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数学史话:十九世纪的数学概述

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  十九世纪是数学史上创造精神和严格精神高度发扬的时代。复变函数论的创立和数学分析的严格化,非欧几何的问世和射影几何的完善,群论和非交换代数的诞生,是这一世纪典型的数学成就。它们所蕴含的新思想,深刻地影响着二十世纪的数学。

 

  十九世纪数学发展的概貌

 

  十八世纪数学发展的主流是微积分学的扩展,它与力学和天文学的问题紧密相联。微积分的运用使这些自然科学领域迅猛发展,至十八世纪末,它们达到了一种相对完美的程度。

 

  然而,将数学和这些自然科学基本上视为一体的观念,使当时一些著名的数学家,如拉格朗日、欧拉、达朗贝尔等对数学的前途产生了悲观情绪,他们觉得数学泉源已近枯竭。

 

  而实际上,此时的数学正处于兴旺发达的前夜:18世纪的数学家忙于获取微积分的成果与应用,较少顾及其概念与方法的严密性,到十八世纪末,为微积分奠基的工作已紧迫地摆在数学家面前;另一方面,处于数学中心课题之外的数学分支已积累了一批重要问题,如复数的意义、欧式几何中平行公设的地位,高次代数方程根式解的可能性等,它们大都是从数学内部提出的课题;再者,自十八世纪后期开始,自然科学出现众多新的研究领域,如热力学、流体力学、电学、磁学、测地学等等,从数学外部给予数学以新的推动力。上述因素促成了十九世纪数学充满活力的创新与发展。

 

  十九世纪欧洲的社会环境也为数学发展提供了适宜的舞台,法国资产阶级大革命所造成的民主精神和重视数学教育的风尚,鼓励大批有才干的青年步入数学教育和研究领地。法国在十九世纪一直是最活跃的数学中心之一,涌现出一批优秀人才,如傅里叶、泊松、彭赛列、柯西、刘维尔、伽罗华、埃尔米特、若尔当、达布、庞加莱、阿达马。他们在几乎所有的数学分支中都作出了卓越贡献。法国革命的影响波及欧洲各国,使整个学术界思想十分活跃,突破了一切禁区。

 

  英国新一代数学家克服近一个世纪以来以牛顿为偶像的固步自封局面,成立了向欧洲大陆数学学习的“分析学会”,使英国进入世界数学发展的潮流。皮科克、格林、哈密顿、西尔维斯特、凯莱、布尔等英国数学界的杰出人物,在代数学、代数几何、数学物理方面的成就尤为突出。

 

  德国在1870年统一之前,资本主义发展比较缓慢,但从十八世纪下半叶起,它一直是思想意识领域十分活跃的地区,特别是思辨哲学强调事物内部矛盾促进事物发展的思想,对纯粹数学的发展产生了有益的影响。

 

  从高斯登上数学舞台至十九世纪下半叶,德国逐渐发展成为与法国并驾齐驱的又一个世界数学中心,除高斯外,施陶特、普吕克、雅可比、狄利克雷、格拉斯曼、库默尔、魏尔斯特拉斯、克罗内克、黎曼、戴德金、康托尔、克莱因、希尔伯特都无愧为十九世纪最重要的数学家。

 

  处于数学中心之外的国家和地区,也出现不少优秀学者,最突出的有挪威的阿贝尔和李,捷克的波尔查诺、俄国的罗巴切夫斯基、切比雪夫和柯瓦列夫斯卡娅,匈牙利的波尔约,意大利的贝尔特拉米和里奇等。这种人才辈出的局面在数学史上是空前的。

 

  十九世纪数学突破分析学独占主导地位的局面,几何、代数、分析各分支出现如雨后春笋般的竟相发展。仅在十九世纪的前30多年中,一批二三十岁的年轻数学家就在数论、射影几何、复变函数、微分几何、非欧几何、群论等领域作出开创性的成绩。

 

  随着众多新研究方向的开拓和证明严格化的要求,越来越多的学者开始埋头于较窄的领域作精细的研究。如阿贝尔主要从事分析与代数学研究,彭赛列专攻射影几何,伽罗瓦关心代数方程的可解性。只有高斯和柯西仍然关心科学与数学中几乎所有的问题。

 

  在十九世纪下半叶,一些数学家注意了各分支间的联系,最著名的有克莱因的埃尔朗根纲领,在几何中引进群的观点,取得很大成功,但专门化的研究方式尚处于方兴未艾的阶段。从十九世纪晚期开始的将数学各分支奠基于公理体系之上的运动,又推进了各分支的细分,这种倾向一直延续到二十世纪。

 

  十九世纪数学家的工作方式呈现出全新的、不同于十八世纪的特色。数学成为一项得到全社会承认的职业,数学家主要在大量培养人才的新型大学教书,研究与教学有机地联系在一起。法国的巴黎综合工科学校、巴黎高等师范大学,德国的柏林大学、格丁根大学是当时最重要的数学研究与教学中心。

 

  由于数学家人数与成果的剧增交流思想与成果的渠道增多了,数学杂志成了重要的传播媒介。法国的热尔岗编辑出版了《纯粹与应用数学年刊》,是最早的专门数学期刊。之后,高水平的数学杂志相继问世,最著名的有克雷尔创办的德文的《纯粹与应用数学杂志》,刘维尔创办的法文的《纯粹与应用数学杂志》。

 

  到十九世纪后半叶,随着各国数学会的问世,各种会刊及专门杂志显著增加。这些数学会还在推动本国数学发展和促进国际学术交流方面发挥积极作用。最早成立的是伦敦数学会,之后创建的有法国数学会、美国数学会和德国数学会。在接近世纪之末,由各国数学会发起在瑞士苏黎世召开了第一届国际数学家大会,后成为一项定期举行的国际学术活动。

 

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