数学史 · 中文镜像

数学家传记

贝尔特拉米Eugenio Beltrami

出生
1835年11月16日 奥地利帝国伦巴第克雷莫纳(今意大利)
逝世
1900年2月18日 意大利罗马

贝尔特拉米对曲线和曲面的微分几何研究做出了贡献,并给出了非欧几何的具体实现。

完整传记

贝尔特拉米的父亲也叫贝尔特拉米,是一位绘制细密画的艺术家。他的父亲出身于艺术世家,因为他的祖父曾雕刻宝石。年轻的贝尔特拉米无疑从家族继承了艺术天赋,但在他身上,除了后来获得的数学才能之外,在他生命中变得重要的却是音乐而非绘画。

贝尔特拉米于1853年至1856年在帕维亚学习,在那里他受教于弗朗切斯科·布廖斯基,后者在贝尔特拉米开始学业的前一年被任命为帕维亚大学应用数学教授。贝尔特拉米本想继续他的数学研究,但他经济困难,因此于1856年不得不中断学业并找了一份工作。他被聘为一名铁路工程师的秘书,这份工作先把他带到了维罗纳,然后又到了米兰。

贝尔特拉米在米兰时,意大利王国于1861年建立。这是一件重要的政治事件,极大地振兴了意大利的学术氛围,尽管意大利似乎不太可能取得其他欧洲国家那样的经济进步,因为超过四分之三的人口是文盲,且大多数人从事农业。

贝尔特拉米再次开始努力从事数学研究,并于1862年发表了他的第一篇论文。他于1862年被任命为博洛尼亚大学的代数学与解析几何学访问教授。在博洛尼亚两年后,贝尔特拉米接受了比萨大学的大地测量学讲席,从1864年到1866年担任该职。在比萨,他与恩里科·贝蒂交好。1866年他回到博洛尼亚,被任命为有理力学教授。

当意大利王国于1861年建立时,都灵是首都。1870年,意大利军队进入罗马。这座城市此前由教皇在法国的支持下占据,但在拿破仑三世战败并退位后,法国对占据罗马的支持便消失了。在新的意大利首都建立了一所新的罗马大学,贝尔特拉米于1873年被任命为那里的有理力学讲席。在罗马三年后,贝尔特拉米迁往帕维亚,担任那里的数学物理讲席。然而,贝尔特拉米于1891年回到罗马,并在那里度过了他最后几年的教学生涯。

安东尼奥·路易吉·高登齐奥·朱塞佩·克雷莫纳罗巴切夫斯基卡尔·弗里德里希·高斯波恩哈德·黎曼的影响,贝尔特拉米为微分几何中关于曲线和曲面的工作做出了贡献。他将卡尔·弗里德里希·高斯关于共形表示的工作译成意大利文。随后他考虑了曲面上的测地线何时能在平面上表示为直线的问题。贝尔特拉米表明并非所有测地线都能以这种方式表示,接着他继续考虑一个自然的问题:哪些曲面具有这样的性质,即曲面上的测地线能在平面上表示为直线。他的答案非常令人满意,因为他发现这些曲面恰恰就是常曲率曲面。贝尔特拉米随后考虑了常负曲率曲面,并由此得出了他1868年最著名的结果。

他1868年的论文Essay on an interpretation of non-euclidean geometry具体实现了罗巴切夫斯基鲍耶的非欧几何,并将其与波恩哈德·黎曼的几何联系起来。这一具体实现使用了伪球面,即由曳物线绕其渐近线旋转生成的曲面。

贝尔特拉米在这篇1868年的论文中并未打算证明非欧几何的一致性,也未打算证明欧几里得平行公设的独立性。他所暗示的是,鲍耶罗巴切夫斯基实际上根本没有引入新概念,而只是描述了负曲率曲面上的测地线理论。贝尔特拉米在这篇论文中写道:-

我们试图为这一学说找到一个真正的基础,而不是不得不承认它需要一种新的实体和概念秩序。

Houel于1870年将罗巴切夫斯基和贝尔特拉米的工作都翻译成了法文,并且他注意到贝尔特拉米的论文如何证明了欧几里得平行公设的独立性。

这篇1868年的论文本应更早发表,但它的出版被推迟了,因为安东尼奥·路易吉·高登齐奥·朱塞佩·克雷莫纳并不完全满意它并非基于循环论证。安东尼奥·路易吉·高登齐奥·朱塞佩·克雷莫纳担心欧几里得几何正被用来描述非欧几何,并从中看到了可能的逻辑困难。安东尼奥·路易吉·高登齐奥·朱塞佩·克雷莫纳错了,但他的担忧使贝尔特拉米把自己的工作搁置了一段时间,而波恩哈德·黎曼的工作使贝尔特拉米确信他的方法是可靠的。

贝尔特拉米还研究光学、热力学、弹性、电学和磁学。他对这些主题的贡献出现在四卷本著作Opere Matematiche(1902—20)中,该书在他去世后出版。他关于物理主题的一些工作与他的非欧几何有关,因为他考察了艾萨克·牛顿给出的引力势在负曲率空间中必须如何修改。他给出了皮埃尔·西蒙·拉普拉斯算子的广义形式。

在[11]中,Tazzioli考察了贝尔特拉米在考虑力学、弹性和势论问题时如何使用微分参数。他还在给出乔治·格林定理的一个推广时使用了这些参数。贝尔特拉米通过为格雷戈里奥·里奇-库尔巴斯托罗图利奥·列维-齐维塔关于该主题的思想提供基础,间接影响了tensor analysis的发展。

贝尔特拉米最后的一些工作是关于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦方程的力学解释。他与恩纳斯托·切萨罗的通信中包含了对贝尔特拉米关于这一主题思考的有趣见解,其中一部分收录在[7]中。其中一封信[7]:-

……(日期为1888年12月)致力于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦方程的力学解释。在这里,贝尔特拉米给出了当六个给定函数是弹性变形的分量时条件的一个新证明。

最后,我们应当提到贝尔特拉米对数学史的一项重要贡献。这出现在1889年的一篇出版物中,其中贝尔特拉米使数学界注意到了Saccheri1733年对平行公设的研究。他将Saccheri的结果与吉奥万尼·阿方索·博雷利、约翰·沃利斯克里斯托佛·克拉乌的结果以及罗巴切夫斯基鲍耶的非欧几何进行了比较。

贝尔特拉米在意大利数学界发挥了重要作用,于1898年成为Accademia dei Lincei的主席。1899年,他成为意大利王国的参议员。

参考文献

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