數(shù)學(xué)家之王——高斯

李宗盛有一句話我非常贊同:任何一個(gè)領(lǐng)域站在頂峰的,靠的都是天賦,你不需要找,他就站在那里,閃閃發(fā)光?!皵?shù)學(xué)王子”高斯就是這樣的一個(gè)人。數(shù)學(xué)界有這樣一句話叫,這個(gè)世界上數(shù)學(xué)界分為兩類:其他數(shù)學(xué)家與高斯。今天我們就來聊聊高斯“神”一般的人生。

高斯出身于一戶貧窮人家,仿佛是“數(shù)學(xué)之神”的阿基米德的轉(zhuǎn)世一般,高斯自小就顯示出強(qiáng)大的數(shù)學(xué)天賦,他的父親因?yàn)樨毟F負(fù)債累累,高斯三歲的時(shí)候,當(dāng)時(shí)高斯的父親是一位工頭,在核算工人們的周薪,高斯看了一眼賬本,就已經(jīng)能夠幫父親糾正賬目的錯(cuò)誤。

而在8歲的時(shí)候,這個(gè)到如今已經(jīng)家喻戶曉的故事充分顯示了高斯強(qiáng)大的數(shù)學(xué)天分,高斯7歲的時(shí)候首次進(jìn)入到了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的班級,在這里他遇到了自己人生的第二個(gè)伯樂與老師,班級的數(shù)學(xué)老師布特納,布特納有一天布置了一道題目,從1加到100等于多少。

這樣的問題對于如今7歲的孩童而言也已然有一定困難。布特納對學(xué)生其實(shí)并不友好,出這樣的問題也只是想消磨學(xué)生的時(shí)間,誰知道,高斯很快就算出了答案,起初高斯的老師布特納并不相信高斯算出了正確答案,而高斯則列出了自己的計(jì)算方法:1+100=101,2+99=101······50+51=101。從1加到100有50組這樣的數(shù),所以50X101=5050。

布特納第一次看見這樣的計(jì)算方法,當(dāng)他隱隱感覺到,高斯未來會是一個(gè)成就不可限量的數(shù)學(xué)天才。他特意跑到漢堡去購買最好的數(shù)學(xué)教材送給高斯,布特納雖然并沒有教給高斯什么東西,卻真正帶高斯走上了數(shù)學(xué)的道路。而這種算法如今也被命名為“高斯算法”。

高斯第一個(gè)伯樂和老師其實(shí)是他的母親和舅舅,他的母親雖然只是一個(gè)貧窮石匠的女兒,卻智慧開明、目光長遠(yuǎn),她堅(jiān)信高斯未來會有一番不一樣的成就,而不像自己的丈夫一樣希望高斯獲得一份安穩(wěn)的工作就好。而高斯的舅舅弗利德里希和姐姐一樣富有智慧,為人熱情而又聰明能干。

他發(fā)現(xiàn)姐姐的兒子聰明伶利,因此他將自己的一部分精力投注在高斯的身上,啟迪高斯的智慧開闊高斯的思想,并且經(jīng)常鼓勵(lì)高斯走上學(xué)者的道路,正因?yàn)橛芯司嗽?,給予高斯以支撐,才沒有讓高斯走上泥瓦匠的道路。高斯一直非常感謝舅舅的付出,認(rèn)為舅舅是一位“天才“。

高斯的人生可謂一路順?biāo)?,雖然出身貧窮卻一直擁有伯樂,讓他的人生可以走的非常平坦,可以自由幸福地用自己的思想去為數(shù)學(xué)的王國添磚加瓦。而在他幾十年后,未被他理睬過的伽羅瓦卻因?yàn)槿鄙俨畼?,?1歲的年紀(jì)就抱憾而終,讓數(shù)學(xué)王國少了一顆璀璨的明星。

高斯11歲的時(shí)候,來到了文科學(xué)校,因?yàn)樽约旱穆敾郏睦蠋熀退哪赣H將高斯舉薦給了布倫茲維克公爵卡爾·威廉·斐迪南,他又遇到了人生的第三位伯樂,公爵歲高斯一生的貴人,在他幾十年的人生中,公爵都無私地幫助著高斯,正是因?yàn)橛泄舻拇嬖?,才讓高斯的?shù)學(xué)研究可以無后顧之憂,按照自己的理想,勤奮地學(xué)習(xí)和開始進(jìn)行創(chuàng)造性的研究。。如果沒有他,高斯的數(shù)學(xué)之路將會走的非??部?。

公爵不僅后來讓高斯在自己的卡羅琳學(xué)院繼續(xù)學(xué)習(xí),還資助他考入了哥廷根大學(xué)。一直到高斯獲得博士學(xué)位,而后來高斯沒有工作的時(shí)候,公爵依然無私地支援著高斯,讓高斯可以拒絕圣彼得堡提供的教授職位,安心從事數(shù)學(xué)研究。公爵對高斯無私到了什么樣的程度呢?

不僅博士論文的印刷費(fèi)是他出的,還送他高斯一棟房子,還幫高斯印刷了許多他自己的研究成果,還負(fù)擔(dān)了高斯大部分的生活費(fèi)用。。。簡直比對親兒子還親。。。高斯也特別感謝公爵,他在博士論文和《算術(shù)研究》中,寫下了情真意切的獻(xiàn)詞:"獻(xiàn)給大公","你的仁慈,將我從所有煩惱中解放出來,使我能從事這種獨(dú)特的研究"。

嗯,布倫茲維克公爵卡爾·威廉·斐迪南就因?yàn)楹透咚拐瓷狭斯?,就成功留名歷史,而且還是研究高斯繞不開的名字,這錢花的真值的。

你會發(fā)現(xiàn),每一個(gè)天才,無論是牛頓還是歐拉亦或是高斯,這些在歷史上如神一般的人物,無論出身如何,最終都可以遇到伯樂,讓自己的人生璀璨生光。只要是天才,無論你身處在什么樣的環(huán)境,別人總會發(fā)現(xiàn)你,燃燒自己或者提供一個(gè)平臺,讓你的光芒可以讓世界所有人發(fā)現(xiàn),即使是生無伯樂的伽羅瓦,也在死后遇見了自己難以等來的伯樂。

當(dāng)然了,公爵這樣無私是因?yàn)楦咚沟拇_非常出色,讓公爵可以相信這樣的人是萬中無一的天才。在高斯18歲的時(shí)候,他就自己發(fā)現(xiàn)了質(zhì)數(shù)分布定理和最小二乘法,根據(jù)這個(gè)發(fā)現(xiàn),他自己創(chuàng)造了一套測量數(shù)據(jù)處理方法,根據(jù)這個(gè)新方法,他得到了一個(gè)具有概率性質(zhì)的測量結(jié)果,并且把這個(gè)測量結(jié)果畫成了曲線,這種曲線函數(shù)分布后來被后人稱作為高斯分布圖,也被叫做標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

高斯19歲的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)了正十七邊形的尺規(guī)作圖法, 當(dāng)年歐幾里得提出了尺規(guī)作圖,可是還遺留了許多問題,比如正多邊形的尺規(guī)作圖,難倒了2000多年來的許多數(shù)學(xué)家,高斯在大學(xué)二年級時(shí)就得出正十七邊形的尺規(guī)作圖法,并給出了可用尺規(guī)作圖的正多邊形的條件解決了兩千年來懸而未決的難題,他也是世界上第一個(gè)成功用代數(shù)方法解決幾何難題的數(shù)學(xué)家。才19歲而已,各位可以想想自己19歲的時(shí)候在做什么?僅憑這一項(xiàng)高斯就可以青史留名。

但這只是高斯開掛人生的開始,他在19歲那年又證明了二次互反律,二次互反律在數(shù)論的發(fā)展史中處于中心地位。就連歐拉都沒有給出嚴(yán)格的證明,高斯不僅給出了第一個(gè)嚴(yán)格的證明,證明了二次互反律,而且后來又給出了7種證明方式。提出一種已經(jīng)可以算得上是大數(shù)學(xué)家了,提出了8種,讓其他數(shù)學(xué)家怎么活!

而在高斯博士畢業(yè)的時(shí)候他還發(fā)現(xiàn)了著名的代數(shù)基本定理,他認(rèn)為任何一元代數(shù)方程都有根,這篇論文一出舉世震驚,后來高斯死后很多數(shù)學(xué)家都證明了代數(shù)基本定理的真實(shí)性,高斯也是世界上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)這個(gè)定理的數(shù)學(xué)家。也是高斯的生平經(jīng)歷中最光彩的一段。

不過在他29歲的時(shí)候,公爵在抵抗拿破侖的法軍中犧牲,這給高斯以沉重打擊。他悲痛欲絕,長時(shí)間對法國人有一種深深的敵意。沒有了資助,就只能自己找工作了,高斯想找工作的想法讓德俄兩國掀起了人才爭奪戰(zhàn)。

因?yàn)楦咚?9歲解決了正十七邊形的尺規(guī)作圖法就已經(jīng)聲名鵲起了,彼得堡科學(xué)院不斷暗示他,自從1783年萊昂哈德·歐拉去世后,歐拉在彼得堡科學(xué)院的位置一直在等待著像高斯這樣的天才。而德國一看不行呀,這么牛的人才,怎么能被你俄國人搶去了呢?

德國著名學(xué)者洪堡立馬聯(lián)合其他學(xué)者和政界人物,為高斯?fàn)幦〉搅讼碛刑貦?quán)的哥廷根大學(xué)數(shù)學(xué)和天文學(xué)教授,以及哥廷根天文臺臺長的職位。再加上公爵在世時(shí)堅(jiān)決勸阻高斯去俄國,他甚至愿意給高斯增加薪金,為他建立天文臺。高斯就留在了哥廷根。

這一鬧直接讓高斯的地位和名氣又上了一個(gè)檔次,俄國都來搶的超級人才,怎么能夠不對他好呢?等又走了怎么辦!所以高斯一直到去世都過著優(yōu)渥的生活,他一生也幾乎沒有離開過哥廷根,畢竟,給了這么豐厚的報(bào)酬,要錢給錢要權(quán)給全,哪里好意思走。

但是哥廷根這代價(jià)花的值得啊,這為哥廷根數(shù)學(xué)學(xué)派的創(chuàng)立、德國成為世界科學(xué)中心和數(shù)學(xué)中心創(chuàng)造了條件,自此之后,哥廷根一直都是學(xué)術(shù)的中心,不僅是數(shù)學(xué),物理也是,物理學(xué)家索末菲領(lǐng)導(dǎo)的哥廷根學(xué)派一直是20世紀(jì)初物理的中心之一。

當(dāng)然了,高斯最傳奇的人生經(jīng)歷之一,就是推測出了谷神星的位置,當(dāng)時(shí)一名叫丟提斯的中學(xué)老師,發(fā)現(xiàn)一組數(shù)列每一項(xiàng)與當(dāng)時(shí)已知的六大行星(即水星、金星、地球、火星、木星、土星)到太陽的距離比例(地球到太陽的距離定為1個(gè)單位)有著一定的聯(lián)系。

后來赫歇爾根據(jù)這個(gè)數(shù)列發(fā)現(xiàn)了天王星,證明了這組數(shù)列的正確性,可是還有一顆火星和木星軌道間的小行星沒有被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)一名牧師皮亞齊已經(jīng)觀測到,當(dāng)是后來又不見了。高斯對這個(gè)事情非常感興趣,高斯經(jīng)過艱苦的運(yùn)算,以其卓越的數(shù)學(xué)才能創(chuàng)立了一種嶄新的行星軌道計(jì)算理論。他根據(jù)皮亞齊的觀測資料,利用這種方法,只用了一個(gè)小時(shí)就算出了谷神星的軌道形狀,并指出它將于何時(shí)出現(xiàn)在哪一片天空里。

1801年12月31日夜,德國天文愛好者奧伯斯,在高斯預(yù)言的時(shí)間里,用望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了這片天空。不出所料,谷神星再一次奇跡般地出現(xiàn)了。這個(gè)嶄新的行星軌道計(jì)算理論也是后來天文學(xué)家公認(rèn)的測量行星運(yùn)動(dòng)軌跡最簡便最科學(xué)的方法。高斯后來還用他計(jì)算出了智神星的天體運(yùn)行軌跡。

在以前的歐洲,幾何都是以歐幾里得幾何學(xué)派為宗,但是高斯卻認(rèn)為這歐幾里得幾何學(xué)派已經(jīng)沒有辦法解決一些問題了,他后來和其他數(shù)學(xué)家又提出了非歐幾何。非歐幾何影響著現(xiàn)代自然科學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)哲學(xué)的發(fā)展。

除此之外,被稱為“數(shù)學(xué)王子”的高斯在其他領(lǐng)域也都有著卓越的成就,也是一個(gè)全民開花的人。比如他自從用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出了天體的運(yùn)行軌跡,就出了一本書叫《天體運(yùn)行理論》,時(shí)至今日,高斯當(dāng)年的研究仍然是天文學(xué)計(jì)算的基石。

1833年,高斯還和物理學(xué)教授威廉韋伯發(fā)明了第一臺電磁電報(bào)機(jī)。在哥廷根大學(xué),他們倆一直在磁學(xué)領(lǐng)域不斷合作。他們建造了第一臺電報(bào)機(jī),以連接天文臺和物理研究所,這個(gè)系統(tǒng)能夠每分鐘發(fā)送8個(gè)單詞。后來,國際單位制中磁通量的單位“韋伯”就是以威廉·韋伯的名字命名的。

高斯還發(fā)明了簡易版GPS系統(tǒng)——日光反射鏡,這是一種大大改善長距離土地測量的儀器。日光反射鏡用一面鏡子把太陽光反射到遙遠(yuǎn)的地方,可以達(dá)到幾百千米遠(yuǎn),這能夠?yàn)闇y量員標(biāo)記位置??上В@種儀器需要在天氣晴朗的情況下才有很好的效果。到了20世紀(jì)80年代,GPS技術(shù)取代了它。

可以說,高斯他對數(shù)論、代數(shù)、統(tǒng)計(jì)、分析、微分幾何、大地測量學(xué)、地球物理學(xué)、力學(xué)、靜電學(xué)、天文學(xué)、矩陣?yán)碚摵凸鈱W(xué)皆有貢獻(xiàn)。

以他名字“高斯”命名的成果達(dá)110個(gè),屬數(shù)學(xué)家中之最,比如說高斯分布(正態(tài)分布),高斯模糊,高斯積分,高斯整數(shù),高斯消元,高斯曲率,高斯濾波器,高斯引力常數(shù)。可以說大物里有高斯、高數(shù)里也有高斯、幾何里也有高斯、….你閉上眼睛,在理工科(技術(shù)類)書籍里隨便挑一本書。里面一定能找到Gaussian這么個(gè)名字…你隨便拆一個(gè)app看代碼。,一般一定有不止一個(gè)公式(或者包里的公式)和高斯有關(guān)。

你好不容易學(xué)一個(gè)平面設(shè)計(jì),平面設(shè)計(jì)里還有高斯模糊。。??梢哉f,高斯無處不在。

這還是高斯并沒有把自己所有研究成果全部發(fā)表出來的情況下,高斯是一個(gè)非常謹(jǐn)慎的人,估計(jì)是怕打臉,他對自己的工作態(tài)度是精益求精,非常嚴(yán)格地要求自己的研究成果。他自己曾說:寧可發(fā)表少,但發(fā)表的東西是成熟的成果。許多當(dāng)代的數(shù)學(xué)家要求他,不要太認(rèn)真,把結(jié)果寫出來發(fā)表,這對數(shù)學(xué)的發(fā)展是很有幫助的。

歐幾何的的開山祖師有三人,分別是高斯、 洛巴切夫斯基,波爾約。其中波爾約的父親是高斯大學(xué)的同學(xué),他曾想試著證明平行公理,雖然父親反對他繼續(xù)從事這種看起來毫無希望的研究,小波爾約還是沉溺于平行公理。最后發(fā)展出了非歐幾何,并且在1832~1833年發(fā)表了研究結(jié)果,老波爾約把兒子的成果寄給老同學(xué)高斯,想不到高斯卻回信道:我無法夸贊他,因?yàn)榭滟澦偷扔诳洫?jiǎng)我自己。早在幾十年前,高斯就已經(jīng)得到了相同的結(jié)果,只是怕不能為世人所接受而沒有公布而已。

快速傅立葉變換FFT的基本思路在1965年之后開始為人所知。但后來發(fā)現(xiàn),實(shí)際上發(fā)現(xiàn)這思路的兩位作者只是重新發(fā)明了高斯在1805年就已經(jīng)提出的算法。可想而知,高斯領(lǐng)先了同時(shí)代的人160年。

數(shù)學(xué)家雅克比跟高斯差不多生活在同一個(gè)時(shí)代,但是他要比高斯小近三十歲。雅克比本人在橢圓函數(shù)領(lǐng)域上做了很多工作,他曾經(jīng)拜訪過幾次高斯并向高斯陳述了自己在橢圓函數(shù)方面的最新進(jìn)展,但是每次高斯都能從書桌里拿出一堆三十多年前的手稿向雅克比證明“你剛才說的東西我早就發(fā)現(xiàn)了”......

經(jīng)歷過幾次這樣的事情后,雅克比寫信給他的兄長,在信中他是這么說的:“像高斯這樣的巨人,如果他不是把晚年的精力放在天文學(xué)上,今天的數(shù)學(xué)界恐怕完全會是另外一種模樣了?!?/p>

高斯和阿基米德、牛頓、歐拉并列為世界四大數(shù)學(xué)家,和歐拉一樣,歐拉的許多成果毀于大火,而高斯的成果則散落于與朋友的書信以及筆記之間,沒有發(fā)表。如果這兩位大師都可以把自己的所有成果公布于眾,那么數(shù)學(xué)的發(fā)展至少要提前一個(gè)世界。

高斯是"人類的驕傲"。天才、早熟、高產(chǎn)、創(chuàng)造力不衰……人類智力領(lǐng)域的幾乎所有褒獎(jiǎng)之詞,可以說對于高斯都不過分。而愛因斯坦曾評論說:“高斯對于近代物理學(xué)的發(fā)展,尤其是對于相對論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)所作的貢獻(xiàn)(指曲面論),其重要性是超越一切,無與倫比的?!?/p>

貝爾曾經(jīng)這樣評論高斯:在高斯死后,人們才知道他早就預(yù)見一些十九世紀(jì)的數(shù)學(xué),而且在1800年之前已經(jīng)期待它們的出現(xiàn)。如果他能把他所知道的一些東西泄漏,很可能比當(dāng)今數(shù)學(xué)還要先進(jìn)半個(gè)世紀(jì)或更多的時(shí)間。

最后說一句:高斯真牛!

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