数学史 · 中文镜像

数学家传记

吉罗拉莫·卡尔达诺Gerolamo Cardano

出生
1501年9月24日 米兰公国帕维亚(今意大利)
逝世
1576年9月21日 罗马(今意大利)

吉罗拉莫·吉罗拉莫·卡尔达诺或吉罗拉莫·卡尔达诺是一位意大利医生和数学家,他以著作《大衍术》而闻名,这是第一部专门论述代数的拉丁文论著。在其中,他给出了他从尼科洛·塔尔塔利亚那里学到的三次和四次方程的解法。

完整传记

Girolamo或Hieronimo 卡尔达诺的拉丁文名字是Hieronymus Cardanus,有时也以其名字的英文形式吉罗拉莫·卡尔达诺为人所知。

卡尔达诺是Fazio 卡尔达诺和Chiara Micheria的私生子。他的父亲是米兰的一名律师,但其数学专长如此出众,以至于列奥纳多·达·芬奇就几何问题向他咨询。除了律师业务外,Fazio还在帕维亚大学以及米兰的Piatti基金会讲授几何,后者时间更长。五十多岁时,Fazio遇到了Chiara Micheria,她是一位三十多岁的年轻寡妇,正艰难地抚养三个孩子。

Chiara怀孕了,但在她临产前,瘟疫袭击了米兰,她被说服离开该城,前往附近相对安全的帕维亚,住在Fazio富有的朋友家中。因此,卡尔达诺出生在帕维亚,但他母亲的喜悦很短暂,因为她收到消息,她的前三个孩子在米兰死于瘟疫。Chiara与Fazio分居多年,但后来在晚年,他们确实结了婚。

卡尔达诺起初成为他父亲的助手,但他是个体弱多病的孩子,当工作对卡尔达诺来说变得过于繁重时,Fazio不得不从两个侄子那里寻求帮助。然而,卡尔达诺开始渴望比做父亲的助手更伟大的事情。Fazio教了儿子数学,卡尔达诺开始考虑学术生涯。经过一番争论,Fazio允许卡尔达诺去上大学,他进入了帕维亚大学,他父亲曾在那里学习,尽管父亲希望他学法律,他还是选择了医学。

战争爆发后,大学被迫关闭,卡尔达诺转到帕多瓦大学完成学业。这次转学后不久,他的父亲去世了,但此时卡尔达诺正忙于竞选大学校长。他是一名才华横溢的学生,但直言不讳且极具批判性,卡尔达诺并不受人喜欢[4]:-

我认识到这是我诸多缺点中独特而突出的一点——我坚持的习惯,即宁愿说出我知道会令听者不悦的话,胜过一切。我意识到这一点,却仍故意坚持,并非不知道这会为我树敌多少。

然而,他的校长竞选成功了,因为他以一票之差击败了对手。

卡尔达诺挥霍了父亲留下的小笔遗产,转向赌博以增加收入。纸牌游戏、骰子和国际象棋是他谋生的手段。卡尔达诺对probability的理解使他在对手面前占有优势,总的来说,他赢多输少。他不得不与可疑的人为伍进行赌博。有一次,当他以为在牌局中被骗时,总是随身带刀的卡尔达诺划伤了对手的脸。赌博成了一种持续多年的瘾,夺走了卡尔达诺宝贵的时间、金钱和声誉。

卡尔达诺于1525年获得医学博士学位,并申请加入米兰的医师学院,他的母亲仍住在那里。学院不愿接纳他,因为尽管他作为杰出学生赢得了尊重,但他以难以相处著称,其非传统、不妥协的观点被咄咄逼人地提出,很少考虑策略或后果。卡尔达诺私生子的发现给了学院拒绝他申请的理由。

卡尔达诺在朋友的建议下,去了距帕多瓦15公里的一个小村庄萨科。他开了一个小而不太成功的诊所。1531年末,卡尔达诺娶了邻居Aldobello Bandarini的女儿Lucia,他是当地民兵的上尉。卡尔达诺在萨科的诊所收入不足以养活妻子,因此,1532年4月,他搬到了米兰附近的加拉拉泰。他再次申请加入米兰的医师学院,但再次未被允许入会。无法行医,卡尔达诺在1533年重操赌博以支付开销,但事情变得如此糟糕,他被迫典当妻子的珠宝甚至一些家具。拼命寻求转运,Cardan一家搬到了米兰,但在这里情况更糟,他们不得不屈辱地进入济贫院。

卡尔达诺幸运地获得了Fazio之前在米兰皮亚蒂基金会数学讲师的职位,这给了他大量空闲时间,他用一些时间来治疗少数病人,尽管他不是医师学院的成员。卡尔达诺取得了一些近乎奇迹的治愈,他作为医生日益增长的声誉导致学院成员向他咨询。他感激的病人及其亲属成为全心全意的支持者,通过这种方式,卡尔达诺能够建立起一个有影响力的支持者基础。

卡尔达诺仍对持续被学院排斥感到愤怒,并在1536年鲁莽地出版了一本书,不仅攻击学院的医疗能力,还攻击他们的品格[4]:-

如今,最能给医生带来声誉的是他的举止、仆人、马车、衣着、精明和谨慎,所有这些都以一种做作而乏味的方式展现出来……

这不是进入学院的办法,毫不奇怪,卡尔达诺在1537年的入会申请再次被拒绝。然而,两年后,在他的仰慕者施加了很大压力之后,学院修改了关于合法出生的条款,接纳了卡尔达诺。同年,卡尔达诺的前两部数学著作出版,第二部The Practice of Arithmetic and Simple Mensuration预示着更伟大的成就即将到来。这是卡尔达诺多产写作生涯的开端,除了数学之外,他还撰写了医学、哲学、天文学和神学等多种主题的作品。

1539年,卡尔达诺找到尼科洛·塔尔塔利亚,后者因在解cubics的竞赛中获胜而声名鹊起,并试图让他透露方法。尼科洛·塔尔塔利亚最终同意,条件是让卡尔达诺发誓在尼科洛·塔尔塔利亚自己发表该方法之前不发表它。尼科洛·塔尔塔利亚对卡尔达诺所发誓言的记述是:-

我以神圣的福音书向你发誓,作为一个真正的荣誉之人,不仅绝不发表你教给我的发现,而且我还向你承诺,并以一个真正基督徒的信仰担保,将它们用密码记录下来,以便在我死后无人能够理解它们。

随后是卡尔达诺进行密集数学研究的一段时期,他在接下来的六年里致力于求解三次方程和由根式提出的四次方程

卡尔达诺遇到的第一个问题之一是,即使答案是一个“正常”的数,公式有时也会涉及负数的平方根。1539年8月4日,卡尔达诺写信给尼科洛·塔尔塔利亚:-

我已派人去询问那些你未给我答复的各类问题的解法,其中之一涉及立方等于未知数加一个数。我当然掌握了这条法则,但当未知数系数的三分之一的立方在数值上大于该数的一半的平方时,那么,看来我就无法使它适合方程。

确实,卡尔达诺恰好给出了这里公式涉及负数平方根的条件。尼科洛·塔尔塔利亚此时极为后悔告诉了卡尔达诺这个方法,并试图用他的回复来迷惑他(尽管事实上尼科洛·塔尔塔利亚,像卡尔达诺一样,不会理解当时正进入数学的复数):-

……因此我在回复中说,你尚未掌握解决这类问题的真正方法,而且我确实要说你的方法完全错误。

我们在文章塔尔塔利亚与卡尔达诺中给出了与尼科洛·塔尔塔利亚争论的细节,其中事件以数学家自己的话叙述。

1540年,卡尔达诺辞去了他在皮亚蒂基金会的数学职位,空缺由卡尔达诺的助手洛多维科·费拉里填补,后者出色地解决了用根式求解四次方程的问题。从1540年到1542年,卡尔达诺放弃了他的学业,除了赌博什么也不做;整天玩棋。在1543-1552年间,卡尔达诺在米兰和帕维亚的大学讲授医学,因为战争经常迫使帕维亚的大学关闭。

1545年,卡尔达诺出版了他最伟大的数学著作Artis magnae sive de regulis algebraicis liber unus (《一本书中的代数法则的伟大艺术》)或Ars Magna (《伟大的艺术》)。在其中他给出了三次和四次方程的解法。事实上,他在1543年发现尼科洛·塔尔塔利亚并非第一个用根式解三次方程的人,因此觉得尽管有誓言也可以出版。洛多维科·费拉里在1547年4月写道:-

四年前,当卡尔达诺要去佛罗伦萨而我陪同他时,我们在博洛尼亚见到了Hannibal Della Nave,一个聪明而仁慈的人,他给我们看了一本希皮奥内·德尔·费罗——他的岳父——手写的小书,写于很久以前,其中那个发现被优雅而有学问地呈现出来。

值得称赞的是,尽管不能指望卡尔达诺理解复数,他却在Ars Magna(《伟大的艺术》)中首次给出了复数的计算。在解一个特定的三次方程时,他写道:-

抛开精神上的折磨,将5 + √-15乘以5 - √-15,我们得到25 - (-15)。因此乘积是40。……算术的精妙之处至此已极,正如我所说,这种极致如此精妙,以至于毫无用处。

卡尔达诺的妻子露西亚于1546年去世,但卡尔达诺似乎并未十分悲伤,他更感兴趣的是从自己的书中获得的声誉,这些书是当时最畅销的书籍之一。他成为医学院院长,并赢得了世界上最伟大医生的声誉。卡尔达诺收到了许多欧洲国家元首的邀请,他们渴望得到最好的医疗照顾,但只有一次,足够大的诱惑使他离开了意大利。

弗瑞兹·约翰 圣安德鲁斯大主教患哮喘已有十年,但发作的频率和严重程度逐渐加重。法国国王和德国皇帝的宫廷医生们尽了最大努力,但最终无济于事,圣安德鲁斯大主教已濒临死亡。他绝望地转向 卡尔达诺,许诺如果 卡尔达诺 愿意来苏格兰,将给他一大笔钱。卡尔达诺 收到请求时没有在授课,于是接受了这个提议,于1552年2月23日从米兰出发。

卡尔达诺 正处于名声的巅峰,因此,他前往苏格兰的旅程引人注目,所到之处,科学界都把他当作名人和世界顶尖科学家来对待。他于6月29日抵达爱丁堡,立即见到了大主教。到 卡尔达诺 于9月13日离开时,大主教已经在康复了。卡尔达诺 收下了两千多金克朗,但拒绝了在苏格兰宫廷永久任职的提议。不到两年,大主教就让 卡尔达诺 知道他已完全康复。

回来后,卡尔达诺被任命为帕维亚大学医学教授,凭借许多富有的病人,他成了一个富有而成功的人。但正当卡尔达诺处于名声巅峰时,他收到了他所谓的“最大的不幸”。卡尔达诺的长子詹巴蒂斯塔于1557年取得医生资格,但他秘密娶了布兰多尼亚·迪·塞罗尼,一个被卡尔达诺描述为[4]的女孩:-

一个毫无价值、不知羞耻的女人。

卡尔达诺继续在经济上支持儿子,这对年轻夫妇搬去与Brandonia的父母同住。然而,di Seroni一家只对能从Giambatista和他富有的父亲那里榨取什么感兴趣,而Brandonia则公开嘲笑她的丈夫不是他们三个孩子的父亲。

这些嘲弄驱使詹巴蒂斯塔毒死了妻子,被捕后他供认了罪行。卡尔达诺 聘请了最好的律师,但在审判中,法官裁定,要救儿子的命,卡尔达诺 必须与迪·塞罗尼一家达成协议。他们索要的金额是 卡尔达诺 永远拿不出来的。詹巴蒂斯塔在狱中遭受酷刑,左手被砍掉,并于1560年4月13日被处决。

这是 卡尔达诺 再也无法从中恢复的打击。他无法原谅自己未能避免这场灾难,他最喜爱的儿子的可怕苦难不断萦绕在他心头。作为一个被定罪的杀人犯的父亲,卡尔达诺 成了一个被人憎恨的人。意识到必须搬走,卡尔达诺 申请了博洛尼亚大学的医学教授职位并获得了任命。卡尔达诺 在博洛尼亚的时光充满争议。他的名声,加上他傲慢的举止,使他树敌众多。他当着学生的面指出一位医学教授同事讲课中的错误,使其蒙羞。几年后,卡尔达诺 的同事们试图让元老院解雇他,散布谣言说他的课实际上无人听讲。

卡尔达诺与子女之间还有更多问题。他剩下的儿子Aldo是个赌徒,并与品行可疑的人交往。卡尔达诺在其自传中写到了他一生中最大的四件悲伤事[4]:-

第一是我的婚姻;第二,我儿子的痛苦死亡;第三,监禁;第四,我最小的儿子的卑劣品性。

1569年,Aldo不仅赌光了自己所有的衣服和财物,还输掉了他父亲的一大笔钱。为了弄到钱,Aldo闯入他父亲的房子,偷走了大量现金和珠宝。卡尔达诺伤心地向当局举报了Aldo,Aldo被逐出博洛尼亚。

1570年,卡尔达诺因异端罪名被投入监狱。他曾为耶稣基督占星,并写了一本书赞美尼禄——迫害殉道者的人。这些可能是卡尔达诺故意为之,以博取恶名——他在自传中用整整一章写希望“让自己的名字流传”——从而在历史上留名。奇怪的是,在所有其他方面,卡尔达诺都全力支持教会。然而,宗教裁判所正想拿那些信仰可能受到质疑的知名人物开刀,而卡尔达诺恰好符合条件。

卡尔达诺受到了宽大处理,也许是因为公众舆论认为他受到了严厉对待,因此他只被监禁了几个月。获释后,他被禁止担任大学职位,并被禁止进一步出版他的著作。

获释后,卡尔达诺前往罗马,在那里受到了出乎意料的热情接待。他立即被授予医师学院的成员资格,教皇——此时显然已经原谅了卡尔达诺——授予他一笔养老金。正是在这一时期,他的自传[4]写成,尽管当时并未出版。它于1643年在巴黎、1654年在阿姆斯特丹出版。意大利文译本在米兰(1821年和1922年)和都灵(1945年)出版。德文译本于1914年在耶拿出版,法文译本于1936年在巴黎出版。参考文献[4]是该自传的英译本。

据报告,卡尔达诺准确预测了自己去世的确切日期,但有人声称他是通过自杀做到这一点的。尽管与Aldo和解了,卡尔达诺在遗嘱中写道,他:-

“……表现出这样一个恶习累累的青年,以至于我宁愿把我拥有的一切传给我长子的儿子。”

卡尔达诺在父母双亡后收养了他的孙子。

除了卡尔达诺对代数学的重大贡献外,他还在概率、流体力学、力学和地质学方面做出了重要贡献。他的书Liber de Ludo Aleae (论赌博)于1663年出版,但关于赌博的书很可能在1563年就完成了。卡尔达诺首次涉足了此前未被触及的概率论领域。这是对掷骰子等事物的首次研究,基于这样一个前提:存在基本的科学原理支配着实现难以捉摸的“双六”的可能性,而不仅仅是运气或偶然。

卡尔达诺也被认为发明了Cardan joint,一种轴中的万向节,使轴在不对齐时仍能旋转。

卡尔达诺还出版了两部自然科学百科全书。Giliozzi [1]说它们:-

……包含了一切的一点点,从宇宙论到机器的构造,从自然科学的用处到恶魔的邪恶影响,从力学定律到密码学。这是一座事实的矿藏,既有真实的也有想象的,有关于科学状况、迷信、技术、炼金术和各种神秘学分支的笔记。

上图来自他的Ars Magna (伟大的艺术)第一版的标题页。

参考文献

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延伸资源

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