数学史 · 中文镜像

数学家传记

威廉·基灵Wilhelm Killing

出生
1847年5月10日 德国威斯特伐利亚州布尔巴赫(锡根附近)
逝世
1923年2月11日 德国明斯特

威廉·基灵是一位德国数学家,他在研究非欧几何时独立于李引入了李代数。他对单李代数的分类是整个数学研究中最杰出的成就之一。

完整传记

威廉·基灵的母亲是安娜·卡塔琳娜·科滕巴赫,父亲是Josef Killing。约瑟夫接受过法律文书的培训,他的第一份工作是在锡根以南约15公里的布尔巴赫。在那里,他与药剂师基灵科滕巴赫的女儿卡塔琳娜·科滕巴赫结婚。本传记的主人公基灵是他们的三个孩子之一,另外两个是海德维希和卡尔。当基灵三岁时,全家搬到了锡根东北约70公里的梅德巴赫。小时候基灵的身体不好,他被描述为:-

……相当虚弱,而且非常笨拙……,总是兴奋,但完全是个不切实际的书呆子。

基灵从小被培养为罗马天主教徒,他的父母给了他保守的观点,以及对国家的热爱。在梅德巴赫住了十年后,全家再次搬家,这次搬到了梅德巴赫以西不到15公里的温特贝格。Josef Killing曾是梅德巴赫的市长,然后是温特贝格的市长,1862年他成为温特贝格以北约30公里的吕滕的市长。

基灵上过小学,还接受当地神职人员的私人辅导,为进入Brilon的文理中学做准备。在文理中学,最早吸引基灵的科目是希腊语、拉丁语和希伯来语等古典语言。是他的老师Harnischmacher首先让基灵爱上了数学;后来,当他把学位论文献给Harnischmacher时,表达了对他的钦佩。特别是在文理中学学习几何使基灵确信自己应该成为一名数学家。他于1865年从文理中学毕业,同年秋天开始在Münster上大学。威斯特伐利亚的基灵大学Münster建于1780年,但直到1902年才成为一所完整的大学。当基灵在那里学习时,它是一所皇家科学院。该科学院的数学和天文学讲师是Eduard Heis,但他不教授高水平的数学,基灵通过自学书籍学习数学:特别是他阅读了尤里乌斯·普吕克的几何著作,并试图扩展尤里乌斯·普吕克证明的结果。他还阅读了奥托·黑塞的著作,并阅读了卡尔·弗里德里希·高斯Disquisitiones Arithmeticae

基灵不得不自学,尽管他非常欣赏所读著作作者的天才,但他觉得没有专家的教导,他的学习效果不如应有的那样好。四个学期后,他转到柏林,在1867-68年冬季学期注册入学。在柏林,与明斯特不同,他找到了最高质量的教学,尤其受到恩斯特·爱德华·库默尔卡尔·魏尔斯特拉斯赫尔曼·冯·亥姆霍兹的影响。1870-71年,他中断学业,因为父亲要求他回吕滕的学校帮忙。1871年,他回到柏林大学继续学业,并很快开始在卡尔·魏尔斯特拉斯的指导下攻读博士学位。他的博士论文将卡尔·魏尔斯特拉斯矩阵初等因子理论应用于曲面,于1872年3月提交。论文题为Der Flächenbüschel zweiter Ordnung (二阶曲面束)。

完成博士学位后,基灵接受培训成为文理中学的数学和物理教师,同时也取得了在较低级别教授希腊语和拉丁语的资格。他于1873年获得资格,并担任了一年的试用教师。直到1878年,他在柏林的学校任教:弗尔德尔文理中学和圣海德维希天主教学校。1875年,他与音乐讲师之女安娜·科默结婚。他们有四个儿子,前两个在婴儿期夭折,还有两个女儿玛丽亚和安卡。1878年,基灵回到布里隆的文理中学,在他自己曾就读的学校任教。他的教学负担很重,在这段时间的大部分时间里,他每周要么在课堂上教学,要么辅导学生,大约要花36个小时。尽管如此,他于1879年在Crelle's Journal上发表了他的第一篇论文Über zwei Raumformen mit konstanter positiver Krümmung (论具有常正曲率的二维形状),并在Crelle's Journal上又发表了两篇关于non-euclidean geometrynn维中的论文:Die Rechnung in den Nicht-Euklidischen Raumformen (非欧空间形式中的陈述)(1880年)和Die Mechanik in den Nicht-Euklidischen Raumformeni (非欧空间形式中的力学)(1885年)。他于1885年在莱比锡出版了关于非欧几何的书Die nichteuklidischen Raumformen in analytischer Behandlung (非欧空间形式的分析处理)。

卡尔·魏尔斯特拉斯的推荐下,基灵于1882年被任命为布劳恩斯贝格霍西亚努姆学园的数学讲席。基灵在布劳恩斯贝格度过了十年,在数学上孤立无援,但在此期间,他产生了一些最具原创性的数学成果。李代数索菲斯·李在大约1870年在他关于微分方程的工作中引入。基灵独立地引入了它们,目的完全不同,因为他的兴趣在于非欧几何。基灵对半单李代数的分类是整个数学研究中最杰出的成就之一。半单李代数分类的主要工具是埃利·嘉当子代数和埃利·嘉当矩阵,两者均由基灵首次引入。他还引入了根系统的概念,这一概念在当今许多代数中都有出现。现在让我们更详细地考察基灵关于分类的思想是如何发展的。

基灵在Programmschrift(宣言)(1884年)中引入了李代数,该文由布劳恩斯贝格的霍西亚努姆中学出版。他的目标是系统地研究所有空间形式,即具有与无穷小运动相关的特定性质的几何。在他的Programmschrift中,他将这一几何目标转化为对所有有限维实李代数进行分类的问题。在这个阶段,基灵并不知道索菲斯·李的工作,因此他对索菲斯·李代数的定义是完全独立于索菲斯·李的。尽管分类定理由基灵在其论文Die Zusammensetzung der stetigen/endlichen Transformationsgruppen(连续/有限变换群的合成)中提出,该论文于1888年至1890年间在Mathematische Annalen分四部分发表,但很明显,当他发表Programmschrift时,他已经有了分类将如何进行的主要想法。我们应该明确,尽管他在Programmschrift中考察了李代数上本质上使其成为半单(即没有可解理想)的条件,但在这个阶段他并不旨在进行这样的分类。相反,他考察李代数上的条件是为了研究其几何意义,只是后来他才试图将这些条件与半单代数联系起来。霍金斯写道,基灵的[3]:-

……这些发现是在若干当时基灵不可能赋予太大重要性的特设假设下作出的。此外,他允许复数进入计算以便于分析,但最终,为了他对空间形式的分类,他必须处理“实”的情形。难怪基灵没有发表这些研究。它们太不确定,不宜公之于众,即使是以Programmschrift的形式。对他来说,更合理的做法是放弃对空间形式进行分类的尝试,因为他至少已经把问题研究得足够深入,从而意识到它是多么艰巨。

基灵于1884年7月将一份Programmschrift寄给菲利克斯·克莱因菲利克斯·克莱因回信告诉他,他所研究的东西与索菲斯·李感兴趣的结构密切相关,并且索菲斯·李在过去十年里已经发表了若干关于这些代数的论文。基灵于1884年8月将一份Programmschrift寄给索菲斯·李作为回应。由于没有收到回复,他又写信给菲利克斯·克莱因,后者告诉他Engel正在克里斯蒂安尼亚跟随索菲斯·李研究他的关于变换群的habilitation。1885年10月,基灵再次写信给索菲斯·李,这次是索取索菲斯·李论文的副本,并向他保证自己对李代数的兴趣仅限于几何方面的考虑。索菲斯·李将自己的论文副本寄给基灵,后者认为自己只是借阅,必须归还,他大约在1886年3月归还了。他没有时间充分领会其中所包含的全部内容。然而,基灵也在1885年11月写信给Engel,他们开始了长期的科学通信,这对双方都有帮助。

可以公平地说,如果没有Engel所表现出的鼓励和兴趣,基灵可能不会推进他在李代数方面的工作。他们讨论了他们所知道的单李代数,基灵于1886年4月12日(错误地)猜想,唯一的单代数是与特殊线性群和正交群相关的那些。在同一封信中,他还猜想了关于李代数的其他定理。Hawkins写道[3]:-

不难想象Engel读到基灵那封带有大胆猜想的信时有多么惊讶。这里是一位远在东普鲁士、致力于培养神职人员的中学里的默默无闻的教授,却在权威地论述并猜想关于索菲斯·李的变换群理论的深刻定理,而这个理论似乎是一个只有相对少数数学家知道、被更少人掌握的数学领域。

基灵于1886年夏天在前往海德堡的途中,在莱比锡拜访了Engel索菲斯·李。此时基灵是布劳恩斯贝格Lyceum Hosianum的校长,以此身份他正在访问海德堡的姊妹机构。他于7月31日抵达莱比锡,索菲斯·李是那里的教授,Engeldozent。这次访问并不是特别富有成果,因为尽管三人本应有丰富的数学思想可供讨论,但基灵和索菲斯·李之间似乎存在性格冲突。在莱比锡期间,基灵还会见了伊赛·舒尔爱德华·斯图迪。接着前往海德堡度过八月,基灵那一年几乎没有做进一步的数学工作,因为他在回到布劳恩斯贝格后开始担心一个女儿的健康。

基灵于1887年4月27日写信给Engel,他已经提出了半单李代数的定义(他关于这样的代数没有阿贝尔理想的定义等价于这样的代数没有可解理想的定义)。到他在23日写信给Engel时,May Killing已经发现他关于单代数的猜想是错误的,因为他发现了GG,而到10月18日,他已经发现了单代数的完整列表。然而,他没有这些代数的具体表示。这些结果的发表在基灵的论文Die Zusammensetzung der stetigen/endlichen Transformationsgruppen(连续/有限变换群的构成)的第三和第四部分中,上文已提及。这项工作最引人注目的部分是他对例外单李代数的发现。Helgason写道[5]:-

例外单李代数是基灵论文最后第18节的主题。这无疑是他最非凡的发现,尽管这些代数最初在他看来是一种麻烦,他努力试图消除它们。……它们后来在李理论中扮演了重要角色……

最后,在我们结束对基灵工作的讨论之前,值得注意的是他引入了矩阵的“特征方程”这一术语。

正是埃利·嘉当,在他1894年提交的学位论文中,找到了所有例外单李代数的具体表示(尽管他在论文中没有详细展开所有细节)。他还重新整理了基灵的证明,使其更容易理解。在许多方面,埃利·嘉当如此成功地在严谨而完整的单一著作中呈现了基灵对半单李代数的分类,以至于基灵因其非凡成就而没有得到人们可能预期的那么多赞誉。

我们回到对基灵职业生涯最后阶段的描述。1892年,他回到明斯特担任数学教授,并在那里度过了余生,埋头于教学、行政和慈善工作。1897至1898年,他担任明斯特大学校长。他一贯维护传统,厌恶变革。一个例子是他希望哲学对所有研究生保持必修。他竭力争取保留哲学考试,尽管正如Engel所说:-

基灵看不出对大多数考生来说,哲学考试完全毫无价值。

1900年,基灵被喀山物理数学会授予罗巴切夫斯基奖,以资表彰。这是该奖的第二次颁发,第一次在1897年授予了索菲斯·李

1918年后德国社会凝聚力的崩溃,在基灵最后的岁月里给他带来了巨大痛苦,因为他是一个伟大的爱国者。他已经经历了两个幼子夭折的损失,但更具毁灭性的是他剩余两个儿子的失去,其中一个在1910年去世,当时正在为他的教授资格论文(Habilitation)研究一个音乐史主题,另一个在军营中生病,于1918年第一次世界大战结束前不久去世。

Coleman在[1]中写道:-

基灵一生都表现出高度的责任感,对任何在身体或精神上有需要的人都深切关怀。他深受数学家Engel所描述的“1850年代和1860年代严谨的威斯特伐利亚天主教”的熏陶。亚西西的圣方济各是他的榜样,因此他在39岁时与妻子一起加入了方济各第三会。他的学生热爱并钦佩基灵,因为他毫不吝惜地把时间和精力奉献给他们,从不满足于让他们成为狭隘的专家,因此他的讲座涵盖了几何和群之外的许多主题。

这让基灵看起来几乎是一位数学圣人,但这可能太过分了。他确实缺乏幽默感,而且他[3]:-

……对批评极其敏感。

参考文献

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延伸资源

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