疯狂数学家庞加莱:对于数学,直觉,有的时候比逻辑更重要

讲庞加莱之前,先来讲一段故事。

第一次世界大战期间,一位英国军官问罗素:“法国现代最伟大的人是谁?”

罗素毫不犹豫地回答:“庞加莱!”

军官觉得有些不可思议,问道:“什么?就那个家伙?”

罗素这才想起来,目前法国有两个庞加莱,说道:“我说的并不是法兰西共和国总统雷蒙·庞加莱,而是他的堂兄弟亨利·庞加莱。”

5岁的时候,庞加莱患了一场病,健康受到了严重的影响,他虚弱而胆小,看上去和其他小伙伴们总是玩不到一起去。他的娱乐活动就是看书,令人惊讶的是,他似乎是有过目不忘的本领,一旦读了一本书之后,就永远不忘。这位天才一生都保持着惊人的记忆力,就和冯·诺依曼一样。

很多人可能会认为,这些一流的数学家从小就偏科吧。赶紧消除脑海中的刻板观念吧,至少就庞加莱而言,他的小学成绩都很有优异,几乎所有的功课对他来讲都很容易。当别的小朋友都在思考作业怎么做时,他早已腾出了时间,自己到一边玩耍,或帮妈妈做家务。

和许多天才一样,庞加莱经常忘记去吃饭,他很多时候都不记得自己是否吃过早饭。或许,他的记忆力在这方面被让渡出去太多了。

对数学的热情,始于15岁,他是一个心思缜密的人,只有当一切都想好之后才写下来。他对古典文学也有着非凡的鉴赏力。毋宁说,很少有数学家是语文不好的,这点吴军博士在他的课程中说过,当时没当一回事,现在看下来,吴军诚不欺我啊!

1870年,普法战争爆发,第二年,17岁的庞加莱前来参加考试,结果数学差点挂了。不是因为他不行,而是因为他迟到了,考试的时候也慌了神,在收敛几何级数求和公式的极其简单的证明上失败了。尽管如此,主考官还是宣称:“除了庞加莱,其他人都应该不及格。”

庞加莱的思维总是很敏捷,当别人还在想过程的时候,他的答案就已经出来了。好像给出答案对他来讲就像吐一口气那么简单。

后来,他以第一名的成绩考入了综合工科学校,他在数学上具有极高的天赋,但他也有自己的软肋,即体育和绘画,这两项对他来讲几乎都是零分。由于绘画不行,因此他学习几何学的时候就要困难一些。

1875年,庞加莱21岁,离开了综合工科学校,去了高等矿业学校。他可能是想当一名工程师,但一有时间也会研究数学。他在着手解决微分方程的一个一般问题上,显示了他的能力。3年后他向巴黎的科学院提交了一篇同一题目的论文,作为数学博士论文,但是这篇论文涉及到了一个更困难也更一般的问题。

但是问题也来了,被请去审查这项工作的人请他修改或解释论文中的内容,但庞加莱是一个靠直觉吃饭的人。或许我们可以叫他“小费马”,因为他一旦给出了答案,就很少再去纠结过程。

数学在很多人眼里是逻辑的,而在庞加莱眼里,数学就像艺术,是靠直觉的。当然,也不仅仅只是靠直觉。

从这之后,庞加莱进入了自己的黄金期,一直到自己死去,他创作了大量的论文。近500篇的新数学论文,其中很多是范围广泛的研究报告,还有30多部实际上包括了数理物理学、理论物理学和理论天文学当时的所有分支的著作。这还没有计入他关于科学哲学的那些名著和他的通俗文章。

1889年,庞加莱在数理天文学上获得了第一次成功,尽管这次成功不是一次彻底的成功,但由瑞典国王发起、魏尔斯特拉斯等人组成的评委团还是将奖金颁发给了庞加莱。这个问题是比三体问题更加复杂的“n体问题”。另一方面,他又证明了动力学系统基本上都是不可积的。当然,关于这个话题,恕我也难以解释。

随后的几年,19世纪中的最后十年中,庞加莱陆续出版了他的著作《天体力学新方法》,这本书总共分为3卷,后来他又出版了他的课程讲义《流体质量平衡的图形》,和一本历史性评论著作《关于宇宙论假设》。

关于天文学上的很多工作,庞加莱的主要方向不是定量的,而是定性的,似乎这正如他一生的哲学思想,没错,他是一个直觉主义者。或许数学需要他这样的想象力,这种想象力随后又将他引入了拓扑学,这也催生了庞加莱猜想。

那么问题来了,庞加莱猜想是什么呢?他猜了哪些东西呢?

这就要先回到拓扑学,简单来讲,拓扑学是关于结构和空间的基本性质的学科。比如,一个甜甜圈,中间有一个洞,还有一个带把手的茶杯。这两个东西在大部分人眼里是两个东西,但在拓扑学中,它们是一样的,都有一个洞。再比如,一个球面,可以任意拉伸,揉捏,只要不粘在一起或撕破它,它仍然是一个球。

拓扑学大致分为点集拓扑、代数拓扑和微分拓扑,而庞加莱正是代数拓扑学的奠基人,他在1904年提出了这个猜想:单连通的三维闭流形必与三维球面S³同胚。

简单来讲,就是在任何一个封闭的三维空间中,只要它里面所有的封闭曲线都可以收缩成一点,那么这个空间就一定是一个三维球形。

这个猜想目前已经被证明了,因此也可以叫庞加莱定理了,俄罗斯数学家格里戈里·佩雷尔曼于2003年左右证明。

最后讲一个关于庞加莱有关的趣事吧。爱因斯坦与庞加莱只在学术会议上见过一次面,青年爱因斯坦非常希望德高望重的老庞能支持自己的相对论。但是那次会议结束后,爱因斯坦非常失望,说:“庞加莱不懂相对论。”

事实上,庞加莱直到去世也未发表过赞同“相对论”的意见。

杨振宁教授指出,洛伦兹与庞加莱都曾非常接近相对论的发现。但是洛伦兹只有近距离的眼光,没有远距离的眼光,他只重视实验与观测,缺乏哲学思考;庞加莱只有远距离的眼光,缺乏近距离的眼光,他只重视数学和哲学思考。而爱因斯坦是远近距离兼有,因此是他创造了相对论。

庞加莱的晚年,尽管受疾病困扰,但在学术界的名誉可算是实至名归。1912年7月,他做了一次手术。几天后,当他穿衣服的时候,突然去世。当时他只有59岁,或许上帝若是再多给他几年,他说不定还会带来更多的成就呢,没准认可了爱因斯坦的相对论也不是不可能。

THE END
0.俄数学天才破解庞加莱猜想拒领百万奖金(图)俄罗斯数学家格里高里·佩雷尔曼解决了困扰数学界一个多世纪的庞加莱猜想,但他拒绝了克雷数学研究所的100万美元奖金。佩雷尔曼过着简朴的生活,对名利不感兴趣,曾拒绝菲尔兹奖。他的这一举动显示了他对数学纯粹性的执着追求。 俄罗斯数学天才格里高里·佩雷尔曼 jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8|gkzooa=8852::48ftvkimg8igvcomu8=:86:8:;
1.拒绝了菲尔兹奖的天才数学家数学家佩雷尔曼庞加莱《数学女孩6:庞加莱猜想》以百年数学难题“庞加莱猜想”为主题,从柯斯堡七桥问题入手,详细讲解了拓扑学、非欧几何、流形、微分方程、高斯绝妙定理和傅里叶展开式等数学知识,还原了庞加莱猜想的探索历程,带领读者一同追寻“宇宙的形状”。整本书一气呵成,非常适合对数学感兴趣的初高中生以及成人阅读。jvzq<84m0uooc7hqo0io1jwvkerfa>7476=63::a35=88?h4d27:2:=nkw4ivvq
2.庞加莱猜想2006年6月3日,中国中山大学的朱熹平教授和中国旅美数学家、美国里海大学的曹怀东教授在《亚洲数学期刊》6月号上发表了《庞加莱猜想和几何化猜想的完全证明一汉密尔顿-佩雷尔曼Ricci流理论的应用》(AComplete Proof of the Poincare and Geometrization Conjec-tures一application of the Hamilton-Perelman theary of jvzq<84yyy4489iqe0ipo8hqpvkov8761272785;15;26<63a3723:62;48/uqyon
3.追寻宇宙的形状:庞加莱猜想(豆瓣)追寻宇宙的形状:庞加莱猜想的剧情简介· ··· 庞加莱猜想就是说如果有无限长的绳子抛到宇宙中,应该可以收回来,也就是说宇宙不是甜甜圈的样子。这个拓扑学难题吸引了无数数学高手,却在百年后被地青的俄罗斯青年数学家佩雷尔曼破解,而且他还拒绝见任何人! 追寻宇宙jvzquC41oq|jg7iqwdgo0lto1u{clnhv15633B:961
4.科学网—俄罗斯数学家佩雷尔曼“开口”拒绝百万巨奖1904年,法国数学家亨利·庞加莱(左一)提出世界数学难题庞加莱猜想;1982年,美国数学家威廉·瑟斯顿(左二)因拓展庞加莱猜想获菲尔茨奖;美国数学家理查德·汉密尔顿(左三)发明了有助于猜想解决的新工具——瑞奇流;俄罗斯数学家格里高利·佩雷尔曼证明了庞加莱猜想。 jvzquC41pg}t0|hkgpifpny0ep5ivvqpgyy0496219535=6230yivv
5.科技日报评出2006年国际十大科技新闻困扰人类百余年的“庞加莱猜想”,在国际数学界审慎的反复论证之后,终于获得证明。俄罗斯数学家佩雷尔曼给出了完整正确的证明方法,来自美国和中国等国家的多位数学家据此填补了佩雷尔曼证明中缺乏的关键细节。8月22日,4年一次的国际数学家大会开幕,佩雷尔曼成为本届菲尔茨奖的得主之一。 jvzquC41pg}t0lhvx0ipo8xekgtdg87228734@4323:2;7xjvor
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9.《庞加莱猜想——追寻宇宙的形状》.PDF《庞加莱猜想——追寻宇宙的形状》.PDF,2016 第7卷第3期 数学文化 119 数学人书评 书评:《庞加莱猜想——追寻宇宙的形状》 王涛 学的进一步发展,这个问题的重要性逐渐显现出来, 拓扑学家们普遍猜测答案是肯定的。到了20 世纪20 年代,这个问题已经开始作为一个猜想公开jvzquC41oc~/dxtm33>/exr1jvsm1;5391682<433;?:6A=;0unuo