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偉大的數學家們是在多大的時候改變的世界?

英國數學家戈弗雷·哈羅德·哈代(G.H. Hardy)有一句名言:"...比起其他藝術或者科學,數學更像一個年輕人的遊戲。”這裡,他對"年輕人"的理解有多正確呢?

誠然,證明一個數學定理需要大量的創造力、重新認識問題的能力,還要用其他人沒有想到的方式來進行思考。

但,它也需要大量的經驗知識儲備。畢竟,如果不理解一個問題,你也就無法證明它。很多未經證實的猜想都建立在一座概念堆積的山峰之上,登頂往往需要數年。

基於維基百科,我列出了1501~2015年數學發展的時間線,追溯了250 件數學領域的大事:定理的新證明、重要工作的釋出,或者核心數學概念的萌芽。

以下是其中的一些事件:

1540年,18 歲的洛多維科·費拉里(Lodovico Ferrari)解出了四次方程。

1799年,22歲的卡爾·弗里德里希·高斯 (Carl Friedrich Gauss)證明了代數的基本定理(每個多項式方程在複數中都有一個解)。

1925年,24歲的維爾納·海森堡(Werner Heisenberg)和約爾當(Jordan)、 玻恩(Born)建立了量子力學的矩陣表示。

2004年,29 歲的陶哲軒(Terence Tao)和本·格林 (Ben Green)證明了格林-陶定理(Green–Tao theorem)。

1522年,30 歲的亞當·里斯(Adam Ries) 解釋了阿拉伯數字的使用及其相對於羅馬數字的優勢。

2003年,37 歲的格里高利·佩雷爾曼(Grigori Perelman)證明了龐加萊猜想。

2003年,41 歲的安德魯·懷爾斯(Andrew Wiles)證明了谷山志村猜想的一部分,從而證明了費馬大定理。

1929年,47 歲的艾米·諾特(Emmy Noether)首次引入了群和代數的通用的表示理論。

2013年,58 歲的張益唐證明了存在無窮多對間隙為有限的質數。

1618年,68 歲的約翰·納皮爾 (John Napier) 在一部關於對數的著作中首次提到了自然對數的底數e。

作者繪製

偉大數學家們的年齡

資料彙總:

Ø 他們的平均年齡為 37 歲;

Ø 年齡的中位數略低,為 35 歲;

Ø 數學大事記中 25 % 的數學家們在他們 30 歲以下做出了重要的數學成果;

Ø 42 %的數學家在30-39 歲之間做出了重要的成果;

Ø 33 %的數學家在40 歲或者以上做出了重要的成果;

Ø 其中最小的年齡是18 歲,1540年洛多維科·費拉里(Lodovico Ferrari)推匯出了四次方程的一般解;

Ø 最大的是73 歲,1825年阿德里安-馬裡·勒讓德(Adrien-Marie Legendre)和約翰·彼得·古斯塔夫·勒熱納·狄利克雷(Peter Gustav Lejeune Dirichlet)一起證明了對於 n=5 情況下的費馬大定理

從20 歲到70 歲

我做了一個互動式的圖表《偉大的數學家時代》,讀者可以點選這裡或下圖來獲取詳細的資訊(使用滑塊來調查各個年齡段的數學家們的成就)。其中有一些亮點值得注意:

在20 歲到29 歲之間

1832年,法國數學家埃瓦里斯特·伽羅瓦(Évariste Galois)在他21 歲時提出了代數方程可解性的一般條件,因此基本建立了群論伽羅瓦理論,他也是第一個使用“群”這一個數學術語來表示一組置換的人,與尼爾斯·阿貝爾並稱為現代群論的創始人。但充滿悲劇和傳奇色彩的是,在他提出這些理論不久,就在一場決鬥中被殺。

1913年,年僅26 歲的印度數學家斯里尼瓦瑟·拉馬努金(Srinivasa Ramanujan)給哈代寫了一封信,信上是一長串沒有證明的定理,在信裡,拉馬努金同時懇請哈代幫他擺脫貧困的現狀。當然,拉馬努金在信中的發現一定早於他26 歲之前。

在30 歲到39 歲之間

2008年,伊朗德黑蘭數學家瑪麗安·米爾札哈尼在她31 歲時證明了一個長期以來沒有解決的猜想:威廉·瑟斯頓(William Thurston)提出,泰希米勒空間(Teichmüller)上的地震流(Earthquake map flow)都是遍歷系統。六年後,她被授予菲爾茲獎,以表彰她"對黎曼曲面及其模空間下的動力學和幾何學的傑出貢獻"。2017年7月14日,米爾札哈尼因乳腺癌去世,終年40 歲。

1837年,32 歲的德國數學家約翰·彼得·古斯塔夫·勒熱納·狄利克雷(Gustav Lejeune Dirichlet)在一篇關於給定算術級數中存在素數的論文中發展瞭解析數論。這是狄利克雷在數學時間線上的第四個工作,前三件工作分別在他20 歲,27 歲和32 歲時發生。

1915年。36 歲的理論物理學家阿爾伯特·愛因斯發表了他的廣義相對論,十年前,他的狹義相對論發表,當時他還是瑞士專利局的職員。

在40 歲到49 歲之間

1993年,在秘密研究費馬大定理幾年之後,40歲的安德魯·懷爾斯(Andrew Wiles)宣佈證明了費馬大定理。眾所周知,在審查的過程中,該證明中存在錯誤,但在次年,該錯誤被糾正。懷爾斯在46歲時擴充套件了他的工作,完成了谷山志村(Taniyama Shimura)全部的猜想。

1918年,41歲的戈弗雷·哈羅德·哈代(G.H. Hardy)和斯里尼瓦瑟·拉馬努金(Srinivasa Ramanujan)一起為分割函式開發了一個漸近公式。也許他與年輕的創意天才拉馬努金的合作是他哀嘆數學是"年輕人的遊戲"的原因之一。

50 歲以上

2013年,美籍華裔數學家張益唐首次證明了存在無窮多對間隙為有限的質數,從而在孿生素數猜想這一數論難題上取得質的突破。1991年張益唐獲得博士學位之後未拿到導師的推薦信,學術道路坎坷,有段時間靠打雜來餬口過日,曾經做過幾年會計師,在地鐵的快餐店打過工。(來源)

1722年,法國數學家亞伯拉罕·棣莫弗(Abraham de Moivre)將複數和三角學聯絡起來,提出了棣莫弗公式;66 歲時,引入了正態分佈來近似二項分佈。

關於這位年邁的數學家,有一則幽默軼事:

人們常說,一直對數列感興趣的棣莫弗曾經預言,他每天需要比前一天多睡15 分鐘,當睡眠總數達到24 小時的時候,他就會死亡,這個時間是1754年11月27日,這也正是他死亡的時間。(來源)

資料和方法

大部分資料是從維基百科上的數學時間線獲得的,從"現代"(16世紀)開始。如果能從古希臘時代的阿基米德(Archimedes)和希帕蒂婭(Hypatia)開始,那就太好了,但歷史記錄不夠精確,所以這裡從“現代”開始。

我還用其他一些著名的結果擴充了維基百科時間軸上提供的資料,例如愛因斯坦,玻爾和海森堡等數學物理學家的工作。

令人驚訝的是,最近數學界的一些的大事件也存在一些資料收集問題。我想包括黃浩(Hao Huang,音譯)2019年對布林函式的靈敏度猜想的證明,但我找不到他的出生日期。從他的教育經歷推斷,他可能已經30多歲了。

同樣,我想把瓊·泰勒(Joan Taylor)包括在內,她是一位業餘數學家,與約書亞·索科拉爾(Joshua Socolar)一起發現了索科拉爾-泰勒(Socolar-Taylor)瓷磚拼貼,解決了羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)提出的問題。但我找不到她的出生日期,但在她的網站上,她說她從1990年開始思考這個問題,比2011年發表的結果早了20年。

最後的思考

從統計資料來看,雖然大多數令人矚目的成就是數學家們在20至40歲之間取得的,但這個年齡範圍仍然很廣。隨著年齡的增大,數學家們傾向於書籍和概要型別的成果,當然,仍然有一些老數學家們做出的突破性創新證明的例子。

每個數學家的故事都是不同的。這其中,有英年早逝的神童,有覆蓋各個領域的多產博學者,還有堅持鑽研一個問題20年的人。

對於我們這些業餘數學愛好者來說,我們也許並不想改變世界,而只是樂於瞭解它,知道我們的大腦一直在思考,可以繼續享受數學帶來的快樂,這一點就足以令人開心了。

作者:Afiq Hatta

翻譯:Nuor

審校:xux

分類: 財經
時間: 2022-02-10

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