数学史 · 中文镜像

数学家传记

恩里科·贝蒂Enrico Betti

出生
1823年10月21日 托斯卡纳皮斯托亚(今意大利)
逝世
1892年8月11日 意大利比萨索亚纳

恩里科·贝蒂以其对代数和拓扑学的贡献而闻名。恩里科·贝蒂也在理论物理,特别是在位势论和弹性理论方面做出了重要工作。

完整传记

恩里科·贝蒂的父亲Matteo Betti在贝蒂很小的时候就去世了,他的母亲皮耶罗·德拉·弗朗西斯卡 Dei不得不独自抚养和教育他。他有两个姐妹Luisa和Laura,她们都在年轻时就去世了。他的母亲弗朗西斯卡从皮斯托亚的两所小房子获得收入,并通过自己的工作补充收入来支持儿子的教育。贝蒂在皮斯托亚的Forteguerri学校接受教育,在那里他接受了古典教育。这所古老的学校由红衣主教Niccolò Forteguerri于1473年创立,旨在让贫困学生获得高等教育的机会。

贝蒂在比萨大学学习数学和物理,赢得了一个在大公学院之一作为学生的位置,在那里他通过私人辅导来维持生计。在大学里,他师从Ottaviano Fabrizio Mossotti(1791-1863)和Carlo Matteucci(1811-1868)。Mossotti因自由派观点而被逐出意大利,在瑞士和英国待了一段时间后,他曾任布宜诺斯艾利斯大学实验物理学教授,之后于1835年返回意大利。他从1840年起在比萨大学任教,在那里讲授数学物理、天体力学和大地测量学,贝蒂参加了这些课程。贝蒂从Matteucci那里学习了实验物理,Matteucci曾在巴黎师从弗朗索瓦·阿拉戈。正是弗朗索瓦·阿拉戈推荐他于1840年被任命到比萨。我们注意到,Matteucci于1844年被伦敦皇家学会授予科普利奖章。贝蒂于1846年毕业,获得纯粹与应用数学的laurea学位,其导师是代数教授Giuseppe Doveri(1792-1857)。Doveri的早期教育是在佛罗伦萨接受的,他从比萨大学获得了数学学位。

获得学位后,贝蒂被任命为比萨大学的助理。他在大学工作时,正值意大利的政治和军事事件随着国家接近统一而加剧。不仅有统一的内政问题,还有与奥地利和法国的问题,这两个国家都有自己的议程。Mossotti强烈支持争取独立的斗争,并领导了一个托斯卡纳大学营以实现这一目标。贝蒂加入了由Mossotti领导的这个营,以下士军衔,他参加了1848年5月29日的Curtatone和Montanara战役。这场战役是意大利独立战争的一部分,是在驻扎在设防城镇曼图亚的奥地利军队与由像托斯卡纳大学营这样的年轻志愿者支持的托斯卡纳士兵之间进行的。这些年轻人,像贝蒂一样,没有战斗经验,但对他们的事业充满热情,并被证明是优秀的战士。贝蒂和其他人仅仅为了这个场合而被提升为军官。他们在战役发生前进行了十五天的军事训练。当奥地利军队离开曼图亚攻击托斯卡纳人时,优势严重偏向奥地利军队,因为他们有20,000人对7,000托斯卡纳人。托斯卡纳大学营等待托斯卡纳军队的命令,但当没有命令到来,他们能听到大约2公里外的战斗声音时,他们冲入战斗,与正规托斯卡纳士兵并肩英勇作战。最终托斯卡纳人被迫撤退,损失惨重,但奥地利人自己也遭受了更大的损失,没有前进。贝蒂极其幸运地在战斗中幸存下来,这场战斗被证明是一场最终会成功的战役中的关键一战。这场战斗后,贝蒂回到了比萨大学。

在比萨大学担任助理之后,贝蒂回到了他的家乡皮斯托亚,并于1849年成为该镇Forteguerri中学的数学教师。当然,这正是贝蒂曾就读的学校。他接受这些教职并非因为想终身做一名中学教师,而是因为他必须在进行研究的同时谋生,他希望研究能为他赢得大学职位。Capecchi在[14]中写道:-

相对的文化隔绝决定了他关于用根式解代数方程的研究的独特性质。尽管埃瓦里斯特·伽罗瓦的著作起源于1820年代,但在19世纪下半叶,即使在法国,它们仍被认为难以理解。

1854年,他搬到佛罗伦萨,再次在一所中学任教。在这些年里,当贝蒂还是一名中学教师时,他正在进行研究,并以Mossotti为导师。在[21]中,发表了贝蒂与Mossotti在1847年至1857年间的现存通信。Mossotti不断给他的学生提供研究建议,但从通信中可以清楚地看出,两人之间的关系不仅仅是师生关系,他们也是朋友。贝蒂向Mossotti解释了他关于研究的想法,特别是他正在努力为埃瓦里斯特·伽罗瓦仅仅陈述而未给出任何证明的许多命题提供令人满意的证明。事实上,贝蒂成为第一个发表关于埃瓦里斯特·伽罗瓦理论的观察和论证的人,其论文发表于1851-1852年。这些论文发表在Annali di Scienze fisiche e matematiche上,它们是:Sopra la risolubilità per radicali delle equazioni algebriche irriduttibili di grado primo (论不可约一次代数方程可用根式解)(1851);Un teorema sulle risolventi dell'equazioni risolubili per radicali (关于解可用根式解的方程的一个定理)(1851);以及Sulla risoluzione dell'equazioni algebriche (论方程的代数解法)(1852)。然而,我们应该注意到,这些并不是贝蒂的第一批出版物,因为他已于1850年发表了关于数学物理的论文Sopra la determinazione analitica dell'efflusso dei liquidi per una piccolissima apertura (论流体通过极小孔口的流量的解析确定)。

贝蒂于1857年被任命为比萨大学高等代数教授。次年,他与弗朗切斯科·布廖斯基Felice Casorati一起访问了欧洲主要的数学中心。他们访问了哥廷根、柏林和巴黎,建立了许多重要的数学联系。特别是在哥廷根,贝蒂结识了波恩哈德·黎曼并与之成为朋友。1859年回到比萨后,他转任分析与高等几何讲席。他于1860年发表了他的就职教授演讲,该演讲未出版,但其细节留存下来并在[11]中讨论。Mossotti持有数学物理讲席,于1863年去世,贝蒂被任命担任该讲席,同时兼任分析与高等几何讲席。

我们已经解释了贝蒂参与1858-59年对奥地利战争的情况,其中法国人起初加入意大利人对抗奥地利人。然而,到1861年3月17日,意大利王国正式成立。然而,罗马和威尼斯在这一阶段不属于意大利,随着政府结构的讨论,政治活动持续处于高水平。贝蒂在新国家的政府中任职,他于1862年成为议会议员,代表皮斯托亚,一直担任此职至1867年。

为了改善健康状况,波恩哈德·黎曼于1863年秋天访问了意大利,并重新与贝蒂建立了友谊。在1863年10月6日从佛罗伦萨写给他的朋友兼同事P Tardy的一封信中,贝蒂写道(见[4]):-

我刚刚与波恩哈德·黎曼谈论了空间的连通性,并对这件事有了准确的想法。

多年来,贝蒂将政治服务与为大学服务结合在一起。他曾担任比萨大学校长一职,并于1864年成为其师范学院Scuola Normale Superiore的院长,担任此职直至去世。在他的领导下,比萨的Scuola Normale Superiore成为意大利领先的数学研究和数学教育中心。新成立的意大利王国引发了全国对数学及其教学的重新关注,贝蒂在其中发挥了重要作用。他对学校应如何教授数学有强烈的看法。他[1]:-

……热爱古典文化,并与弗朗切斯科·布廖斯基一起倡导在中学恢复欧几里得的教学,因为他将欧几里得的著作视为纪律与美的典范。

他与弗朗切斯科·布廖斯基合作翻译了欧几里得Elements,以此推进这些目标。贝蒂在没有弗朗切斯科·布廖斯基协助的情况下,还翻译了另一部学校教材,即约瑟·伯特兰Algebra elementare(初等代数)。我们已经注意到,1864年贝蒂接替Mossotti,被任命为数学物理讲席,并终身担任此讲席。他的另一位老师Carlo Matteucci于1844年创办了期刊Nuovo Cimento,1863年贝蒂成为其主编。他在该期刊上发表了十篇论文。1871年,贝蒂创办了Annali della Scuola Normale - Sezione della classe di scienze fisiche e matematiche,旨在为学生提供一个发表学位论文或教授资格论文(Habilitation)论文的场所。1870年,他从分析与几何讲席转到天体力学讲席。他也终身担任此讲席。

政治事件继续塑造着新的意大利国家,1866年《维也纳条约》将威尼斯并入意大利王国。次年,罗马遭到意大利军队进攻,但法国派兵保卫该城抵御进攻。由于对政府的不满,意大利各地普遍动荡,这个新统一的国家是否会再次分裂远未明朗。然而,1870年意大利军队攻占罗马,罗马成为意大利王国的首都。贝蒂继续在这个发展中的国家担任政治职务。他从1874年10月到1876年3月担任了十八个月的教育部副部长,但他[1]:-

……然而渴望学术生活、孤独的沉思以及与密友的讨论。

1884年他担任意大利议会参议员,但他再次怀念学术生活[1]:-

然而,他的主要目标始终是带有崇高哲学目的的纯粹科学研究。

正如乌利塞·迪尼在[15]中指出的,贝蒂在许多非常不同的数学领域工作,例如:代数方程理论;椭圆函数理论、复变量的代数函数、多维空间等分析及其在几何中的应用;他发表了许多关于数学物理和天体力学、牛顿力理论、热理论、电学理论、磁学、弹性、毛细现象、流体动力学、质点系统运动以及动力学原理的推广的著作。然而,他尤其以对代数和拓扑学的贡献而闻名。在他早期关于方程和代数领域的工作中,正如我们已经看到的,贝蒂扩展并给出了与伽罗瓦理论的代数概念相关的证明。这些概念此前发表时没有证明,在这项工作中,贝蒂因此为从古典代数向现代代数的过渡做出了重要贡献。他从1851年开始在几部著作中发表了这些重要贡献,并且是第一个证明埃瓦里斯特·伽罗瓦群在乘法下封闭的人。1854年,贝蒂表明五次方程可以用积分求解,从而得到椭圆函数

然而,我们不应给人这样的印象:贝蒂是第一个澄清埃瓦里斯特·伽罗瓦工作中所有困难的人。尽管卡米耶·若尔当在其Traité des substitutions et des equations algebriques(关于替换和代数方程的论文)(1870年)中称赞贝蒂填补了埃瓦里斯特·伽罗瓦论证中的空白,并第一个严格建立了埃瓦里斯特·伽罗瓦定理的序列,但事实是贝蒂的工作包含大量模糊和错误。Mammone在[19]中非常清楚地指出了这些点,然而论文[19]本身包含群论错误,正如Peter Neumann在评论它时指出的。贝蒂的错误似乎与群的正规子群有关,他做出了错误的假设(用现代术语来说)每个扩张都分裂。

我们上面已经提到,波恩哈德·黎曼于1863年在比萨拜访了贝蒂。在与朋友波恩哈德·黎曼的讨论影响下,贝蒂受到启发,在理论物理方面做了重要工作,特别是在势论和弹性方面。他还发表了关于函数理论的论文,专注于椭圆函数。事实上,贝蒂向数学物理的这种方向转变导致他如上所述于1870年在比萨接替了讲席。乌利塞·迪尼,贝蒂早些时候曾教过他,被任命填补他的分析和高等几何讲席。

让我们更详细地考察贝蒂在数学物理特别是弹性力学方面的工作。我们基于[14]中给出的描述稍作修改后的版本进行叙述:-

贝蒂 探讨了数学物理的若干方面;其中最重要的一个方面与经典力学有关。在他早期的工作中,他采取了一种机械论进路,其中力而非能量是基础概念,虚功是支配定律。在他关于毛细现象的工作《Memoria sopra la teoria della capillarità》(《毛细管理论论著》)发表于《Annali delle Università toscane (Pisa)》中,贝蒂 假定物体由分子构成,这些分子在短距离上相互吸引,在极短距离上相互排斥,而在更大但仍非常短的距离上实际上不发生相互作用。在他关于牛顿力的论著《La teorica delle forze che agiscono secondo la legge di 艾萨克·牛顿 e sue applicazioni all'elettrostatica》中,贝蒂 宣示了他的牛顿主义意识形态。贝蒂 在其关于毛细现象的第二篇论著《Teoria della capillarità》发表于《Nuovo Cimento》中改变了态度,在 开尔文 的研究基础上赋予势以能量的含义和基础性作用。这一改变在《Teoria della elasticità》(《弹性理论》)(1874)中是决定性的,其中没有提及内力,甚至避免明确提到应力。当 贝蒂 撰写《Teoria della elasticità》时,弹性理论已经成熟,其原理已为人所知,尽管并未被完全认同。那里展开的阐述,像现代手册一样,遵循公理化进路。贝蒂 的原理一方面是势能和应变的概念,另一方面是虚功原理。尽管这本书在理论方面并非特别原创,但它对于阐述一种评估三维弹性连续体上位移的一般程序以及解决具体问题具有重要意义。此外,各个论题的呈现方式成为大多数弹性理论手册的范式。

贝蒂发表了一篇关于椭圆函数论的论文La teorica delle funzioni ellitiche (椭圆函数论)(1860),其中包含的结果在几年后被卡尔·魏尔斯特拉斯进一步发展。他于1871年发表了一篇关于拓扑学的重要论文,其中包含了我们现在所称的“贝蒂数”。这就是他发表在Annali di matematica pura ed applicata上的著名论文Sopra gli spazi di un numero qualunque di dimensioni (论任意维空间)。贝蒂数是由儒勒·昂利·庞加莱命名的,他受到贝蒂在该主题上工作的启发而研究拓扑学。他的另一篇论文是Sopra una estensione della terza legge di Keplero (论约翰内斯·开普勒第三定律的推广)(1888)。这篇论文属于天体力学领域,推广了约瑟夫·拉格朗日关于三体问题的研究。

在此我们还应提到曾师从贝蒂的令人印象深刻的学生名单,包括:Ernesto Padova(1845-1896)、Eugenio Bertini切萨雷·阿泽拉Guido Ascoli乌利塞·迪尼格雷戈里奥·里奇-库尔巴斯托罗维多·沃尔泰拉、Valentino Cerruti(1850-1909)、Giuseppe Lauricella(1867-1913)、Carlo Somigliana(1860-1955)、萨尔瓦托雷-平谢尔玛利欧·派埃利费代里戈·恩里克斯路易吉·比安基

1857年被任命为比萨的讲席后,他在每个学年都讲授广泛不同的数学主题,直到1890-91学年。他是一位热情而清晰的讲师,深受学生爱戴。然而到1890年11月,他已经难以承担教学任务,因为他逐渐瘫痪。这种瘫痪逐渐加重,使他越来越难以继续工作。然而,他在索亚纳的别墅中的去世来得很突然。尽管他是在暑假中期去世的,当时大多数教授都不在大学,但他仍然得到了许多荣誉的隆重葬礼。许多同事、以前的学生以及许多比萨市民参加了葬礼。他被安葬在比萨的Camposanto monumentale。

贝蒂获得了许多荣誉,包括当选罗马的Accademia dei Lincei(1851年)、National Academy of Sciences of Italy(“四十人科学院”)(1860年)、摩德纳科学、文学与艺术学院(1860年)、那不勒斯皇家学会(1863年)、米兰伦巴第科学与文学研究所(1864年)、Academy of Sciences of Turin(1864年)以及斯德哥尔摩的柏林科学院Göttingen Academy of SciencesRoyal Society of London瑞典皇家科学院。在[10]中,Bottazzini简要描述了比萨高等师范学校图书馆中十二个盒子的内容,其中包含贝蒂未发表的笔记和信件。似乎没有关于这些论文内容的进一步研究发表。

参考文献

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