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数学家传记

利斯廷Johann Benedict Listing

出生
1808年7月25日 德国美因河畔法兰克福
逝世
1882年12月24日 德国哥廷根

利斯廷撰写了最早的拓扑学教科书之一。

完整传记

利斯廷的家庭有捷克血统。他的父亲,也叫利斯廷,是一名刷子制造商,而他的母亲Caroline Friederike 利斯廷出身于贫苦农民家庭。利斯廷是独生子,在一个经济困难的家庭中长大。

他是个聪明的男孩,天赋出众,因此得到了包括施泰德基金会(艺术与博物馆的资助者)在内的几位资助人的教育资助。他从八岁起就读于模范学校,在那里打下了良好的教育基础。在这所学校里,他最初对科学和数学产生了兴趣,这主要归功于他那位才华横溢的老师埃米尔·穆勒,但他真正有天赋的是艺术。从十三岁起,利斯廷通过绘画和书法赚取一点钱来贴补家用,这让他的父母很高兴。

1825年,利斯廷进入了一所文理中学,在那里学习了五年。他掌握了英语、法语、意大利语和拉丁语,并在这所学校增加了数学和科学知识。他已经决定追求学术生涯,他的才华得到了施泰德基金会颁发的丰厚奖学金的认可。作为一个艺术基金会,他们无法支持利斯廷攻读数学学位,这本来是他的首选,而是授予他学习数学和建筑的奖学金。尽管曾经有一段时间建筑被认为是数学的一个分支,但在利斯廷的时代,它肯定不被这样认为,所以这种组合是相当奇特的,是由利斯廷的愿望和施泰德基金会的职责之间的妥协所决定的。

利斯廷于1830年进入哥廷根大学,参加了非常广泛的课程,比他的奖学金所指定的数学和建筑要广泛得多。除了这两个主题,他还学习了天文学、解剖学、生理学、植物学、矿物学、地质学和化学课程。很快,利斯廷就参加了卡尔·弗里德里希·高斯讲授的数学课程,他很快被卡尔·弗里德里希·高斯发现是一个既非常能干又非常勤奋的学生。卡尔·弗里德里希·高斯邀请他加入他的朋友圈,其中包括威廉·韦伯

利斯廷并不是唯一被邀请与卡尔·弗里德里希·高斯建立亲密友谊的学生。另一个学生是Sartorius von Walterhausen,他比利斯廷小一岁。Walterhausen对地质学感兴趣,成为利斯廷的终身朋友。然而,卡尔·弗里德里希·高斯对利斯廷的影响非常显著。正是从卡尔·弗里德里希·高斯那里,利斯廷开始学习topological概念。他也是一个有才华的实验者,并与卡尔·弗里德里希·高斯合作进行物理实验,特别是与地磁有关的实验。卡尔·弗里德里希·高斯成为利斯廷的学位论文De superficiebus secundi ordinis (二阶曲面)的导师,该论文是关于二次曲面和三元形式的。他于1834年6月获得博士学位。

Walterhausen正出发前往西西里研究火山。他还同意在这次旅行中为卡尔·弗里德里希·高斯收集地磁数据。利斯廷显然是陪同他的助手的合适人选,两人在利斯廷获得博士学位后不到一个月就出发了。在这次旅行中,利斯廷保持了对许多不同主题的兴趣,以及作为旅行目的的地质学和物理学。他在业余时间研究数学,特别是研究最初由卡尔·弗里德里希·高斯提出的拓扑学思想。他决定总结自己关于这一主题的想法,并在给老学校老师穆勒的一封长信中这样做了。正是在这封信中,“拓扑学”一词首次出现。他不喜欢当时用于拓扑学思想的术语“geometria situs”,并且[4]:-

由于整个学说相当新颖,他觉得自己有理由给它起一个新名字,因此称之为“拓扑学”,他认为这更为恰当。

在旅行期间,利斯廷 被汉诺威高等工业学校联系,询问他是否有兴趣担任应用数学教师一职。他没有明确答复,只是礼貌地感谢了他们的邀请。由于霍乱疫情,Sartorius 和 利斯廷 推迟了返回哥廷根的计划。事实上,他们乘船前往英国,在那里短暂停留后才返回德国。利斯廷 前往汉诺威参加工业学校的职位面试,并被任命,于1837年11月开始了他的教学生涯。

1837年维多利亚成为英国女王时,她的叔叔成为汉诺威的统治者,并废除了自由宪法。威廉·韦伯,哥廷根大学的物理学教授,卡尔·弗里德里希·高斯的亲密合作者,是大学里签署抗议的七位教授之一,七人全部被解雇。威廉·韦伯留在哥廷根,直到1843年都没有职位。然而他的物理学教授职位必须填补,过了一段时间,卡尔·弗里德里希·高斯被要求推荐可能的候选人。他列出了一个三个名字的名单,利斯廷排在第三位。当前两位拒绝了这个提议时,利斯廷于1839年被任命,尽管他从未发表过论文。

作为物理学教授,利斯廷可以选择自己的研究领域。他是一位多才多艺的科学家,在已经涉足过的领域之外又选择了另一个领域,开始研究人眼的光学。他于1845年出版了Beiträge zur physiologischen Optik(《生理光学贡献》),此书后来成为经典。除了包含细致实验工作所得的数据外,这本书还由利斯廷运用其全部绘画和书法技巧绘制了精美的插图。

1846年9月,利斯廷与保利娜·埃尔弗斯结婚。几乎立刻,这对夫妇就陷入了经济困难,因为保利娜似乎无法将她的开销控制在家庭收入之内。

然而,利斯廷 继续思考拓扑学思想,并于1847年撰写了Vorstudien zur Topologie一书。这是“拓扑学”一词首次在出版物中使用,尽管如上所述,它最早出现在利斯廷 1836年的信中。这门学科多年来被称为analysis situs,直到20世纪20年代末,英文单词topology才被所罗门·莱夫谢茨使用。在这本书中——实际上是一篇扩展的论文,正如标题所示,仅作为初步工作——利斯廷写道:-

所谓拓扑学,我们指的是关于对象的模态特征,或关于空间中点、线、面、体及其部分或集合的连接、相对位置和顺序的规律的学说,始终不考虑度量或数量的问题。

1848年,席卷欧洲的革命产生了后果。最显著的影响是威廉·韦伯被重新任命为哥廷根的讲席,这是他十年前失去的职位。当然,利斯廷已被任命填补威廉·韦伯的讲席,因此必须达成妥协。这就是利斯廷被提升为数学物理普通教授,而威廉·韦伯成为实验物理学教授。尽管利斯廷所进行的研究几乎没有变化,因为他一直朝着自己感兴趣的方向前进,但他确实不得不将实验室的大部分让给威廉·韦伯

利斯廷的家庭生活并不顺利。这对夫妇有两个女儿——一个在1848年,第二个在次年。然而Pauline Listing的[4]:-

……对待仆人的方式使她多次被带到地方法官面前,而她与房东的关系则导致全家多次搬家。

利斯廷和他的妻子似乎都无法管理家庭财务[4]:-

利斯廷频繁且大量地借钱,有时向高利贷者借;波利娜习惯性地滥用信用,并再次经常性地最终闹上法庭。他们往往入不敷出,有一次几乎避免了破产。

这次几乎破产发生在利斯廷发表另一篇对拓扑学的重要贡献前后。1858年,他几乎与奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯同时且独立地发现了Möbius band的性质。1862年,他发表了Der Census raumlicher Complexe oder Verallgemeinerung des Euler'schen Satzes von den Polyedern(空间复形的考察或莱昂哈德·欧拉多面体定理的推广),其中讨论了将莱昂哈德·欧拉关于定向三维多面体的莱昂哈德·欧拉示性数的公式推广到某些四维单纯复形的情形。利斯廷这第二篇拓扑学著作在[8]中有详细讨论,特里波迪在其中将其与阿瑟·凯莱的一些工作进行了比较。

事实上,破产之所以得以避免,是因为汉诺威的部里救了他。正是萨尔托里乌斯安排了部里的救援行动,而在这里他是在偿还欠利斯廷的债,因为大约三十年前他们旅行期间,利斯廷曾通过护理他度过一场重病而救了他的命。然而,由于利斯廷本人及其妻子的行为,他并未得到同事们的青睐,而且可以肯定的是,他因此获得的科学成就认可较少。然而他是[4]:-

……勤奋而好奇,善良而乐于助人,合群而机智,性情温和到极点,是许多人的真正朋友,不是任何人的敌人。

利斯廷 所作贡献的范围相当惊人。Breitenberger 在 [4] 中写道:-

……他极为细致地研究了地球的形状;他进行了气象学、地磁学和光谱学方面的观测;他撰写了关于定量测定糖尿病患者尿中糖含量的文章;他推动了德国新兴的光学工业以及哥廷根更好的街道照明;他作为政府的观察员前往 1851 年伦敦、1873 年维也纳和 1876 年伦敦的世界博览会;他协助进行了大地测量;……他发明了相当多的术语[拓扑学之外],其中一些已经通行:“熵现象”、“节点”、“同心光束”、“望远系统”、“大地水准面”……他创造了“一微米”来表示百万分之一米……

利斯廷 确实获得的荣誉包括当选 哥廷根科学院爱丁堡皇家学会。他被图宾根授予荣誉博士学位。

他死于中风。

参考文献

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