书城科普读物数学发展的世纪之桥希尔伯特的故事
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第6章 苹果园散步

希尔伯特出生时,虽然欧洲数学之王高斯已经去世7年了,但自高斯开始,德国数学之花却盛开不败,并在科学百花园中引人注目。当时世界重大数学成果,由德国数学家作出的,占了近一半。一大批杰出人才,为数学史写下了不朽篇章。比如,提出“麦比乌斯带”的麦比乌斯;射影几何学方面的斯太纳;函数论方面的古德曼;解析几何方面的普吕克;椭圆函数论方面的雅可比;解析数论方面的狄里克莱,还有维尔斯特拉斯、黎曼、代德金、果尔丹、施瓦尔茨、康托尔、克莱茵……

科学的繁荣,曾使人们对科学力量的信仰达到了像敬神一样的程度。但希尔伯特念大学时,在一些科学哲学的讨论中,却出现了这样的现象:人们对一些问题,比如物质和力的本质、运动的发端、感觉和意识的起源等问题,认为无法解答。也就是说,认为人对自然的认识有极限,有一些问题根本不可能认识。

哥尼斯堡大学的数学教授林德曼的成就,给像希尔伯特一样的年轻人很大的启示。林德曼证明了п的超越性问题。

所谓超越数,是相对代数数来说的。一个系数都是有理数的方程:

它的任何一个根,不论是实数还是复数,都叫代数数。对超越数来说,它不满足任何一个这样的方程。以前,一些大科学家曾猜测п可能是超越数,这一问题一直吸引着19世纪数学家们的兴趣,但一直没有得到证明。林德曼获得了成功。由于п的超越性的证明,首次解决了“化圆为方”的不可能性。“化圆为方”是个古老的问题,它说的是用圆规、直尺作图,已知一个圆,求作一个正方形,使它们面积相等。假定已知圆半径为r,所求正方形边长为x,于是应该有x2=пr 2,求出正方形边长x=пr。因为所有可以用圆规、直尺作出的数都是代数数,п是超越数,因而用圆规、直尺作不出来,“化圆为方”也不可能。这个问题曾经困扰历代数学家长达两千多年由于证明了п的超越性,解开了千年古题之谜,林德曼教授名声大振,成了数学界的名人。这是1882年的事情,当时希尔伯特正在跟林德曼学习数学。

希尔伯特从林德曼那得到了巨大的启示。一切数学问题都是可解答的:“每一个确定的数学问题必定能得到一个准确的回答:或者给所提问题以实际的肯定答案;或者证明问题是不可能的,因此所有企图证明它成立的努力必然失败。”

事实上并没有不可解的问题,只是人类的研究深度还不够。

希尔伯特与闵可夫斯基在这一点上是相通的。对数学前景的美好憧憬,对数学研究的热爱,怀着极大的乐观主义,他们共同执著地追求着,努力着,为了神圣的数学。

希尔伯特大学四年级时,又一位朋友走进了他们中间,这就是赫维茨博士。

赫维茨比希尔伯特大3岁。那时是25岁,可已经是副教授了。赫维茨也是个天才。他的父亲是一名普通的工匠,家中生活清苦。在预科学校念书时,他的数学才能被老师舒伯特所赏识。老师常常在星期天专门向他传授自己擅长的数学学问,还劝说赫维茨的父亲,让儿子继续深造,并同赫维茨合作研究,在赫维茨念预校时就撰写、发表论文。赫维茨的父亲从朋友那借钱让赫维茨上了哥廷根大学。

赫维茨在德国当时最年轻有为的数学家克莱茵的门下学习,并获得了博士学位。对于希尔伯特来说,赫维茨是见过世面的人,他曾在柏林听过那些“大人物”——大数学家的课,因此,在学问方面,他知道前沿在哪里。赫维茨在数学研究方面有坚实的基础,又经过很好的整理,并在函数论方面做过了令人瞩目的工作,尤其是赫维茨无论办什么事,都追求尽善尽美。

新老师朴实和聪慧,很快就吸引了希尔伯特和闵可夫斯基。不久,三个人建立起了深厚的友谊。

是啊,他们三个人,都深深热爱着数学,对未知的知识同样有着不懈的追求,朴实正直而又智慧闪耀。

三个人的友谊与数学和苹果树连在一起,这已是数学史上的佳话。

人们经常发现,每天下午“准五点”,三个人必定相会在校园内的苹果树下,进行“数学散步”。

三个人以这种最悠然有趣的学习方式,埋头讨论当前数学的实际问题,互相交换各自对问题最新近的理解,交流彼此的想法和研究计划。这真是一种学习的好方法。这种学习方法比在昏暗的教室或图书馆里啃书本不知要好多少倍。相互交流产生的成果,不是叠加,不是合一,而是飞跃。三个年轻人在数学研究领域中的进步真可以说是“飞速”。他们考察数学世界中的每一个王国——各个数学分支前沿发展的情况,研究最新的有意义的问题。三人之间结下了深厚的友谊。

希尔伯特后来回忆起这段美好时光:“那时候没想到,我们竟会把自己带到这么远!”

苹果树下的散步,结下了丰硕的果实。对于希尔伯特,数学散步成了他科学生活的一个重要组成部分,同时也是他数学研究持之以恒的一个重要方法。希尔伯特肯定是感到了这种方法的好处。后来,他到哥廷根当数学教授时,安排每周四下午3点数学教授进行数学散步。在赫维茨去世时,希尔伯特发表悼词追念自己青年时代的朋友。在悼词里,希尔伯特回忆了三人在哥尼斯堡整整八年的数学散步。在哥廷根科学会纪念闵可夫斯基的演说中,希尔伯特又追述了与闵可夫斯基共同勘查数学王国的情景:“我们的科学——我们对它的热爱超过了一切——把我们结合在一起。在我们的眼里,它就像一座鲜花盛开的园林。花园里有被人踏就的路,空闲时,你可以循着它去观花赏景,悠然自得。当一旁有个情趣相投的朋友做伴时,就更是如此。但是,我们还是喜欢去寻找那深藏不露的小径,去发现更多出人意料的能大饱眼福的景色。当一个人向另一个人指点出这种奇景时,我们共同赞美它,真是其乐无穷。”

希尔伯特要寻找的那深藏不露的小径,那些等待被发现的问题,在哪里呢?

在数学世界的版图上,希尔伯特征程万里。他驻扎过的点——攻克的难关,一个接一个,占据了那么重要的位置。联结起来,形成了巨大的疆土。他真是个“王”——数学无冕之王。