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数学家传记

科恩Paul Cohen

出生
1934年4月2日 美国新泽西州朗布兰奇
逝世
2007年3月23日 美国加利福尼亚州帕洛阿尔托

科恩是一位美国数学家,他使用一种称为力迫法的技术证明了集合论中选择公理和广义连续统假设的独立性。

完整传记

科恩 的父母 马克斯·亚伯拉罕 和 Minnie 科恩 是从故国波兰移民到美国的犹太人。亚伯拉罕 科恩 基本上是个打零工的人,什么活都干;而他的妻子则靠做女装裁缝为家里挣来一些急需的钱。科恩 是他父母四个孩子中最小的一个,在纽约布鲁克林长大。由于父母在他九岁时分居,他由母亲抚养长大。他从小就对数学感兴趣,年纪不大便开始学习高等数学。他 [4]:-

……只有九岁,他的姐姐西尔维亚从纽约一家图书馆为他借了一本关于微积分的书。图书馆员不愿让她借这本书,更不用说给她弟弟了,理由是连一些大学教授都不懂微积分。

在整个青少年时期,他被视为数学神童,在数学竞赛中展现的能力令周围所有人惊叹。他就读于纽约市的斯图文森高中,1950年以十六岁的低龄毕业。这所学校以数学和科学的高声誉著称,只招收通过入学考试的最优秀学生。从斯图文森高中毕业后,科恩于1950年至1953年在布鲁克林学院学习,但在访问芝加哥讨论研究选择后被芝加哥大学研究生院录取,未取得学位便离开了。他在芝加哥攻读硕士学位,选修课程以符合他当时的目标,即从事数论研究。他在到达芝加哥之前对数论的了解来自他在学院期间自学阅读的若干经典著作。为了符合这一目标,他开始在安德烈·韦伊的指导下研究数论。他于1954年获得硕士学位,但他对某些数论结果不可判定这一事实比对数论本身更感兴趣。然而,数论在他整个职业生涯中始终是一个感兴趣的课题[14]:-

他养成了问教师和同学他们领域最重要的问题是什么的习惯,因为那些是他唯一想解决的问题。

他继续在芝加哥攻读博士学位,在Antoni Zygmund的指导下,于1958年因其博士论文Topics in the Theory of Uniqueness of Trigonometric Series获得博士学位。在这篇论文中,科恩表示他[6]:-

……希望向AZygmund教授表达最深切的感谢,感谢他在本学位论文准备期间不断的帮助和鼓励。

他在引言的开头把学位论文的主题置于背景之中[6]:-

三角级数的唯一性理论可以看作源于这样一个问题:在什么意义下,一个函数的Fourier series可以被视为该函数在无穷三角级数中的合法展开。当然,我们知道,如果该级数有界收敛于该函数,那么级数的系数确实必须由莱昂哈德·欧拉-约瑟夫·傅里叶公式给出。然而,在没有这种条件的情况下,我们可以问自己,两个三角级数是否可能处处收敛于同一个函数。这个问题的答案是否定的,本质上由波恩哈德·黎曼证明,证明由格奥尔格·康托尔完成。唯一性集理论所关注的,正是把处处收敛的条件替换为几乎处处收敛。

作为研究生的那些年对科恩来说是美好的岁月,他与同学结下了许多友谊,这些友谊将伴随他一生。约翰·格里格斯·汤普森就是芝加哥这样一位 fellow research student。通过这些友谊,科恩也开始对逻辑产生兴趣[14]:-

作为研究生,科恩与逻辑的联系来自他与一群后来成为逻辑学家的活跃学生的友谊:Michael Morley、Anil Nerode、Bill Howard、雷蒙·梅里儿·思木里安和Stanley Tennenbaum。有一段时间他住在Tennenbaum的房子里,通过潜移默化吸收了逻辑,因为芝加哥数学系没有逻辑课程。

1957年,在获得博士学位之前,科恩被任命为罗切斯特大学数学讲师,为期一年。随后他在1958-59学年在麻省理工学院度过,之后在1959-61年作为研究员在普林斯顿高等爱德华·斯图迪度过。这些年里,科恩取得了若干重大数学突破。在Factorization in group algebras(1959)中,他证明了局部紧群上的任何可积函数都是两个此类函数的卷积,解决了沃尔特·鲁丁提出的一个问题。在On a conjecture of Littlewood and idempotent measures(1960)中,科恩在解决利特尔伍德猜想方面取得了重大突破。他早些时候写信给哈罗德·达文波特告知他这个结果,哈罗德·达文波特回复[16]:-

……对科恩说,如果科恩的证明成立,他就胜过了整整一代在这个问题上辛勤工作的英国分析学家。科恩的证明确实成立;事实上,哈罗德·达文波特是第一个改进科恩结果的人。

1961年,科恩被任命为斯坦福大学数学系助理教授。次年,他晋升为数学副教授,同样在1962年,他获得了阿尔弗雷德·P·斯隆研究奖学金。1962年8月,科恩参加了在斯德哥尔摩举行的国际数学家大会。他作为受邀演讲者作了题为Idempotent measures and homomorphisms of group algebras的报告。大会结束后,在从斯德哥尔摩到列宁格勒的游轮上,科恩遇到了来自瑞典马隆的克里斯蒂娜·卡尔斯。他们于1963年10月10日结婚,育有三个儿子:双胞胎埃里克和史蒂文,以及查尔斯。

1964年,他晋升为斯坦福大学正教授,此时他已解决了数学中最具挑战性的未解决问题之一。科恩使用了一种称为“力迫”的技术,证明了选择公理和广义连续统假设在集合论中的独立性。安格斯·麦金太尔写道[13]:-

连续统假设研究的一个戏剧性方面是,科恩在逻辑学领域是一位自学成才的局外人。他在集合论和p进域方面的工作具有非常独特的风格,组合式的,且相当不受一般理论束缚。

在[7]中,科恩解释了他如何通过阅读库尔特·弗雷德里希·哥德尔The Consistency of the Continuum Hypothesis而产生力迫的想法,这本书由1938-39年在斯图迪高等研究院所授课程的笔记组成。连续统假设问题是大卫·希尔伯特在1900年巴黎第二届国际数学家大会上提出的著名23个问题中的第一个。大卫·希尔伯特的著名演讲The Problems of Mathematics挑战(今天仍然挑战)数学家们解决这些基本问题,而科恩有解决第1个问题的殊荣。

他在1962年底开始研究连续统假设的独立性。到1963年4月,他感觉事情豁然开朗[7]:-

在任何数学发现中,都有某些时刻,问题的解决发生在如此潜意识的层面,以至于回想起来,似乎无法剖析并解释其起源。相反,整个想法一下子呈现出来,往往也许是模糊的形式,但逐渐变得更加精确。

在阅读了科恩在1963年5月9日的一封信中寄来的证明后,库尔特·弗雷德里希·哥德尔回复他说:-

让我再说一遍,读到你关于连续统假设独立性的证明真是一件乐事。我认为在所有本质方面你都给出了尽可能最好的证明,而这种情况并不常见。读你的证明给我带来的愉快感受,就像看一出真正的好戏一样。

科恩在1963年7月4日于乔治·伯克利举行的“模型论”国际研讨会上所作的讲座Independence results in set theory中,谈到了他关于选择公理以及连续统假设相对于恩斯特·策梅洛-亚伯拉罕·弗兰克尔集合论公理的独立性的工作。他的证明发表在The independence of the continuum hypothesis(1963)和The independence of the continuum hypothesis. II(1964)两篇论文中。安杰伊·莫斯托夫斯基在评论其中第一篇时写道:-

这些结果给出了公理集合论中最突出的未决问题期待已久的解答,应当被评价为自库尔特·弗雷德里希·哥德尔1940年专著《连续统假设的一致性》(1940)出版以来公理集合论研究中最重要的进展。……在这位评论者看来,几乎可以肯定,科恩的发现对元数学的影响至少会像对数学的一般哲学(或许不只是数学的哲学)的影响一样深远。

安格斯·麦金太尔(Angus MacIntyre)于1964年至1967年在斯坦福大学读研究生,他写道[4]:-

在我还是个年轻数学家时,他激励了我。我从未听过他讲授集合论,而是听他讲授代数几何和p进域。他有非常独特的风格,充满热情,非常“亲自动手”。他尽可能少用一般理论,并且总是传达出一种他触及了事物核心的感觉。他的技巧,即使在像集合论这样抽象的东西中,也非常具有构造性。他聪明得令人望而生畏,在60年代,要把自己的“最难的问题”提给我所认识的那个科恩,一个人非得天真或者格外无私才行。

参见 科恩 在 THIS LINK 上关于数学与教学的一篇文章

1966年,科恩 出版了一部专著 Set theory and the continuum hypothesis,该书基于他1965年春季在哈佛大学讲授的一门课程。Azriel 保罗·莱维(他最初是在 伯克利 模型论会议上听到 科恩 的结果的)写道:-

这部专著主要是对作者著名结果的阐述,即连续统假设和选择公理的独立性。此外,它还介绍了逻辑和集合论中的主要经典结果。……这本书呈现了一种新鲜而直观的方法,并让人窥见引导作者走向其发现的心智过程。读者会在这本书中发现,对于一部数学专著而言恰到好处的哲学评论。

同年,科恩 因其在集合论基础方面的奠基性工作而被授予 菲尔兹奖。该奖由 苏联科学院 主席 姆斯季斯拉夫·克尔德什 在1966年于莫斯科举行的国际数学家大会上颁发给他。只有一位 约翰·查尔斯·菲尔兹 奖章得主(拉尔斯·阿尔福斯)在更年轻的年龄获得了 约翰·查尔斯·菲尔兹 奖章。丘奇 在大会上就 Paul J Cohen and the continuum problem 作了演讲,描述了 科恩 的卓越成就。然而,约翰·查尔斯·菲尔兹 奖章并不是 科恩 获得的第一个奖项。1964年,他获得了 美国数学会 颁发的 马克希莫·博谢 纪念奖:-

……因其论文《论Littlewood的一个猜想与幂等测度》,American Journal of Mathematics 82 (1960), 191-212。

三年后,即1967年,科恩 获得了国家科学奖章:-

因在数理逻辑方面取得划时代成果,这些成果使数学基础研究活跃起来并得到拓展。

1968年2月13日,他在白宫的一个仪式上从总统罗杰·林登 B Johnson手中接受了该奖项。他还当选为国家科学院American Academy of Arts and Sciences的成员,以及伦敦数学会的名誉外籍成员。

除了集合论方面的工作外,科恩还研究微分方程和调和分析。Dawn Levy在[12]中报道了Peter Sarnak(普林斯顿大学数学教授,曾是科恩的博士生,学位论文为Prime Geodesic Theorems(1980))对科恩的评论:-

科恩是20世纪最杰出的数学家之一。像许多伟大的数学家一样,他的数学兴趣和贡献非常广泛,从数学分析和微分方程到数理逻辑和数论。去年9月在斯坦福举行的一次会议庆祝了科恩的工作和他的72岁生日,这次会议凸显了这种广度。与会者包括不同领域的顶尖专家,他们通常不会听同一组讲座。……科恩是一位充满活力和热情的讲师和教师。他使数学看起来简单而统一。他总是渴望分享他在不同领域的许多想法和见解。他对数学的热情从未减退。

Macintyre撰文论述了科恩在连续统假设[13]上取得杰出成果之后发表的重要论文:-

1969年,科恩发表了一篇关于p进胞腔分解的极具原创性的论文,给出了Ax-Kochen-Ersov著名结果的一个构造性版本。它现在是动机积分逻辑分析的基础。从1969年起,科恩投身于一些最具挑战性和最棘手的问题,例如波恩哈德·黎曼假设。他是一位充满热情和鼓舞人心的数学家。

Kathy Owen,20世纪70年代曾在斯坦福度过一段时间,她写下了当时关于科恩的回忆[16]:-

科恩是一个令人惊叹的人。急躁、不安分、好胜、挑衅且才华横溢。他是研究生和教员咖啡时间的常客。他喜欢就任何话题进行辩论和争论的激烈交锋,一旦发现对方观点中的逻辑弱点,就毫不留情。简直无处可藏!他以其极其敏锐的才智、对重大问题的着迷、对“绝对音感”的奇怪兴趣(他带着音叉来咖啡时间测试每个人)以及对少数确实有绝对音感的人的轻微恼怒而脱颖而出。他是一个非凡的人,一位对我生活产生重大影响的挚友,一道拥有全色谱色彩的光芒。

科恩于1972年被任命为斯坦福大学定量科学Marjorie Mhoon Fair讲席教授,是该讲席的第一位持有者。他于2004年正式退休,但继续在斯坦福任教,直到去世前不久。他在帕洛阿尔托的斯坦福医院因一种罕见的肺部疾病去世。

至于科恩在数学之外的兴趣,他既弹钢琴又拉小提琴,在斯坦福合唱团唱歌,并且是一个瑞典民间团体的成员。他是一位有成就的语言学家,会说瑞典语、法语、西班牙语、德语和意第绪语。他和妻子经常为学生、同事和朋友举办晚宴。他喜欢带游客参观旧金山及周边地区。

让我们以引用科恩关于他在连续统假设方面工作的回忆来结束这本传记[11]:-

……有点奇怪的是,在某种意义上,连续统假设和选择公理并不是真正困难的问题——它们不涉及技术上的复杂性;然而,在当时它们被认为是困难的。可以幽默地说,对我的证明的态度是这样的。当它首次提出时,有些人认为它是错的。然后它被认为极其复杂。然后它被认为很容易。但当然,它之所以容易,是因为有一个清晰的哲学思想。你知道,有一些技术要点困扰着我,但基本上它并不是一个真正极其复杂的组合问题;它是一个哲学思想。

参考文献

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