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数学家传记

兰伯特Johann Heinrich Lambert

出生
1728年8月26日 阿尔萨斯米尔豪森(今法国米卢斯)
逝世
1777年9月25日 普鲁士柏林(今德国)

兰伯特是第一个提供π是无理数的严格证明的人。

完整传记

兰伯特的家族原籍洛林,直到三十年战争之前,洛林一直是法国领土。罗马天主教、路德宗和加尔文宗这三个基督教教派都试图将自己强加于人,多个国家卷入了在欧洲肆虐多年的冲突。1635年,信奉加尔文宗的兰伯特家族作为宗教难民逃离洛林,定居于米卢斯。当时米卢斯是一个自由帝国城市,已与瑞士结成防御同盟。

兰伯特的父亲卢卡斯兰伯特像他自己的父亲一样是个裁缝。卢卡斯于1724年与伊丽莎白·施默伯结婚,兰伯特是他们五个儿子之一。这是一个大家庭,除了五个男孩外还有两个女孩,卢卡斯兰伯特的收入不足以使他舒适地供养和教育这个家庭。兰伯特在米卢斯上学,到十二岁时接受了相当不错的教育,除基础科目外还学习法语和拉丁语。然而,当他十二岁时,他不得不离开学校帮助父亲做裁缝。大多数小男孩会在那时结束教育,但年轻的兰伯特没有,他在自己的空闲时间继续学习。通常他白天忙于帮助父亲,但晚上他会自学科学科目。

这种学习模式变得越来越困难,因为在他十五岁时,他不得不做一名职员来为家庭赚更多的钱。事实上,这对兰伯特来说是一种自然的职业,因为他已经获得了高超的书法技能,他在塞普瓦的铁工厂得到了一份工作,该地位于米卢斯以南,几乎正位于巴塞尔以西。很快,他在学术科目上日益增长的技能帮助他获得了一份私人教师的工作。当他十七岁时,兰伯特离开了铁工厂的职位,担任兰伯特鲁道夫·伊塞林的秘书,后者是Basler Zeitung的编辑,这是一份保守的日报。这个职位对兰伯特来说很理想,他现在可以更深入地专注于自己对数学、天文学和哲学的研究。他在一封信中写道(见[1]):-

我买了一些书来学习哲学的第一原理。我努力的首要目标是成为完美和幸福的手段。我明白,在心灵得到启迪之前,意志无法得到改善。我研究了Christian Wolff的《论人类心灵的力量》、尼古拉斯‧马勒伯朗士的《论真理的探究》和弗瑞兹·约翰 Locke的《人类理解论》。数学科学,特别是代数和力学,为我提供了清晰而深刻的例子来证实我所学到的规则。因此,我能够更容易、更深刻地渗透到其他科学中,并向他人解释它们。诚然,我意识到缺乏口头指导,但我试图以更加勤奋来弥补……

1748年,当他二十岁时,兰伯特获得了一个新职位,这次是在库尔的彼得·冯·萨利斯伯爵家中担任家庭教师。这个城镇位于格劳宾登,当时是瑞士联邦的一部分。他成为伯爵的孙子和他的表弟的家庭教师,他们两人都是十一岁,还有另一位七岁的家庭成员。兰伯特现在可以使用伯爵家中优秀的图书馆,并且处于更有利的地位来继续他对数学、天文学和哲学的研究。在库尔期间,他制作了自己的天文仪器,并深入钻研数学和物理课题。

正是在库尔,兰伯特首次引起了科学界的注意。他被选入库尔文学会和设在巴塞尔的瑞士科学学会。他为科学学会承担了诸如定期进行气象观测等工作,并开始发表科学文章,他的第一篇关于热质的文章于1755年发表在Acta Helvetica上。兰伯特这篇关于热理论的论文发表在1751年成立的赫尔维蒂学会所出版期刊的第2卷上(详情见[23])。1756年,兰伯特带着他此前八年中辅导的两个较大的男孩离开了库尔;他们当时19岁。他带着这两个年轻人进行了一次欧洲“大旅行”,首先访问了哥廷根。在那里,兰伯特结识了亚伯拉罕·哥特黑尔弗·凯斯特纳托比亚斯·梅耶,并当选为哥廷根博学会会员。

1756年并不是开始欧洲旅行的最佳时机。那一年,法奥联盟准备进攻普鲁士,但后者没有等待被进攻,而是于8月29日入侵萨克森,开始了敌对行动。法国和奥地利在1757年开始占据上风,并在兰伯特于哥廷根学习期间占领了该地。他带着两个学生离开,前往乌得勒支,并在接下来的两年里以此地为基地,游览了荷兰的大部分主要城市。

兰伯特的第一本书是关于光通过各种介质的传播,于1758年在海牙出版。在返回库尔之前,兰伯特带着他的学生去了巴黎,在那里他遇到了让·勒朗·达朗贝尔,还去了马赛、尼斯、都灵和米兰。三十岁的兰伯特现在决定是时候寻找一个科学职位了,并在彼得·冯·萨利斯一家完成他们的“壮游”后不久离开了他们。然而,这并不容易,他的第一个愿望,即在哥廷根获得一个职位,很快就被证明无法实现。在苏黎世花了几个月进行天文观测后,他回到了米卢斯的家中,又呆了几个月。1759年,他去了奥格斯堡,在那里他为他的另外两本书找到了出版商,Photometria (光度学)和Cosmologische Briefe (关于宇宙学的简短信件)。关于1760年出版的Photometria,斯克里巴写道:-

兰伯特用很少的原始仪器进行了实验,但他的结论导致了以他的名字命名的定律。光束通过均匀透明度的吸收介质时,光的指数衰减通常被称为“兰伯特吸收定律”,尽管皮埃尔·布格更早发现了它。“兰伯特余弦定律”指出,漫反射平面表面的亮度与视线和表面法线形成的角度的余弦成正比。

1760年,兰伯特被莱昂哈德·欧拉推荐担任圣彼得堡科学院天文学教授一职,以填补因科学院重组和政治变动而空缺数年的职位。兰伯特受邀在慕尼黑按照柏林科学院的模式组建巴伐利亚科学院,但他与项目其他成员发生争执,于1762年离开了新科学院。然而此时,他关于宇宙学的重要著作Cosmologische Briefe (《宇宙志简信》)(1761年)已经问世。这是首次科学地提出宇宙由恒星星系构成这一观念。Coffa在评论[22]时写道:-

兰伯特的有限宇宙由星系、超星系乃至更高层次的恒星系统组成,所有这些都围绕各自的中心旋转;每个中心都由一个“摄政者”占据,这是一个极其巨大、极其致密且不透明的天体。整体由最中心的物体或最高摄政者主宰,这个物体“驾驭着整个创造物围绕自己旋转”。兰伯特的著作还因其方法论立场的现代性而引人注目:他对事实、理论、预测和可能验证之间差异的系统考察,直到20世纪才在宇宙学文献中得到效仿。

从慕尼黑返回后,兰伯特参加了米兰与库尔之间边界的测量,还访问了莱比锡,在那里他为一部哲学著作Neues Organon(1764年出版)找到了出版商。

他希望获得柏林科学院的一个职位,从而成为莱昂哈德·欧拉约瑟夫·拉格朗日的同事。因此,1764年兰伯特应莱昂哈德·欧拉之邀前往柏林时非常高兴。然而,尽管兰伯特加入了胡格诺教会——莱昂哈德·欧拉是该教会的坚定成员——两人之间很快产生了分歧,主要涉及科学院的收入,该收入依赖于其出售历书的特权。这些分歧很可能促成了莱昂哈德·欧拉在1766年离开柏林前往圣彼得堡的决定。然而,这些并不是兰伯特抵达柏林后面临的唯一问题,因为起初腓特烈二世因兰伯特不寻常的外貌、奇怪的衣着和古怪的行为而拒绝任命他进入科学院。这些部分归因于他卑微的出身,以及他刻意选择不遵从上层阶级的习俗。部分也归因于他虔诚的宗教态度。然而,一旦腓特烈二世了解了兰伯特,他发现他是一个具有非凡洞察力的人。Scriba写道[1]:-

作为物理学部的成员长达十二年,直到他四十九岁去世,兰伯特发表了150多部作品。他是科学院中唯一一位经常行使权利,不仅在自己所属的学部,也在任何其他学部宣读论文的成员。

1766年,兰伯特写了Theorie der Parallellinien (《平行线理论》),这是对平行公设的研究。通过假设平行公设不成立,他成功推导出大量非欧几里得结果。他注意到,在这种新几何中,三角形的内角和随着其面积的减小而增大。

关于他在几何学方面的工作,Folta 在14中写道:-

兰伯特试图从两条新原则出发构建几何学:测量与广延,在他的版本中,这两条原则作为更一般元理论的确定基石出现。最重要的是,兰伯特仔细考虑了这些在公理上稳固的原则的逻辑后果。他关于数的公理几乎无法与欧几里得的算术公理相比;在几何学中,他通过确立关联的性质,超越了先前所假定的空间概念。兰伯特的物理学学识还指出了另一条清晰的途径,通过函数对物理依赖性的类比,有可能消除三维几何学的传统神话。兰伯特在18世纪下半叶在其元理论中提出的一些问题,至今仍未失去其意义。

然而,兰伯特最为人所知的是他关于π的工作。莱昂哈德·欧拉早在1737年就已确立eee2e^{2}都是无理数。然而,兰伯特是第一个给出π是无理数的严格证明的人。在1768年提交给柏林科学院的一篇论文中,兰伯特表明,如果xx是一个非零的rational number,那么exe^{x}tanx\tan x都不可能是有理数。由于tan(π/4)=1,因此π/4必定是无理数。在[34]中讨论了这样一种说法:兰伯特的证明不完整,需要阿德里安-马里·勒让德的一个结果才能完成。Wallisser表明,兰伯特的证明不仅是完整的,而且是其时代的一项杰出数学成就。事实上,是Pringsheim在1898年首先指出,兰伯特的证明绝对正确,且在其时代堪称卓越,因为正切函数的展开不仅被形式地写下来,而且被证明是一个收敛的连分数。同样值得注意的是,兰伯特在这篇论文中猜想ee和π是超越的。这一点又过了一个世纪才被证明,当时夏尔·埃尔米特证明了ee是超越数,费迪南德·冯·林德曼证明了π是超越数。

兰伯特还首次系统地发展了双曲函数。几年前,Vincenzo Riccati已经研究过它们。兰伯特还因其对曲面上三角形的三角学研究、他在透视法和制图学方面的工作,以及他对theory of probability的贡献而重要。在后一主题中,他于1772年给出了死亡率法则的数学表述。他对概率论的贡献由Garibaldi和Penco在[15]中评价。他们写道:-

雅各布·伯努利在《推测术》中划出的路线被兰伯特以决定性的方式继承并发展,后者对测量误差理论的根本贡献近年来已被重新评价。兰伯特广泛而多方面的活动涵盖光学、宇宙学和大地测量学,并使他与他那个时代的主要科学家和哲学家(康德)有所接触。在其本人的根本性哲学著作《新工具》中,兰伯特发展了一种值得注意的逻辑概率理论,据我们所知,这一理论迄今尚未引起该领域杰出学者如约翰·梅纳德·凯恩斯的注意。逻辑概率是“第三种一般类型的概率”,在阐述顺序上紧随赌博中典型的“先验概率”和统计学的“后验概率”之后。

他还对哲学作出了重大贡献,并在Anlage zur Architectonic(《建筑体系》)(1771)中试图将哲学改造为一门演绎科学,以欧几里得处理几何学的方法为模型。在[3]中,Basso强调了兰伯特对演绎-几何方法论主要概念的理解,即公理、公设、定理、问题、作图和逻辑。

参考文献

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