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数学家传记

路易·尼伦伯格Louis Nirenberg

出生
1925年2月28日 加拿大安大略省哈密尔顿
逝世
2020年1月26日 美国纽约曼哈顿

路易·尼伦伯格是一位加拿大数学家,对线性和非线性偏微分方程及其在复分析和几何学中的应用做出了重要贡献。

完整传记

路易·尼伦伯格的父亲是一位希伯来语教师。尼伦伯格上了一所希伯来学校,但他不想学希伯来语。他的父亲试图教他,但遇到抵触,认为朋友给他上私人课程可能更成功。这位朋友热爱数学谜题,因此大部分课程都花在解谜上,而不是学习希伯来语。尼伦伯格在蒙特利尔的Baron Byng高中就读,那里有优秀的教师。在这个阶段,主要因为一位杰出的物理教师,他认为自己想成为一名物理学家。从该校毕业后,他进入麦吉尔大学,主修数学和物理。他于1945年从麦吉尔大学毕业,获得学士学位。

毕业后,尼伦伯格认为他会继续攻读理论物理的研究生。然而,毕业后他在蒙特利尔的加拿大国家研究委员会找了一份暑期工作。当时他们的研究是关于原子弹项目的,那里的一位科学家是Ernst Courant,即理查·科朗特的长子。Ernst Courant娶了一位来自蒙特利尔的女孩,尼伦伯格认识她,所以他问她,下次拜访他时,能否向理查·科朗特请教学习理论物理的最佳地点。得到的建议是,尼伦伯格应该先在纽约大学攻读数学硕士学位,然后再去学习物理。尼伦伯格去纽约与理查·科朗特卡特·佛莱德里克斯面谈,他们给了他一个助教职位。

1947年获得纽约大学硕士学位后,尼伦伯格留在那里攻读博士学位。他的官方导师是Jim Stoker,但他深受卡特·佛莱德里克斯的影响。他于1949年因学位论文The Determination of a Closed Convex Surface Having Given Line Elements获得博士学位。在这篇论文中,他考察了一个赫尔曼·外尔在1916年左右首次提出并部分解决的问题:

给定单位球面上的一个黎曼度量,具有正的卡尔·弗里德里希·高斯曲率,你能将这个2-球面等距嵌入到3维空间中作为一个凸曲面吗?

他利用Charles Morrey的想法对这个问题给出了肯定的回答。1953年,他在论文The Weyl and Minkowski problems in differential geometry in the large中发表了他的学位论文的结果。同样在1953年,即他的出版物首次出现的那一年,他又发表了三篇论文:A strong maximum principle for parabolic equationsA maximum principle for a class of hyperbolic equations and applications to equations of mixed elliptic-hyperbolic type;和On nonlinear elliptic partial differential equations and Hölder continuity

1949年完成博士学位后,尼伦伯格被任命为纽约大学的研究助理,成为数学科学与力学研究所(1964年更名为理查·科朗特研究所)的早期成员之一。从研究助理晋升为副研究员后,他于1951年被聘为助理教授。1951-52年他在欧洲度过,访问了苏黎世和哥廷根。在苏黎世,他参加了海因茨·霍普夫关于几何的讲座课程、巴特尔·伦德特·范德瓦尔登关于波恩哈德·黎曼曲面理论的课程,以及罗尔夫·内万林纳沃尔夫冈·泡利的讲座。他回到纽约,在1957年成为理查·科朗特研究所的正教授之前被提升为副教授。他在1958-60年期间是斯隆研究员,并在1966-67年和1975-76年再次成为古根海姆研究员。

我们通过引用 尼伦伯格 于1994年从 美国数学会 获得的 凯瑟琳·斯蒂尔 终身成就奖的颁奖词来概述他的数学贡献 [1]:-

尼伦伯格是分析和所有领域中获取和应用先验估计的艺术与科学的大师。一个小巧的瑰宝是有用的Garliardo-尼伦伯格不等式集。一个高峰是他与[Shmuel] Agmon和[Avron] Douglis关于一般线性椭圆系统的先验估计的联合研究,这是分析中被引用最广泛的结果之一。另一个是他与弗瑞兹·约翰关于有界平均振荡函数的基本论文,这对查尔斯·费夫曼后来关于这个函数空间的工作至关重要。尼伦伯格一直是许多重大发展的中心。他与学生Newlander关于几乎复结构的定理已成为经典。在一篇基于阿尔伯托·考尔德伦[Antoni] Zygmund早期估计的论文中,他和[Joseph] Kohn引入了伪微分算子的概念,这有助于产生大量后续工作。他与[François] Trèves的研究对一般线性偏微分方程的可解性做出了重要贡献。其他一些亮点包括他与[弗洛伦斯·南丁格尔·大卫] Kinderlehrer和[Joel] Spuck关于自由边界问题正则性的研究,与路易斯·卡法雷利和Spuck关于加斯帕尔·蒙日-安德烈-马里·安培型方程光滑解的存在性,以及与路易斯·卡法雷利和[Robert] Kohn关于克洛德-路易·纳维-乔治·加布里埃尔·斯托克斯方程的奇异集。他与[Basilis] Gidas和[Wei Ming] Ni以及后来与[Henri] Berestycki使用移动平面法对非线性椭圆方程对称解的研究,是最大值原理的巧妙应用。

在这段引文开头附近提到的不等式,在尼伦伯格的生活中占有特殊地位。他被引述说[5]:-

卡特·佛莱德里克斯 非常喜爱不等式,这对我影响很大。他的观点是不等式比等式更有趣。

他又说[4]:-

我喜欢不等式。所以如果有人向我展示一个新不等式,我会说:“哦,那很美,让我想想,”我可能会有一些与之相关的想法。

尼伦伯格 的众多出版物(MathSciNet 列出 185 篇)中只有一本书。这就是 Topics in non-linear functional analysis(1974),它是 Ralph A Artino 对 尼伦伯格 于 1973-74 年在 理查·科朗特 研究所讲授的一门课程的记录[2]:-

该课程面向在线性算子方面有良好基础、对 微分几何 有一定了解但拓扑学知识有限的学生。前两章致力于拓扑度方法,首先在有限维空间中,然后在 斯特凡·巴拿赫 空间中。接下来关于分岔理论的一章之后是由 J Ize 合写的一章,介绍了进一步的拓扑方法,如配边和上同伦。第五章简要涉猎单调算子理论。

Jerrold Marsden 对这本书的评论开头如下:-

对于非线性分析的学生和研究者来说,这本讲义是当前可获得的关于该主题最有用的入门书。它简短、简洁、切中要害,证明异常优雅,总是带有几何风味,且是现有最好的。这些讲义的大部分风味集中在度理论的使用上。在大约五十页的篇幅内引入度的概念并发展其基本性质,这本身就是一个胜利。这在第三章和第四章中用于讨论分支理论(亮点是Rabinowitz全局分支定理的完整证明)和非线性偏微分方程的求解(亮点是Landesman和Lazer的全局定理)。

这本关于非线性问题的书的修订重印版于2001年出版。我们应该注意到尼伦伯格对非线性问题的特殊热爱,并引用他关于这个主题的两段话。以下是第一段[5]:-

非线性问题的大多数结果仍然是通过线性问题获得的,即尽管问题是非线性的,但不是因为非线性。

第二段引文与他所描述的某位作者的结果有关[5]:-

方程的非线性特征被以本质的方式使用,事实上他获得结果是因为非线性,而不是尽管有非线性。

尼伦伯格在其杰出的职业生涯中获得了许多奖项和荣誉。他于1959年获得了美国数学会马克希莫·博谢奖:-

……因他在偏微分方程方面的工作。

1962年8月,他在斯德哥尔摩举行的国际数学家大会上作全会报告,演讲题目为Some Aspects of Linear and Nonlinear Partial Differential Equations。在这次演讲中,他综述了非线性边值问题,特别是椭圆型问题,在存在性和正则性理论方面的一些近期进展。1983年,他还在苏格兰阿伯丁举行的英国数学讨论会上作全会报告,演讲题目为Comments on non-linear problems

尼伦伯格曾以多种身份为美国数学会服务。他在1963-65年间担任理事会成员,1974年作了美国数学会讨论会讲座,并于1976-77年担任该学会副主席。1982年9月29日星期三,在瑞典皇家科学院举行的颁奖仪式上,克拉福德奖被授予尼伦伯格。他与弗拉基米尔·阿诺尔德因在非线性微分方程领域的成就而共同获得了35万瑞典克朗的奖金。他们是首批获得克拉福德奖的数学家。新闻稿包含以下内容:-

艾萨克·牛顿的思想被用来描述物理学和几何学中许多不同的系统,这些系统可能同时依赖于多个变量。相应的方程于是被称为偏微分方程,而其中最有趣的又是非线性的。尼伦伯格处理了大量这类问题。几何学方面的一个例子是寻找具有给定曲率的曲面,物理学方面则有粘性流体方程的研究以及关于自由流线存在性的研究。尼伦伯格的工作涵盖各种各样的问题,对该领域的发展具有根本的重要性。

他于1987年获得了 加拿大数学会 的 Jeffery-Williams 奖。我们已在上文提到他于1994年从 美国数学会 获得的 斯蒂尔 终身成就奖。最近,他于1995年10月18日获得了国家科学奖章。在这一最负盛名的奖项颁发时,理查·科朗特 研究所所长 大卫 W McLaughlin 说 [3]:-

尼伦伯格的影响并不限于他对此学科做出的许多原创性和基础性贡献。他不仅在世界范围内数学分析的发展中发挥了重要作用,而且对年轻数学家的成长也产生了显著影响,这一点从他指导了四十多名博士生即可看出。作为理查·科朗特的前任所长,他展现了对数学科学界的领导力和远见。他写作、演讲以及众多阐述性文章的清晰性,继续激励着一代又一代的数学家。

在文章3中,尼伦伯格的两位合作者路易斯·卡法雷利和Joseph Kohn描述了他的数学贡献。路易斯·卡法雷利写道[3]:-

尼伦伯格的工作极大地影响了与偏微分方程以某种方式相关联的所有数学领域:实分析与复分析、变分法、微分几何、连续介质与流体力学。

路易斯·卡法雷利提到了尼伦伯格在偏微分方程方面的兴趣领域:二阶椭圆方程的正则性与可解性n赫尔曼·闵可夫斯基问题与完全非线性方程;自由边界问题的高阶正则性理论;以及不变方程解的对称性质。

Joseph Kohn描述了尼伦伯格对复分析的贡献。他以对尼伦伯格贡献的这一概述开始[3]:-

尼伦伯格因其对数学的许多重要研究贡献、精彩的讲座和清晰的阐述性写作而享誉世界。他的兴趣范围非常广泛:微分方程、调和分析、微分几何、泛函分析、复分析等。……尼伦伯格的职业生涯一直是一种激励;他的众多学生、合作者和同事从他那里学到了很多。除了数学之外,尼伦伯格还教会了我们所有人享受旅行、电影和美食。对尼伦伯格的欣赏还必须包括他始终如一的幽默感。他的幽默无法抑制,因此有时会出现在印刷页面上。

尼伦伯格已当选为国家科学院、美国哲学学会、American Academy of Arts and SciencesAccademia dei Lincei、法国Académie des Sciences、地中海科学院、伦巴第研究所、科学与文学科学院以及乌克兰科学院的成员。他获得了麦吉尔大学(1986年)、比萨大学(1990年)和巴黎第九大学巴黎-多芬纳(1990年)的荣誉学位。

最后我们提到,1990年9月在意大利特伦托举行了一次献给尼伦伯格的会议,以纪念他的65岁生日。1996年6月在威尼斯举行了一次会议,1996年7月在佛罗伦萨又举行了一次会议,都是为了庆祝尼伦伯格的70岁生日。2000年9月在新竹举行了一次会议,以庆祝尼伦伯格的75岁生日;2006年6月在托莱多的卡斯蒂利亚-拉曼恰大学又举行了一次会议,以庆祝尼伦伯格的80岁生日。

尼伦伯格和约翰·福布斯·纳什于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。

让我们以尼伦伯格[4]的一句话作为结束:-

我和Philip Hartman合写过一篇论文,虽然浅显,但做起来非常有趣。这正是我想让那些对数学一无所知的人明白的——数学多么有趣!数学的奇妙之处之一在于,你走到世界某个地方,遇到其他数学家,就像一个大家庭。这个大家庭是一种美妙的喜悦。

参考文献

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