以哥廷根學(xué)派為中心的黃金時(shí)期 (1918一1933)
從第一次世界大戰結束,到1933年希特勒法西斯上臺,世界的數學(xué)中心在德國的哥廷根大學(xué)。在哥廷根學(xué)派的帶動(dòng)下,出現了20世紀數學(xué)發(fā)展的一段黃金時(shí)期。
哥廷根是德國的一座小城,以哥廷根大學(xué)而著(zhù)名。大數學(xué)家高斯(Gauss,1777一1850)曾長(cháng)期在此工作。1886年,F.克萊因(K1ein,1849—1925)來(lái)哥廷根任教授并主持數學(xué)系,遂延請希爾伯特、閔可夫斯基來(lái)校執教,不久就成世界數學(xué)中心。第一次世界大戰結束時(shí),德國雖是戰敗國,但數學(xué)的元氣未傷。法國在大戰中損失了一代大學(xué)生,巴黎高師的學(xué)生名冊上布滿(mǎn)了黑框。在20世紀20年代,法國幾乎是函數論王國,很少有新學(xué)科產(chǎn)生。一個(gè)例外是E.嘉當(Canan,1869一 1951),他在李群表示、外微分方法、活動(dòng)標架法、微分方程組的研究上有獨到的見(jiàn)解,成為日后微分幾何的經(jīng)典性工作,可惜當時(shí)末受到充分重視。英國繼續維持哈代的分析學(xué)派,沒(méi)有新的突破。20世紀20年代的美國數學(xué),還遠遠落后于西歐,蘇聯(lián)、東歐諸國的數學(xué)剛剛起步。盡管優(yōu)秀數學(xué)家遍布歐洲和世界各地。哥廷根卻是公認的世界數學(xué)中心。
在20世紀20年代,克萊因已經(jīng)退休,希爾伯特也已老了。閔可夫斯基則因病在1909年去世。但是,新人不斷在成長(cháng)。希爾伯特的繼承人是H.外爾(Weyl,1885一1955)。他是全才的數學(xué)大家,他創(chuàng )立的學(xué)科數不勝數,例如,數論中的一致分布理論、黎曼曲面、微分流形、算子譜論、偏微分方程、胞腔概念、規范理論、李群表示、數學(xué)物理等等,都在他的手中得到改觀(guān)。
克萊因的繼承者是R.柯朗(Courant,1888一1971)。他專(zhuān)長(cháng)分析,在數學(xué)物理方程、差分方法、變分學(xué)等領(lǐng)域都有創(chuàng )造性的工作,尤其具有行政組織能力;1929年,柯朗任哥廷根數學(xué)研究所所長(cháng)。20世紀最偉大的女數學(xué)家E.諾特(Noether,1882—1935)在哥廷根完成一般理想論,創(chuàng )立了抽象代數學(xué)科。
馮·諾依曼曾是希爾伯特在數學(xué)基礎研究上的助手。
20世紀20年代,蘇聯(lián)數學(xué)學(xué)派開(kāi)始倔起,魯金(Lusin,1883一1950)和葉戈洛夫(Egorov,1869—1931)領(lǐng)導的函數論群體,出現了像柯?tīng)柲缏宸?Ko1mogorov,1903—1987)、亞歷山大羅夫(AIexandrov,1896一1982)那樣著(zhù)名的數學(xué)家。他們都和哥廷根有密切聯(lián)系???tīng)柲缏宸虺5礁缤⒏L(fǎng)問(wèn),他的成名作《概率論的基本概念》[4],用測度論和實(shí)變函數論方法,把概率論建立在完全嚴格的基礎上。此書(shū)最初是用德文寫(xiě)成并發(fā)表的。亞歷山大羅夫則E.諾特聯(lián)系密切。諾特對亞歷山大羅夫建立代數拓撲學(xué)有關(guān)鍵性的建議。第一次世界大戰之后,波蘭數學(xué)發(fā)展迅速。這一學(xué)派的中堅人物,如西爾賓斯基(Sierpinski,1882—1969)、斯坦因豪斯(Stein— hauss,1887一1972)都深受哥廷根學(xué)派的影響。
在20世紀20年代,量子力學(xué)的誕生,是物理學(xué)的又一場(chǎng)革命。哥廷根及時(shí)為量子力學(xué)提供了數學(xué)框架。馮·諾依曼的《量子力學(xué)的數學(xué)基礎》,外爾的《群論與量子力學(xué)》成為一個(gè)時(shí)期的經(jīng)典著(zhù)作。[5]
這一時(shí)期數學(xué)成就的特色是:無(wú)限維空間、抽象的代數方法、幾何上的大范圍整體性質(zhì),顯示出與19世紀的數學(xué)在研究對象和研究方法上有了根本的差別,而以三個(gè)數學(xué)新分支的形成為重要標志:
(1)泛函分析
它起源于希爾伯特的抽象積分方程理論,其中使用了由無(wú)限維正交系所生成的完備空間,現在稱(chēng)之為希爾伯特空間。馮·諾依曼正是利用這一理論為量子力學(xué)提供了數學(xué)框架(1929年)。此外,波蘭的S.巴拿赫(Banach,1892—1945)提出了賦范空間,發(fā)展了其上的算子理論。
(2)抽象代數
以E.諾特于1926年發(fā)表的一般理想論為主要標志。在漢堡大學(xué)的E.阿丁(Artin,1898—1962) 也做出了開(kāi)創(chuàng )性的工作。范·德·瓦爾登(Van.der Waerden,1903一)于1932年出版的《代數學(xué)》是抽象代數早期工作的總結。
(3)拓撲學(xué)
其基本思想可導源于龐加萊于1896年所寫(xiě)的《位置分析》。由于康托集合論的影響。研究數列和函數各種收斂性的點(diǎn)集拓撲學(xué)隨之產(chǎn)生,其代表作是德國數學(xué)家豪斯多夫(Haussdorf,1868一1942)于1913年完成的《集論綱要》。但是,意義更為重大的幾何拓撲學(xué)由蘇聯(lián)的亞歷山大羅夫和瑞士的H.霍普夫(Hopf,1894一1971)合作完成。他們合寫(xiě)的《拓撲學(xué)》(1935年)是拓撲學(xué)最早的經(jīng)典著(zhù)作。與此同時(shí),美國的S.萊夫謝茲(Lefchetz,1884一1972),J.W.亞歷山大(Alexander,1888一1971)和H.M.莫爾斯(Morse,1892—1977)分別以拓撲不動(dòng)點(diǎn)理論,曲面同調論和臨界點(diǎn)理論為拓撲學(xué)增色。在20世紀20年代的美國,拓撲學(xué)的研究是在世界上領(lǐng)先的少數學(xué)科之一。1930年,比利時(shí)的德·拉姆(De Rham,1903一1969)給出高維微分流形上微分形式和上同調性質(zhì)的關(guān)系,是一項重要的成就。
1933年,柏林大學(xué)、哥廷根大學(xué)等德國一流大學(xué)的校園內貼出告示,讓一切猶太人離開(kāi)學(xué)校。德國數學(xué)就此被斷送。
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