数学史 · 中文镜像

数学家传记

彼得·拉克斯Peter Lax

出生
1926年5月1日 匈牙利布达佩斯
逝世
2025年5月16日 美国纽约市

彼得·拉克斯 是一位匈牙利数学家,从事散射理论研究。他获得了众多奖项,包括2005年的 尼尔斯·阿贝尔 奖。

完整传记

彼得·拉克斯出生在布达佩斯的一个犹太家庭。他的母亲是Klara Kornfeld,父亲是Henry Lax,是一名医生。在拉克斯的高中学习中,数学问题解决受到特别鼓励,这确实激发了他的兴趣,就像当时许多其他有才华的匈牙利学生一样。柯尼希·德奈什是布达佩斯技术大学的教授,他为像拉克斯这样有才华的年轻人提供了大量帮助。他和罗莎·培特担任这个年轻男孩的导师。然而,在我们继续之前,我们应该试着理解导致拉克斯家族于1941年移民美国的政治事件。

匈牙利在第一次世界大战期间与德国结盟,1918年该国投降后,他们接着签署了《特里亚农条约》,使匈牙利缩小到以前面积的三分之一。三百万匈牙利人突然发现自己成了另一个国家的公民。主要是渴望收复这些领土,推动匈牙利在1936年前后走向德意联盟。反犹主义在匈牙利已经普遍存在,但与极端反犹的纳粹更紧密的联系使匈牙利犹太人的处境更加糟糕,例如拉克斯一家。犹太法律被通过,部分是为了取悦希特勒,而匈牙利似乎通过1938年和1940年的维也纳裁决实现了其领土目标,收回了一些土地。第二次世界大战于1939年开始,但匈牙利一直置身冲突之外,直到1941年它站在德国一边对俄罗斯宣战。

从某种意义上说,拉克斯一家是幸运的。Henry Lax,即拉克斯的父亲,是一位医生,他的病人中有一位是美国驻布达佩斯领事,也许更重要的是,两人是好朋友。匈牙利所走的道路对拉克斯一家来说已经很清楚,因此亨利和克拉拉通过美国领事安排移居美国。他们于1941年11月下旬离开布达佩斯,同行的还有拉克斯和他的兄弟[6]:-

... we went by train across Europe, through Germany in train compartments filled with Wehrmacht troops. We sailed for America from Lisbon on 5 December 1941. While we were on the high seas, the war broke out. So we left as immigrants and arrived in New York as enemy aliens

果然,日本于12月7日袭击了珍珠港,英国对匈牙利宣战,匈牙利对美国宣战。抵达美国后不久,冯·诺伊曼就到拉克斯家中拜访,此前柯尼希·德奈什已告知他这位真正杰出的年轻匈牙利数学家即将到来。尽管身为“敌国侨民”,拉克斯仍能继续他的学业[6]:-

不到一个月,我和兄弟就进了高中。我去了史岱文森。我在史岱文森没有选修任何数学课程。我比大多数老师懂得还多。但我必须修英语和美国历史,我很快就爱上了美国。

三年后,即1944年,他被征入美国陆军,在德克萨斯A&M大学的一个陆军工程训练项目中度过了非常愉快的六个月,随后,他没有被运往海外作战,而是于1945年被派往洛斯阿拉莫斯,参与曼哈顿计划,建造第一颗原子弹。当然,一个来自与美国交战国家的年轻移民会参与这项绝密计划,这似乎很奇怪。然而,当时训练有素的美国科学家不够多,因此需要许多新近移民来填补空缺。

拉克斯在1945-46年间参与了洛斯阿拉莫斯科学实验室的曼哈顿计划。随后,他在1946年夏天参加了乔治·波利亚的暑期课程,之后于1947年从纽约大学获得了他的第一个学位。在攻读博士学位期间,拉克斯于1948年与Anneli Cahn结婚。他于1949年从纽约大学获得了博士学位,其学位论文为Nonlinear System of Hyperbolic Partial Differential Equations in Two Independent Variables卡特·佛莱德里克斯曾是他的学位论文导师。之后,拉克斯返回洛斯阿拉莫斯,于1950年在科学实验室作为曼哈顿计划的工作人员工作([9]和[10]):-

我在洛斯阿拉莫斯度过的第一个时期,尤其是后来的接触,塑造了我的数学思维。首先,这是作为一个科学团队一部分的经历——不仅仅是数学家,还有持有不同观点的人——目标不是一个定理,而是一个产品。这是无法从书本中学到的,必须亲身参与……其次,正是在那里——那是在1950年代——我深刻认识到计算对于科学和数学的极端重要性。在冯·诺伊曼的影响下,洛斯阿拉莫斯在1950年代和1960年代初一度是计算科学领域无可争议的领导者。

拉克斯于1951年被任命为纽约大学的助理教授。他的妻子Anneli也是一位数学家,她在纽约大学学习,其博士学位由理查·科朗特指导。她于1955年因其学位论文Cauchy's Problem for a Partial Differential Equation with Real Multiple Characteristics而获得博士学位。1958年,拉克斯在德国担任富布赖特讲师,同年他被提升为纽约大学的正式教授。

拉克斯在其职业生涯早期就做出了显著贡献,并继续产生改变许多数学领域方向的研究。1957年,他发表了一篇极其重要的论文Asymptotic solutions of oscillating initial value problems,其中出现了约瑟夫·傅里叶积分算子理论的雏形。当被问及这一观点为何如此新颖,使得这些想法能够获得如此广泛的应用时,拉克斯回答说([9]和[10]):-

这是对所发生事情的微观局部描述。它结合了对问题从大处和小处的观察。它结合了这两个方面,这赋予了它力量。微观局部观点的数值实现是通过小波和类似方法,这些方法在数值上非常强大。

理查·科朗特于1962年提名拉克斯为国家科学院(美国)成员时,他这样描述他:-

……像少数人那样,体现了抽象数学分析与解决个别问题时最具体的力量的统一。

拉克斯在理查·科朗特数学科学研究所蓬勃发展,该研究所位于纽约大学,在那里,应用数学与相关的纯数学在令人兴奋的思想交融中一起研究,带来了巨大进展。他于1972年被任命为该研究所所长,并一直担任此职至1980年。担任这一职务的时期特别困难,因为纽约大学刚刚关闭了他们的工程学院,将该学院的数学家们并入了理查·科朗特研究所。当这些人想要建立自己的计算系,而一个新的计算机科学系刚刚成立时,这产生了摩擦。拉克斯成功地确保研究所内没有两个对立的系,但涉及的政治很困难。

2005年,拉克斯被授予极具声望的尼尔斯·阿贝尔奖。该奖授予拉克斯:-

……因其对偏微分方程的理论与应用及其解的计算做出的开创性贡献。

然而,颁奖词中对他极为杰出的成就给出了更充分的描述,我们引用其中内容,因为它对他的工作给出了特别好的总结。我们应当指出,描述拉克斯贡献的困难在于它们如此众多且重要,以至于在一篇这样长度的文章中不可能公正地对待它们。我们引用的尼尔斯·阿贝尔奖颁奖词,虽然仍然只涵盖了他工作的一部分,但仍给出了很好的说明:-

在空气动力学、气象学和弹性力学等领域中出现的方程是非线性的,并且复杂得多:它们的解可能产生奇点。想想飞机突破音障时出现的激波。20世纪50年代和60年代,拉克斯为这类非线性方程(双曲系统)的现代理论奠定了基础。他构造了显式解,识别出特别良态的方程组类,引入了重要的熵概念,并与詹姆斯·格利姆一起对解在长时间内的行为进行了深入研究。此外,他还引入了广泛使用的拉克斯-卡特·佛莱德里克斯和拉克斯-Wendroff数值格式来计算解。他在这一领域的工作对进一步的理论发展很重要。它从天气预报到飞机设计等实际应用中也极为富有成果。现代数值分析的另一个重要基石是“拉克斯等价定理”。受Richtmyer启发,拉克斯用这一定理确立了数值实现给出微分方程解的有效近似的条件。这一结果给该主题带来了极大的清晰性。……可积系统自19世纪以来一直被研究,在纯数学和应用数学中都很重要。20世纪60年代末发生了一场革命,当时马丁·克鲁斯卡尔及其合作者发现了一类新的例子,它们具有“孤子”解:在传播时保持形状的单峰波。拉克斯对这些神秘的解着迷,并找到了理解它们的统一概念,用现在称为“拉克斯对”的东西重写了方程。这发展成为整个领域的基本工具,导致了可积系统的新构造并促进了它们的研究。散射理论研究波绕过障碍物时的变化。这种现象不仅出现在流体中,例如也出现在原子物理中(埃尔温·薛定谔方程)。与Phillips一起,拉克斯发展了广泛的散射理论,并描述了解的长期行为(具体来说,能量的衰减)。他们的工作也证明在与微分方程显然相距甚远的数学领域(如数论)中很重要。这是一个不寻常且非常美丽的例子,说明为应用数学建立的框架导致了纯数学内部的新见解。

现在让我们简要地看看拉克斯写的一些书。他与Ralph S Phillips合作撰写了Scattering theory,于1967年出版。Teruo Ikebe在评论中写道:-

这是对双曲型系统时间演化的散射理论的组织良好的处理。表述清晰且富有启发性。

第二版于1989年问世,以下摘录取自作者序言:-

在这部二十多年前撰写的专著中,我们将散射理论建立在波动方程而非埃尔温·薛定谔方程之上。这一选择在当时显得古怪,但今天看来要自然得多,正如我们偏好平移表示而非谱表示一样。这一转变是由其间发现的丰富新成果带来的……一系列全新的问题源于德米特里·康斯坦丁诺维奇·法捷耶夫和Pavlov的工作。沿着伊斯拉埃尔·盖尔范德在1962年斯德哥尔摩国际数学家大会上演讲中的提示,他们证明了将拉克斯-Phillips散射理论应用于适用于双曲空间的波动方程,是自守函数理论中的一个自然工具。

事实上,拉克斯和Phillips在Scattering theory for automorphic functions(1976)中研究了自守函数的散射理论。然而,拉克斯在这两部关于散射理论的著作之间还出版了其他书。1970年,拉克斯和格利姆出版了Decay of solutions of systems of nonlinear hyperbolic conservation laws,这是一部需要熟悉两位作者早期工作的艰深著作。1972年,拉克斯与他的妻子Annelli 拉克斯和皮埃尔·萨米埃尔 Burstein一起写了Calculus with applications and computing。一位评论者写道:-

本书中的微积分内容相当标准(除了它面向应用),但计算风格是非正统的、成功的,并强烈推荐。

然而,这本本科教材在商业上并不成功。拉克斯自己说过([9]和[10]):-

[Anneli和我的]微积分书极其不成功,尽管其中包含许多出色的想法。部分原因是某些材料没有以学生能够吸收的方式呈现。微积分书必须精细调整,而我没有耐心去做。Anneli会有耐心,但恐怕我太欺负她了。有时我梦想重做它,因为书中的那些想法,以及我后来产生的想法,仍然有效。

SIAM于1973年在其应用数学会议系列中出版了拉克斯的Hyperbolic systems of conservation laws and the mathematical theory of shock waves。拉克斯于1997年写了Linear algebra。这本书的序言告诉我们很多关于拉克斯的思考和他对数学的方法,因此我们完整引用他自己的话:-

这本书基于一门为入学研究生设计的讲座课程,在纽约大学理查·科朗特研究所多年讲授。五十年前,线性代数作为研究课题正在退出。然而在过去五十年中,关于如何解线性方程、执行最小二乘程序、处理线性不等式系统和求矩阵特征值的新思想空前爆发。这种爆发是对越来越快的计算机和越来越大的内存所带来的机会的回应。因此,线性代数被推到了数值数学的中心舞台。这对今天该学科的教学方式产生了深远影响,部分好,部分坏。

新的数值方法的介绍给课堂带来了新鲜而令人兴奋的材料,以及现实的新应用。毕竟,许多学生上线性代数课只是为了应用。另一方面,将应用和算法置于前台掩盖了线性代数的结构——这一趋势我深感遗憾;将学生排除在埃米·诺特埃米尔·阿廷所创造的天堂之外,对他们极为不利。本书的目标之一就是纠正这种失衡。

我写这本书的第二个目标是呈现丰富的分析结果及其一些应用:矩阵不等式、特征值估计和行列式等等。线性代数的这一美丽方面,对从事分析的工作者和物理学家如此有用,在教材中却常常被忽视。

我努力选择具有启发性、优雅且简短的证明。当有两种不同方式看待一个问题时,我喜欢把两者都呈现出来。

拉克斯最近的一本书是Functional analysis(2002),像线性代数教材一样,它源于拉克斯在理查·科朗特研究所多年讲授的研究生课程。

列出授予拉克斯的所有荣誉需要相当多的篇幅。不过我们将尽量使其相当完整。

他当选为:
Academy of Sciences(巴黎)(1982年),
National Academy of Sciences(美国)(1982年),
American Academy of Arts and Sciences(1982年),
New York Academy of Sciences(1982年),
Russian Academy of Sciences(1989年),
Hungarian Academy of Sciences(1993年),
Academia Sinica,北京(1993年),
Moscow Mathematical Society(1995年),
London Mathematical Society

他被授予:
Lester R 莱斯特·佛特奖(1966年和1973年),
肖维勒奖(Mathematical Association of America,1974年),
诺伯特·维纳奖(American Mathematical Society学会 of Industrial and Applied Mathematics,1975年),
National Academy of Sciences(美国)应用数学与数值科学奖(1983年),
国家科学奖章(1986年),
沃尔夫奖(沃尔夫基金会,1987年),
Leroy 凯瑟琳·斯蒂尔奖(American Mathematical Society,1992年),
尼尔斯·阿贝尔奖(挪威,2005年)。

他获得了以下机构授予的名誉学位:
肯特州立大学(1975年)、
巴黎大学(1979年)、
亚琛工业大学(1988年)、
赫瑞瓦特大学(1990年)、
特拉维夫大学(1992年)、
马里兰大学巴尔的摩分校(1993年)、
布朗大学(1993年)、
北京大学(1993年)、
德克萨斯A&M大学(2000年)。

参考文献

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延伸资源

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