数学史 · 中文镜像

数学家传记

约翰·福布斯·纳什John Forbes Nash

出生
1928年6月13日 美国西弗吉尼亚州布卢菲尔德
逝世
2015年5月23日 美国新泽西州

约翰·福布斯·纳什是一位美国数学家,因其在博弈论方面的工作而获得诺贝尔经济学奖。他通过电影《美丽心灵》而闻名。

完整传记

纳什的父亲也叫约翰·福布斯·纳什,因此我们称他为老纳什。老纳什生于1892年,童年不幸,他通过在得克萨斯农业与机械学院学习电气工程而摆脱了这种不幸。第一次世界大战期间在法国服兵役后,老纳什在得克萨斯大学讲授电气工程一年,然后加入了西弗吉尼亚州蓝田的阿巴拉契亚电力公司。纳什的母亲玛格丽特·弗吉尼亚·马丁,人称弗吉尼亚。她受过大学教育,先后在玛莎·华盛顿学院和西弗吉尼亚大学学习语言。在遇到老纳什之前,她当了十年学校教师,两人于1924年9月6日结婚。

纳什,家人这样称呼他,出生在蓝田疗养院,并在圣公会受洗。他是2:-

……一个奇特的小男孩,孤独而内向……

但他在一个充满爱的家庭中长大,周围都是亲近的亲戚,他们对他关爱有加。几年后,约翰尼有了一个妹妹,玛莎出生了。他小时候似乎对书籍表现出很大兴趣,但对和其他孩子玩耍却兴趣寥寥。约翰尼这样并非因为缺少玩伴,因为玛莎和她的表兄弟姐妹们玩着寻常的童年游戏:从书上剪下图案、在阁楼里捉迷藏、踢足球。然而,当其他人一起玩耍时,约翰尼却独自玩着玩具飞机和火柴盒汽车。

他的母亲对此的回应是热情地鼓励约翰尼接受教育,既确保他上好学校,也亲自教他。约翰尼的父亲的回应是把他当作成年人对待,在其他父母可能给孩子涂色书的时候,给他科学书籍。

约翰尼在学校的老师们肯定没有认识到他的天才,而且看来他也没有给他们什么理由去意识到他拥有非凡的才能。他们更注意到他缺乏社交技能,因此把他归类为迟钝。虽然事后聪明是容易的,但现在看来他在学校极其无聊。大约十二岁时,他就表现出对在家里的房间进行科学实验的极大兴趣。相当清楚的是,他在家里学到的比在学校学到的更多。

玛莎似乎是一个极其正常的孩子,而约翰尼则显得与其他孩子不同。她后来在人生中写道(见2):-

约翰尼总是与众不同。[我的父母]知道他与众不同。他们也知道他聪明。他总是想按自己的方式做事。母亲坚持要我为他做事,要我把他也纳入我的朋友圈……但我并不太热衷于炫耀我这个有些古怪的哥哥。

他的父母鼓励他参加社交活动,他也没有拒绝,但体育运动、舞会、探亲以及类似活动,他视之为对读书和实验的乏味干扰。

纳什大约14岁时第一次对数学产生了兴趣。他是如何读到埃里克·坦普尔·贝尔Men of Mathematics的,已不清楚,但可以肯定的是,这本书激励了他。他尝试并成功地为皮埃尔·德·费马的结果给出了自己的证明,这些结果埃里克·坦普尔·贝尔曾在其书中陈述过。纳什在此发现的兴奋感,与他在学校学习的数学形成了对比,后者未能引起他的兴趣。

他于1941年进入蓝田学院,在那里他既修了数学课程,也修了科学课程,尤其是化学,这是他最喜欢的科目。他开始在数学上显露才能,尤其是在解题方面,但他仍然几乎没有朋友,行为也有些古怪,这只会加深同学们对他怪异的看法。然而,此时他并未考虑以数学为职业,这并不奇怪,因为那是一个不寻常的职业。相反,他以为自己会学习电气工程并追随父亲,但他继续自己做化学实验,并参与制造炸药,这导致了他一名同学的死亡。[2]:-

无聊和青春期涌动的攻击性使他搞恶作剧,偶尔还带有恶意的成分。

他用怪异的漫画讽刺他不喜欢的同学,喜欢折磨动物,还曾试图让他妹妹坐上一把他用电池接了线的椅子。

纳什在乔治·威斯汀豪斯竞赛中赢得奖学金,并被卡内基理工学院(现卡内基-梅隆大学)录取,他于1945年6月入学,打算攻读化学工程学位。然而,很快他对数学日益增长的兴趣使他选修了张量分析和相对论课程。在那里,他接触到了约翰·L·辛格,后者最近被任命为数学系主任并教授相对论课程。约翰·L·辛格和其他数学教授很快认识到纳什非凡的数学才能,并说服他成为数学专业的学生。他们意识到他有成为职业数学家的才能,并大力鼓励他。

纳什很快在数学上志存高远。他两次参加威廉·洛厄尔·普特南数学竞赛,但尽管表现不错,却未能进入前五名。在纳什看来这是一次失败,而他对此反应很糟。对纳什来说,普特南数学竞赛并不是唯一不顺心的事。尽管他的数学教授们对他赞誉有加,同学们却觉得他是个非常奇怪的人。他身体强壮,这使他免于被欺负,但同学们却乐于取笑纳什,他们把他看作一个笨拙不成熟、会像孩子一样发脾气的人。他的一位同学写道:-

他是个乡下男孩,即使按我们的标准也算不上世故。他行为古怪,会在钢琴上反复弹奏同一个和弦,把融化的冰淇淋蛋筒放在他脱下的衣服上让它融化,踩在室友睡觉的身体上去关灯。

另一位写道:-

他极其孤独。

另一位同学写道:——

我们折磨可怜的弗瑞兹·约翰。我们非常不友善。我们令人讨厌。我们感觉到他有心理问题。

他表现出同性恋倾向,爬到其他男孩的床上,他们的反应是取笑他被男孩吸引并羞辱他。他们对他搞残酷的恶作剧,他的回应是请同学们用数学问题挑战他。最后他替许多学生做了作业。

纳什于1948年获得数学学士和硕士学位。此时,他已被哈佛、普林斯顿、芝加哥和密歇根大学的数学项目录取。他认为哈佛是顶尖大学,因此想去那里,但另一方面,他们给他的奖学金不如普林斯顿慷慨。纳什觉得普林斯顿热切希望他去,而他认为自己在普特南数学竞赛中缺乏成功意味着哈佛不那么热情。他花了一段时间做决定,同时约翰·L·辛格和其他教授鼓励他接受普林斯顿。当所罗门·莱夫谢茨向他提供普林斯顿最负盛名的奖学金时,纳什决定去那里学习。

1948年9月,纳什进入普林斯顿,在那里他对广泛的纯数学表现出兴趣:拓扑学代数几何博弈论和逻辑是他的兴趣所在,但他似乎避免听课。通常那些决定不通过听课学习的人会转向书籍,但这似乎不适用于纳什,他决定不“二手”学习数学,而是自己发展主题。在许多方面,这种方法很成功,因为它确实促成了他发展成为最原创的数学家之一,会以全新的方式攻击问题。

1949年,在攻读博士学位期间,他写了一篇论文,45年后这篇论文赢得了诺贝尔经济学奖。在此期间,纳什建立了博弈论的数学原理。P Ordeshook写道:——

纳什均衡nn元组的概念也许是非合作博弈论中最重要的思想。……无论我们是在分析候选人的竞选策略、战争的起因、立法机构中的议程操纵,还是利益集团的行为,对事件的预测都归结为对均衡的寻找和描述。简言之,均衡策略就是我们对人们所预测的东西。

约翰·米尔诺,一位同学,描述了纳什在普林斯顿的岁月[6]:-

他总是充满数学想法,不仅在博弈论上,在几何和拓扑学上也是如此。然而,我对这段时间最生动的记忆是在公共休息室里玩过的许多游戏。我被介绍给了围棋和战争棋,还有一种巧妙的拓扑游戏,我们以发明者的名字命名为纳什。

事实上,游戏“纳什”几乎与丹麦的Piet Hein独立发明的Hex相同。

以下是三位同学的评论:-

纳什与众不同。如果他和一个二十人的房间在一起,他们在谈话,如果你问一个观察者谁让你觉得奇怪,那会是纳什。这不是他有意为之。这是他的举止。他的冷漠。

纳什完全令人毛骨悚然。他不会看你。他会花很多时间回答问题。如果他认为问题愚蠢,他根本不会回答。他没有情感。这是骄傲和其他东西的混合。他如此孤立,但在这一切之下,确实有温暖和对人的欣赏。

我们很多人会轻视纳什说的话。……我不想听。和这个人在一起你不觉得舒服。

他有想法,并且非常确信这些想法很重要。到达普林斯顿后不久,他就去见了阿尔伯特·爱因斯坦,并告诉他自己关于引力的一个想法。在向阿尔伯特·爱因斯坦解释了大约一个小时的复杂数学之后,阿尔伯特·爱因斯坦建议他去多学一些物理。显然,几年后确实有一位物理学家发表了类似的想法。

1950年,纳什在普林斯顿获得博士学位,学位论文题为Non-cooperative Games。那年夏天,他在兰德公司工作,他在博弈论方面的工作使他成为冷战冲突方面的顶尖专家,而冷战冲突主导了兰德公司的工作。在接下来的几年里,他时不时在那里工作,因为该公司试图将博弈论应用于军事和外交战略。1950年秋天回到普林斯顿后,他开始认真研究纯数学问题。看起来,一个刚刚提出了有朝一日会被认为值得获得诺贝尔奖的想法的人,找一份学术职位应该没有问题。然而,纳什的工作在当时并未被视为具有突出的重要性,他看出自己需要通过其他方式来确立地位。我们还应该注意到,这其实并不是转向纯数学,因为他一直认为自己是一个纯数学家。在撰写关于博弈论的学位论文之前,他已经获得了关于流形和代数簇的结果。他那个著名的定理——任何紧实流形都微分同胚于某个实代数簇的一个分支——被纳什视为一个可能的备用结果,以防他在博弈论方面的工作被认为不适合作为博士论文。他在最近的一次采访中说:-

我在纯数学方面发展出了一个非常好的想法。我得到了后来成为实代数流形的东西。我本可以更早发表它,但并没有急于发表。我花了一些时间来撰写它。有人暗示我是个神童。另一次,有人建议我应该被称为“虫子脑瓜”,因为我有想法,但这些想法有点像是虫子般不完善或并非完全可靠。所以那可能是对精神问题的一种预兆。我是说,就表面来看。

1952年,纳什在Annals of Mathematics上发表了Real Algebraic Manifolds。这篇论文最重要的结果是,两个实代数流形等价当且仅当它们解析同胚。尽管这篇关于流形的论文的发表确立了他作为一流数学家的地位,但普林斯顿并非所有人都愿意看到他加入那里的教职。这与他的数学能力无关——所有人都承认他的数学能力出众——而是因为一些数学家,比如埃米尔·阿廷,觉得由于纳什好斗的个性,他们无法接受他作为同事。

保罗·哈尔莫斯在1953年初收到了Warren Ambrose关于纳什的以下信件(例如参见[2]):-

这里一如既往,没有什么重要消息。Martin正在任命纳什为助理教授(不是伊利诺伊州的那个纳什,而是由诺曼·斯廷罗德从普林斯顿出来的那个),我对此相当恼火。纳什是个幼稚的聪明家伙,想要“基本上原创”,我想这对那些自身有一些基本原创性的人来说倒也无妨。他还以各种方式做出与这一哲学相悖的愚蠢行为。他最近听说了关于将黎曼流形等距嵌入欧几里得空间的未解决问题,觉得这是他的专长,前提是这个问题足够有价值,值得他付出努力;于是他着手写信给数学学会的每个人去核实这一点,被告知这很可能值得,然后他就宣布自己已经解决了它,只差细节,并告诉Mackey他想在哈佛讨论会上谈论它。与此同时,他去找诺曼·莱文森询问一个介入其中的微分方程,而诺曼·莱文森说它是一个偏微分方程系统,如果他能够[达到]单个常微分方程的那种本质上更简单的类似物,那将会是一篇非常好的论文——而纳什对整个事情只有最模糊的概念。所以大家普遍承认他毫无进展,并且比那些洞察力不如我的人之前所认为的更加出丑。但我们已经得到了他,从而避免了可能得到一个真正数学家的可能性。他是个聪明人,但自负得要命,幼稚得像诺伯特·维纳,急躁得像X,喧闹得像Y,其中X和Y是任意的。

这封信的作者Ambrose和纳什有一段时间一直互相看不顺眼。他们互相开过愚蠢的玩笑,而Ambrose似乎无法像其他人学会的那样无视纳什的挖苦。正是Ambrose对纳什说:-

如果你这么厉害,为什么不解决流形的嵌入定理。

从1952年起,纳什在麻省理工学院任教,但他的教学方式不寻常(且不受学生欢迎),他的考试方法也极不正统。然而,他在实代数簇理论、黎曼几何、抛物型和椭圆型方程方面的研究,在这些课题的发展中极为深刻且意义重大。他的论文CC1 isometric imbeddings发表于1954年,陈省身在一篇评论中指出它:-

……包含了一些令人惊讶的结果,关于具有正定C0C^{0}度量的黎曼流形到欧几里得空间的C1C^{1}等距嵌入。

纳什在1956年发表的论文The imbedding problem for Riemannian manifolds中继续发展这项工作。这篇论文包含了他著名的深刻隐函数定理。此后,纳什研究了一些想法,这些想法后来出现在他于1958年在American Journal of Mathematics上发表的论文Continuity of solutions of parabolic and elliptic equations中。然而,当纳什发现E De 恩尼奥·德乔吉用完全不同的方法证明了类似结果时,他非常失望。

纳什在几年内取得的杰出成果使他成为1958年菲尔兹奖的有力竞争者,但由于他在委员会做出决定时关于抛物线和椭圆方程的工作仍未发表,他没有获得。人们想象委员会会期望他成为1962年约翰·查尔斯·菲尔兹奖章的主要竞争者,甚至可能是几乎确定的人选,但精神疾病在这些决定做出之前很久就毁掉了他的职业生涯。

在麻省理工学院期间,纳什开始出现个人生活问题,这些问题是在他一直遭受的社交困难之外的。同事们说:-

纳什总是与一些带有浪漫气质的男性结成深厚的友谊。他非常青春期,总是和男孩子们在一起。他非常爱尝试——大多只是接吻。

他遇到了 Eleanor Stier,他们有一个儿子,John David Stier,出生于1953年6月19日。Eleanor 是一个害羞的女孩,缺乏自信,有点害怕男人,不想卷入其中。她在纳什身上找到了一个比她更没有经验的人,并觉得这很有吸引力。[2]:-

纳什在寻找更愿意付出而非索取的情感伴侣,而Eleanor正是那种人。

纳什不想娶Eleanor,尽管她努力劝说。1954年夏天,在为兰德公司工作期间,纳什在一次诱捕同性恋者的警方行动中被捕。他被兰德公司解雇了。

纳什在麻省理工学院的一名学生Alicia Larde与他变得友好,到1955年夏天他们经常见面。此时他还与一名男性研究生Jack Bricker有着特殊的友谊。Eleanor在1956年春天发现了Alicia的事,当时她来到纳什的家,发现他和Alicia在床上。纳什对一位朋友说:-

我完美的小世界毁了,我完美的小世界毁了。

Alicia 在发现纳什与 Eleanor 有一个孩子时似乎并没有太难过,并推断既然这段婚外情已经持续了三年,纳什可能对她并不认真。1956年,纳什的父母发现了他与 Eleanor 持续不断的婚外情以及他的儿子John David Stier。这一打击可能促成了纳什的父亲不久后的去世,但即使不是这样,纳什也可能自责。1957年2月,纳什与 Alicia 结婚;到1958年秋天,她怀孕了,但几个月后,即1958年底,纳什的精神状态变得非常紊乱。

在一次新年聚会上,纳什在午夜出现,只穿着尿布,身上系着一条写有“1959”的腰带。他整晚大部分时间都蜷缩在妻子的腿上,就像他打扮成的婴儿一样。有些人形容他的行为比平时更古怪。1月4日,他回到大学,开始教授他的博弈论课程。他对全班同学的开场白是:-

我想到一个问题。你们为什么在这里?

一名学生立即退选了这门课!纳什请一名研究生接管他的课程,然后消失了几个星期。当他回来时,他走进公共休息室,拿着一份《纽约时报》,说里面包含来自外太空的加密信息,这些信息只给他一个人。有几天,人们以为他在开一个精心设计的私人玩笑。

诺伯特·维纳是最早认识到纳什的极端怪癖和人格问题实际上是某种医学障碍症状的人之一。在数月古怪行为之后,Alicia将丈夫非自愿地送进麦克莱恩医院,这是波士顿郊外的一家私立精神病医院。纳什一出院就突然从麻省理工学院辞职,取走养老金,前往欧洲,打算放弃美国公民身份。Alicia把刚出生的儿子留给母亲,跟随生病的纳什。她随后使纳什被驱逐出境——回到美国。

他们回来后,两人在普林斯顿定居,Alicia在那里找了一份工作。纳什的病情持续,使他变成一个令人害怕的人物。他大部分时间都在普林斯顿校园里闲逛,以第三人称称自己为Johann von 杰森·约翰·拿骚,写毫无意义的明信片,给以前的同事打电话。他们坚忍地听着他无休止地讨论数字命理学和世界政治事务。丈夫日益恶化的状况使Alicia越来越抑郁。

1961年1月,沮丧的Alicia、约翰的母亲和他的妹妹Martha做出了艰难的决定,将他送进新泽西州特伦顿州立医院,在那里他每周五天接受胰岛素昏迷疗法,这是一种激进且有风险的治疗,持续了一个半月。随后是一段漫长而悲伤的经历,包括住院治疗、暂时康复,然后进一步治疗。Alicia于1962年与纳什离婚。纳什与Eleanor和John David住了一段时间。1970年,Alicia试图帮助他,让他作为寄宿者住进来,但他似乎已与世隔绝,脱离普通社会,尽管他大部分时间都在普林斯顿数学系度过。强烈推荐[2]这本书,因为它对纳什的精神痛苦作了感人的叙述。

多年来,纳什慢慢康复了。他在1996年第十届世界精神病学大会上发表了一篇论文,描述了他的疾病;该论文报道于[3]。1958年,他被描述为:-

...世界上最 promising 的年轻数学家...

但他很快开始感到:-

……我所在大学麻省理工学院的工作人员,以及后来整个波士顿的人,对我的举止都很奇怪。……我开始到处看到隐蔽的共产党人……我开始认为自己是一个具有重大宗教重要性的人,并且一直听到声音。我开始在脑海中听到类似电话的声音,来自反对我思想的人。……这种谵妄就像一场我似乎永远无法醒来的梦。

尽管由于他的精神状况而多次住院,他的数学工作仍然一个成功接着一个成功。他说:-

我不敢说数学与疯狂之间有直接关系,但毫无疑问,伟大的数学家患有躁狂特征、谵妄和精神分裂症的症状。

在1990年代,纳什从他自1959年以来一直患有精神分裂症中康复。他产生最高质量数学的能力并没有完全离开他。他说:-

如果我不能在工作中产生好的东西,我就不会把自己视为康复了。

纳什因在博弈论方面的工作(与 Harsanyi 和赖因哈德·泽尔滕共同)获得了1994年诺贝尔经济学奖。1999年,他被美国数学会授予 Leroy P 凯瑟琳·斯蒂尔 奖:-

……因对研究做出了开创性贡献。

纳什和路易·尼伦伯格于2015年获得尼尔斯·阿贝尔奖,获奖理由为:-

……对非线性偏微分方程理论及其在几何分析中的应用做出了引人注目且具有开创性的贡献。

在挪威领取该奖几天后,纳什 和他的妻子 Alicia 在新泽西收费公路上因出租车事故丧生。

参考文献

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延伸资源

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