哥廷根学派200年兴衰史
自文艺复兴后,如果问18世纪世界的科学中心在哪儿,无疑让人联想到法国!在这短短的100年历史中( 18 世纪中叶到 19 世纪的前 30 年),法国在数学、物理、化学与生命科学等方面取得了卓越成就,达朗贝尔、拉格朗日、库仑、拉瓦锡、拉马克、蒙日、拉普拉斯、勒让德、傅里叶、居维叶、安培、泊松、柯西、拉梅、卡诺、伽罗瓦等群星闪烁。
随后进入了19世纪,在接下来的100年时间里,世界科学中心转移到了德国,尤其在数学领域,德国更是独领风骚,其中又是以哥廷根学派闻名于世界。从高斯,到黎曼,再到希尔伯特,哥廷根学派成了数学领域的加速器,极大促进了世界数学的繁荣与发展。再过几百年或者几千年乃至人类灭亡前,各个国王和领袖可能早已被后人遗忘,但是这些人物仍然会被耳提面命地被讲述,他们的名字仍然继续频繁地出现在各种教材中,指导着后入前行。
哥廷根数学学派曾经是众神一般存在,其在短短100多年历史中为数学界的发展贡献了半壁江山。而哥廷根学派的兴衰除了标志着数学中心的转移,也标志着从工业革命开始兴盛,主宰世界 200 年的欧洲开始衰弱,不再是科学的中心,科学家心中的殿堂。
1. 起源
故事开端于文艺复兴思潮的传播与蔓延。1734 年(雍正十二年),文艺复兴的思潮已经浸染整个欧洲大地,那时,汉诺威王朝统治德国汉诺威地区以及整个英国土地。身为英国国王及汉诺威大公的乔治二世决定委派其重臣冯·明希豪森在德国哥廷根创办一所大学,旨在弘扬欧洲启蒙时代学术自由的理念,哥廷根大学也因此一开欧洲大学学术自由之风气。
英王乔治二世,哥廷根大学创始人,第一任校长
在此后的200多年间,哥廷根大学为人类的进步培养了一大批杰出数学家,物理学家。
在数学领域,哥廷根的辉煌始于数学王子高斯,在此之后,黎曼、狄利克雷、雅可比和克莱因相继涌现,众星璀璨,在数学的众多领域,包括代数、几何和分析领域做出了巨大的贡献,一直到大卫·希尔伯特,哥廷根数学学派进入了全盛时期。
在物理学领域,尤其是量子物理学方面,也是人才辈出。著名的物理学家,包括普朗克、赫兹、海德堡、费米、泡利和奥本海默等等。据统计,前后共有46名诺贝尔奖得主,在此读书或教学。
这就是一代传奇,哥廷根学派,源自哥廷根大学。
2. 发展
哥廷根大学成立 61 年后,在1795 年,一位 18 岁的少年来到了哥廷根大学求学,那个时候的哥廷根大学或许怎么样也不会想到,自己的命运居然会因为这个少年的到来而发生重大的改变。
哥廷根大学校园
这个少年就是约翰·卡尔·弗里德里希·高斯(Johann Carl Friedrich Gauss ,1777.4.30-1855.2.23),被誉为数学史最伟大的天才之一,仿佛是“数学之神”的阿基米德的转世一般,被人们尊称为“数学王子”。放上一张数学家图片展可窥见其地位。
影响世界的历朝历代数学家们
高斯也是极少数被印在货币上的数学家,他是德元10马克上的男人。
德元10马克
高斯自小就显示出强大的数学天赋,高斯三岁的时候,当时高斯的父亲在贵族的家里当工头,在核算工人们的周薪,高斯看了一眼账本,就已经能够帮父亲纠正账目的错误。
在高斯11岁时,因为自己的聪慧,他的老师和他的母亲将高斯举荐给了布伦兹维克公爵卡尔·威廉·斐迪南——他人生中最重要的伯乐。也正是因为有了公爵的帮助,使少年高斯摆脱了生计之困,而使自己可以全身心投入数学研究。在公爵的资助下,高斯才得以进入哥廷根大学求学。 1807 年高斯成为哥廷根大学的教授,由此成为了哥廷根学派的开山祖师爷。
3. 繁荣
高斯是一位多产的数学家,他将哥廷根学派带上了一个高峰,高斯对数论、代数、统计、分析、微分几何、大地测量学、地球物理学、力学、静电学、天文学、矩阵理论和光学皆有贡献。
以“高斯”命名的成果达100多个,属数学家中之最,比如说高斯分布(正态分布),高斯模糊,高斯积分,高斯整数,高斯消元,高斯曲率,高斯滤波器,高斯引力常数。可以说,大学物里有高斯,高数里有高斯,几乎在理工科书籍里随便挑一本书,都会遇到他。
这还是高斯并没有把自己所有研究成果全部发表出来情况下,因为高斯是一个非常谨慎的人。他对自己的工作态度是精益求精,非常严格地要求自己的研究成果。他自己曾说:宁可发表少,但发表的东西是成熟的成果。许多当代的数学家建议他,不要太认真,把结果写出来发表,这对数学的发展是很有帮助的。
一个碾压后人的例子快速傅里叶变换,即FFT。
时域频域变换
学通信、信号处理的,学编码的,谁都绕不开它,FFT一般认为是1965年Cooley 和Tukey发明的。FFT算法是数字信号处理中极为重要和基础性的理论。直到现在,仍然是应用最为广泛的DSP算法之一。(举例来讲,你的美颜相机,磨皮肯定用这个算法)
然而,这个算法,高斯早在1805年需要计算彗星轨道的时候已经顺便搞出来了,只是把没有把这部分的研究成果公开发表。也就是说,后人在150多年后,才辛辛苦苦重新发明了高斯曾经总结出的算法。
高斯虽然并不热爱教书,但是他还是为哥廷根学派培养了众多的数学人才,让哥廷根学派在短短几十年的时间里得到迅速的发展,为德国成为世界科学中心和数学中心创造了条件。自此之后,哥廷根在很长时间里一直都是世界学术中心。