数学史 · 中文镜像

数学家传记

爱德蒙·哈雷Edmond Halley

出生
1656年11月8日 英格兰肖迪奇(伦敦附近)哈格斯顿
逝世
1742年1月14日 英格兰伦敦附近格林尼治

爱德蒙·哈雷 是一位英国天文学家,他计算了现在称为爱德蒙·哈雷彗星的轨道。他是艾萨克·牛顿的支持者。

完整传记

哈雷(或Edmund)爱德蒙·哈雷的父亲也叫哈雷(或Edmund)哈雷。他来自德比郡的一个家庭,是伦敦一位富有的肥皂制造商,当时肥皂的使用正在整个欧洲传播。关于哈雷出生的日期和年份都存在一些混淆。日期的混淆仅仅是由于历法的变化(按他当时的历法是10月29日)。年份的混淆较难确定,但我们给出1656年,哈雷自己声称这是他出生的年份。

哈雷的父亲在伦敦大火中损失惨重,那一年哈雷十岁。他的父亲仍能负担得起儿子接受良好教育,哈雷在圣保罗学校上学之前,在家中接受私人辅导。正是在圣保罗学校,哈雷充分展现了他的才华,[16]:-

……在古典学和数学方面同样出色,[他]十五岁时升为学校的队长,制作日晷,观测variation of the compass的变化,并如此仔细地研究天空,以至于地球仪制作者莫克森评论说‘如果地球仪上有一颗星移位了,他马上就能发现’。

哈雷于1673年进入牛津大学王后学院,当时他十七岁,已经是一位专业的天文学家,拥有父亲为他购买的精良仪器收藏。他于1675年开始与约翰·佛兰斯蒂德合作,后者是皇家天文学家,在牛津和格林尼治协助他进行观测。约翰·佛兰斯蒂德在1675年发表于Philosophical Transactions of the Royal Society的一篇论文中评论道:-

哈雷,一位来自牛津的才华横溢的年轻人,出席了这些观测,并仔细协助了许多观测。

哈雷在牛津进行了重要观测,包括1676年6月11日月球掩火星的掩星,他将其发表在Philosophical Transactions of the Royal Society上。关于哈雷的本科生涯发生了什么,情况有点不清楚,但可以肯定的是,他于1676年放弃学业,并于当年11月航行到南半球的圣赫勒拿岛。最可能的解释是,随着1675年格林尼治皇家天文台的启用,约翰·佛兰斯蒂德承担了绘制北半球恒星图的任务,而哈雷决定通过承担南半球的类似任务来补充这一计划。

这样的任务没有财政支持是无法进行的,事实上哈雷从父亲那里获得了这样的支持,还从不少于国王查理二世那里获得了支持,国王提供了一封信,要求东印度公司将哈雷和一位同事带到圣赫勒拿岛(英国统治下的最南端领土)。其他重要人物也支持这一冒险,包括威廉·布朗克,他是皇家学会的主席,以及约纳斯·摩尔,他曾在皇家天文台的建立中发挥了重要作用。

圣赫勒拿岛的天气对天文观测来说不如哈雷所期望的那么好,但尽管如此,他在岛上逗留的十八个月里,还是编目了341颗南半球恒星,并发现了一个半人马座的星团。在航行期间[16]:-

……他改进了六分仪,收集了许多与海洋和大气有关的宝贵事实,注意到了摆锤的赤道减速现象,并于1677年11月7日在圣赫勒拿岛首次完整观测到了水星的中天

他提出利用水星凌日(甚至更好的金星凌日)来确定太阳的距离,从而利用约翰内斯·开普勒第三定律确定太阳系的尺度。哈雷于1678年返回英格兰,并出版了他的南半球恒星目录。尽管没有从牛津大学毕业,他却发现自己拥有了顶尖天文学家之一的声誉。荣誉很快接踵而至。1678年12月3日,他成为牛津大学的毕业生,没有参加学位考试,学位是根据国王查理二世的命令授予的。他还在1678年11月30日当选为皇家学会会员,年仅22岁,成为其有史以来最年轻的会士之一。

1679年,Royal Society派哈雷前往但泽,仲裁罗伯特·胡克与赫维留之间的争端。罗伯特·胡克声称赫维留没有使用望远镜瞄准器进行的观测不可能准确。赫维留当时68岁,发现派来评判他的是一个23岁的年轻人,一定有些沮丧。然而,哈雷是[1]:-

……一个极具天生外交才能的人……

在检查了赫维留两个月来所做的观测后,他宣布这些观测是准确的。

哈雷如此迅速地获得的名声与认可,丝毫没有让他得到约翰·佛兰斯蒂德的喜爱;尽管约翰·佛兰斯蒂德在学生时代曾赞扬过哈雷,但很快就转而反对他。与皇家天文官为敌,对一位年轻天文学家来说并非最好的推荐,即使他像哈雷那样著名,也很快会付出代价。

哈雷在这一阶段没有寻求教职,宁愿自由旅行和从事研究而不受约束。1680年,他与校友Robert Nelson一起开始了欧洲之旅。哈雷在加来附近观测到一颗彗星,并前往巴黎,在那里与乔凡尼·多美尼科·卡西尼一起做了进一步观测,试图确定其轨道。1681年的大部分时间,哈雷是在意大利度过的。次年回到英格兰后,哈雷与Mary Tooke结婚,而他的父亲也再婚了(哈雷的母亲已于十年前去世)。

婚姻不仅给哈雷带来了经济责任,而且他父亲的婚姻似乎完全是一场灾难,其后果是来自父亲的资助很快枯竭。进一步的个人问题接踵而至,因为1684年3月他的父亲失踪了,五周后被发现已经死亡。哈雷不得不管理父亲的个人遗产,并卷入了家庭、财产和法律事务,这些在[12]中有详细描述。

就在父亲失踪前不久,哈雷参与了一项激动人心的研究。他证明了约翰内斯·开普勒第三定律蕴含平方反比吸引定律,并于1684年1月24日在皇家学会的一次会议上展示了结果。随后,克里斯托弗·雷恩罗伯特·胡克和哈雷讨论了能否证明平方反比定律蕴含行星的椭圆轨道,但未能给出证明。在接下来的几周里,哈雷在这些问题上的工作因围绕父亲失踪和死亡的困难而中断,但到1682年8月,哈雷通过拜访剑桥的艾萨克·牛顿进一步研究这个问题。在那里他发现,艾萨克·牛顿已经证明了这一点以及其他极其重要的结果,但似乎并不打算发表它们。

西德尼·查普曼在[11]中写道:-

……哈雷……有天才认识到艾萨克·牛顿更伟大的数学天才,敦促他撰写《自然哲学的数学原理》,然后自掏腰包支付出版费用,因为皇家学会当时破产了……

詹姆斯·惠特布雷德·李·格莱舍在1888年于剑桥发表的一次演讲中,谈到了哈雷在促使艾萨克·牛顿Principia出版方面所起的作用:-

……如果没有哈雷,《原理》就不会存在。……他支付了所有费用,校对了校样,搁置了自己的工作,以最大程度地推进印刷。他所有的信件都显示出对这项工作的极度投入。

此时哈雷肯定不是富人,尽管最终他允许Principia出版的财务支出从销售中得到了偿还,他现在寻求一个学术职位。1691年,他申请了牛津大学空缺的萨维尔天文学讲席。鉴于他在天文学方面的杰出研究,人们会期望他被任命到这个讲席,但约翰·佛兰斯蒂德强烈反对这一任命。

约翰·佛兰斯蒂德艾萨克·牛顿并不友好,特别是因为他觉得艾萨克·牛顿在其月球理论中没有充分认可皇家天文台所做的观测。哈雷与艾萨克·牛顿的密切关系使他在约翰·佛兰斯蒂德眼中更加降低。然而,约翰·佛兰斯蒂德用来反对哈雷的论点是他无疑真诚相信的,他写信给牛津说哈雷会[7]:-

……败坏这所大学的青年。

约翰·佛兰斯蒂德 认为 哈雷 的基督教观点与当时要求字面信仰《圣经》的标准观点不一致,这是完全正确的。艾萨克·牛顿 还向 哈雷 抱怨说,哈雷 怀疑《圣经》创世故事在科学上的正确性。尽管 哈雷 竭力声称自己的信仰是正统的,大卫·格雷戈里 仍被任命为讲席。

缺乏学术职位并没有阻碍哈雷的科学工作。事实上,他为皇家学会担任过各种职务,从1685年到1693年任Philosophical Transactions的编辑。他通过学会的出版物频繁发表重要成果。1686年,哈雷发表了一幅显示海洋上空盛行风的世界地图。它有一个殊荣:是第一幅发表的气象图。另一项创新性工作是他在1693年发表的布雷斯劳城死亡率表。这是最早将人口死亡率和年龄联系起来的工作之一,对后来人寿保险中精算表的编制产生了很大影响。

大约从1695年起,哈雷开始仔细研究彗星的轨道。艾萨克·牛顿倾向于认为彗星具有抛物线轨道,但哈雷相信椭圆轨道可能存在。利用他的彗星轨道理论,他计算出1682年的彗星(现在称为哈雷彗星)是周期性的,并且与1531年和1607年的彗星是同一个天体。他后来还将这颗彗星与1305年、1380年和1456年出现的彗星认定为同一颗。1705年,他发表预测说它将在76年后回归,声称它会在1758年12月出现。这不是一个容易的计算,因为哈雷必须考虑木星对轨道产生的摄动。尽管到1758年哈雷已经去世十五年,但当彗星于1758年12月25日被观测到时(比哈雷预期的稍晚一点),他获得了持久的声誉。

艾萨克·牛顿 于 1696 年成为伦敦皇家铸币厂的厂长,他利用自己的影响力,使 哈雷 在同年被任命为切斯特铸币厂的副主管。这是一个他担任了两年的职位,之后该职位被撤销。离开切斯特铸币厂后,哈雷 被威廉三世授予一艘军舰“帕拉莫尔·平克”号的指挥权。这并不像听起来那么奇怪,因为 哈雷 一直在研究利用罗盘偏差确定经度,而这正是这次航行的主要目的,尽管威廉三世还要求他 [16]:-

……尝试发现西大洋以南存在什么陆地。

他于 1698 年 11 月从朴茨茅斯启航,但因船员问题被迫返回,当时已到达巴巴多斯。1699 年 9 月,他再次启航,对大西洋沿岸进行了彻底探索。1700 年 9 月返回后,哈雷 发表了罗盘偏差图,给出了第一批标有等 declination 线的图表。

1701年,哈雷回到“帕拉莫尔·平克”号上,考察了英格兰南部的潮汐和海岸。随后又有更多旅程,因为安妮女王派他视察亚得里亚海周围的港口,另一次旅程则让他前往的里雅斯特为防御工事提供建议。

哈雷 于 1704 年在 约翰·沃利斯 去世后被任命为牛津大学萨维尔几何学教授。这当然令 约翰·佛兰斯蒂德 不快,他曾写道(例如见 [13]):-

约翰·沃利斯博士去世了——哈雷先生指望接替他的位置——此人现在说话、骂人、喝白兰地都像个船长。

哈雷的就职演讲大获成功。Thomas Hearne(见[5])这样描述它:-

哈雷于5月24日星期三发表就职演讲,令大学里大多数人非常满意。在向大学致意之后,他接着谈论几何学的起源与进展,并介绍了古代和现代最著名的几何学家。在我国英格兰的几何学家中,他特别提到了Henry 亨利·萨维尔爵士;但他最高的赞誉给了约翰·沃利斯博士和艾萨克·牛顿先生……

这次演讲在[24]中被描述为:-

……从数学角度看具有持久的吸引力。

1710年,哈雷利用克劳狄乌斯·托勒密的星表推断恒星必定有自身的微小运动,并且他相信自己能够在三颗恒星中探测到这种自行。事实上,正如雅克·卡西尼后来所证明的[25],他数据中的误差太大,使他无法做到这一点。

哈雷在他那个时代的事件和争论中发挥了积极作用。在艾萨克·牛顿哥特弗里德·威廉·莱布尼茨关于谁发明了微积分的争论中,他支持艾萨克·牛顿,担任皇家学会为解决争端而设立的委员会的秘书。哈雷为平息争端做了很多工作,但似乎也特意加剧了他与约翰·佛兰斯蒂德的争端。1712年,他与艾萨克·牛顿安排,在约翰·佛兰斯蒂德的观测完成之前很久就将其发表。更糟糕的是,哈雷在约翰·佛兰斯蒂德不知情的情况下写了一篇序言,其中[11]:-

……他攻击约翰·佛兰斯蒂德迟钝、隐秘、缺乏公共精神。

1720年,他接替约翰·佛兰斯蒂德成为皇家天文学家,尽管被任命时已64岁,他仍担任该职位21年。约翰·佛兰斯蒂德的遗孀非常愤怒,将丈夫在皇家天文台的所有仪器卖掉,使哈雷无法使用它们。

在格林尼治皇家天文台,哈雷使用了第一台中星仪,并设计了一种通过月球观测确定海上经度的方法。他通过一个完整的18年沙罗周期观测月球。早期的月球观测仅在对当关系对太阳进行,而艾萨克·牛顿的月球理论正是基于这些早期观测。然而,哈雷作为皇家天文学家的工作受到了批评。一些人声称他进行了毫无价值的观测,其精度并不比约翰·佛兰斯蒂德的观测更高。还有人声称哈雷的观测执行得很草率。例如在[16]中:-

哈雷不考虑时间的秒的小数部分,并认为10角秒是“可达到的精度极限”。此外,他的时钟调节不良,他的记录系统没有条理。

然而,在[22]中,Ronan认为这些批评是不公平的。他在那篇文章中列出了哈雷作为皇家天文学家的成就。

哈雷的其他活动包括研究考古学、地球物理学、天文学史以及多项式方程的求解。在他创造力鼎盛时期,他是英国科学界不可或缺的一部分。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。