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数学家传记

乔治·威廉·希尔George Hill

出生
1838年3月3日 美国纽约
逝世
1914年4月16日 美国纽约州西奈阿克

乔治·威廉·希尔是一位美国天文学家和数学家,研究三体问题,后来研究四体问题。

完整传记

乔治·威廉·希尔的母亲是Catherine Smith,父亲是弗瑞兹·约翰 William Hill,他是一位专攻版画的艺术家。1846年,希尔八岁时,他家搬到纽约西奈阿克附近的一个农场,希尔在那里上学。他在中学接受了有些基础的教育,但他在数学课上表现出色。高中毕业后,他于1855年进入拉特格斯学院。该学院自1766年起就是一所高等教育机构,并在希尔在那里学习之前三十年更名为拉特格斯学院。希尔毕业不久后,1862年的《莫里尔法案》使拉特格斯学院于1864年成为新泽西州的赠地学院。

希尔在拉特格斯学院的本科学习对于这一时期的美国学生来说极不寻常。他在学院由一位非常有能力的数学家Theodore Strong授课,后者是纳撒尼尔·鲍迪奇的朋友。Strong拥有一座经典数学教材的优良藏书室,他很乐意让才华横溢的本科生希尔研读这些书。这些教材包括西尔维斯特·佛朗索瓦·拉克鲁瓦Traité du calcul différentiel et intégral (《微分与积分学论著》)、约瑟夫·拉格朗日Mécanique analytique (《分析力学》)、皮埃尔·西蒙·拉普拉斯Mécanique céleste (《天体力学》)和阿德里安-马里·勒让德Fonctions elliptiques (《椭圆函数》)。希尔于1859年从拉特格斯学院毕业,获得A.B.学位。次年,他开始研究夏尔-欧仁·德洛奈和Hansen的月球理论。他继续这项研究十二年,之后才发表自己的任何出版物。他于1862年由拉特格斯学院授予A.M.学位。

1861年,希尔加入位于马萨诸塞州剑桥的航海天文历办公室。同年,他凭借论文On the confrontation of the EarthRunkle's Mathematical Monthly举办的竞赛中获得一等奖。在马萨诸塞州剑桥待了两年后,他回到西奈阿克,在家中工作。这适合喜欢独处的隐士希尔。除了1882年至1892年这十年间他在华盛顿从事木星和土星轨道的理论与表格工作外,这成为他余生的工作模式。

在[4]中,欧内斯特·威廉·布朗写道:-

他基本上属于那种似乎不需要与他人进行个人接触的学者和研究者。虽然少数认识他的人谈到,在频繁穿越华盛顿周边乡间的徒步旅行中与他为伴的乐趣,但无论在工作还是休闲时,他显然都相当乐于独处。

加入航海天文历办公室后不久,他便开始了对金星凌日的研究,并在此早期阶段掌握了夏尔-欧仁·德洛奈在其两卷本专著Théorie du mouvement de la lune(《月球运动理论》)中阐述的方法。希尔是第一个使用无穷行列式来研究On the part of the motion of the lunar perigee which is a function of the mean motion of the sun and moon中月球轨道的人。他于1877年自费出版了这部著作(1886年在Acta Mathematica中重印)。他的Researches in Lunar Theory于1878年出现在新创办的American Journal of Mathematics上。该出版物包含关于三体问题的重要新思想。他还引入了无穷行列式和其他方法,以提高其结果的精度。欧内斯特·威廉·布朗在1915年写道,希尔的论文Researches in Lunar Theory:-

……虽然只有五十个四开页,却已成为天体力学向三个不同方向发展的基础。……儒勒·昂利·庞加莱的评论说,从中我们可以看出自其发表以来天体力学所取得的一切进展的萌芽,这无疑是完全正确的。

西蒙·纽康说服希尔发展一套木星和土星轨道的理论,而希尔关于这一主题的工作是对数学天文学的又一重大贡献。希尔最重要的工作涉及行星对月球轨道的引力效应,因此在这项工作中他考虑的是四体问题。他在Annals of Mathematics上发表的论文例子包括:On the lunar inequalities produced by the motion of the ecliptic(1884)、Coplanar motion of two planets, one having a zero mass(1887)、On differential equations with periodic integrals(1887)(这些微分方程现在被称为希尔微分方程)、On the interior constitution of the earth as respects density(1888)、The secular perturbations of two planets moving in the same plane; with application to Jupiter and Saturn(1890)、On intermediate orbits(1893)、Literal expression for the motion of the Moon's perigee(1894)和Application of Chebyshev's principle in the projection of maps(1908)。他还在1900年的Transactions of the American Mathematical Society上发表了On the extension of Delaunay's method in the lunar theory to the general problem of planetary motion

尽管他必须被视为一位数学家,但他的数学完全基于解决其轨道问题所必需的内容。他关于如何求解三体问题的新思想涉及求解限制性问题。在此,他假设三个天体位于同一平面内,两个天体绕其共同质心运行,而第三个天体绕另外两个天体运行,但假设其质量可忽略不计,因此不影响这两个(假定有质量的)天体的轨道。他对数学其他领域中与求解轨道问题无关的任何现代发展都不感兴趣。事实上,希尔研究与约翰·柯西·亚当斯非常相似的问题。约翰·柯西·亚当斯也被引向研究无穷行列式,这并非巧合,而他做这项工作完全独立于希尔。

从1898年到1901年,希尔在哥伦比亚大学授课,但[4]:-

……他颇具特色地退还了薪水,写道他不需要这笔钱,而且照看它让他感到麻烦。

Zund 在12中写道:-

希尔终身未婚,一生大部分时间都在西奈亚克的家族农场度过。他的收入微薄,但需求也同样微薄,而且他的几个兄弟就住在附近。尽管他实际上过着隐居生活,但他在那里的大型藏书中最感快乐,可以自由地进行研究。他在西奈亚克的家中去世。

希尔于1874年当选为国家科学院(美国)院士。他于1902年当选为皇家学会会士,并于1909年获得该学会的科普利奖章。他当选为皇家天文学会院士,该学会于1887年授予他金质奖章;奖章由时任该学会会长的詹姆斯·惠特布雷德·李·格莱舍颁发。希尔于1894年至1896年担任美国数学会会长,并发表了关于Remarks on the progress of celestial mechanics since the middle of the century的会长致辞。他当选为法国科学院院士,该学会于1898年授予他达穆瓦索奖;他还当选为俄罗斯科学院院士,该学会于1905年授予他舒伯特奖。太平洋天文学会于1908年授予他布鲁斯奖章。他还于1908年当选为爱丁堡皇家学会院士,1909年当选为比利时皇家科学院院士,1910年当选为挪威科学院院士,1913年当选为瑞典皇家科学院院士,并于1913年当选为罗马的Accademia dei Lincei院士。

参考文献

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