爱因斯坦的引路人、最后的通才:庞加莱

文摘   科学   2024-08-07 19:28   北京  

高小山说


2024年8月24日-31日,高山书院师生们将去到18世纪启蒙运动的发生地——法国,继续走“科学复兴之路”


课程期间,同学们将到访位于巴黎的庞加莱研究所,副所长、索邦大学凝聚态理论物理学教授Dominque Mouhanan将为同学们分享庞加莱的不朽思想,带同学们实地感受大科学家的精神世界,体会科学家眼中的数学之美。


高山科学经典第24期,复旦大学物理系谢希德讲座教授金晓峰老师曾向公众介绍过庞加莱其人,并导读了他的哲学名著《科学与假设》。特选取部分内容,供同学们提前学习了解~


金晓峰教授导读现场


1937年,美国著名的数学史家埃里克·贝尔出版了数学名著《数学大师:从芝诺到庞加莱》一书,在书中,关于数学家庞加莱,作者给他的称谓是“最后一位通才”。


那个时代的人们普遍认为,任何人都不可能全面理解数学的四个主要部分——算术、代数、几何、分析中的两个以上。




然而,庞加莱不仅在上述四个领域都作出了卓越贡献,还在天文学和数学物理学方面表现出色。


普林斯顿出版的《数学大全》这本书中列举了从古至今的100位数学大家,每个人都有一段介绍。但其中只有八位不仅有介绍,还附加了照片,他们分别是:笛卡尔、牛顿、莱布尼兹、欧拉、高斯、黎曼、希尔伯特以及,庞加莱



某种程度上可以说,庞加莱是足以与牛顿等人比肩的人物。


然而,真正的庞加莱远不止如此。


数学:在微分方程、函数理论、代数几何学、数论、代数学以及拓扑学等各个分支领域,他都有重要贡献。他创立了自守函数理论,研究了整函数的亏格和泰勒展开的系数之间的关系,为后来的整函数及亚纯函数理论奠定了基础。此外,他在多复变函数论方面也是先驱者之一。


天体力学和物理学:对天体力学特别是三体问题,有深入的研究,引入了渐进展开的方法,得出了严格的天体力学计算技术。他的工作对后来的动力系统理论产生了巨大影响,包括混沌理论的开创性工作。


动力系统理论:开创了动力系统理论,并证明了“庞加莱回归定理”。他的研究为现代微分方程和动力系统理论中的基本概念奠定了基础。


数学物理和偏微分方程:庞加莱对数学物理和偏微分方程也有贡献,包括对狄利克雷问题解的存在性的证明,以及拉普拉斯算子的特征值问题的研究。


拓扑学:庞加莱对现代数学最重要的影响之一是创立了组合拓扑学。他引入了贝蒂数、挠系数和基本群等重要概念,并创造了流形的三角剖分等工具,推广了欧拉多面体定理成为欧拉—庞加莱公式。


相对论:他在爱因斯坦之前就发表了有关相对论思想的文章,并提出了光速不变性假设;


科学哲学:哲学著作《科学与假设》、《科学的价值》、《科学与方法》对科学哲学有着重大影响,是约定主义哲学的代表人物。


庞加莱猜想:他在1904年提出的拓扑学猜想,即后来被称为“庞加莱猜想”,是数学中最著名的问题之一,直到102年后的2006年才被确认证明。



庞加莱一生享有盛誉,成就斐然。从他的履历中,我们也能窥见一二:


31岁时担任法国数学学会会长;

32岁成为法国科学院院士;

36岁担任法国天文学会会长;

37岁担任法国物理学会会长;

41岁成为法国科学院院长。


此外,由于他热衷于科普事业,写了许多高质量的科普文章,43岁时还被获得了只有法国文学家才能获得的最高荣誉——当选为法兰西学院院士



《科学与假设》这本书是庞加莱的经典哲学著作,在书中,他将当时的物理学知识进行了串联,提出了一系列深刻的科学哲学观点,深刻影响了包括爱因斯坦在内的众多科学家甚至是艺术家。


爱因斯坦年轻时,与朋友们共同成立了奥林匹亚学院,他们共同阅读了很多科学书籍,其中就包括《科学与假设》。


爱因斯坦去世后,学院的一位成员莫里斯·索洛文列出了他们曾经阅读的所有书籍清单,特别强调了《科学与假设》给他们留下的深刻印象,认为这本书让他们连续几个星期都感到激动不已。


1921年,在普林斯顿大学的报告中,爱因斯坦谈到空间概念时明确提及了这本书。在其他演讲中,爱因斯坦也多次引用庞加莱的观点,并称赞庞加莱为“敏锐而深刻的思想家”


晚年时,爱因斯坦仍认为庞加莱的观点从永恒的视角来看是正确的。



毕加索的名作《亚维农少女》被认为是毕加索立体主义绘画的开端,画面中,左侧的三个女孩形象呈现出明显的几何风格,而右侧两个女孩的面孔则更加引人注目,尤其是下面坐着的人物,其面孔从现代视角看来几乎是畸形的。


这种独特的表现手法源于毕加索受到某位业余数学家的影响,这位数学家向他介绍了庞加莱关于四维空间的理论。庞加莱曾提出,如果有人愿意投入一生的时间,或许能够理解并接近第四维度。这一理论对艺术家产生了极大的吸引力,并影响了毕加索的创作。


虽然《科学与假设》是一本哲学著作,但这并不影响大众们对它的狂热追捧。


《数学大师》一书中描述说:


在巴黎的公园和咖啡馆里,工薪阶层和女店员们热衷于阅读庞加莱作品的简装本,这些书籍尽管印刷质量不佳、封面纸张粗糙,却广受欢迎。


同时,这些作品的高质量版本也出现在专业学者的书桌上,显示出其被反复阅读的痕迹。



庞加莱的科学成就到底有多厉害?其哲学思想又对我们有怎样的影响?他的成长路径普通人可以效仿吗?


2024年8月24日-31日,高山书院科学复兴之路法国站,科学家、科学史家、哲学家为你揭秘~



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编辑丨朱珍
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