数学史 · 中文镜像

数学家传记

本杰明·皮尔斯Benjamin Peirce

出生
1809年4月4日 美国马萨诸塞塞勒姆
逝世
1880年10月6日 美国马萨诸塞州剑桥

本杰明·皮尔斯是一位早期的美国数学家,在应用方面研究天体力学和大地测量学,在纯数学方面研究线性结合代数和数论。他被称为美国的“纯数学之父”。

完整传记

本杰明·皮尔斯的父母是Lydia Ropes Nichols和皮尔斯。因此,本传记的主人公皮尔斯与他的父亲同名,他的父亲既是马萨诸塞州的州议员,也是哈佛学院的图书馆员。我们注意到这个姓氏读作“Purse”。尽管在皮尔斯出生时哈佛已经建立了大约170年,但它仍处于相当严格的政治控制之下,并不是一所真正具有全国地位的机构。随着皮尔斯终身与哈佛的联系及其影响力稳步增长,这种情况将会改变。皮尔斯是拉斐尔·塞勒姆私立文法学校的学生,在那里他与Henry Ingersoll 纳撒尼尔·鲍迪奇成为朋友,后者是纳撒尼尔·鲍迪奇及其妻子Mary Ingersoll的八个孩子之一。

皮尔斯于1825年进入哈佛学院,四年后毕业。在这些年里,他协助他的朋友Ingersoll 鲍迪奇的父亲。纳撒尼尔·鲍迪奇翻译的皮埃尔·西蒙·拉普拉斯Traite de mécanique céleste(《天体力学论》)前四卷到1818年已经完成,但在皮尔斯还是本科生期间,他仍未将其出版。几乎可以肯定,出版费用导致了延迟,但纳撒尼尔·鲍迪奇在1818年之后并没有把这项工作搁置一旁,在随后的几年里仍在继续改进它。在皮尔斯还是本科生时,他参与了纳撒尼尔·鲍迪奇的项目,通读文本进行校对并提出改进建议。

皮尔斯于1829年至1831年在马萨诸塞州北安普顿的George Bancroft的Round Hill学校任教,然后于1831年被任命为哈佛学院的导师,此时距他毕业已有两年。他于1833年获得哈佛大学硕士学位,同年与参议员Elijah Hunt Mills的女儿Sarah Hunt Mills结婚。皮尔斯和Sarah Peirce有四个儿子和一个女儿,其中包括查尔斯·桑德斯·皮尔士(本档案中也有他的传记)和James Mills 皮尔斯,后者曾在哈佛数学系任教,然后从1890年到1895年担任哈佛研究生院院长,此后担任文理学院院长。他们的另外两个儿子也事业有成,皮尔斯 Mills 皮尔斯成为采矿工程师,Herbert Henry Davis 皮尔斯成为外交官。

正是在哈佛,皮尔斯从1831年起度过了他的整个职业生涯。他于1833年被任命为那里的数学与自然哲学教授,担任此职位九年,直到数学与天文学教授职位空缺时,他被调任该讲席。他的第一个讲席不是捐赠设立的,但他在1842年被任命的讲席是捐赠设立的Perkins讲席,他继续担任此职直到去世。

在他职业生涯的早期,皮尔斯 出版了许多教科书。例如 An Elementary Treatise on Plane Trigonometry(1835年)、First Part of an Elementary Treatise on Spherical Trigonometry(1836年)、An Elementary Treatise on Sound(1836年)、An Elementary Treatise on Algebra : To which are added Exponential Equations and Logarithms(1837年)、An Elementary Treatise on Plane and Solid Geometry(1837年)、An Elementary Treatise on Plane and Spherical Trigonometry(1840年)以及 An Elementary Treatise on Curves, Functions, and Forces 第1卷(1841年)、第2卷(1846年)。这些书具有原创性且在数学上优雅,但对当时的美国学生来说要求过高。学生们觉得它们过于简练,而且除了最优秀的学生之外,其他人也觉得他的讲课风格非常难懂 [7]:-

他讲课时不停下来回答问题,黑板上写满了大量潦草的字迹。然而,最优秀的学生能够欣赏他的怪癖,并被他对数学的热情所激励。

在 [3] 中,Archibald 引用了 Lawrence Lowell 的观点,他是 皮尔斯 教过的最优秀的学生之一:-

他一完成题目或写满黑板,就会把所有内容擦掉,然后重新开始。他对细节缺乏耐心,有时结果会不对;但他不是检查自己的工作以找出错误,而是把它擦掉,说他在某个地方弄错了一个符号,我们复习笔记时就会发现。这样描述起来,这种教学方法竟然具有启发性,可能显得奇怪;然而对我们来说,它在最高程度上确实如此。我们被他思想的奔涌、他智力活动的从容与把握所带动。

如果普通学生无法应对皮尔斯向他们呈现的数学,那么他认为最好只让更有天赋和专注的学生在一年级之后继续学习数学。他提出了三条不同的路径供学生选择。一种选择是为期一年的实践课程,第二种是主要为学校教师设计的一年理论课程,第三种选择是为期三年的课程,旨在培养未来的数学家。1847年哈佛大学劳伦斯科学学院成立后,皮尔斯得以在美国首次教授研究生水平的数学。他设置的课程令人印象深刻,包括学习西尔维斯特·佛朗索瓦·拉克鲁瓦奥古斯丁·路易·柯西加斯帕尔·蒙日让-巴蒂斯特·毕奥威廉·哈密顿皮埃尔·西蒙·拉普拉斯西莫恩·德尼·泊松卡尔·弗里德里希·高斯于尔班·勒维耶弗里德里希·威廉·贝塞尔约翰·柯西·亚当斯乔治·比德尔·艾里詹姆斯·麦古拉恩斯特·弗朗茨·诺伊曼的著作。这是一门真正雄心勃勃的课程,但有些超前于时代,他每年只教大约两名学生。

皮尔斯 在广泛的数学主题上进行了研究,从应用方面的天体力学和大地测量学到纯数学方面的线性结合代数和 数论。在一篇早期的数论论文中,他证明了不存在少于四个不同 prime 因子的奇 完全数。他还修订并撰写了关于 纳撒尼尔·鲍迪奇 翻译的 皮埃尔·西蒙·拉普拉斯Traité de mécanique céleste (《天体力学专论》)前四卷的评论,他在本科时曾亲自校对过这部译作。这些卷中只有三卷在 纳撒尼尔·鲍迪奇 生前出版,而 皮尔斯 本人完成了第四卷的编辑并使其出版。

皮尔斯 帮助确定了海王星的轨道(1846年发现),并计算了海王星对天王星轨道和其他行星产生的摄动。事实上,他对此问题持有有争议的观点,因为他声称 于尔班·勒维耶约翰·柯西·亚当斯 对扰动天王星的行星位置所做的预测与 Galle 发现的海王星不符。他还声称海王星没有遵循 于尔班·勒维耶约翰·柯西·亚当斯 预测的轨道。

1852年,皮尔斯 将方法引入应用于观测的误差理论,允许剔除有缺陷的观测。这产生了一个有趣的后果,即他在1856年的一桩法庭案件中被传唤为专家证人(见 [14])。该案件涉及在一份有争议的遗嘱上伪造 Sylvia Ann Howland 的签名。皮尔斯 检查了签名中的三十条向下笔画,并测量了每条的角度。然后他声称,将这些角度与 Sylvia Ann Howland 另一个签名的角度进行比较,差异如此之大,以至于所谓的伪造签名必定是伪造的,而且必定是描摹的。为了支持他的主张,他对42个真实的 Sylvia Ann Howland 签名中向下笔画的角度进行了统计分析。皮尔斯 的统计论证存在弱点,[14] 中指出了这些弱点,特别是关于他所考虑的概率的独立性。也许幸运的是,该案件是基于法律形式问题判决的,皮尔斯 的证据在决定案件结果中并非关键。[14] 的一个好处是作者给出了 皮尔斯 研究过的所有签名,所以我们都可以自己扮演专家证人!

1870年,皮尔斯自费出版了Linear Associative Algebra,对所有维数小于七的复结合代数进行了分类。他使用如今熟悉的幂等幂零元素(由皮尔斯创造的术语)工具,为线性结合代数的一般理论奠定了基础,并在书中给出了150多个新代数的乘法表。他深受威廉·哈密顿关于四元数的工作影响,从而发展了这条特定的代数思考路线。Pycior在[19]中讨论了这项工作,她声称:-

皮尔斯值得认可,不仅作为美国数学的奠基人,而且作为现代抽象代数的奠基人。

皮尔斯于1870年在华盛顿向国家科学院宣读了该文本,然后分发了100份石印副本[10]:-

皮尔斯从1867年起向国家科学院提交了他的一些成果,四年前他被任命为该院的创始成员;但他们无力印刷。因此,在海岸调查工作人员的倡议下,找到了一位没有数学训练但字迹优美的女士,她既能读懂他潦草的手稿,又能每次12页地将全文写在石印石上。

他的儿子查尔斯·桑德斯·皮尔士后来编辑了这部作品,于1881年在American Journal of Mathematics中出版。

皮尔斯的职业生涯还有另一个方面我们仍需提及。他以重要方式参与了美国海岸调查局,1852年担任经度测定主任,随后在1867年时任主任Alexander Dallas Bache去世后,他被任命为美国海岸调查局局长。他继续担任局长直到1874年,除了监督美国地图的制作外,他还组织了调查局前往西西里、长崎、查塔姆群岛和阿拉斯加的探险,以观测天文事件。他在1853年美国协会主席任期结束时的演讲中说道[17]:-

在天文学中……必须承认,土星和木星、火星和金星仍受未解释的运动不规则性影响;小行星理论尚未超越算术的最早阶段;土星环与其主星通过一种[神秘的]……力相连;潮汐遵循太阳和月亮引力的规律还很不发达。海岸调查局在这一主题上所做的卓越研究已经确立,这里仍有一个待征服的世界……

在[17]中,皮尔斯表明他坚信数学:-

……它是伟大的万能钥匙,开启知识的每一扇门,没有它,任何发现——任何值得称为发现的、是规律而非孤立事实的发现——都不曾或永远无法做出。

然而,他警告不要为纯数学而纯数学:-

被其对称性所吸引,几何学家有时可能过于专注于他的科学,忘记了它的应用;他可能将其提升为偶像并崇拜它;他可能将其贬低为玩具,幼稚地自娱于它可能呈现的奇异形状,而本应努力工作,将其用于人类的利益……

鉴于这一说法,皮尔斯被称为美国的“纯粹数学之父”就略显奇怪了(例如见[4])。

皮尔斯因其对美国数学的杰出贡献而获得了许多荣誉。他致力于建立美国科学促进会(1847年成立)和国家科学院(美国)(1863年成立)。皮尔斯是美国艺术与科学院于1847年成立的组织史密森学会的五人委员会成员之一。他还被任命为三人科学委员会成员,该委员会于1955年至1858年在纽约奥尔巴尼组织了达德利天文台。皮尔斯当选为美国哲学会会士(1842年)、Royal Astronomical Society会士(1850年)和皇家学会会士(1852年)。

最后让我们指出,皮尔斯是一位虔诚的基督徒,并认为[10]:-

……数学是上帝造物对上帝作品的研究。

皮尔斯在[17]中详细阐述了这一点。我们给出简短引文:-

每一门科学都提供了足够的证据,但几何学提供的证据最多,证明我们被分配到的这个世界特别适合我们的心智,并且极好地促进了我们的智力进步。造物主的计划中包含这一点是无可置疑的。整个秩序本来可以多么轻易地被颠倒!我们本来可以多么轻易地被安排到某个我们微弱而有限的能力无法解开的复杂体系中!

参考文献

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