出身卑微的天才 高斯(Johann Carl Friedrich Gauss),1777年4月30日生于德国不伦瑞克一个普通的家庭。他的母亲是一个贫穷石匠的女儿,虽然十分聪明,但却没有接受过教育。在她成为高斯父亲的第二个妻子之前,她从事女佣工作。他的父亲曾做过园丁、工头、商人的助手和一个小保险公司的评估师。幼年时代的高斯就表现出数学天赋,传说他三岁时就能纠正父亲账本上的错误。(
右图:高斯的画像,来源:picture-alliance/dpa/dpaweb。)
要说明高斯的数学天赋,如果用他开创的复杂的数学理论来解释,对于普通人来说太过艰深。只用加法运算就足以证明高斯的绝顶聪明:9岁的高斯在解答1+2+3直到累加至100的加法运算中使用了一个巧妙的算法,即将数列分别组合为1+100,2+99,3+98,共50组,并轻而易举的得出最后的结果5050。高斯晚年曾豪言说自己在学会语言之前学会了计算。这是否是他的戏言,无从查考。但坊间流传的有关他聪明才智的故事却体现了普通人对高斯这个天才人物的崇拜。
年轻的数学家
在当时的欧洲,贵族资助科学家和艺术家是非常流行的事情。所以高斯在14岁的时候即被引荐给布伦瑞克的费迪南德公爵(Herzog Carl Wilhelm Ferdinand)。费迪南德公爵为高斯的天才打动,遂决定资助他求学的所有开销。
高斯19岁才投身数学事业(高斯亦很有语言天赋,曾考虑在此方面发展),但他初出茅庐就震惊了数学界。他仅用尺规便构造出了17边形,为流传了2000年的欧氏几何提供了自古希腊时代以来的第一次重要补充。
高斯22岁获博士学位,25岁当选圣彼得堡科学院外籍院士,30岁任哥廷根大学数学系教授和天文台台长并在此终老。高斯最伟大的著作是他24岁时发表的《算术研究》(Disquisitiones Arithmeticae),在这本书中高斯简洁地阐明了多边形的尺规做图和二次互反定律。简而言之,高斯的《算术研究》翻开了数论历史的新一页。关于《算术研究》还有一桩轶事:1849年7月16日,哥廷根大学为高斯获得数学博士举行50周年庆典仪式。活动进程中,高斯居然拿出一张《算数研究》的原稿准备用来点烟。他旁边的数学家迪里克雷(Dirichlet,Peter Gustav Lejeune)像看到人亵渎神明一样扑上去将这页手稿抢下并保存了下来。
孤傲的高斯 这件事折射了高斯的孤傲。他很少和自己的同行交流,也很少对别人的工作作出评价。高斯尤其不喜欢辩论,如果对方提高音调,他会非常不给面子的转身走开。超越时代和同僚的智慧,让高斯陷入一种无法派遣的寂寞。他经常提醒他的同事,该同事的结论已经被自己很早的证明,只是因为基础理论的不完备性而没有发表。批评者说他这样是因为极爱出风头。实际上高斯将研究结果都做了详细记录,却没有在有生之年发布。在他死后,有20部这样的笔记被发现,证实了高斯当年所言非虚。一般认为,即使这20部笔记,也不是高斯全部的笔记,这位天才可能还有很多超越时代研究成果,与那些遗失的手稿一起消失。(
右图:高斯半身塑像,来源:picture-alliance/dpa。)
多领域的伟大成就
高斯运用他的数学天才在其他领域也获得了很高的成就。高斯通过意大利天文学家的三次观测数据,计算出了谷神星的运行轨迹。奥地利天文学家奥尔博斯(Heinrich Olbers)在高斯计算出的轨道上成功发现了这颗小行星。高斯将这种方法著述在著作《天体运动论》(Theoria Motus Corporum Coelestium in sectionibus conicis solem ambientium)中。
在1818年至1826年之间高斯主导了汉诺威公国的大地测量工作。他发明了日光反射仪,可以将光束反射至大约450公里外的地方。高斯后来不止一次地为原先的设计作出改进,试制成功被广泛应用于大地测量的镜式六分仪。
高斯后来辞去了天文台的工作,而转向物理研究。他与韦伯(Wilhelm Eduard Weber,1804-1891)在电磁学的领域共同工作。1833年,通过受电磁影响的罗盘指针,二人发明了电报。1840年他和韦伯画出了世界第一张地球磁场图,而且定出了地球磁南极和磁北极的位置,并于次年得到美国科学家的证实。
难以超越的数学泰斗
有关高斯在数学史上的地位,与高斯同时代的两位顶尖科学家的对话,可能是对他最好的评价:高斯的好友A.洪堡(Alexander von Humboldt,德国自然科学家,近代地理学创建人之一)曾问法国大数学家拉普拉斯(Laplace,Pierre-Simon)谁是当时德国最伟大的数学家。拉普拉斯戏称是数学家普法夫(H.Pfaff)。A.洪堡大惊失色,追问拉普拉斯如何评价高斯。后者正色道:“高斯是全世界最伟大的数学家。”
高斯一生历经两任妻子,育有6个孩子。高斯于1805年10月5日与乔安娜(Johanna Elisabeth Rosina Osthoff)结婚,共生育了3个孩子。但1809年10月11日,乔安娜就不幸去世。次年8月4日高斯迎娶第二位妻子弗蕾德里佳(Friederica Wilhelmine)。他们又生育了三个孩子。1831年9月12日他的第二位妻子也去世了。1855年2月23日,人类历史上最伟大的数学家高斯在睡梦中与世长辞,享年77岁。