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数学家——莱昂哈德·欧拉

欧拉1707年4月15日出生于瑞士,在那里受教育。他一生在俄罗斯帝国和普鲁士度过。欧拉是一位数学神童。他作为数学教授,先后于圣彼得堡和柏林教学,尔后再返圣彼得堡。欧拉是有史以来最多遗产的数学家,他的全集共计75卷。欧拉实际上支配了18世纪的数学,对于当时的新数学分支:微积分,他推导出了很多结果。在他生命的最后17年中,欧拉的双目完全失明,尽管如此,他还是以惊人的速度产出了生平一半的著作。欧拉的一生很虔诚。然而,传说中说到,欧拉在叶卡捷琳娜二世的宫廷里,挑战德尼狄德罗:先生,因为(a b^n)/n = x;所以上帝存在,请回答!

欧拉的离世也很特别:在朋友的派对中他中途退场去工作,最后伏在书桌上安静的去了。

欧拉曾任彼得堡科学院教授,是柏林科学院的创始人之一。他是刚体力学和流体力学的奠基者,弹性系统稳定性理论的开创人。他认为质点动力学微分方程可以应用于液体(1750)。他曾用两种方法来描述流体的运动,即分别根据空间固定点(1755)和根据确定的流体质点(1759)描述流体速度场。前者称为欧拉法,后者称为拉格朗日法。欧拉奠定了理想流体的理论基础,给出了反映质量守恒的连续方程(1752)和反映动量变化规律的流体动力学方程(1755)。

欧拉在固体力学方面的著述也很多,诸如弹性压杆失稳后的形状,上端悬挂重链的振动问题,等等。

欧拉的专著和论文多达800多种。

小行星欧拉2002是为了纪念欧拉而命名的。

欧拉进行计算看起来毫不费劲儿,就像人进行呼吸,像鹰在风中盘旋一样。(阿拉戈说),这句话对欧拉那无与伦比的数学才能来说并不夸张,他是历史上最多产的数学家。与他同时代的人们称他为分析的化身。欧拉撰写长篇学术论文就像一个文思敏捷的作家给亲密的朋友写一封信那样容易。甚至在他生命最后7年间的完全失明也未能阻止他的无比多产,如果说视力的丧失有什么影响的话,那倒是提高了他在内心世界进行思维的想像力。

欧拉到底出了多少著作,直至1936年人们也没有确切的了解。但据估计,要出版已经搜集到的欧拉著作,将需用大4开本60至80卷。彼得堡学院为了整理他的著作整整花了47年。1909年瑞士自然科学联合会曾着手搜集、出版欧拉散轶的学术论文。这项工作是在全世界许多个人和数学团体的资助之下进行的。这也恰恰显示出,欧拉属于整个文明世界,而不仅仅屈于瑞士。为这项工作仔细编制的预算(1909年的钱币约合80000美元)却又由于在圣彼得堡(列宁格勒)意外地发现大量欧拉手稿而被完全打破了。

欧拉诞辰300周年纪念活动(8张)欧拉的数学生涯开始于牛顿(newton)去世的那一年。对于欧拉这样一个天才人物,不可能选择到一个更有利的时代了。解析几何(1637年问世)已经应用了90年,微积分大约50年,牛顿(newton)万有引力定律这把物理天文学的钥匙,摆到数学界人们面前已40年。在这每一个领域之中,都已解决了大量孤立的问题,同时在各处做了进行统一的明显尝试。但是还没有像后来做的那样,对整个数学,纯粹数学和应用数学,进行任何有系统的研究。特别是笛卡儿(descrates)、牛顿(newton)和莱布尼茨(leibniz)强有力的分析方法还没有像后来那样被充分运用,尤其在力学和几何学中更是如此。

那时代数学和三角学已在一个较低的水平上系统化并扩展了。特别是后者已经基本完善。在费马(fermat)的丢番图分析和一般整数性质的领域里则不可能有任何这样的暂时的完善(甚至到现在也还没有)。但就在这方面,欧拉也证明了他确是个大师。事实上,欧拉多方面才华的最显著特点之一,就是在数学的两大分支--连续的和离散的数学中都具有同等的能力。

作为一个算法学家,欧拉从没有被任何人超越过。也许除了雅可比之外,也没有任何人接近过他的水平。算法学家是为解决各种专门问题设计算法的数学家。举个很简单的例子,我们可以假定(或证明)任何正实数都有实数平方根。但怎样才能算出这个根呢?已知的方法有很多,算法学家则要设计出切实可行的具体步骤来。再比如,在丢番图分析中,还有积分学里,当一个或多个变量被其他变量的函数进行巧妙的(常常是简单的)变换之前,问题往往不可能解决。算法学家就是自然地发现这种窍门的数学家。他们没有任何同一的程序可循,算法学家就像随口会作打油诗的人--是天生的,而不是造就的。

目前时尚轻视小小算法学家。然而,当一个真正伟大的算法学家像印度的罗摩奴阇一样不知从什么地方意外来临的时候,就是有经验的分析学者也会欢呼他是来自天国的恩赐:他那简直神奇的对表面无关公式的洞察力,会揭示出隐藏着的由一个领域导向另一个领域的线索。从而使分析学者得到为他们提供的弄清这些线索的新题目。算法学家是公式主义者,他们为了公式本身的缘故而喜欢美观的形式。

在谈到欧拉平静而有趣的生活之前,我们必须介绍一下他那个时代的两个环境因素,这些因素促进了他的惊人的活跃,并对他的活动有指导作用。

在18世纪的欧洲,大学不是学术研究的主要中心。假如没有古典派的传统及其对科学研究的可以想像的敌意,大学本来是可以成为主要中心的。数学对于古代人足够严密,受到重视;而物理学比较新,受到人们的怀疑。此外,在当时的大学里,人们希望数学家把他的大部分力量放在基础教学上。至于学术研究,如果搞的话,那将是毫无益处的奢侈,就像今天在一般的美国高等学校里那样。那时候英国大学的研究员们能够把他们选择的课题搞得相当好。然而,他们很少愿意选择什么课题,反正搞成了什么或没搞成什么都不会对他们的面包和黄油产生影响。在如此的松弛,或者说公开的敌意之下,根本没有什么好理由来解释为什么那些大学本来应该在科学发展中起带头作用,而事实上却没有起到。

这个带头的责任由得到慷慨或有远见的统治者所资助的各个皇家科学院承担了。普鲁士腓特烈大帝和俄国叶卡捷琳娜女皇慷慨地给了数学以无法报偿的资助。他们使得数学的发展有可能在整整一个世纪之中处于科学史上一个最活跃的时期。对欧拉来说,是柏林和圣彼得堡提供了数学创作的力量。而这两个创造力的中心都应当把它们对欧拉的激励归功于莱布尼茨(leibniz)不断进取的雄心。是莱布尼茨(leibniz)起草过规划的这两个科学院给欧拉提供了成为历史上最多产的数学家的机会。因而,在某种意义上说,欧拉是莱布尼茨(leibniz)的苗裔。

柏林科学院由于缺乏头脑而日渐衰败已有40年,欧拉在腓特烈大帝的鼓励下给了它有力的冲击,使它再次有了生气。彼得大帝在世时没来得及按照莱布尼茨(leibniz)的规划建立起来的圣彼得堡科学院,则由他的继位者建立起来了。

这两个科学院不像今天一些科学院那样以鉴定精心撰写的优秀著作,授予院士资格为主要职责。它们是研究机构,雇佣院士进行科学研究。薪水和津贴金很优厚,使人足以保证本身家庭的舒适生活。欧拉的家属一度不少于18个人,他还是足以维持他们都过着丰裕的生活。使18世纪院士生活具有吸引力的最后一点是,他的孩子们只要有任何一点才能,都肯定会得到很好的施展机会。

接下来我们就会看到对欧拉的丰硕数学成果具有决定性影响的第二个因素。提供财政支持的统治者很自然地会希望他们的金钱除开抽象的文化之外再多换到些东西。但必须强调的是,一旦统治者的投资得到了适当的报偿,他们就不再坚持要受雇佣的人把剩余时间也花到生产性工作上了。

欧拉、拉格朗日和其他院士们都可以自由地做他们乐意做的工作。没有任何明显的压力来迫使谁搞出点什么能被政府直接利用的实际成果。18世纪统治者们比今天许多研究院院长更明智的是让科学按自己的规律发展的,只不过偶尔提到他们眼前需要什么。他们似乎本能地意识到了,只要不时作个恰当的暗示,所谓的纯粹研究就会把他们期待的紧迫实际问题作为副产品搞出来。

这个笼统的说法有一个重要的例外,它既不证明,也不否定这个规律。刚巧在欧拉的时代,数学研究中悬而未决的问题正好与海洋霸权这个当时也许是第一等的实际问题联系在一起。航海技术胜过所有其他对手的国家必然会控制海洋。而航海的首要问题是在离岸数百海浬的大海中精确地确定舰船的位置,以使之比敌手更快地航抵海战的地点(不幸,只是为了这个)。正如众所周知的,英国控制了海洋。它能做到这一点,在很大程度上是由于它的航海家在18世纪能够把天体力学中的纯数学研究成果加以实际应用。

这样一项实际应用正与欧拉直接有关。现代航海的奠基人当是牛顿(newton),尽管他本人并不曾为这个问题费过脑筋,也从不曾(就人们迄今所知)踏上过一艘舰船的甲板。确定海上船的位置要靠观测天体(在特别的航行中有时这要包括木星的卫星)。牛顿(newton)万有引力定律表明必要时以充分的耐心可以预先算出百年之内的行星位置和月相盈亏之后,希望控制海洋的那些人便安排航海天文历的计算人员下苦功编制行星未来位置的表格。

在这一项很实用的事业中,月亮引出了特别棘手的问题,即牛顿(newton)定律彼此吸引的三个星体的问题。当我们进入20世纪的时候,这个问题还要重现许多次。欧拉是第一个为这个月球问题提出一种可以计算的解法(月球理论)的人。这三个相关星体是月亮、地球和太阳。虽然关于这

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