数学史 · 中文镜像

数学家传记

马克斯·登Max Dehn

出生
1878年11月13日 德国汉堡
逝世
1952年6月27日 美国北卡罗来纳州黑山

马克斯·登撰写了最早的系统性拓扑学论述之一(1907年),后来提出了关于群表示的重要问题,即字问题和同构问题。

完整传记

马克斯·登 撰写了最早的 拓扑学 系统阐述之一(1907 年),后来在 群的表现 上提出了重要问题,即字问题和同构问题。

让我们先给出一些关于 登 家庭的细节。他的父亲 Maximillian Moses 登(1841 年 3 月 15 日 - 1897 年 4 月 16 日)是一名医生。Maximillian 是一个有九个兄弟姐妹的大家庭中的一员:弗拉基米尔·阿诺尔德、Henne Hannah、Gustav、Rudolf Joseph、Otto Carl Isaak、Hannah Bertha、Martin、Elizabeth Charlotte 和 Moses Wilhelm。Maximillian 于 1867 年 5 月 2 日在德国汉堡与 Berta Raf Hirsch(1845 年 4 月 15 日 - 1926 年 2 月 2 日)结婚。他们有九个孩子:Rudolph Bernhard、Elizabeth Hanne Adeline、Henriette Marianne、登 Wilhelm(本传记的主角)、Berta Meta、Karl Arnold、George Ernst、Charlotte 和 Marie Auguste。这个家庭在种族上是犹太人,但并不认为自己是犹太人,而是德国人。登 在汉堡长大,就读于 Wilhelm 文理中学(Gymnasium)。这所学校成立于 1881 年,以皇帝威廉一世命名,当 登 就读时,它位于 Moorweidenstrasse。这所学校为学生进入大学做准备,毕业后,登 进入了弗莱堡大学。

登学习数学,但正如当时学生常见的情况,他并未将所有时间都花在一所大学。他还在哥廷根学习,在那里,在大卫·希尔伯特的指导下,他于1900年获得博士学位,学位论文题为Die Legendreschen Sätze über die Winkelsumme im Dreieck (三角形内角和上的阿德里安-马里·勒让德集)。在这篇论文中,他证明了Saccheri-阿德里安-马里·勒让德定理,该定理指出在绝对几何中,三角形内角和至多为180°。所谓绝对几何,我们指的是满足欧几里得几何公理但平行公设除外的几何。1900年8月,大卫·希尔伯特在巴黎举行的国际数学家大会上发表了他著名的演讲。在演讲中,他提出了十个他认为对数学发展很重要的问题。事实上,他演讲的出版版本包含23个这样的问题。1900年,登解决了其中第3个问题,即:-

给定任意两个体积相等的多面体,是否总能将第一个切割成有限多个多面体碎片,这些碎片可以重新组装成第二个?

登表明这个问题的答案是“否”,他使用今天所谓的‘登不变量’构造了一个反例。这是大卫·希尔伯特的问题中第一个被解决的。他在1900年底之前将解决第3个大卫·希尔伯特问题的论文作为他的教授资格论文(Habilitation)学位论文提交给明斯特大学,并在次年受聘为明斯特的Privatdocent。他担任此职位直到1911年。1907年,登与Poul Heegaard合作,为Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften [2]撰写了最早的拓扑学系统阐述之一:-

它首次系统地呈现了一个极具深度与美感的研究方向——可追溯至莱昂哈德·欧拉卡尔·弗里德里希·高斯利斯廷波恩哈德·黎曼奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯恩里科·贝蒂儒勒·昂利·庞加莱——当时称为“位置分析”,今天大概会被称为几何拓扑学。

登随后试图解决儒勒·昂利·庞加莱猜想,但当然失败了。然而,他的尝试促使他发表了论文Über die Topologie des dreidimensionalen Raumes (《论三维空间的拓扑学》)(1910),其中他讨论了具有平凡同调的三维流形,这些流形由三叶结及其他各种纽结的补集构造而成。为了研究这类流形,他构造了它们基本群的阿瑟·凯莱图。1911年,登被任命为基尔大学的编外教授,1913年至1921年,他是布雷斯劳大学的正式教授。他于1912年8月23日与Antonie Landau结婚;他们有三个孩子Helmut(1914-2007)、Maria(1915-2013)、Eva Agathe(1919-2008),均出生于布雷斯劳。

1914年,登发表了论文Die beiden Kleeblattschlingen (《两个三叶结》)。琼·蕾特·比尔曼在[5]中描述了这篇论文:-

写于1914年,即在拓扑空间基本群发现后不久,它处理了一个简单而美丽的问题:确认最简单的纽结的一个性质,这个性质由五分钟的实验即可提示:即右三叶结和左三叶结不是同痕的。基本群在1914年非常新,登以精巧的方式使用了它,通过研究其外自同构群。用它证明了三叶结不是可逆的之后,登的论文以对八字结基本群的外自同构群的简要研究结束,八字结是可逆的。他确定了(如后来所证明的)其生成元。……在1984年之前,我们确实没有任何简单的测试来判断非可逆性,因此登的工作(乍看之下像是用大炮打麻雀)在近70年里一直是该领域的核心。

当然,1914年标志着第一次世界大战的开始,登的职业生涯因1915年至1918年在军队服役而中断。服役结束后,他回到布雷斯劳大学的教授职位,但1921年他被任命为法兰克福大学纯粹与应用数学讲席,接替路德维希·比贝尔巴赫。在那里,他组织了一个著名的数学史讨论班。安德烈·韦伊写道[4]:-

一位人文主义数学家,将数学视为人类思想史中的一章——当然不是最不重要的一章——登不可能不对数学的历史研究做出原创性贡献,并让他的同事和学生参与这一项目。这一贡献,或者说这一创造,就是法兰克福数学研究所的历史讨论班。没有什么比这更简单或更不张扬的了。选择一篇文本,阅读原文,努力不仅紧跟表面线索,还要把握深层思想的推动力。……直到后来,我在随后访问法兰克福时才参加,那是我尽可能经常访问的地方。我不确定是否已经在1926年夏季学期,在一次专门讨论博纳文图拉·卡瓦列里的讨论班上,登展示了如何从作者的角度阅读这篇文本,同时考虑到他生前普遍接受的内容以及博纳文图拉·卡瓦列里正尽力实施的新思想。每个人都参与了讨论,为集体努力贡献自己所能。

1932年,登撰写了文章Das Mathematische im Menschen (人类的数学能力),并将其发表在Scientia上,这是一本由费代里戈·恩里克斯[2]在博洛尼亚出版的意大利期刊:-

在这篇文章中,登试图如他所写的那样“将数学科学与人类活动的整体联系起来”。根据登的观点,产生数学只需要少数几个前提条件。他声称,每当数学情感与逻辑结论相结合时,数学就会自行产生——而所有人都具备这两种能力。因此,登将“数学能力”置于基本的人类学层面。他相信数学深深植根于人性之中,就像音乐基于天生的音乐能力一样,这使他确信非专业的数学家也能被培养出对这种科学的欣赏。

参见Dehn on Mathematical abilitiesTHIS LINK的前几段。

1933年1月30日,希特勒在德国上台,4月1日出现了所谓的“抵制日”,犹太商店遭到抵制,犹太讲师不被允许进入大学。1933年4月7日通过了《公务员法》,该法提供了将犹太教师从大学中清除的手段,当然也提供了将犹太血统者从其他角色中清除的手段。所有非雅利安血统的公务员(有一个祖父母信奉犹太教就使某人成为非雅利安人)都应退休,但对在第一次世界大战中为德国作战的人有豁免。I. Dehn符合这一豁免条款,因此继续领导法兰克福大学的数学讨论班。然而,1935年秋纽伦堡党代会的决定明确表示,非雅利安人即使曾在第一次世界大战中服役,也不再能保留其职位。I. Dehn被迫辞职,但仍留在法兰克福。1936年,他把孩子们送出德国。他的儿子赫尔穆特去了美国,他的女儿玛丽亚和伊娃被送到英国继续学业。在接下来的几年里,登在欧洲多个国家讲学,并于1938年1月至4月与女儿们一起在英国度过。他继续发表文章。1936年,他在Scientia上发表了Raum, Zeit, Zahl bei Aristoteles vom mathematischen Standpunkt aus(《从数学观点看亚里士多德中的空间、时间、数》)。

参见Max Dehn on Space, Time and Number in AristotleTHIS LINK的前几段。

1938年,他发表了Die Gruppe der Abbildungsklassen(映射类群),其中包含了今天被称为“登扭转”的重要思想。1938年11月9日至10日的水晶之夜(因次日早晨街道上的碎玻璃而得名)期间,登和他的妻子正在法兰克福。许多犹太人被谋杀,数百人受重伤,数千人遭受了可怕的经历。数千家犹太企业被烧毁,超过150座犹太教堂也被毁。盖世太保逮捕了3万名富裕的犹太人,释放的条件是他们必须移居国外。1938年11月11日,登被捕,但由于关押的犹太人太多,监狱已满,他当天晚些时候就被释放了。登和他的妻子因害怕再次被捕,立即逃往法兰克福以北巴特洪堡的朋友Willi Hartner家中。Hartner写道[11]:-

对于当时见过他的人来说,难忘的是他的冷静,他的哲学沉着。因为谈话的中心不是当天的事件,而是数学与艺术的关系、考古学问题,最后是孔子的仁爱概念。

几周后,盖世太保对犹太人的迫害活动有所减弱,登和他的妻子冒险逃往汉堡,在那里他们暂时住在登的一位姐姐家中,随后于1939年1月先逃到丹麦,再从那里前往挪威。登很快在特隆赫姆技术学院获得了一个临时职位,接替正在休假的维戈·布朗(1885-1978)。然而,1940年3月1日德国入侵挪威,特隆赫姆于4月9日落入德国人手中。登逃离了这座城市,但尽管风险巨大,他还是在6月前回到了城里,并开始计划移居美国。

1940年10月,德恩一家移居美国,从挪威前往瑞典斯德哥尔摩,然后前往俄罗斯莫斯科,再从那里乘坐跨西伯利亚火车到符拉迪沃斯托克。从那里他们乘船到日本神户,然后另一艘船到旧金山,于1941年1月1日抵达。到达美国后,登在几所大学和学院任教,例如在波卡特洛的爱达荷大学、伊利诺伊理工学院和马里兰州安纳波利斯的圣弗瑞兹·约翰学院。保罗·L·切辛描述了登在威斯康星州麦迪逊时的一些有趣的个人回忆:-

1945年,[登]接替了鲁道夫·兰格,当时他是威斯康星州麦迪逊的数学系主任,后者休假去了德克萨斯大学。登教授来教授几门研究生课程。我参加了他关于“非线性偏微分方程”的课程。我们很高兴有一位讲德语的讲师,因为我们要参加德语语言考试(博士学位要求)。但他拒绝了,因为那个学期他要参加美国公民身份考试!登会在Rathskellar(十大大学中唯一的校园啤酒场所)高谈阔论。我们在啤酒馆里学到了更多——比如他的个人生活。他是家里的败家子。只要他留在大学里,他就得到支持。因此他获得了许多博士学位。他会手持啤酒杯,用希腊语朗诵一些经典段落。在设定最终成绩时,他只是点名,然后基本上一个接一个地询问教科书章节的标题。显然我们可以提前瞥一眼以确保正确答案。我相信他给了大约18个A和3-4个B。在整个课堂中,他会打断,表达一些关于通过公民身份考试的担忧。

登无法找到全职职位,桑德斯·麦克兰恩最近写道:-

……大多数逃离欧洲的数学家在美国得到了某种职位……我记得两个失败的案例:登,以拓扑学工作闻名,只得到了一个弱势职位。

桑德斯·麦克兰恩提到的弱势职位是在黑山学院。这所学院没有认证学位,主要教授创意艺术。1944年登被邀请在那里做两次讲座时,教职员中没有受过训练的数​​学家。他意识到他不能讲授高等数学,所以他做了关于“数学与装饰学的共同根源”和“数学思想发展中的某些时刻”的讲座。他获得了那里的永久职位,月薪25美元。他坚持要求40美元一个月,并得到了同意。登于1945年加入教职,并一直留在那里直到去世。登是唯一一位在该学院任教的数学家,该学院于1956年关闭。弗洛伦斯·南丁格尔·大卫 Peifer写道[14]:-

登教授数学、哲学、希腊语和意大利语。在数学方面,他的课程包括数学史和射影几何。他因热爱自然和艺术而被铭记。他的讲座经常包括关于哲学、艺术及其与数学联系的题外话。他以苏格拉底式风格讲课时最为出色。他喜欢在与学生徒步穿越树林时进行这些讲座。他被铭记为一位关怀和敬业的老师。

登杰出的研究记录与他最终职位的低微形成了鲜明对比。他是一位直觉几何学家,受到大卫·希尔伯特对该学科公理化方法的启发。他在拓扑学方面的工作使他进入群的研究,特别是从拓扑学考虑自然产生的群表示。在他1911年的论文Über unendliche diskontinuierliche Gruppen (论无限不连续群)中,登提出了关于群表示的重要问题,即字问题和同构问题。字问题提出了一个基本问题:是否存在一种算法来确定由表示给出的群中的一个字是否平凡。此后已证明,一般情况下不存在这样的算法。对这类问题的研究在组合群论中仍然具有重大意义。登还撰写了关于静力学、射影平面的著作,以及如上所述,关于数学史的著作。

第二次世界大战结束后,German Mathematical Society(DMV)于1948年重建,Erich Kamke(1890-1961)写信给所有被驱逐的人,请他们重新加入。登拒绝了,我们给出他1948年8月写的回复,其中他清楚地陈述了他的理由(例如见[2]):-

我没有任何怨恨。你可能知道,我再次与德国的几位数学家保持密切联系,当然主要是与那些我特别亲近的人。但我不能重新加入德国数学学会。我已经失去了信心,认为这样的协会将来会与1935年有所不同。我担心它会再次不抵制来自外部的不公正措施。DMV没有守护非常重要的价值。我的负面印象是由以下事实造成的:它没有在1935年自行解散,甚至没有相当数量的数学家离开该协会。我不担心DMV会再次驱逐犹太人,但也许下一次会是所谓的共产主义者、无政府主义者或“有色人种”。与德国的联系,特别是与德国数学家的联系,对我来说非常珍贵。

Paul L Chessin描述了一些关于登的有趣个人回忆:-

1945年,[登]接替了当时威斯康星州麦迪逊数学系主任Rudolph Langer,后者休假前往德克萨斯大学。登教授来教授几门研究生课程。我参加了他关于非线性偏微分方程的课程。

我们很高兴有一位讲德语的教师,因为我们即将参加德语语言考试(博士学位要求)。但他拒绝了,因为那个学期他要参加美国公民身份考试!

登会在Rathskellar(十大大学联盟内唯一的校园啤酒场所)高谈阔论。我们在啤酒馆里学到了更多——比如他的个人生活。他是家里的败家子。只要他留在大学里,他就得到支持。因此他获得了许多博士学位。

他会手持啤酒杯,用希腊语朗诵一些古典作品段落。到了给最终成绩的时候,他只是点名,并逐一询问教科书各章的标题。显然我们可以提前看一眼以确保正确答案。我相信他给了大约18个A和3-4个B。

在整个课堂过程中,他会打断并表达一些关于通过公民身份考试的担忧。

登在1951-1952学年结束时退休,并被授予荣休教授称号。他继续在黑山学院工作,为教职员工和学生提供建议。在监督从学院校园移走一些山茱萸树后不久,他生病并死于栓塞。他被安葬在黑山学院校园内他喜爱的树林中。

参考文献

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