审慎、郑重的。与遍地丛生的草莓相比,演说家和诗人是稀罕的;但与哈雷彗星的回归相比,他们就平常得多。而文学评论家可就不那么平常了。 接着他写道:在这22年中,我在一些方面取得了进步,而在另一些方面退步了。但是,我的进步还没使我达到成为一名文学评论家的程度,而我的退步也没有使我幻想自己已经成了一名文学评论家。 我曾认为,一位伟大学者和高雅诗人写出这些话来未免可悲。过了几个星期,我在餐厅见他就在我身旁时,便大胆地跟他说了自己的想法。我问他,他的意思是否真的希望人们非常认真地对待他说的话。我还问他,在他看来评论家与学者及诗人的生活是否可以相提并论。整个晚餐时间我们都在争论这些问题。我认为最终他还是赞成了我的看法。看来对这样一个不再反驳我的人,我没必要宣扬我所获得的胜辩。但是最后,他对第一个问题的回答是也许不完全是,而对第二个问题的回答则是大概不是。 对豪斯曼的感觉或许尚有令人怀疑之处,而且我也并不希望宣称他是站在我这边了。然而作为科学家的感觉是毋庸置疑的,我有着完全一致的感觉。假如那时我发现自己正在写的不是数学,而是有关数学的什么东西,那就是在声明弱点,为此我理所当然地会受到更年轻、更富有朝气的数学家的蔑视。现在我写书来谈论关于数学的问题,是因为我也和其他的年过六十岁的数学家一样,不再有新思想,也不再有精力和耐心来继续有效地进行自己的专业工作。 2 我建议对数学进行辩解。也许有人会跟我说这根本没必要,因为,不论原因如何,目前还没有哪一种学科被公认为比数学更有用、更值得称颂的。这或许是真实的。实际上,由于有了爱因斯坦的惊人成就,星体天文学与原子物理学可能已成为普遍高度评价的科学。数学家现在不必认为自己在自卫,因为他不会遭到像布拉德雷(Bradley)在他的值得钦佩的形而? 学辩护词中所描绘的那种对抗的处境,那次卓有成效的捍卫使一部介绍形而上学的书《现象与实在》(AppearenceReality)得以完成。 布拉德雷说,有人会对一个形而上学家说,形而上学知识整体而言是不可能的;即使在某种程度上是可能的,实际上它也决不是名副其实的知识。形而上学家还会听人说:同样的问题,同样的争论,同样的彻底失败。为什么还不放弃这种知识?难道再也没有别的事值得你付出劳动丁吗?没有人会愚蠢到用同样语言讨论数学问题。数学的大部分真理都是显而易见的;数学的实际运用,如在桥梁、蒸汽机和发电机等正冲击着人们迟钝的想象。没有必要说服公众让他们相信数学是有用的。 这一切都以其独特的方式让数学家感到欣慰,而真正的数学家几乎不可能对此感到满足。任何一个真正的数学家一定会体会到,数学的真正美名并不是基于这些粗略的成就,数学之所以享有普遍的美名很大程度上是基于无知与混乱,因此,仍有必要对它进行更合理的辩解。不管如何,我有意来试试。我想这种辩解比起布拉德雷的艰难的辩白来,任务该会简单些。 接着我要问:数学为什么值得人们进行认真的研究?一个数学家用一生的时间从事这些工作的充足理由是什么?像人们希望一个数学家所回答的那样,在多数情况下,我会这么回答:我认为数学研究值得做,而且以数学家为职业的理由是充分的。但是同时我也要说:我对数学的辩护也是为我自己辩护。我的辩解在一定程度上是利己的。因为假如我真的把自己看作是一名失败的数学家,我就不认为对自己所研究的学科进行辩解是件值得做的事了。 在辩护中带着某种程度的利己主义的态度是难免的,我想,对这一点是用不着辩解的。我认为谦卑的人做不出优秀的工作。比方说,在任何一个学科里,教授的首要职责之一就是对自己这一学科的重要性以及自己本人在这一学科的重要性进行一点夸大。假如一个人总在问自己:我所做的事是值得做的吗?以及我做这个合适吗?这都会使自己永远无能而且也让别人泄气。这种人该把眼睛闭上一会儿,更多地考虑自己的学科和自己本人的情况,而不是更多地考虑学科与自己所应得的报酬。这不太困难,因为更加困难的是依靠紧闭眼睛来使自己的学科与自己本人不受他人所嘲笑。 3 一个人在开始为自己的生活和活动的合理性进行辩解时,必须要认清两个问题。第一是他所做的工作是否值得做;第二则是他为什么要做这一工作,而并不在乎其价值。第一个问题常常很难且答案让人失望。而大多数人会觉得回答第二个问题却是十分容易的。如果这些人是诚实的话,他们通常会采取两种形式中的一种。第二种形式仅仅是第一种形式的更简略的变形。而第一种形式是我们需要考虑的惟一形式。 我之所以做我的事,因为这事是,而且是惟一的一件我完全可以做好的事。我是个律师,或者是一个股票经纪人,或者是一个职业板球手,这都是因为我对这一特别的工作有些真正的才能。我做律师,是因为我伶牙俐齿,而且对法律之微妙感兴趣;我做股票经纪人,是因为我对股市行情的判断迅速而准确;我做职业板球手,是因为我挥拍非同一般地好。有人说,我做个诗人或数学家也许更好,但不幸的是,我并没有才能做这样的工作。 我并不认为大多数人能够做出上述那样的辩解,因为多数人什么工作也做不好。可是只要这种辩解说得振振有词,它就很难反驳,事实上只有少数人能进行这样的辩解:也许只有5%或10%的人可做得不错。而只有极少数人可做得真正好。而能做好两件事的人只有寥寥无几的了。假如一个人有真正的才能,他就应该乐于牺牲几乎所有的一切,以充分发挥自己的才能。 约翰逊(Johnson)博士赞成这一观点,他说:当我告诉他,我看过约翰逊(与他同名的人)骑在三匹马上,他说:先生,这样的人应得到鼓励,因为他的表演显示了人类的能力限度 同样地,他会赞扬登山者,海泅渡者,闭目下棋者。至于我的?法,我也是将这些能力统统视为非常不一般的成绩。我甚至还称道魔术家和口技者;当阿廖欣(Alekhine)和布拉德曼(Bradman)在决定破记录时,假如他们失败了,我会极为失望的。在这种情况下,约翰逊博士同我与公众的感觉是一样的。正像WJ特纳(Turner)曾说过的一句实话那样:只有那些自以为博学的人(令人产生不悦之感之称谓),才不去赞扬真正的名家。 当然我们不能不考虑到以上两种工作之间价值上的不同。我宁愿做一个小说家或画家,而不愿成为政治家或诸如此类的人物。事实上,尽管有很多成名之路,但我们大部分人会因其甚为有害而宁可拒绝走这样的路。但是这种价值的不同,很少会改变一个人的择业范围,因为这种职业的选择是受着人们生就的能力限度的制约的。诗集比板球更有价值,但假如布拉德曼放弃板球去写二流小诗(我想,他不大可能会写得更好)的话,他一定是个傻瓜。假如他的板球打得并不那么超众,而诗歌却还写得好些,那么对他来说选择就更加困难了。我不知道自己是成为特朗普尔(Trumper)①还是布鲁克(Brooke)②。值得庆幸的是像这种左右为难的情况很少出现。 我还想补充说一点,他们特别不可能指望自己成为数学家。人们常常过分夸大数学家与其他人的思维过程的不同。但不容否认的是,对一个数学家来说,他的天赋是他诸多特殊才能中的一方面。数学家们作为一个阶层,并不因一般的能力和多才多艺而格外超群出众。假如一个人成为任何意义上的真正的数学家,那么,可以说他的数学百分之九十九会比他能做的任何其他事都好得多。而假如他为了做其他领域的普通工作,而放弃了任何一次发挥自己才能的适宜的机会,那么他就是愚蠢的。这样的牺牲,只有在经济需要或年龄条件变化的情况下才是情有可原的。 4 在这里,我最好还是谈谈年龄问题,这是因为对数学家来说,年龄问题格外重要。数学家们都不应该忘记这一点:比起其他技艺或科学,数学更是年轻人的工作。举一个相对低微阶层的例子来作个浅显的说明:皇家学会的人选者的平均年龄以数学家为最小。 当然,我们还会找到比这更有力的实例。比如,我们可以考察作为世界最著名的三大数学家之一的牛顿的经历。牛顿是在50岁时放弃数学的。其实,在这之前很久他就已经对数学失去了热情。40岁时,他已毫不怀疑地认识到他的富有创新精神的时期已经过去了。他所有的最伟大的思想,包括流数术和万有引力原理是他在1666年建立的学说,而当时他只有24岁。正如他曾叙述的:在那些日子里,我处于富有创造力的最初期,那时比以后的任何时期都更加一心一意地把数学和哲学挂在心上。在40岁以前他有过不少重大发现(椭圆形天体运行轨道就是他在37岁时发现的)。而其后,他再没有作出过什么发现,而只是对原有的论文做些润色工作,使之完美化而已。 伽罗瓦21岁去世,阿贝尔27岁去世,拉曼纽扬33岁去世,黎曼40岁去世。也有些人确实是在较晚时取得伟大成就的,高斯就是在55岁时才发表了他的微分几何学的重要论文(但在十年前他就已经形成了他的基本思想)。我还不知道有哪一个重要的数学进展是由一个年过半百的人创始的。假如一个年长的人对数学不感兴趣而放弃了它,这种损失不论对数学本身还是他本人来说,都不十分严重。 另一方面,如果这样的人不放弃数学,那么所获得的利益也并不可能更富有实质性的意义。有关一些数学家放弃数学以后的情况记录都不特别令人欣慰。牛顿成了一个能干的造币厂主(这时他没与任何人吵架)。班乐卫(Painleve)是个不成功的法国总理。拉普拉斯(Laplace)的政治生涯却是极不光彩的,他的情况几乎算不上是一个合适的实例,因为他在政治生涯中的坏名声不是他的无能,而是因为他不诚实所造成的,而且他也向来没真正地放弃数学。的确很难找到一例事实来说明一个放弃了数学研究的一流的数学家却又在别的什么学科领域里取得了一流成就帕斯加(Pascal)看来是最好的一例。也许会有这样一些年轻人,放弃了数学研究之后又东山再起成为一流数学家了,可惜我还从未听说过这样的真正可信的实例。而上述一切,全都产生于我的十分有限的经历。我所认识的每个有真才实学的年轻数学家都是潜心于数学研究的,他们忠诚于数学研究,也不乏雄心壮志,只是缺少充实的数学知识;他们已全部认识到:假如有什么通往能带来任何殊荣的人生之路的话,这条路就是数学研究之路。 5 另外还有一种形式的回答,即我所称之为标准辩解的低调变辞。我可能会只用几句话来简略表述它。 没什么事我可以做得格外地好。我之所以做我的事,是因为它进入了我的生活之路,我的确从来未有机会做别的什么事。我也把这一辩解看作是重要的辩解而接受。确实,大多数人什么事也做不好。因此,他们选择什么职业也无关紧要。这确实没什么更多好说的。这是个最终的明确回答,但这几乎不可能是一个具有自尊心的人所作的回答;我想象得出我们没有一个人会对这样的回答感到满意。 6 现在应该考虑在3我所谈到的问题了。这个问题比第二个问题难得多。数学,即我和其他的数学家所认为的数学这一学科,是否值得研究?假如值得,理由是什么? 我一直在回顾着我的一篇讲稿的头几页(那是我于1920年在牛津大学就职时的首次演讲)。在那几页中我写到了有关对数学进行辩解的要点。这种辩解是不够的(只写了不足两页纸),而且其文体风格现在看来并不使我感到特别自豪(我想,这可能是我用当时想象为牛津风格写成的第一篇论文)。但是我仍然觉得,不论它需要怎样改进,它还是包含了问题的实质。这里我愿重新把原来说过的话拿来作为全面讨论的前言。 (1)首先我要强调数学的无害性。也就是说,即使数学研究无利可图,但它也绝对是无害而清白的职业。我坚持这一点,当然它需要大量的扩展和解释。 数学真的是无利可图吗?显然,在某种意义上并非如此。比如,它为不少的人带来了很大的快乐。然而我是从更狭隘的意义上来考虑所谓利益的。数学是否有用,是否像化学和生理学等其他科学那样有直截了当的用途?这并不是一个容易回答或无可争议的问题。尽管有一些数学家和大多数外行会毫无疑问地作出肯定的回答,但我最终的回答还会是否定的。那么数学是无害的吗?对此,回答也是不确定的。在某种意义上我宁可回避这个问题。其理由是它提出了科学对战争的影响问题。例如,化学在这方面显然是有害的,那么是否可以说数学在同样的意义上是无害的?以后我一定回头再来谈这两个问题。 (2)当时我还接着说宇宙的范围很大,所以,如果我们在浪费着自己的时间,那么浪费大学里几位名家、教授的生命决不会带来了不起的大灾大难。这里我或许像是要采取或故意装出虚伪的谦卑态度,而这种态度是我刚刚所反对的。我确信,这种态度并不是我真正意愿中的态度,我是企图用一句话把我在3里所谈的冗长的内容概括出来。我在想,我们这些名家、教授确实没有多少才能,而我们应尽可能地充分发挥运用这些才能才是。 (3)最后(以一些对我来说如今读起来仍感夸张的修辞),我强调了数学成就的持久性即使我们所做的工作也许很少,但都有着某种持久性的特点;我们所完成的任何事情,无论是一本诗集还是一条几何定理,只要能引起哪怕是最微小的但却是永久的兴趣,也就意味着已经做出了完全超出大部分人的能力的事情。 我还写道在古代与现代研究有冲突的今天,对于某一门研究来说,一定存在某些值得一谈的东西,而这种研究并非始于毕达哥拉斯,也不会止于爱因斯坦,但它却是所有研究学科中最古老的,也是最早轻的。 所有这一切都是言过其实的,但在我看来,其实质仍包含着真理,对此,我可以马上进行扩展,同时又不致过早涉及我所留下的其他没有回答的问题。 7 我会设想我是在为那些现在和过去都满怀雄心壮志的人写这本书的。一个人的首要任务,进一步说,一个年轻人的首要任务是能显示雄心壮志。雄心是一种可以合情合理地以许多形式表现出的一种宏大高尚的志向。阿提拉(Attila)和拿破仑的野心中就有某种高尚的志向,但最高尚的雄心壮志是在自己身后留下某种永存的价值' 这平坦的沙滩上, 海洋与大地间, 我该建起或写些什么, 来阻止夜幕的降临? 告诉我神秘的字符, 去喝退那汹涌的波涛, 告诉我时间党潜ぃ? 去规划那更久的白昼。 雄心是世上几乎所有最佳工作成果的驱动力。特别要指出的是:实际上,一切为人类谋幸福的重大贡献都是由具有雄心壮志的人所作出的。举两个著名的例子吧,利斯特(Lister)和巴斯德(Pasteur)不就是这样的有雄心壮志的人吗?还有,不像以上两位那么显赫的另外几位,吉勒特(Gillette)和威利特(Willett),近期有谁比得上他俩对人类所作的贡献呢? 生理学为我们提供的实例特别适宜,原因就在于这门学科对于人类所具有的益处是如此显然。我们必须提防一种在科学辩解者中所常见的谬论,那就是认为从事着对人类有益的工作的人,在做这项工作时一直想着自己的工作对人类有益。比方说,生理学家有着特别高尚的精神。事实上,一个生理学家可能确实乐意记得他的工作是为人类造福的,但是使之产生力量,受到鼓舞去做这项工作的动机与那些一流学者与数学家进行研究工作时的动机是没什么区别的。 有很多高尚的动机驱使人们进行某项研究。在这些动机中,最为重要的有三种。首先(因此必一事无成)是理智的好奇心,也就是对了解真理的渴望。其次是对自己专业工作的自豪? ,只有工作才能使自己得以满足的那种渴望。任何自尊的数学家,当他的工作与其才能不相称时,耻辱感会压倒一切。最后一个就是雄心壮志,期望得到名声、地位甚至随之而来的权力和金钱。当你的工作为他人造了福,又解脱了别人的痛苦时,你可能会自我感觉良好,但这不会是你为什么做那个工作的原因。所以,假如一个数学家,或者一个化学家,或者甚至是一个生理学家真的对我说他的工作的动力是缘于要为人类造福的愿望,我不会相信他(假使我真的相信他也并不会认为他真的有什么了不起)。在他的动机中居支配地位的就是我已叙述过的。而且可以肯定,任何一个体面的人都没有必要为有这些动机而感到耻辱。 8 假如理智的好奇心、对专业工作的自豪感和雄心壮志是在研究工作中占支配地位的动机的话,那么,毫无疑问,没有哪个人比一个数学家有更好的机会来满足这些条件了。数学家的研究学科是所有学科中最令人好奇的。没有哪门学科中的真理会像数学那样奇异。数学是最精细与最富有魅力的技艺,而且数学研究提供了展示真正的专业技能的机会。最后我还要说的是,正如历史所充分证明的那样,不论数学内在的本质价值何在,其成就是一切成就中最持久的。 我们可以从半古文明中看到这一点。巴比伦和亚述的文明已毁灭,汉谟拉比(Hammurabi)、萨尔贡(Sargon)和尼布甲尼撒(Nebuchadnezzar)也都空有其名了,但巴比伦数学依然令人感兴趣。巴比伦的60进制仍用于天文学中。当然希腊的情况是更有说服力的例证。 对我们来说希腊人是最早而且至今仍是真正的数学家。东方的数学可能是满足兴趣和好奇,而古希腊的数学则是实实在在的。希腊人率先使用了能被现代数学家所理解的数学语言。正如利特伍德曾对我说过的,希腊数学家们在校时并不是聪明的乖学生,也不是奖学金的候选人,而是另一所学院的研究员。因而希腊数学是不朽的,甚至比希腊的文学还要持久。当爱斯奇里斯(Aeschylus)被遗忘时,阿基米德仍将为人们铭记,因为语言文字会消亡,而数学的思想却永不会死亡。不朽这个词可能不太高明,不过也许数学家与它的含义最投缘了。 数学家不必因将来会对其不公而煞有介事地忧心仲忡。不朽通常很荒唐,也很残酷:我们中很少有人愿意选择做奥格(Og)③、安厄尼厄斯(Ananias)④、加利奥(Gallio)⑤。甚至于在数学界,历史有时也会开奇怪的玩笑:罗尔(Rolle)在初等微积分学教科书中很有名气.倒好像罗尔是位与牛顿齐名的数学家;法里(Farey)弄不懂14年前由哈罗斯(Haros)论证得天衣无缝的定理,然而他却永垂不朽;五位可敬的挪威人的名字至今仍长存于阿贝尔的《生活》一书中,仅仅是因为一种对他们国家最伟大的人物造成了伤害的愚蠢的尽职行为。不过,就总体而言,科学史还是公平的,数学史尤其如此。没有任何其他学科像数学那样形成了清楚而一致的评判标准。为人们所铭记的数学家中绝大多数足名剐其实的。如果能用现钞评估的话,数学的名誉将是最稳定义最可靠的投资。 9 所有这些都使大学教师们深感宽慰,对数学教授们来说更足如此。律师、政客、商人们有时声称,学术生涯大多为那些谨小慎微、胸无大志的人所从事,这些人在乎的主要是舒适和稳定,这种责备毫无道理。大学教师们舍弃了许多东西,特别是舍弃了赚大钱的机会 一个教授一年很难挣上2000英镑;工作的稳定性自然是决定舍弃赚大钱机会的因素之一,但这并不是豪斯曼不愿成为西蒙(Simon)爵士或比布冉克(Beaverbrook)贵族的原因。豪斯曼拒绝些职业是因为他理想远大,是因为他不屑于成为一个20年后就被人遗忘的人。 然而,牺牲所有这些利益,一个人会感到多么痛苦。我仍记得伯特兰罗素(BertrandRussell)曾对我讲述过一个骇人的梦;他正在大学图书馆的最高一层,一个图书管理员正在书架间走来走去,提着一个巨大无比的桶,把书一本又一本地拿下,扫一眼,然后重新放回书架,或是丢进桶里。最后他发现了三卷书,辨认出是《数学原理》最后残存的复印本。他拿下其中一卷,翻了几页,似乎被那些怪异的符号迷惑了片刻,然后合上书,在自己手上掂掂,迟疑不决 10 数学家,就像画家、诗人一样,都是模式的创制者。要说数学家的模式比画家、诗人的模式更长久,那是因为数学家的模式由思想组成,而画家以形状和色彩创制模式,诗人则以言语和文字造型。一幅画或许蕴含着某种意境,但通常是平凡而无关紧要的;比较之下,诗意要重要得多,不过,像豪斯曼坚持认为的那样,人们习以为常地夸大了诗意的重要性。他说:我难以确信存在诗意之类的东西诗歌并不在于表述了什么,而在于怎样表述。 倾江海之水, 洗不净帝王身上的膏香御气。 还能有比这更好的诗句吗?但就诗意而言,还能有比这更平庸、荒唐的吗?意境的贫乏似乎并不影响言辞这种模式的优美,另一方面,数学家除了思想之外别无他物,因而数学家的模式更能持久,因为思想不会像语言那样快地变成陈词滥调。 正像画家和诗人的模式一样,数学家的模式也必须是优美的;正像色彩和文字一样,数学家的思想也必须和谐一致。优美是第一关:丑陋的数学在世上无永存之地。此处我不得不提到一个错误的概念,一个至今仍广泛传播的概念(尽管比20年前情况要好些),这就是怀特海德所称的书呆子,即热爱数学,并欣赏数学美,这是每代人中只局限于几个怪人的偏执狂。 如今很难找到一个对数学的美学魅力无动于衷的知识分子了。可能很难定义数学的美,但任何一种美都是如此我们也许不甚明了所谓一首诗歌的优美,但这并不妨碍我们在阅读中鉴赏。霍格本(Hogben)教授极力贬低数学美,但即便是他也不敢冒然否认数学美这一事实。毫无疑问,数学对于某些人有一种淡然的非自然的吸引力这种数学中的美学魅力对于这些寥寥无几的人来说,很可能是真实的。不过,他同样指出,这些人是寥寥无几的,而且他们感到淡然(他们的确相当可笑,在小小的所谓大学城里住着,避开广阔的部空间的清新的微风),在这些话中,霍格本此话只不过在附和怀特海所称的书呆子了。 然而事实却是:没有比数学更为普及的学科了。所有的人都有一些数学鉴赏力,正如所有的人都能欣赏一首悦耳的曲调;对数学真正感兴趣的人很可能比对音乐感兴趣的要多。表面看来可能与此相反,但解释起来毫不费劲。音乐可以刺激大众的感情,而数学无能为力;不懂音乐只是有些掉面子,而所有的人都如此害怕数学这个名称,以至于每个人都由衷地强调自己没有数学细胞。 一个小小的反驳就足以揭示书呆子的荒谬。每一个文明国度都有成千上万的棋手(俄国,这部分人是受教育群体的全部);每个棋手都能品味、欣赏一场棋赛或一个棋类布局.然而,一个布局问题简而言之就是一次纯数学的练习(整场比赛可能不是,因为心理也会起作),每一个赞叹棋类布局的人,实际上是在为数学的美而喝彩,尽管这种优美相比而言是较低档次的。棋类布局问题是数学的赞美曲。 再降低一点,不过面向更广泛的大众,我们可以从桥牌,或更低一些,从通俗报刊上的智力游戏中学到同样的内容,几乎所有这类游戏的空前流行,都归功于基础数学的吸引力。 优秀的智力游戏创制者,像杜德尼(Dudeney)和卡里班(Caliban)所用的技巧除此之外别无其他。他们清楚自己的业务,公众需要的无非是小小的智力刺激,别的任何东西都没有数学那样的刺激性。 还要补充一点,世上没有什么事情比发现或再发现一条真正的数学定理更能使知名人士(和那些轻视数学的人)快乐得多。H斯潘塞在他的自传中重新发表了一条他20岁时证明了有关圆方面的定理(他却不知道柏拉图在2000多年前就已论证了该定理),索迪(Soddy)教授是新近更惊人的例子(不过他的定理倒真正是他自己的)。⑥ ①特朗普尔;澳大利亚板球运动员。 ②布鲁克:英国诗人。 ③奥格:《圣经》中的Bashan之子,在位六十余年。 ④安厄尼厄斯:《圣经》中人物。 ⑤加利奥:罗马官员,政治家,哲学家,作家塞内加的长兄。 ⑥见他关于六球链(Hexlet)的通信,《自然》,137~139卷,(1936~1937年)。 11 尽管棋类布局问题是真正的数学,但一定程度上它仅是琐碎的数学,尽管棋类布局充满机智,复杂诱人,尽管棋的走步富有创意,又出人意料,但它还是缺少了某些必要的东西。棋类布局问题无足轻重,最好的数学不仅仅优美,而且严肃或者说重要,不过这个词有些模棱两可,而严肃恰巧更好地表达了我想指明的东西。 我并未考虑到数学的实用效果,稍后我将回到这一论题。目前,我只想说,从粗俗的意味上讲,棋类布局问题毫无用处,同样地,大多数最好的数学也是如此;数学极少有实用价值,而这实用的极少数,相对来讲还较乏味。数学定理的严肃性不在于其通常微不足道的实用效果,而在于它涉及的数学概念的意义。可以粗略地说,如果一数学概念同大量形形色色的其他数学概念有一种自然而鲜明的联系,那么这种数学概念便是有意义的,这样,一条严肃的数学定理,即一条与有意义的概念相联系的定理,很可能引发数学本身甚至其他学科的大步前进。没有一个棋类布局问题能影响科学思想的普遍发展;毕达哥拉斯、牛顿、爱因斯坦都改变了各自所处时代的整个科学的前进方向。 当然,一个定理的严肃性并不在于其后果,后果不过是其严肃性的证据。莎士比亚对英语语言的发展产生了巨大的影响,而奥特维(Otway)的影响几近于无,但这并不能说明?什么莎士比亚是比奥特维更好的诗人。莎士比亚更好,是因为他写下了更多更好的诗篇。就像奥特维的诗劣于莎士比亚的诗一样,棋类布局问题地位较数学低,不是因为其后果,而在于其内容。 还有一点我稍后将阐明。倒不是因为这点没有趣味,而是因为它较难,也因为讨论美学的严肃性我还不够格。数学定理的美很大程度上依赖于其严肃性,而诗句的优美在某种程度上还依赖于诗歌所含思想的重要性。上文中我曾摘引了莎翁的两行诗来例证词语格律的纯粹的优美;不过下面这一行可能更优美:结束了生命的热浪,他安然地进入梦乡。 格调完美,主题明确,音调铿锵,因而我们的情感被更深地激荡了。既然在诗歌中,意境对造型的确至关重要。自然地,数学更是如此,这个问题不再详究。 12 行文至此,要想再有所进展,我就必须提供为每个数学家公认为第一流的真正的数学定理的例证,然而此处,我却因我写的东西产生的种种约束被缚住了手脚。一方面,例子必须非常简单,没有专门数学知识的读者也能读懂,无需预先解释,读者就能跟得上清楚的阐述,跟上例子。这些限制就排除了数学中许多最优美的定理,像费马(Fermat)的二平方定理或二次互反律。另一方面,我的例证必须来源于纯正的数学,也就是专职数学家所从事的数学,这一限制又排除了大量的相对易于理解的定理,因为这些易于理解的定理虽易懂,却与逻辑和数学哲学相涉。 别无选择,我只得又回到希腊数学,这里我将阐述并证明两条著名的希腊数学定理。这两条定理从思想到运算都很简单,同时,毫无疑问,又是最高层次的。每一条定理都如同刚发现之日一样清新,一样举足轻重2000年来它们一直保持着青春。再次,稍有理解力的读者可以在一小时之内掌握全部的论述和证明。 1.其中第一个是欧几里得(Euclid)⑦关于存在无限多个素数的证明。素数,或称质数是指下列数字: 2,3,5,7,l1,13,17,19,23,29(A) 这些数字不能再分解为更小因子的整数,如37和317是素数。所有整数都由素数相乘而得, 666=23337 任何一个本身不是素数的数(非质数)至少可以被一个素数(通常可被分解为几个素数)整除。要证明素数无穷尽,也就是要证明数列(A)无穷。 先假设(A)是有限的,且 2,3,5P 是全部素数的序列(P是最大的素数);在这一假设下,让我们来考察数Q,Q定义为 Q=(235P)+l 显然Q不能被2,3,5,P中的任何数整除,因为相除时余数为1。由于不是素数的数总能被某一素数整除,而Q不能被任一素数整除,所以Q是素数。因而,总有一个素数(可能就是Q)任一素数大,这与P是最大的素数的假设相矛盾,因此原假设不成立,即没有比P更大的素数的假设不成立。 这种证明方法称为归谬法,这一为欧几里得甚爱的归谬法⑧,是数学家们最好的武器之一。这一着比象棋中开局舍子的任何一种着数高明得多:棋手或许会牺牲一卒或一个棋子, 而数学家舍掉的是整局。 13 2.第二个例子是毕达哥拉斯⑨关于根2(2)的无理性的证明。 有理数是一个分数a/b,其中a、b均为整数。我们假定a和b没有公因子,如果有的话,我们可以把它消掉。根2是无理数,也可以表述为2不能以(a/b)平方的形式表示,也就是说,方程 a2=2b2(B) 不能被两个没有公因子的整数a、b所满足。这是一个纯算术运算定理,无需任何无理数方面的知识,也不依赖于有关无理数性质的任何理论。 再用归谬法来证明。先假设上式(B)成立,a和b是没有公因子的整数。根据(B)式,a方应是偶数(因为2b方能被2整除),因此a也是偶数(因为奇数的平方是奇数)。如果a是偶数,那么 a=2c(C) 其中c为整数,因此有 2b2=a2=(2c)2=4c2 即 b2=2c2 因此b方是偶数,b也是偶数(理由同上)。这就是说,a和b都是偶数,因此有公因子2,这与假设矛盾,所以假设不成立。 从毕达哥拉斯的定理可推出正方形的对角线与边长不可通约(也就是说对角线与边之比不是有理数,或者说,没有一个公共的单位,使对角线和边长可同为其整数倍)。若以边长作为长度单位,对角线的长度没为d,则由毕达哥拉斯的勾股定理⑩ d2=12+12=2 故d不是有理数。 还可以从任何人都能理解其含义的数学理论中引用许多精彩的定理。例如一个所谓算术基本定理:任一整数都可以惟一方式分解为素数的乘积,名副其实。如666=23337,此外没有别的分解方式了:666不可能等于21129,或者等于l389,或等于1773(不用相乘其结果也显而易见)。这一定理是高等算术的基础,证明过程虽不困难,却需要一定的功底,而且非职业数学家读起来可能会感到乏味。 另一著名的优美的定理是费马的二平方定理。素数(特殊素数2除外)可以归为两组数.一组为 5,13,17,29,37,41 这些数被4相除时余数为1;另一组为 3,7,11,19,23,31 这些数被4相除时余数为3。 任一属于第一组的素数都可表示成两个整数的平方和。如 5=12+2213=22+32 17=12+229=22+52 而3,7,11,19都不能表示成如上形式(读者可自己检验),这就是费马定理,非常公正地被视为最完美的定理之一。可惜,没有相当专业数学知识的人难以理解其论证过程。 集合论中也有许多优美的定理,像康托(Cantor)的连续的不可数定理。这里的困难是相反的,只要掌握了所使用的语言,证明并不困难,但必须进行适当的解释,才能把这条定理的意思弄明白。不必再赘述更多的例子了,上文给出的例子是些测试,对上述例子不能理解的读者很可能难以欣赏任何数学的东西。 我认为数学家是概念的造型者,美和严肃是评价其造型的标准。难以相信,能理解上述两个定理的人会否认它们符合美与严肃的标准。拿上述例子与杜德尼最机智的智力游戏或与象棋大师们编排出的最妙的棋类布局问题相比,本文例子在美与严肃两方面的优势是一目了然的:毋庸只置疑,其间有层次的差别它们更加严肃,也更加美丽。我们能否更准确地说明它们的优势所在吗? 14 首先,这两个数学定理在严肃性方面的优势是显而易见、绝对的。象棋布局问题是把一些想法巧妙但很有限度地交织而成的结果,它们在根本上差别不大,而且对外几乎没有任何影响:即使象棋没有发明,我们也会产生同样的思想方法。而欧几里德和毕达哥拉斯的定理影响很大,甚至在数学之外,也对人们的思想产生了深刻的影响。 欧几里德定理对算术的整个结构都至关重要。素数是算术组成的原料;欧氏定理确保了这种原料的充足性,但毕氏定理有更广泛的运用,它也提供了更好的课题。 首先,我们应看到毕达哥拉斯的论证有深远的扩展性,可以在不作原则性改变的基础上适用于无理数的范畴。我们可以用类似泰特托斯(Theaetetus)的方法证明根3,根5,根7,根11,根13,根17是无理数,或者超过他的方法证明4根3和4根7是无理数㈠。 欧氏定理告诉我们,有足够多的材料对整数构造一个条理分明的算术体系。毕氏定理及其扩展则告诉我们,即使我们构造出这种算术体系,也不能满足我们的需要,还会有许许多多的量要我们考虑,而这些量是整数的算术无法度量的,最明显的例子就是正方形的对角线 。这个发现的极端重要性立刻被希腊数学家注意到了,他们起初假设(我猜想是按惯例)同种类的量都是可以公度的,例如任何两个长度都是某一共同单位的倍数。他们由此建立了一个基于此种假设基础上的比例理论。毕氏的发现暴露这个理论基础的薄弱性,从而使欧多克斯(Eudoxus)建立了更深刻的理论。这个理论在《原本》的第五章中有详细叙述,被许多现代数学家誉为希腊数学的最优秀成就。这个理论在数学思维上是很前沿的,可以称作无理数理论的先河,它导致了数学分析的革命,对近代哲学也有很大影响。 两个定理的严肃性是毫无疑问的。所以值得一提的是二者都不具实用性。在实际运用中我们只会用到相对小的数,只有天文学和量子物理涉及到大数。它们即使与最抽象的纯粹数学相比,实用性也大不了多少。我不知道工程师通常要求的最高精度是多少,10位数恐怕会太高。那么 3.14159265(值保留8位小数)是两数之比,即 (314159265)/(100000000) 也才9位数。小于1000000000的素数有50847478个,这对工程师来说也太多了,即使不要其他素数,他也满足了。欧氏定理先谈到这里。而就毕氏的理论来说,我们都知道,显然工程师们对无理数不感兴趣,因为他们工作中只涉及近似值,而所有的近似值都是有理数。 15 一个严肃的定理是一个包含着有意义的概念的定理,因此我有必要进一步分析一下数学概念有意义的特性。这项工作有些难度,而且很难说我作的分析有价值。当目睹一个有意义的概念时,我们是一眼能识别的,就像看我的那两个标准定理中的有意义的概念一样。但具备这种识别能力需高深的数学知识和长期从事数学研究工作的经验。因此我必须尝试一些数学分析,也应该有可能发掘一些具有说服力的成果。至少有两个特性是至关重要的,即一定的普遍性和一定的深刻性。但何为普遍、何为深刻还不能明确给出解释。 一个有意义的数学概念,一条严肃的数学定理从下述意义上被认为是普遍的。数学概念应该是许多数学构造的要素,应能应用于许多不同种定理的证明。这种定理即使一开始是以相当特殊的形式提出(如毕氏定理),它也应能被广泛地扩展,成为与其同类型定理的典型。证明中所揭示的关系本来应该联系着许多不同的数学概念。所有这一切都还比较模糊,存在许多疑点。但显而易见的是,如果一个定理明显缺乏这些特征,这个定理就不可能是严肃的。为说明我的观点,我只需从浩瀚的代数海洋中抽取几例。下面是从劳斯鲍尔的《数学游戏》(MathematicalRecreations)㈡摘取的两例。 (a)只有8712和9801是能表示成它们的反置数的整数倍的四位数。 8712=42178,9801=9l089 小于10000的其他数不具有这个性质。 (b)大于1的数中只有四个数等于它们组成数字的立方和,这四个数是153、370、37l、4 07。 153=13+53+33370=33+73+03 371=33+73+13407=43+03+73 这些实例看来多少有点奇怪,也只有外行或业余爱好者对此有兴趣。对一个数学家来说,它毫无价值,它的证明既不难懂,也不有趣,只是需要花许多时间去尝试。这些定理是不严肃的,其原因之一(也许不是重要原因)是因为其表达和证据都太局限,不具有明显的普遍性。 16 普遍性是一个模糊而又危险的词,我们得留心不要让其占据太多的篇幅。它广泛应用于数学及有关数学的著作中。其中有一种特别的情形,它虽与我们今天的论题无关,但逻辑学家对它推崇备至。从这个意义上说,所有的数学理论都同等地和完全地是普遍的。 怀特海曾说:数学的确定性取决于它完全抽象的普遍性。㈢当我们假设2+3=5时,就假设了一种存在于三种事物间的关系。这些事物并不是苹果或便土,或者任何一种特定的东西,而只是事物,任何事物都行。这种表达式的意义完全独立于具体事物的个别性。在完全抽象意义的基础上,所有的数学对象、实在、关系,如2,3,5,+,=或所有包含它们的数学命题,在完全抽象的意义下都是普遍的。实际上怀特海的话未免多余,因为在此意义上讲,普遍性就是抽象性。 普遍性的意义举足轻重,逻辑学家强调它不无道理。因为它传达的是一个真理,很多本该清楚了解它意义的人却常常忘记。如经常有天文学家或者物理学家宣称他发现了证明物理世界必须以一种特殊方式运行的数学证据。所有这些言论,只从字面理解,绝对是无稽之谈。就像不可能用数学去证明明天会发生日食一样。因为日食以及其他的物理现象并不是数学世界的组成部分。我想所有的天文学家该不会否认这一点吧?但是另一方面他们也确实可能正确预测日食的发生。 很明显,这种普遍性与我们的讨论无关。我们要寻找的是存在于各种数学定理之间的普遍性上的差别。在怀特海看来,普遍性是相同的。所以本书15中的(a)和(b)这种小定理也和欧几里德、毕氏定理一样抽象和普遍,所以也等同于象棋布局。对象棋来说,不管棋子什么颜色、什么形状,棋手们都不会认为有什么不同,只有外行才会考虑到与棋盘的搭配问题。棋盘和棋子只是用来刺激我们思维的工具,与真正的下棋对奕相比,就好比黑板、粉笔之于数学课中的定理关系。 我们现在要寻找的并不是这种存在于所有数学定理中的普遍性,而是在15中提及的更晦涩难懂的那种普遍性。对此种普遍性也不宜强调过分(像怀特海一样的逻辑学家们倾向于这样做)。现代数学的卓越成就并不仅仅是普遍性的微妙的堆砌㈣,虽然这种堆砌是现代数学的巨大成就。在任何一种高水平的定理中,都存在一定的普遍性。但如果普遍性太泛也就会导致枯燥乏味,那就成了每个事物都是它而不是别的。其实事物间的区别与其共性一样使人着迷。我们选择朋友并不是因为他们具备人类的所有优点,而是因为他们有其本身的特点。在数学中道理亦然。因此我可以毫不夸张地引用怀特海的话来证明我的观点:被适当的特殊性所制约的广泛的普遍性,才是富有成果的概念。㈤ 17 一个有意义的定理必须具备的第二个特性就是深刻性。其概念也不易定义,它与难度有关,深刻的思想往往难以掌握,但二者也并不完全一样。毕氏定理及推广所蕴含的概念有一定的深度,但现代数学家绝不会认为它难懂。相反,一个定理可能极为肤浅,但却难以证明如丢番图(Diophantus)的有关求方程整数解的定理。 数学理论好像分层分布,每一层的内部以及与上下层之间由错综复杂的关系网连接起来。层越往下,理论就越深,也就越难懂。因此无理数概念比有理数深,同样,毕氏定理比欧氏定理深刻。 如果注意整数之间或者任何一特定层次上的其他一些对象集合之间的关系,就会发觉有些关系一目了然,如,不需下一层次概念的任何知识,我们就可以识别并证明整数的性质。因此证明欧氏定理只用整数就行了。但整数有些定理是不能一眼看清的,还得通过挖掘和考虑深一层次的知识才能证明。 我们在素数理论中容易发现这种例子。欧氏定理重要但不深刻,我们不需用任何比可除性更深刻的概念证明素数无限。 当取得了答案后,心中又不免萌生新的问题。素数无穷,但这种无穷的素数究竟如何分布?假定有一个很大的数N,如10的80次方或10的10次方的10次方㈥,其中有多少个小于N的素数㈦。当我们问这些问题时,就发现自己的思维处在不同的层次了。我们可以用超出想象的精确性来回答这问题,只是要深入一步,不用整数,而用现代函数理论的最有力武器来解决。所以回答我们这个问题的定理比欧氏定理深刻得多。 例子是不胜枚举的。但深刻性甚至对一个能识别它的数学家来说也是不易说清的,因此我也不妄想还有什么妙语能解开读者的迷惑。 18 在11节中我对比了象棋和真正的数问题,其中有一点尚未涉及。如今我们想当然认为真正的数学定理就实质内容、严肃性与重要性而言,是无与伦比的。对训练有素的天才来说,事物的美中也无不蕴含数学的奥妙,只是这种奥妙更难于言传。由于棋类布局问题的主要缺点就是微不足道,而这方面的对比交织着一些美学上的评价,同时也使这种评价受到妨碍,在欧几里得和毕达哥拉斯的定理中我们能如何区分出纯美学特征呢?我不敢妄加评论,只略述一下我的观点。 在两个定理中(当然也包括证明),有一种高度的意外性、必然性和有机性。证明形式颇为奇怪,使用的工具与之达到的结果相比显然过于简单。但结论中没有任何疏漏,证明中的细节也不繁琐,一行一个个步骤。许多只有专职数学家。才能理解的更难的定理,其证明也一样简明。在证明数学定理时不需要很多情况,因为列举情况实际是数学论据的较为呆板的形式。数学证明应当如星座般清晰、明了,而不应像银河里的星束分散而模糊。 棋类布局问题也有意外性和一定的有机性。当然至关重要的是走棋要出奇制胜,每一颗棋都应尽其用。美学的效应是累积的,出了关键一着,下一着应变化多样,且每个变化都应有相应的反应(除非问题很简单,不是真正引人人胜)。如果P-B5(5下标),那么Kt(t下标)-R6(6下标);如果那么;如果那么,如果没有多种不同的答案? 其美中效果将会是单调、乏味的。这些都是地地道道的数学,有其自身的优点,但它仅仅是列举证明(而且这些情况之间并没有根本的不同)㈧,真正的数学家对此往往不屑一顾。 我想用棋子自身的感受来加强我的论证。必庸置疑,一个象棋大师,一个重大游戏、比赛的参与者,从心理上是很鄙视用纯粹的数学知识去下棋的,他们积累了不少经验,在紧要关头总能显露身手,不管他怎么走,我头脑里已储存了对付的方法。象棋首先是心理上的较量,而不仅仅是一些数学小定理的积累。 19 我现在必须回到我的小津讲演上,对在6小尚未谈及的问题作一些说明。从以上论述中者可以看到,我只对把数学当作一种创造性艺术感兴趣,但有很多问题还值得考虑,尤其是数学的实用性,它曾引起许多争议。此外还有必要检查一下数学是否真如我在牛津演讲中提到的那样百利而无一害,如果科学或艺术的发展能增加资源、方便人类,或增加人们情感上的愉悦,那么我们就可以认为它们是有用的。医学和生理学能减轻病痛,所以是有用的;工程设计能建筑高楼、桥梁,从而提高生活水平(当然工程设计也会带来害处,但此处暂不涉及),所以也是有用的。依此来看,数学也必然是有用的,工程师如没有数学基础是无法进行工程设计的,数学也正开始运用于生理学中。因此我们有为数学作辩护的依据,虽说并不完备,但值得去钻研。数学应用的更高层次,即运用于各种创造性艺术中,将与我们的研究无关。数学如同诗歌、音乐一样,能训练并陶冶人的性情,所以对数学家或数学爱好者来说,沉迷于其中,其乐也融融。不过,如从这方面去论证数学的用处,只不过是更为详尽地重复我的老话,而现在要考虑的应是数学的原始的应用。 20 这一切似乎是不言而喻的,但就这样也有不少争议,因为大多数有用的学科对我们中的多数人来说往往是学而无用的。生理学家和工程师对社会功用不小,但对常人来说,生理学和工程学并无多大用处(尽管他们的学习也许会基于其他原因),就我自己来说,我从未发现我拥有的纯数学之外的科学知识给我带来过些微的益处。 事实上我们不得不诧异,科学知识给普通人带来的实用价值是如此之小,如此乏味,而且毫无特色,其价值似乎与其在外的功用名声成反比。如果在简单的算术上反应快,是会很有用的;懂一点法语、德语,懂一点历史、地理或经济学知识也会是有用的;但仅懂一点化学、物理或生理学,在日常生活中却毫无用处。不用知道气体的组成我们便可以知道它会燃烧;汽车坏了我们自然送到修车厂去;胃不舒服会去看医生或去药店买药。我们的生活要么自有其规律操纵,要么需要各行各业人的帮助。 然而,这只是枝节问题,一个教育的问题,只有教师们对它感兴趣,因为他们必须说服那些为自己孩子的有用的教育而喋喋不休的父母们。当然,我们说生理学有用,并非鼓吹大多数人去学习生理学,但如有一定数量的专家致力于生理学的发展、研究,将会使绝大多数人受益。重要的问题是,数学的有用性究竟能延及多远?哪些数学领域有用性最强?怎样才能仅仅以这种有用性为理由,来为认真的数学研究,即数学家们所理解的数学研究进行辩护? ⑦见《原本》第九章第二十节。很多定理的真正作者在《原本》中未注明,但似乎没有特别的理由否认这是欧几里得自己发现的定理。 ⑧证明也可以不用归谬法,一些学校的逻辑学家则更钟爱归谬法。 ⑨传统上这一证明归功于毕达哥拉斯,但可以肯定这是他的学派的一个成果。欧几里得提出这个定理时,其形式更一般(《原本》第十章第九节)。 ⑩欧几里得,《原本》,第一章第四十七节。 ㈠见哈代和赖特的《数的理论导引》(IntroductiontoTheoryofNumbers)第四章,那里讨论了毕达哥拉斯定理的不同的推广形式,以及有关泰特托斯的历史悬案。 ㈡第11版,1939(HSM柯斯特修订)。 ㈢《科学与现代世界》,33页。 ㈣《科学与现代世界》,44页。 ㈤《科学与现代世界》,46页。 ㈥据推论宇宙的质子数大约为10的80次方。如果将10的10次方的10次方写出来,将占据50000本一般篇幅的书。 ㈦我在14中已提到过,小于1000000000的素数数量是50847478个,但这只是我们确实所知的范围。 ㈧我相信,如果所考虑的问题中,一个类型有形形色色的变化,那么列举证明现在也认为有其价值。 21 我将作出的结论到这里似乎是显而易见的了,所以我先武断地将它表述出来,再对之详述。不可否认,初等数学中的很大一部分我用的初等一词是职业数学家使用的那种意思,它包括诸如有关微积分等应用知识是具有一定使用价值的。数学中的这些部分整体来说是比较枯燥的,它们是最乏美学价值的部分。真正的数学家所研究的真正的数学,如费马、欧拉、高斯和阿贝尔所研究的数学,几乎是完全无用的。(这一点对实用数学和纯数学来说都是如此。)以实用性为标尺来衡量一个天才数学家的工作是不可能的。 但是这里我要纠正一个错误概念。有人认为纯数学家以其工作的无用性为荣㈨,并宣称他们的工作没有实际应用价值。这种念头是基于高斯的一句不谨慎的话,其大意是:如果数学是科学中的皇后,那么数论由于其极端无用性而成为数学中的皇后我从没能找到这话的确切引用。我敢肯定高斯的原话(如果真的是他说的)被很粗鲁地曲解了。如果数论能够被应用于任何实用的、显赫的目的,如果它能像物理甚至化学那样直接增加人类的欢乐和减少人类的痛苦,那么高斯或其他数学家决不会愚蠢到为这种应用哀叹或后悔。但是科学可为善服务,也可为恶助纣(特别是在战争时期),这样高斯和另一些数学家就应该庆幸有一种科学,就是他们的科学,由于其远离人类日常的活动而保留了其纯洁性。 22 还有一个错误概念需要反驳。人们很自然地认为纯数学和应用数学的实用性有很大差别,这是一个假象:这两种数学之间有很大的差别(这一点我将在下面详述),但并没对它们的实用性有很大影响。 纯数学和应用数学的区别在哪里?对于这个问题数学界有统一而明确的答案,在我的答案中丝毫没有有悖于正规的说法,但有一些需要事先阐明。 下面的两节可能带有一些哲学味,但不会很深,且对我的论点也不是必不可少的。但我在叙述中将常用到一些词,这些词有明显的哲学含义,如果我不解释为什么及怎么用这些词的话,读者也许会感到困惑的。 我经常用到真正的这个形容词,就像日常生活中用到它一样。我说到过真正的数学、真正的数学家,就像我会说真正的诗和真正的诗人一样,而且会继续这么用它。但我将会用到另一个词实在(reality),它却有两个含义。 首先,我将谈到物理实在,这里我用的是一般意义上的词义。对于物理实在我指的是物质世界,昼与夜,地震和日食,也就是物理科学所描绘的世界。 我敢说直到现在,没有读者会对我的语言感到困难,但我马上要进入困难的领域了。有另一种实在性,我把它叫做数学实在,对于它的本质在数学界和哲学界都没有统一的认识。一些人认为它是精神的,某种意义上我们构造了它;另一些人则认为它是外在的,独立于我们。一个人如果能对数学实在给出一个令人信服的解释,他将可以解决形而上学中大多数难题。如果他的解释中也包括了物理实在,这些难题就都解决了。 即使我有这个能力,我也不愿在这里讨论这个问题。但为了避免小误解,我还是要申明一下我的立场。我相信数学实在存在于我们之外,我们的任务是去发现或观察它,并且,我们所证明的定理,我们夸耀称之为创造物的,只不过是我们观察记录而已。自柏拉图以来很多享有盛誉的哲学家都持有此观点,虽然形式各异。我采用的语言对持有这种看法的人来说是很自然的,读者若不喜欢这种哲学概念可改变这种语言,这对我的结论影响甚微。 23 纯数学和应用数学间最大的差异也许表现在几何学方面。纯几何学㈩包括很多分支,如射影几何、欧几里得几何、非欧几何,等等。每一种几何都是一种模型,即概念构成的造型,应该按照各个独特造型的意义和美加以鉴别。几何是一幅图像,是很多方面的合成品,也是数学实在的一部分,并且是一个不完全的复本(然而,在其范围内又是准确的复本)。但是现在对我们最重要的一点是:纯几何学无论如何也不能描写物理世界的时空实体,因为地震和日食不是数学概念。 这些话对于外行来说可能有点矛盾,但对于一个几何学家来说则是真理,我可以举一个形象的例子来加以说明。假如我作一个有关几何学的讲座,例如普通的欧几里得几何,我会在黑板上画一些图形,一些直线、圆或椭圆的草图来激发听众的想象。显然,我画图的质量不会对我所证明的定理有什么影响,图形的作用只是将我的意思明白地传达给听众,如果我已做到这一点,那么让技巧高超的画师来重画一遍是毫无必要的,它们只是辅助教学的工具,不是讲座的实质内容。 让我们再进一步。我讲课的教室是物理世界的一部分,有其固定的形状。对于这种形状以及对于物理世界的一般形状的研究本身就是科学,可称之为物理几何。假设现在有一个高功率的发电机,或一个巨大的引力体搬进教室,物理学家就会告诉我们教室的几何结构已改变,它的整个物理造型已经轻微但确实被改变了。那么我所证明的定理是否也变得错误了?我的求证当然是没受影响的,这就像莎翁的剧作不会由于读者不小心将茶泼在某一页上而改变一样。剧本是独立于所印刷的纸张的,纯几何也是独立于教室或物理世界的其他部分的。 这是纯数学家的观点。应用数学家、数学物理学家自然是另一种看法,因为物理世界(含有其结构和形状)已经在他脑中先人为主了,对于这种形状我们不能像描述纯几何学那样确且描绘,但是我们能说出几点名堂来。我们可以精确或粗略地描绘出它的组成部分之间的关系,并把这种关系与某些纯几何体系的组成间精确的关系作一个比较,这样我们也许可以找出两种关系间的相似之处,那么我们面前就会有一幅符合物理世界的事实的图来。几何学家给物理学家提供了一整套可供选择的图形,这当中可能某一幅图比其他的更符合事实,于是提供这幅图的几何学就成了应用数学家最重要的几何学。我可以补充一句,即使是纯数学家也会对这种几何学更加欣赏,因为还没有哪个数学家纯到对物理世界毫无兴趣的地步。但是,一旦他屈服于这种诱惑,他就放弃了他纯数学的立场。 24 这里自然会使人想起我的另一番议论,物理学家会觉得它是自相矛盾的,尽管这种自相矛盾比起18年前已轻微得多。我将用我在1922年于英国科学促进协会A组讲演中几乎一样的语言来描述它,那时我的听众绝大多数是物理学家,为此我的话可能带有一点挑衅的意味,但我还是坚持了我的立场。 我一开始就说数学家和物理学家之间见解的差异也许并不如一般人认为的那么大。我认为最重要的一点是,数学家与实在的联系更直接一些。这似乎是自相矛盾的,因为正是物理学家们在研究所谓实在的那些客体,但人们稍加思索就能说明:物理实在,不管它是什么,很少或没有一般意义上被本能地赋予实在的属性。一把椅子也许是一堆旋转电子的集合体,也许是上帝脑海中的一个想法,这两种描述都有可取之处,但没有一种是与通常意义下的实在完全相符。 我接着说道,无论物理学家还是哲学家都未曾对物质实在作出有说服力的解释,也没有解释物理学家如何从大量混乱的事实或感觉开始来建造他所称的实在的物体结构的。我们并不能说我们知道物理的研究题材是什么,但这并不妨碍我们大致理解一个物理学家想干什么:他想用一些确定的、有序的抽象关系系统,来将他面临的原始的、无条理的事实现象重新联系起来,而这种系统他只能从数学家那里获得。 另一方面,数学家也在研究他自己的数学实在,对这种实在,正如我在22节中所说,我持实在论而非唯心论观点。在任何情况下(这是我主要的观点)这种数学的实在论观点比物理实在似乎更合理一些,因为数学的客体更接近他们所被看到的。一把椅子或一颗星星一点都不像它们看起来的那样,我们对之想得越多,感觉的迷雾就越会使它的轮廓模糊不清。但是2和317与感觉无关,我们观察得越仔细,它们的性质就越清晰。也许现代物理学最适合于唯心主义哲学框架我不相信这一点,但有些著名的物理学家是这么说的。纯数学在我看来倒是唯心主义的绊脚石:317是个素数,并不因为我们是这样认为,或是我们的思想是以某种特定的方式形成,而是因为它原本如此(原本如此有着重号),因为数学实在就是这样建立的。 25 纯数学和应用数学的这些差异对它们本身很重要,但与我们关于数学实用性的讨论毫无关系。我21中曾谈到过费马和其他一些伟大的数学家的真正的数学,具有永恒美学价值的数学,如最好的希腊数学。它们之所以永恒,是因为其中的精华就像文学中的精英部分,在几千年后还能引起千万人强烈的满足感。这些数学家基本上都是纯数学家(当然那时候两者的差异要比现在小得多),但我考虑的不仅是纯数学方面。我把麦克斯韦、爱因斯坦,《Eddington》和迪拉克都算在真正的数学家之列。现在应用数学最伟大的成就就是相对论和量子力学,而这些领域现在无论在哪方面都几乎像数论一样是无用的,在应用数学中像在纯数学中一样,或多或少地有用的恰恰是其中最令人乏味的和最基本的部分。时间会改变这一切。无人预见到矩阵、集合论和其他纯数学理论在现代物理学中的应用,也许一些高雅的应用数学会以想不到的方式变得有用,但是迄今为止,无论在哪一学科,实际生命是由平凡和枯燥组成的。 我还记得6顿举的一个有关有用的科学不吸引人的有趣例子。英国科学促进协会在利兹举办过一个会议,举办者以为会员们可能会想听一些科学在厚毛纺工业方面的应用,但出于这个目的的讲座和展示都彻底失败了。看起来与会者(无论是否利兹居民)都想得到娱乐,但厚毛纺完全不是一个有趣的话题。这些讲座参加者寥寥无几,而有关相对论或素数的理论却受到了听众的欢迎。 26 数学中的哪些部分是有用的? 首先,中小学里大部分数学是有用的,如算术、初等代数、初等欧氏几何、初等微积分计算。但专家所学的一部分数学应排除在外,如投影几何。在应用数学中,力学基础是有用的(中学所教的电学应归于物理学)。 其次,大学数学中相当一部分是有用的,它大部分实际上是中学数学更完备的发展,一部分物理化的学科如电学和流体力学也是有用的。同时我们必须认识到知识的储备总是好事情,最实际的数学家的知识如果仅限于对他有用的那一点点的话,可能会遇到严重障碍,因此我们各方面都应懂一些。但我们总的结论是,这种数学只是当一个高级工程师或一个现代物理学家需要时才会有用,也就是说,这些数学没有特别的美学价值。欧几里得几何中那些死板乏味的部分是有用的我们并不想要平行公理,或比例理论,或正五边形的构造。 于是我们得到一个很有趣的结论,就是纯数学整体上明显比应用数学有用。纯数学家似乎在实用方面和美学方面都占优势。最有用的是技术。而数学技术主要是通过纯数学来传播的。 我希望我不需要表白我不是在贬低数学物理,它是一门辉煌的、也有许多问题的学科,充满了最棒的想象。但一个普通的应用数学家的处境不是有点可怜吗?如果他想有用些,他就不得不单调乏味地工作,也不能够给他的想象力以充裕的空间。想象的宇宙比这个构造拙劣的现实世界美丽得多,而且一个应用数学家的想象力创造出的最精美的产品往往一出来就被否定了,理由粗鲁而充分:它们不符合事实。 总结论已经明白无误了。如果我们暂时同意说,有用的知识就是现在或不远的将来对人类的物质享受有贡献的知识,而与纯粹的智力满足无关,那么高等数学的大部分就都是无用的了。现代几何、现代代数、数论、集合论、函数论、相对论、量子力学没有一样能达到这个标准,也没有一个数学家的价值可以以此标准衡量。如果以此为标准,那么阿贝尔、黎曼、庞加莱都虚度此生,他们对人类享乐毫无建树,没有他们地球依然是个乐园。 27 也许有人反对说我关于用处的概念太狭窄,我只将其定义为快乐和舒适,而忽略其社会效应,而后者是近年来一些作者抱着各不相同的观感都非常强调的问题。如怀特海说到数学知识在人们生活中,在日常工作中,在社会组织中的巨大作用,霍格本(他对我和其他数学家所说的数学是无动于衷的,不像怀特海那样心领神会)说:如果没有数学这种大小和次序的规则,我们就不可能建造一个充满快乐、无人受穷挨饿的合理社会。 我买在不能相信这种辫辞会给数学家们带来多大的安慰。这两位作者的语言都过于夸大其词了,而且,他们俩也都忽视了非常明显的区别。由于霍格本被公认不是一名数学家,所以上述情况对他是很自然的。他指的数学,实质上是他所理解的数学,我们将这种数学称之为中学数学。这种数学有许多用处,我承认这些用处,而且,如果我们高兴的话,也可以称之为数学的社会性。霍格本将许多令人感兴趣的魅力用于数学发现的历史。正是这一点使这本书获得声望。因为正是这本书才使霍格本帮助了许多从来不是,而且将来也不会成为数学家的人。读者搞明白了数学中还有他们未曾料到的东西。但是,霍格本对于真正的数学几乎一窍不通(这一点凡是阅读过霍格本对毕达哥拉斯的定理,或欧几里德以及因斯坦的有关论述的任何人也能马上这么说),更不用说什么心领神会了(这一点他不辞劳苦地要表现)。真正的数学对他来说仅仅是一个让人瞧不起的科目。 数学家怀特海的问题倒不是他不了解或不赞同这一有关数学的概念,但是在他对数学的狂热中却忽略了他所十分了解的那些特征。那种对人们的日常爱好和社会体制有巨大影响的不是怀特海的数学,而是霍格本的数学。而由一般人用于平常事物的数学是微不足道的,经济学家或社会学家们所利用的数学根本够不上学术水准。怀特海的数学也许深深影响了天文学和物理学,而且对哲学的影响也是相当可观的(一种有价值的思想总会影响另一种有价值的思想)。然而对于别的东西几乎没什么影响了。这种巨大影响一般并不是对普通人而言,而是对像怀特海本人那样的人而言的。 28 有两类数学,即真正数学家的数学和我将称之为不重要的数学。我之所以这样称谓,是没有比这更合适的词了。这种不重要的数学由推崇它的霍格本及其学派中的其他作者提出许多论据加以辩护。而真正的数学却得不到这样的辩护,而且,对这样的数学要是能够给予辩护的话,也是被当作一门艺术来加以辩护的。这种观点丝毫没什么荒谬或不寻常,因为它是数学家们所普遍认同的。 但是我们仍有另外一个问题要考虑。我们已得出结论,那就是,大体说来,不重要的数学是有用的,而真正的数学基本上不是有用的;从某种意义上来说,不重要的数学的确有益,而真正的数学却不然。但是,我们仍需问:是否两种数学中有一种有害?如果认为任何一种数学在和平时期有许多危害,这也许是令人感到不合情理,所以我们不得不考虑数学对战争的影响,现在,辩论这些问题很难不带偏见,所以我本不想谈的,然而,有些讨论看来是在所难免的,幸而这种讨论没必要搞很长时间。 有一个令人欣慰的结论让一个真正的数学家坦然,那就是,真正的数学对战争没有影响。迄今尚未有人发现数论或相对论用于任何战争目的,而且看来今后许多年也不大可能有这种情况。确实,应用数学有许多分支。例如弹道学和空气动力学。这类学科是因为战争而特发展起来的,它们需要相当精密的技术,也许这样一来,就很难将它们视为不重要的数学,但它们全都不可能拥有真正的数学那样的头衔。它们令人厌恶,而且极其枯燥,即使是利特伍德也不可能使弹道学成为让人崇敬的学科,别人就更无能为力了。因此,一个真正的数学家是问心无愧的;他的工作的价值是无可非议的。正如我在牛津大学曾讲述的那样,数学研究是一个无害而清白的职业。 在另一方面,不重要的数学在现代战争中有许多应用。例如:枪支专家和飞机设计师在工作中是离不开数学的。而这些应用所产生的一般影响是清清楚楚的。数学(假如不像物理和化学那样明显)对现代化、科学化的战争起了推波助澜的作用。 由于对现代化、科学化战争存在着两种截然相反的观点,数学的作用并不像人们想象的那么简单。首要的也是最明显的观点是,科学对战争的影响是:它加剧了战争的恐怖性。从前只有少数参战的人会领略到战争所带来的痛苦,而现在这种痛苦殃及其他的群体。而霍尔丹却在他的著作《化学战争的防御》⑴中阐述了另外一种截然相反而又无懈可击的观点。他认为现代战争不像科学发展以前时代的战争那样恐怖。他认为原子弹可能比刺刀更仁慈,催泪瓦斯和芥子气也许是军事科学所设计出的最人道的武器。他还认为:传统的看法只是缺乏深思熟虑的感情用事⑵而已。还应强调,由科学所带来的风险的平等性可能体现在长远的利益中,也就是说一个文官的生命与一名土兵的生命是等价的,女人与男人的生命也是等价的。什么都比将凶残行为集中到一个特殊群体要好。总之,战争全面展开得越快越好。 我并不清楚以上的观点中哪一个更接近于真理,这是一个急需解决而又令人兴奋的问题。但我没有必要在这里来阐明,这一问题只与不重要的数学有联系,捍卫它是霍格本的事,而不是我的事。这个问题对霍格本的数学也可能是点麻烦,而对我的情况却毫无影响。 实际上,不管怎么说,因为真正的数学在战争中总有用武之地,所以还有更多情况要阐述。当世界疯狂时,一个数学家可以在数学中发现一种无与伦比的镇定剂。在所有的艺术和科学之中,数学是最严肃而且也是最细微的。同时,数学家在所有的人里应该是最容易超脱于人世的。正如罗素曾说过的那样:至少一种冲动与不安可以从沉闷而乏味的现实中得以解脱。很遗憾,这里必须提出一个非常严格的限制条件这样一位数学家一定不能太老了。因为数学是一种创造性学科而不是默想的学科。没有任何人在他失去能力或者不再有创造愿望时还可以从数学这一学科中获得慰藉。而这种失去能力与创造愿望的情况可能会很快地在一个数学家身上发生。这是很可悲的,但在这种情况下,他也就不是什么重要的角色了,也用不着为他操心了。 29 在这里我愿意用更具个性的方式来概括我的结论。开始我就说过,任何一个为自己的主张辩护的人都会发现他是在为自己辩护。因此作为一名职业数学家,我自然也是在为自己作某种辩护,而这一结论部分可称为我的自传的一部分。 我从不记得除了曾经想成为一名数学家以外,还想做什么。很显然,我的才能是在这一方面的。而且我的父母也从不怀疑我在这方面的天赋。我不记得在孩提时代对数学有过强烈的爱好,这种数学家的素质我也许具备,但我并不觉得十分惊人。我对数学的兴趣是基于应付考试和争取奖学金的需要,我必须战胜其他同学!这似乎成了我决策的动力。 我的思想抱负发生急剧变化是在15岁的时候(这种变化方式很特别)。有一本名叫《三一学院成员》的书,作者是阿伦圣奥宾⑶,是一套有关剑桥生活丛书中的一本。这本书写得并不好。我认为这本书写得比玛丽科雷利(MarieCorelli)所写的大部分书都差。但由于它是一本能激起一个聪明男孩想象力的书,所以也算不得一本完全坏的书。书中有两名主人公。第一主人公名叫费劳尔斯,他几乎是完美的化身。第二主人公布朗,很有些女人气质。费劳尔斯和布朗在大学生活中遇到很多妨碍学习的危险情况,其中最糟糕的是贝伦敦(Bellenden)姐妹在切斯特顿⑷开设的一家赌场。这对姐妹年轻迷人且又极端邪恶。费劳尔摆脱了所有这些麻烦,成为数学学位考试的第二名和年级第一名,自然得到了一个奖学金(假如我当时所假设的那样);而布朗则失败了,辜负了父母的期望,开始酗酒。有一次,在暴雨中他处于醉酒后的狂乱状态,被牧师的祈祷文拯救出来。他连普通学位都难以拿到,最后成为一名传教士。这些不愉快的事情并没有影响他们间的友谊,当布朗第一次在高级职员休息室喝着葡萄酒、吃着核桃仁的时候,费劳尔斯对他的行为大惑不解,但却充满着爱怜之情。 现在弗劳尔斯是一个非常正直的研究员(迄今为止阿伦圣奥宾所能找到的一个)。然而,就连我这个思想单纯的人也不认为他是聪明人。如果他能作出这些成绩,我为什么不能?给我印象最深的是休息室的最后一幕,它使我着了迷,从那时起,直到我得到三一学院成员资格为止,对我来说,数学就等同于三一学院成员资格。 进入剑桥大学以后,我立刻发觉,学位奖学金意味着创造性的工作,而我每形成一种确定的研究思想都要花很长时间。像每一个未来数学家一样,我在读中学时,就觉得自己常常可以比老师做得更好;甚至在剑桥大学时,我也觉得有时能比老师做得更好一些,当然不像在中学叫那么经常罢了。但是,尽管当时我获得了剑桥的荣誉学位,对于我花费很大精力所研究的学科,我确实是无知的;而且我仍认为从根本上来讲,数学是一门竞争的学科。我的眼界最初是由乐甫教授打开的,他只教了我几个学期的课,却使我对分析的严醛概念有了最初的了解。我从乐甫教授处获益最大的是他建议我读乔丹的著名的《分析教程》(Coursdanalyse)。我永远也不会忘记这部著作所给予我的震撼,不会忘记那本书对我这一代数学家的激励。读了这部著作我才第一次懂得了数学的真谛;也是从那时起我走上了一个真正的数学家的道路,对数学树立了正确的目标,对数学有了真正的热情。 在这以后的十年里,我写了大量论文,但都无足轻重。在我的记忆中,我所满意的只不过四五篇。我的真止的职业危机是在后来的10年或12年出现的。在1911年我与利特伍德开始进行长期的合作。再是在1913年,我认识了拉曼纽扬。从那时起,我的所有成就便注定与他们不可分割,而且很明显,我与他们的合作是我一牛中有决定意义的事件。当我失望地却又不得不听那些浮夸而令人厌倦的谈话时,我就会对自己说:我做了件你们从未曾做过的事.那就是与利特伍德和拉曼纽扬在某种平等条件下的合作。与他们相比我显得尤其不成熟。当我成为牛津大学教授时,我处于四十刚出头的最佳时期。但就是从那时起,我的命运每况愈下,这种情况在老年人尤其是老年数学家当中是常见的。一个数学家也许可以在60岁时依然胜任上作,但不能指望他们产生创造性的思想。 坦率地说,我的有价值的生活已经结束,而且我小再可能做出什么事来有意识地增加我的生活价值。要沉住气是很困难的,但我认为这是一种成功。我已获得了与我的能力相匹配的人所应得到的奖励。我拥有了一系列令人欣慰而高贵的职位。对于大学里的较为单调乏味的生活,我并不感到烦恼,虽然我讨厌教书,但还是从事少量的教学工作,这种工作几乎完全是在指导我的研究工作。我喜欢演讲,而且曾经为一些出类拔萃的班级做了很多讲座。我始终都有闲暇来进行研究工作,这些研究已成为我一生中永恒的享受。我感到自己很容易与他人合作,而且已与两个很特殊的数学家进行了多方面的合作,这使我为数学作出的贡献大大超出了我本来的期望。像其他数学家一样,我也曾遭到许多次失败,但没有哪一次失败是过分严重而令我感到特别沮丧的。假如在我只有20岁时,让我过这种淡泊的生活,我也会毫不犹豫地接受它的。 听起来也许很可笑,我认为自己可以做得更好。我没有语言和艺术方面的才能,而且对于科学实验也不太感兴趣。也许我本来可以成为一个说得过去的哲学家,但绝不会是那种具有创新头脑的哲学家。我自认为我或许可以成为一名好律师;可新闻业只是一种职业,它不属于哪种学术领域,而我对自己在学术领域的机会是充满着信心的。所以,如果以人们一般所说的成功来作为评判适合什么职业的标准的话,那么我正适合做一名数学家。 如果我想要的是一种相当舒适和快乐的生活,那么我的选择就是正确的。但是那些律师、证券经纪人和出版商们常常也过着舒适而愉快的生活。要搞明白更富的人们生存的世界是怎样的,这是很困难的。那么是否可以说我的生活比他们的生活更有意义呢?对我来说,可能答案是惟一的,那就是:是的。如果答案是惟一的,那么答案的理由也是惟一的。 我从未做过任何一件有用的事。我的新发现未曾,且将来也不大可能为世界增加哪怕是最小限度的舒适感,不论是直接的还是间接的,也不管是善意的还足恶意的,都做不到这一点。我也曾培训过其他数学家,但这些人与我是同样类型的数学家,他们所做的工作也同我做的工作一样没有用处。若是以实用的标准来作评判的话,我的数学生命的价值是零;从数学之外看来,我的价值无论如何也是微不足道的。我只有一种机会免被判断为完全微不足道,那就是人们可能判定我已做出了一些有创造价值的工作.我不否认,我已做了一些创造性的工作,问题是它们的价值怎样。 对于我的一生,或者说任何一个与我类似的数学家的情况是:我所做的工作扩充了知识,并且帮助他人在这座知识的大厦上添砖加瓦;而这些添加部分与伟大的数学家们的创新,或任何其他大大小小艺术家们的作品的价值的不同仅仅在于程度而不在于种类。这些数学家和艺术家都在死后留下了某种纪念物。 ㈨我曾经因有这种观点而被指责。我有一次曾说一种科学只有当它强调社会财富的不均衡性,或直接促使人类生活的毁灭,才是有用的,这句话写于1915年,几次被别人引用(或由于反对我)。这句话显然是有意识的夸大其词,尽管当时就可能言之成理的。 ㈩为了讨论的目的,我们必须把数学家所谓的解析几何称做纯几何。 ⑴JBC霍尔丹,Callinicus:化学战争的防御(1924)。 ⑵我并不想通过这个滥用的词来揭示这个问题;这个词在描述感情不平衡的特定状态也许会 很有用。当然,许多人都把感情用事当作骂人话来错误地指责宽宏大量的情感。而把 实事求是当作借口,用来掩饰自己的蛮不讲理。 ⑶阿伦圣奥宾就是弗朗西丝马歇尔夫人,马修马歇尔的妻子。 ⑷实际上切斯特顿缺少形象生动的特征。 后记 布劳德教授和斯诺博士都曾对我说过,假如我能在科学所引发的益处和邪恶之间找到平衡的话,我就不再会为科学对战争的影响而苦恼。这样一来,当我想到数学影响时,除了想到那些纯粹是毁灭性的影响外,我还必须记住科学还有着许多重要的有益影响。所以(为了写后边这一点)我必须记住: (a)只有通过科学方法,全人类的战争组织才可能形成; (b)科学大大加强了战争的宣传威力,这一威力全是用于邪恶的。 (c)科学使中立成为不可能或失去意义,因此战争爆发后,不再可能存在充满安宁的世外桃源。 当然,所有这些观点都是倾向于反对科学的,另外一方面,即使我们把这种观点最大限度地压缩,也几乎难以支持以下的观点:由科学带来的恶肯定不重于善。比方说,假如每场战争中有一千万人丧生的话,那么科学的作用仍然是:它可以使人的平均寿命延长。总而言之,我写的28节,是过于多愁善感了。 我并不想反驳这些批评的公正性。但是因为我在序言中所陈述过的那些理由,在我的书中不会再遇到这些批评了,对此我感到满意。 斯诺博士也对8所谈的内容作了有趣的论证。即使我们承认下述观点:阿基米德将被人们记得,而埃斯库罗斯却被人们遗忘。难道我们不觉得数学的声誉是否仍然太微不足道了?我们仅仅从埃斯库罗斯(当然还有莎士比亚或托尔斯泰)的著作中,可以对作家本人的情况有所了解,然而阿基米德和欧多克斯留给后人的只是他们的名字而已。 当我们在特拉法尔加广场路过尔逊将军纪念碑时,JM洛马斯(Lomas)先生更加形像地阐述了这一观点,假如真的能把我的雕像塑在伦敦纪念碑上的话,我是希望这座碑高耸入云,以至于人们见不到雕像了呢,还是希望纪念碑矮得可以使人们对雕像一目了然呢?我会选择前一种,而斯诺博士可能会选择后一种。 译毛虹仲玉光余学工 江苏人民出版社1999年 ISBN-7-214-02522-1/G780 OCR:海小呆 译者的话 本书是哈代、维纳和怀特海三位世界著名数学家的回忆和思考。 英国数学家(GH哈代(18771947)是本世纪最伟大的数学思想家,素数理论的绝对权威。作为数学知识和思想的传授者,哈代也是剑桥大学最受听众欢迎的数学教授。 《一个数学家的辩白》成书于哈代自称才思枯竭之下只好向旁人讲述数学发明的魅力和乐趣之际。然而评论家公认该文是用最优雅的语言对数学真谛最完美的揭示。 为该文作序者CP斯诺博士以《两种文化与科学革命》享誉学术界。他认为科学与文化是相通的,不同的知识领域是完全可以交流的,斯诺笔下的哈代就是一位举止古怪,但在不同领域均有不凡建树的天才。 美国神童数学家N维纳(1894-1964)是20世纪的数学大师之一,以控制论科学创始人闻名。在学术界,曾拜罗素和希尔伯特为师的维纳也是公认的科学多面手。他主张改进和加强数学与工程,医学和物理科学之间的合作,并亲身实践,成果斐然。 《数学与神童》选自维纳的回忆录。作者用非专专业语言阐述了自己的智力发展过程,并披露了众多科学家鲜为人知的工作和生活方式。从中读者可以把握维纳从神童到大师的成功轨迹。 众所周知,怀特海(]86l-1947)是位集哲学家、数学家和教育家于一身的通才。他与罗索合著的《数学原理》标志着人类逻辑思维的空前进步,被称为永久性的学术名著。作为教育理论家,怀特海德智体综合发展的教育思想早已获得世人背遍认同。 《科学的起源》选自怀特海的哲学名著《科学与近代世界》,重点阐述1719世纪期间科学发展影响西方文明进程的诸多方面。怀特海的结论之一便是一个时代的思潮,是由社会的有教养阶层中实际占统治地位的宇宙观所决定的。这显然与我们熟知的观念有较大的差异。仁者见仁,相信读者自有公断。 还是让我们立足于从前辈们的文字中发现那些勇于追求真理、不断开拓新领域的科学精神吧! 译者
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