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数学家传记

奥托·赫尔德Otto Hölder

出生
1859年12月22日 德国斯图加特
逝世
1937年8月29日 德国莱比锡

奥托·赫尔德研究约瑟夫·傅里叶级数的收敛性,并于1884年发现现在以他命名的不等式。他通过利奥波德·克罗内克和Klein对群论产生兴趣,并证明了合成列中因子群的唯一性。

完整传记

奥托·赫尔德研究Fourier series的收敛性,并于1884年发现现在以他命名的不等式。他通过利奥波德·克罗内克菲利克斯·克莱因group theory产生兴趣,并证明了合成列中factor groups的唯一性。他的父亲是赫尔德(1811-1890),斯图加特理工学院的法国文学教授,是Christian Gottlieb 赫尔德(1776-1847)的儿子,后者是斯图加特文理中学的教授,以及Friederike Karoline Gaupp(1784-1813)。本传记的主人公赫尔德的母亲是Pauline Christiane Ströbel(1821-1894),August Friedrich Ströbel和Friederika Christiane Moser的女儿。赫尔德和Pauline于1845年5月17日在斯图加特结婚。他们有三个儿子:Alfred,生于1846年1月2日,Eduard 赫尔德,生于1847年11月27日,以及Ludwig 赫尔德,本传记的主人公,生于1859年12月22日,并于1860年2月2日受洗。1864年,全家住在斯图加特Hermannstrasse 18号。三个儿子都成为了教授。Eduard 赫尔德在图宾根学习法律,并在几所不同的大学成为法学教授。

赫尔德在斯图加特的一所文理中学学习,实际上是在最早专攻科学的文理中学之一,1876年毕业。随后他进入斯图加特的理工学院学习工程学,但发现自己对数学的兴趣超过了对工程学的兴趣。他父亲的一位同事提出,斯图加特理工学院并非学习数学的最佳场所,赫尔德最好去柏林大学,那里拥有世界上最顶尖的数学学派之一。1877年,他进入柏林大学,开始在那里学习数学。他与卡尔·龙格是同学,并听了卡尔·魏尔斯特拉斯利奥波德·克罗内克恩斯特·爱德华·库默尔的讲座。在入学的第一年,他听了卡尔·魏尔斯特拉斯关于函数论的讲座,内容涵盖了分析的基础。卡尔·魏尔斯特拉斯给年轻的赫尔德留下了深刻的印象,他的影响在赫尔德的整个学术生涯中都有所体现。卡尔·龙格[9]:——

……很久以后回忆说,卡尔·魏尔斯特拉斯的讲座[给赫尔德]留下了深刻而持久的印象,尽管这些讲座并不精炼,结构也不够完善。卡尔·魏尔斯特拉斯有时会在即兴给出证明时陷入混乱,但下一次又能镇定自若地把它纠正过来。而卡尔·魏尔斯特拉斯则是一位富有同情心的导师,他认真倾听学生的意见,并真正对问题作出回应……

赫尔德对代数的兴趣部分源于此时利奥波德·克罗内克的影响,而利奥波德·克罗内克对严谨性的喜爱几乎肯定对赫尔德后来在代数方面的工作产生了深远影响。当被问及一个问题时,利奥波德·克罗内克 [9]:-

……无法让他倾听,而总是立即改变话题去谈论自己的工作。另一方面,利奥波德·克罗内克是一个平易近人得多的人,许多年轻人会被邀请到他好客的家中。

在柏林学习后,赫尔德去了埃伯哈德-卡尔斯蒂宾根大学,在那里他由Paul du Bois-Reymond指导。他于1882年向蒂宾根大学提交了他的学位论文,Beiträge zur Potentialtheorie (对势论的贡献),该论文通过算术平均研究解析函数和求和程序。这些求和程序现在被称为“赫尔德求和法”。他的学位论文还包含体积密度的连续性条件,现在被称为函数的“赫尔德条件”。获得博士学位后,赫尔德去了莱比锡。菲利克斯·克莱因当时在那里,但在他待在那里的两年里,两人之间似乎很少有互动。此时赫尔德仍然对函数论感兴趣,尽管菲利克斯·克莱因对赫尔德后来的职业生涯有强烈影响。他被拒绝在莱比锡habilitate的机会,因此他搬到了哥廷根。

奇怪的是,哥廷根不承认赫尔德的图宾根博士学位,因此,在1884年,他提交了一篇论文以在哥廷根获得第二个博士学位,并在同一年在哥廷根大学完成了特许任教资格。他的特许任教资格论文考察了一个既不被假定为连续也不被假定为有界的函数的约瑟夫·傅里叶级数的收敛性。起初在哥廷根,他继续研究约瑟夫·傅里叶级数的收敛性。在哥廷根开始工作后不久,他发现了现在以他命名的不等式,该不等式出现在他的论文Über einen Mittelwerthsatz(《关于一个中值定理》)(1889年)中。看来赫尔德在哥廷根期间对群论产生了兴趣,部分是通过与瓦尔特·冯·戴克的讨论,部分是通过菲利克斯·克莱因,后者正在讲授伽罗瓦理论。哥廷根大学的教职员工想给赫尔德提供一个助理讲师职位,但这样的任命只能由普鲁士文化部做出,尽管一再请求,他们觉得他没有足够的授课经验来担任这样的职位。赫尔德于1889年5月被提供了图宾根的一个职位,但不幸的是,他遭受了精神崩溃。在埃尔兰根的一家诊所接受治疗时,他无法回复图宾根的提议,因此他的兄弟爱德华,当时是图宾根的法律教授,代表他的兄弟接受了这个提议。当图宾根的教职员工得知赫尔德生病并在诊所时,他们不确定该如何进行,但经过多次讨论,他们保持了对赫尔德的信心。他稳步康复,于1890年6月发表了他的就职演讲。

菲利克斯·克莱因在哥廷根关于埃瓦里斯特·伽罗瓦理论的讲座引起了赫尔德的兴趣,他开始研究方程的埃瓦里斯特·伽罗瓦理论,并从那里被引导去研究群的合成列。赫尔德证明了合成列中因子群的唯一性,这个定理现在被称为卡米耶·若尔当-赫尔德定理,并于1889年在Mathematische Annalen中发表了结果,论文为Zurückführung einer beliebigen algebraischen Gleichung auf eine Kette von Gleichungen (将任何代数方程循环到方程链中)。尽管赫尔德不认为他发明了因子群的概念,但这一概念在赫尔德的这篇论文中首次清晰地出现。他澄清了这个概念,他声称这既不新颖也不困难,但没有得到足够的重视 [13]:-

让·迪厄多内评论卡米耶·若尔当-赫尔德定理时说,只有到赫尔德时它才会呈现出确定的形式。这同样适用于商群的概念:在这两种情况下,卡米耶·若尔当的思想都是早期的表述,后来让位于公认的“标准”形式。

在群论和埃瓦里斯特·伽罗瓦理论方法的帮助下,赫尔德于1891年回到对吉罗拉莫·卡尔达诺-尼科洛·塔尔塔利亚公式中cubic不可约情况的研究。我们对以下引自[9]的引文做了小的更正:-

赫尔德是最早严格处理著名经典情形的人之一,即分裂域不是根式扩张的情形:有理数域上具有三个实根的三次不可约方程,尽管如此仍必须添加单位复根。赫尔德对这一结果的证明长期以来受到怀疑,与此同时还有另外三人的论述几乎同时出现,并在欧根·尼托的书《代数讲义》(Vorlesungen über Algebra)(1900)第二卷中作了概述。

赫尔德对群论还作出了许多其他贡献。他寻找有限单群,并在1892年的论文Die einfachen Gruppen im ersten und zweiten Hundert der Ordnungszahlen(序数前一百和第二百年中的单群)中,在Mathematische Annalen里证明了直到200阶的所有单群都已被知道。他的方法以类似于今天解决该问题的方式使用彼得·卢德维格·梅德尔·西罗定理。赫尔德还研究了阶为p3,pq2,pqrp^{3}, pq^{2}, pqrp4p^{4}的群,其中p,q,rp, q, r为素数,并于1893年发表了他的结果。他的证明同样严重依赖于彼得·卢德维格·梅德尔·西罗定理的使用。

由赫尔德引入的概念包括内自同构和外自同构。1895年,他写了一篇关于群扩张的长论文。人们常说Otto Schreier是开创群扩张研究的人,但茹利亚 Nicholson写道[2]:-

Schreier对扩张理论的探讨和发展似乎直接承继自赫尔德:赫尔德的许多方法被Schreier借用。他们工作之间的区别在于,Schreier把每个想法都推到了逻辑结论,而赫尔德最初的动机是希望对特定种类的群进行分类,因此是带着这一固定目标来发展该理论的。

在[22]中,巴特尔·伦德特·范德瓦尔登写道:-

……一遍又一遍地阅读赫尔德的论文是一种深刻的思想享受。

1889年,赫尔德被任命为图宾根大学数学特聘教授。1896年,他离开图宾根,被任命为柯尼斯堡大学正教授。1899年,赫尔德与海伦(1871-1927)结婚,她是律师、银行董事和政治家卡尔·恩斯特·劳滕施拉格(1828-1895)及其妻子索菲·威廉明娜·法贝尔(1831-1902)的女儿。海伦和赫尔德有四个孩子:恩斯特赫尔德(生于1901年)、夏洛特·索菲(生于1902年)、伊尔姆加德·路易丝(生于1904年)和沃尔夫冈·卡尔(生于1906年)。Ernst Hölder成为一名主要研究数学物理领域的数学家。他于1926年获得莱比锡大学博士学位,学位论文为Gleichgewichtsfiguren rotierender Flüssigkeiten mit Oberflächenspannung (具有表面张力的旋转流体的平衡图形)。他的学位论文导师是利昂·利希滕斯坦。1899年,也就是他结婚的同一年,赫尔德被任命为莱比锡大学数学正教授,接替索菲斯·李曾占据的讲席。他于1912-13年担任莱比锡大学文学院院长,并于1918年担任莱比锡大学校长。尽管他留在莱比锡,但他确实于1902年申请了柏林的讲席。大卫·希尔伯特排名第一,弗里德里希·赫曼·肖特基排名第二,赫尔德排名第三。弗里德里希·赫曼·肖特基被任命为该讲席。

从1900年起,赫尔德开始对射影直线的几何学和哲学问题产生兴趣,这些兴趣贯穿他的整个职业生涯,并开始发挥重要作用。现在让我们看看其中一些作品。也许我们应该从赫尔德于1892年发表的论文开始,他在文中对Robert Grassmann的Die Zahlenlehre oder Arithmetik - streng wissenschaftlich in strenger Formelentwicklung (数论或算术——在严格公式发展中严格科学)(1891)作出了反应。Mircea Radu写道[16]:-:-

赫尔德的论文至少因三个原因而重要:首先,它代表了可称为赫尔德关于数学基础的研究宣言,包含大量思想,赫尔德在其一生中通过各种出版物逐渐发展这些思想。其次,赫尔德对Robert Grassmann基础思想的分析提供了对雅各布·赫尔曼和Robert Grassmann对算术公理化作出的贡献的重要评估,这一贡献虽然经常被提及,但本身仍未得到广泛承认,也未得到充分理解。第三,揭露Robert Grassmann思想中弱点的努力促使赫尔德提出形式公理学面临的主要问题:公理的独立性、一致性、完备性,以及纯数学与其应用之间关系的问题。

赫尔德于1899年被任命为莱比锡的讲席,他发表了就职演讲《几何学中的直观与思维》,该演讲于1900年出版。这部作品给出了一个证明,表明阿基米德公理可以从理查德·戴德金的连续性概念推导出来。评论[14]指出:-

对数学、力学和精确自然科学中所采用的推理方法进行的彻底研究,使赫尔德教授确信,那里所用的演绎方法是由一系列具有相当独特形式的连锁结论组成的,因此这些科学有一种独特的自己的方法和逻辑。并不是说这些科学中的推理与其他思想和生活领域中的推理绝对不同;所讨论的独特性完全在于主题的性质以及相关智力活动组合的风格。在霍尔德教授看来,只有通过数学家和哲学家的合作,才能达到关于数学程序的正确哲学,而不是像迄今为止那样,在这一领域进行孤立和片面的劳动。他自己对所涉及思维模式所作的评论非常好,结合他在讨论后附上的详尽注释,将会对学生有所帮助。

这次就职演讲是赫尔德的量公理化理论的起点,他于1901年将其出版为Die Axiome der Quantität und die Lehre vom Mass (量的公理和质量学说)。Joel Michell写道[12]:-

他的论文是测量理论的分水岭,划分了古典时代(从欧几里得延伸)和现代时代(延伸至Luce等人,1990年)。他的关注点部分属于古典时代。他将古典的量概念公理化(使用理查德·戴德金的连续性概念),使得量值之比(如欧几里得的《几何原本》第五卷中所理解)可以表示为正实数(如艾萨克·牛顿所暗示)。重要的是,他实现这一结果的清晰度是其他在古典框架内工作的人所未能达到的(例如,赫尔曼·冯·亥姆霍兹,1878年;戈特洛布·弗雷格,1903年;以及阿尔弗雷德·诺思·怀特海伯特兰·罗素,1913年)。然而,他的其他关注点更为现代。在论文的第二部分,他表明一个表面上非加性结构——直线段的公理,蕴含线性距离满足第一部分给出的量公理。他将非加性结构与定量结构联系起来的关注预示了一种明显的现代兴趣……

他哲学著作的亮点是Die Mathematische Methode (数学方法)(1924年)。H R Smart写道[21]:-

撰写这样一本书的首要前提是大量的勇气、决心和耐心。作者承担了一项任务,为了哪怕勉强成功地完成它,还需要在他的指尖上拥有同样大量的学识。最后,最重要的是,需要一种非凡的能力来实现赫尔德博士为自己设定的目标,即自觉地表达数学推理的逻辑。因为对于科学家来说,可能正如对于诗人一样,他们通常完全无法连贯地描述他们‘疯狂中的方法’。正如Holder教授本人所指出的,伟大的数学家很少能够说出他们最初是如何真正取得划时代成果的。……赫尔德博士(他是莱比锡的数学教授)希望他的工作被视为主要对数学逻辑的贡献,并谦虚地将把他的发现纳入更全面论著的问题留给其他逻辑学家。

H Wieleitner [23]写道,这本书:-

……是一部广泛、组织良好、写作清晰的著作,对于所有数学和哲学问题,特别是在应用方面,是一本非常有价值的参考书。

让我们引用巴特尔·伦德特·范德瓦尔登为赫尔德所写的讣告[22]来结束这篇传记:-

一位真正伟大的科学家离开了我们,他是世纪之交为现代数学指明方向的人物之一:从形式到批判,从计算到概念。他的努力始终不渝地指向思维与表达的逻辑精确性。

参考文献

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