数学史 · 中文镜像

数学家传记

索菲斯·李Sophus Lie

出生
1842年12月17日 挪威北峡湾艾德
逝世
1899年2月18日 挪威克里斯蒂安尼亚(今奥斯陆)

索菲斯·李是一位挪威数学家,在连续变换群和微分方程理论方面取得了重大进展。索菲斯·李群和索菲斯·李代数以他的名字命名。

完整传记

索菲斯·李的父亲是Johann Herman Lie,一位路德宗牧师。他的父母有六个孩子,索菲斯·李是六个中最小的。索菲斯·李最初在莫斯镇上学,这是挪威东南部的一个港口,位于奥斯陆峡湾东侧。1857年,他进入克里斯蒂安尼亚的尼森私立拉丁学校(这座城市后来成为克里斯蒂安尼亚,1925年又成为奥斯陆)。在这所学校期间,他决定投身军旅,但视力不够好,于是放弃了这个想法,进入了克里斯蒂安尼亚大学。

在大学里,索菲斯·李学习了一门广泛的科学课程。这门课程中肯定有一些数学,索菲斯·李在1862年参加了彼得·卢德维格·梅德尔·西罗的讲座。虽然不是永久教职人员,彼得·卢德维格·梅德尔·西罗教授了一门课程,替代Broch,他在其中解释了尼尔斯·阿贝尔埃瓦里斯特·伽罗瓦关于代数方程的工作。索菲斯·李还参加了卡尔·安东·皮耶克尼斯关于数学的讲座,所以他肯定有相当质量的老师,然而他在1865年毕业时,没有表现出对该学科的任何巨大能力,也没有任何特别的喜爱。

随后有一段时期,索菲斯·李无法决定追求什么学科,他在尝试做出决定的同时教学生。他知道自己想要的一件事是学术生涯,他一度认为天文学可能是正确的主题。他学了一些力学,想知道植物学、动物学或物理学是否可能是正确的学科,总的来说变得相当困惑。然而,有迹象表明,从1866年起,他开始阅读越来越多的数学,克里斯蒂安尼亚大学的图书馆记录清楚地显示,他的兴趣正稳步转向那个方向。

正是在1867年,索菲斯·李有了他第一个辉煌的新数学想法。他在半夜想到了这个想法,兴奋不已,冲去见他的朋友Ernst Motzfeldt,叫醒他并喊道:-

我找到了,它很简单!

当然,这并非索菲斯·李问题的终结(远非如此,因为索菲斯·李总会有问题),但至少在他自己心中,他现在知道自己想要从事的职业,可以说从那一刻起,索菲斯·李成为了一名数学家。索菲斯·李所研究的数学类型在1868年变得更加明确,当时他如饥似渴地阅读尤里乌斯·普吕克让-维克托·彭赛列关于几何的论文。尤里乌斯·普吕克的[1]:-

……通过选择除点以外的图形——实际上是直线——作为空间的元素来创建新几何学的这一不朽思想贯穿了索菲斯·李的全部工作。

索菲斯·李在1869年写了一篇简短的数学论文,自费出版,其灵感来自1867年触动他的想法。他写了一份更详细的阐述,但数学界过于谨慎,未能迅速接受索菲斯·李的革命性观念。克里斯蒂安尼亚的科学院不愿发表他的作品,在这个阶段,索菲斯·李开始绝望,认为自己无法在数学界获得认可。他的朋友Motzfeldt出色地鼓励索菲斯·李继续推进他的数学思想,突破出现在1869年晚些时候,当时Crelle's Journal接受了他的论文。他写信给两位普鲁士数学家,Reye阿尔弗雷德·克莱布什,仍然试图为自己的想法获得认可。然而,Crelle's Journal上的那篇论文被证明至关重要,因为凭借这篇论文,索菲斯·李获得了一笔奖学金,得以旅行并会见顶尖数学家。

1869年底,索菲斯·李出发前往普鲁士,访问了哥廷根,然后去了柏林。在柏林,他会见了利奥波德·克罗内克恩斯特·爱德华·库默尔卡尔·魏尔斯特拉斯。索菲斯·李对主导柏林的卡尔·魏尔斯特拉斯的数学风格不感兴趣。他的兴趣更接近恩斯特·爱德华·库默尔,索菲斯·李在恩斯特·爱德华·库默尔的讨论班上讲授了自己的成果,并能够纠正恩斯特·爱德华·库默尔在3次线汇工作中犯的一些错误。然而,对索菲斯·李最重要的是,他在柏林遇到了菲利克斯·克莱因。很容易看出,这两人会立即在数学上找到共同点,因为菲利克斯·克莱因曾是尤里乌斯·普吕克的学生,而索菲斯·李,尽管从未见过尤里乌斯·普吕克,总是说他觉得自己像尤里乌斯·普吕克的学生。尽管通过尤里乌斯·普吕克的线几何学有共同联系,索菲斯·李和菲利克斯·克莱因在性格上相当不同,正如汉斯·弗洛伊登萨在[1]中指出的:-

索菲斯·李和菲利克斯·克莱因作为人和数学家有着相当不同的性格:代数学家菲利克斯·克莱因着迷于迷人问题的奇特之处;分析学家索菲斯·李则从特殊情况出发,寻求在适当的推广中理解问题。

正是在柏林,索菲斯·李对自己的数学能力产生了新的自信。他得到了恩斯特·爱德华·库默尔的高度赞扬,并收到了Reye阿尔弗雷德·克莱布什对他早先信件的回复,这极大地鼓舞了他。索菲斯·李写信给他在克里斯蒂安尼亚的朋友Motzfeldt说(例如见[34]):-

在1864-68年间,我确实低估了自己的智力。

1870年春天,索菲斯·李和菲利克斯·克莱因再次相聚于巴黎。在那里他们遇到了让·加斯东·达布米歇尔·沙勒卡米耶·若尔当卡米耶·若尔当似乎以彼得·卢德维格·梅德尔·西罗未能做到的方式取得了成功,因为卡米耶·若尔当使索菲斯·李意识到group theory对几何学研究的重要性。索菲斯·李开始发展后来出现在他关于变换群的工作中的思想。他开始与菲利克斯·克莱因讨论这些关于群和几何的新思想,后来与菲利克斯·克莱因合作发表了几篇论文。这项合作工作的成果之一是菲利克斯·克莱因在1872年的Erlangen Program中将几何刻画为在群作用下不变的性质。而在Paris Lie发现了接触变换。这些变换使得直线与球面之间可以建立一一对应,使得切线球面对应于相交直线。

索菲斯·李 和 菲利克斯·克莱因 在巴黎深入思考数学,而法国与普鲁士之间的政治局势正在恶化。法国皇帝拿破仑三世在法国的声望正在下降,他认为与普鲁士的战争可能会改变他的政治命运,因为他的顾问告诉他法国军队能够击败普鲁士。普鲁士首相俾斯麦则将与法国的战争视为统一南德意志各邦的机会。由于双方都认为战争对自己有利,普法战争变得不可避免。7月14日,俾斯麦发出了一封电报,激怒了法国政府,7月19日法国对普鲁士宣战。对于 菲利克斯·克莱因 来说,一个在宣战时恰好在巴黎的普鲁士公民,只有一种可能:他必须迅速返回柏林。

索菲斯·李 是挪威人,他发现巴黎的数学讨论非常令人振奋。他决定留下,但随着德军进攻只遇到法国无效的回应,他变得焦虑起来。8月,德军将部分法国军队困在梅斯,索菲斯·李 决定是时候离开了,他计划徒步前往意大利。他到达了枫丹白露,但在那里被当作德国间谍逮捕,他的数学笔记被假定为绝密编码信息。只有在 让·加斯东·达布 的干预下,索菲斯·李 才从监狱获释。法国军队已于9月1日投降,9月19日德军开始封锁巴黎。索菲斯·李 再次逃往意大利,然后从那里经德国返回克里斯蒂安尼亚,以便与 菲利克斯·克莱因 会面并讨论数学。

1871年,索菲斯·李 获得奖学金后成为克里斯蒂安尼亚的助理,他还在克里斯蒂安尼亚的尼森私立拉丁学校任教,那里曾是他自己就读的学校。他提交了一篇学位论文 On a class of geometric transformations(用挪威语写成)以获得博士学位,该学位于1872年7月正式授予。这篇学位论文包含了他发表在 Crelle's Journal 上的最初成果中的思想,以及关于接触变换的工作,这些变换的一个特例是将线映射为球的变换,这是他在巴黎时发现的。

显然,索菲斯·李 是一位杰出的数学家,克里斯蒂安尼亚大学以非常积极的方式做出回应,于1872年为他设立了一个讲席。著名的挪威数学家 尼尔斯·阿贝尔 在此前40多年(大约在 索菲斯·李 出生前14年)就去世了,但尽管 尼尔斯·阿贝尔 的职业生涯短暂,他的全集当时尚未出版。挪威数学家承担这项任务是自然的,在1873年至1881年间,彼得·卢德维格·梅德尔·西罗 和 索菲斯·李 准备了 尼尔斯·阿贝尔 全集的版本。然而,索菲斯·李 总是声称大部分工作是由 彼得·卢德维格·梅德尔·西罗 完成的。在 索菲斯·李 被任命为讲席后两年内发生的另一件事是他的婚姻。他与 Anna Birch 结婚,他们会有三个孩子,一个女儿和两个儿子。

索菲斯·李已开始研究偏微分方程,希望找到一种类似于方程伽罗瓦理论的理论。他写道:-

……微分方程理论是现代数学中最重要的学科。

他研究了自己的接触变换,考虑它们如何影响由卡尔·古斯塔夫·雅各布·雅可比提出的从给定微分方程生成更多解的过程。这导致以索菲斯·李称为infinitesimal group的方式组合这些变换,但按我们的定义这不是一个群,而是今天所称的李代数。正是在1873-74年冬季,索菲斯·李开始系统地发展后来成为其连续变换群理论的内容,后来被称为李群,放弃了他最初研究偏微分方程的意图。后来威廉·基灵研究了与索菲斯·李群相关的索菲斯·李代数。他相当独立于索菲斯·李完成了这项工作(而且看来并非以索菲斯·李觉得满意的方式),正是埃利·嘉当在1900年完成了半单索菲斯·李代数的分类。

索菲斯·李正在创造极具创新性的数学,但他越来越悲伤,因为他在数学界得不到认可。一个原因无疑是他在克里斯蒂安尼亚的孤立,但第二个原因是他的论文不容易理解,部分是由于他的写作风格,部分是因为他的几何直觉远远超过其他数学家。菲利克斯·克莱因意识到这些问题,有一个绝妙的主意,派Friedrich Engel去克里斯蒂安尼亚帮助索菲斯·李。

Engel于1883年在莱比锡获得博士学位,师从阿道夫·迈尔,写了一篇关于接触变换的学位论文。菲利克斯·克莱因认识到他是协助索菲斯·李的合适人选,并在菲利克斯·克莱因的建议下,Engel于1884年开始在克里斯蒂安尼亚与索菲斯·李一起工作。他与索菲斯·李一起工作了九个月,于1885年离开。Engel随后被任命到莱比锡,当菲利克斯·克莱因于1886年离开莱比锡的讲席时,索菲斯·李被任命接替他。Engel和索菲斯·李之间的合作持续了九年,最终在1888年至1893年间出版了三卷本的联合重要著作Theorie der Transformationsgruppen。这是索菲斯·李关于连续变换群的主要著作。

在莱比锡,索菲斯·李的生活与在克里斯蒂安尼亚时颇为不同。他现在处于数学主流之中,学生从许多国家前来跟随他学习。然而,他的教学负担要重得多[38]:-

索菲斯·李关于自己研究的讲座受到学生的高度评价,相比之下,他那些关于标准主题的必修讲座则不太受欢迎。……他宁愿画一张图,也不愿给出严格的证明。

然而一切并不顺利,他仍然感到未受认可,正如Svare在[38]中所写:-

索菲斯·李为持续的思乡之情所困扰。作为一个热爱户外的人,他怀念挪威的森林和山脉。

到了19世纪80年代末,索菲斯·李与Engel的关系破裂了。1892年,索菲斯·李与菲利克斯·克莱因之间终生的友谊破裂,次年索菲斯·李公开攻击菲利克斯·克莱因,说:-

我不是菲利克斯·克莱因的学生,反过来也不是,尽管后者可能更接近事实。

任何传记作者都很难公正地描述这些事件以及随后发生的事件,因为文献中存在大量相互矛盾的材料。其原因不难理解,因为多年来关于索菲斯·李的信息都基于Engel在索菲斯·李去世时写的[13]。索菲斯·李在1889年遭受的精神困扰使情况更加复杂。菲利克斯·克莱因的[34]:-

……通过援引天才与疯狂之间的密切关系来为索菲斯·李的行为进行“辩护”,确实制造出一种至今仍被普遍接受的解释。通过这一“辩护”行为,菲利克斯·克莱因对他的老朋友造成了令人难以置信的不公。

事实是,索菲斯·李的行为并不像人们所描绘的那样完全失去理性,而确实是受到Engel菲利克斯·克莱因两人行为方式的驱使。Purkert在[26]中讨论了索菲斯·李与Engel之间关系的破裂。他研究了来自莱比锡大学的材料,并认为索菲斯·李改变了对Engel的态度,是因为索菲斯·李仍然感到缺乏认可,但他知道自己作为富有创造力的数学家与Engel不在同一层次。索菲斯·李于1898年回到克里斯蒂安尼亚,担任专为他设立的职位。他就谁应填补他的讲席写了一份报告,该报告全文见[26]。尽管Engel是索菲斯·李自己研究领域中的主要工作者之一,Purkert认为索菲斯·李关于他缺乏创造力的评价完全公正。

在[15]中,Fritzsche评论了索菲斯·李的疾病。他写道:-

通过关于索菲斯·李疾病的信息,可以追溯出一些后果,这些后果揭示了他生平中某些传记方面的内容;例如,他与Friedrich Engel菲利克斯·克莱因的决裂。此外,这一证据与那种常被提及的观点相矛盾,即索菲斯·李的疾病是由过度劳累引起的。

Straume在[34]中指出,为什么索菲斯·李对菲利克斯·克莱因的行为,以及1892年的最终决裂,并非失去理性:-

Klein 1872年的“埃尔朗根纲领”并未引起太多关注;事实上,影响该纲领所设想的数学发展的是索菲斯·李,而不是菲利克斯·克莱因本人。……菲利克斯·克莱因决定重新发表该纲领,并撰写其起源(索菲斯·李在其中参与甚多),但索菲斯·李强烈不同意菲利克斯·克莱因关于过去所发生之事的看法。结果还发现,菲利克斯·克莱因烧毁了他从索菲斯·李那里收到的直到1877年的所有信件(从而打破了他们之间先前的共同约定)。

索菲斯·李在1893年出版的Theorie der Transformationsgruppen第三卷前言中公开攻击菲利克斯·克莱因作为回应。当然,索菲斯·李是个愤怒的人,但他攻击的是在世界数学舞台上占据如此领导地位的人,因此这种攻击总是更可能反弹到索菲斯·李身上,而不是伤害菲利克斯·克莱因。当前的研究已经表明,在这件事上索菲斯·李比先前报道的要好得多(因此菲利克斯·克莱因则不那么好),所有迹象都表明,进一步的研究将证明对索菲斯·李更为有利。

也许索菲斯·李热爱自己祖国的一个迹象是,他从1872年首次受聘起就一直保留着在Christiania的讲席,在莱比锡持有讲席期间则正式休假。然而,当他在1898年回到Christiania的一个讲席时,他的健康已经在恶化,并于1899年2月就任该职后不久死于恶性贫血。

让我们以引用Robert Hermann为[4]所写的前言来结束:-

在为这些翻译的评论做准备而阅读索菲斯·李的著作时,我被源自索菲斯·李工作的几何思想的丰富性和美感所震撼。其中只有一小部分被吸收到主流数学中。他以宏大的措辞思考和写作,这种风格现在已经过时,并且会被我们的科学期刊审查!这里翻译的论文以及我们翻译的后续卷中呈现的索菲斯·李,是他最狂野和最伟大的形式。

参考文献

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