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数学家传记

列夫·庞特里亚金Lev Pontryagin

出生
1908年9月3日 俄国莫斯科
逝世
1988年5月3日 俄国莫斯科

列夫·庞特里亚金是一位盲人俄罗斯数学家,在代数和拓扑学方面做出了重要工作。

完整传记

列夫·庞特里亚金的父亲Semen Akimovich 庞特里亚金是一名公务员。庞特里亚金的母亲Tat'yana Andreevna Pontryagina在他出生时29岁,她是一位非凡的女性,在他成为数学家的道路上发挥了关键作用。也许“公务员”这一描述虽然准确,却给人错误的印象,以为家庭相当富裕。事实上,Semen Akimovich的工作使家庭没有足够的钱让儿子接受良好的教育,Tat'yana Andreevna利用她的缝纫技能工作以帮助家庭财务。

庞特里亚金就读于镇上的学校,那里的教育水平远低于较好的学校,但家庭贫困使这些好学校在经济上遥不可及。14岁时,庞特里亚金遭遇了一场事故,一次爆炸使他失明。这本来可能意味着他的教育和职业生涯的终结,但他的母亲另有想法,并致力于帮助他克服失明这一几乎不可能的困难而取得成功。她给予庞特里亚金的帮助在[3]和[4]中有所描述:-

从这一刻起,塔季扬娜·安德烈耶夫娜完全承担起了在儿子生活各个方面满足其需求的责任。尽管她不得不面对巨大的困难,但她在自己承担的任务上如此成功,以至于她确实值得全世界科学的感激……多年来,她实际上一直担任庞特里亚金的秘书,为他朗读科学著作,在他的手稿中写入公式,修改他的工作等等。为了做到这一点,她尤其必须学会阅读外语。塔季扬娜·安德烈耶夫娜在其他所有方面都帮助庞特里亚金,照顾他的需求,对他关怀备至。

我们不妨稍作停顿,想一想塔季扬娜·安德烈耶夫娜,一个没有数学训练或知识的人,如何凭借她的决心和极大努力,让庞特里亚金克服重重困难成为数学家,从而为数学做出了重大贡献。一定还有许多其他非数学家,其中许多人也许未被历史记载,他们也通过无私的行为让数学得以繁荣。正如我们在本档案中试图表明的,数学的发展取决于数学家自身才能之外的众多影响:政治影响、经济影响、社会影响,以及像塔季扬娜·安德烈耶夫娜这样的非数学家的行为。

但是,一个人如果不懂数学,又怎么能读懂数学论文呢?当然,论文里满是神秘的符号,塔季扬娜·安德烈耶夫娜不知道它们的数学含义或名称,只能根据它们的外形来描述。例如,交符号成了“尾巴朝下”,而并符号成了“尾巴朝上”。如果她读到“AA尾巴朝右BB”,那么庞特里亚金就知道AABB的子集!

庞特里亚金于1925年进入莫斯科大学,他的讲师们很快便发现他是一个出类拔萃的学生。当然,一个不能做笔记的盲人学生却能够记住最复杂的符号运算,这本身就非常了不起。更了不起的是,庞特里亚金能够比他的任何同学都更清楚地“看到”(请原谅这个糟糕的双关语)呈现在他面前的主题的深层含义。在他所修的高级课程中,庞特里亚金对亚历山大·欣钦的分析课程感到不太满意,但他特别喜欢帕维尔·亚历山德罗夫的课程。庞特里亚金深受帕维尔·亚历山德罗夫的影响,而帕维尔·亚历山德罗夫的研究方向决定了庞特里亚金多年工作的领域。然而,这既与帕维尔·亚历山德罗夫的数学有关,也同样与帕维尔·亚历山德罗夫本人有关([3]和[4]):-

亚历山德罗夫的个人魅力、他的关注和乐于助人,对庞特里亚金科学兴趣的形成产生了显著影响,事实上不亚于这位年轻学者本人的个人能力和倾向。

1927年是庞特里亚金父亲去世的一年。到1927年,尽管庞特里亚金还只有19岁,他已经开始在詹姆斯·韦德尔·亚历山大对偶定理上产生重要结果。他的主要工具是使用由勒伊岑·布劳威尔引入的环绕数,并且到1932年,他证明了欧几里得空间中有界闭集的homology groups与该空间补集中的同调群之间的对偶性,从而得出了这些对偶性结果中最重要的一个。

庞特里亚金于1929年毕业于莫斯科大学,并被聘入力学与数学系。1934年,他成为弗拉基米尔·安德烈耶维奇·斯捷克洛夫研究所的成员,1935年,他成为该研究所拓扑学泛函分析系的主任。

庞特里亚金研究拓扑学和代数中的问题。事实上,他对自己所研究领域的描述是:-

……这些问题把数学的这两个领域结合到了一起。

庞特里亚金关于对偶性的这项工作([3]和[4])的意义在于:——

……不仅在于它对拓扑学的进一步发展所产生的影响;同样重要的是,他的定理使他能够为交换topological group构造一般的characters理论。这一理论在历史上是拓扑代数这个数学新分支中第一个真正非凡的成就,是本世纪整个数学中最根本的进展之一……

大卫·希尔伯特在1900年提出的23个问题之一,是证明他的猜想:任何局部欧几里得拓扑群都可以赋予解析流形的结构,从而成为一个李群。这后来被称为大卫·希尔伯特第五问题。1929年,冯·诺伊曼利用他引入的一般紧上的积分,解决了大卫·希尔伯特第五问题中关于紧的群的情形。1934年,庞特里亚金利用他引入的局部紧阿贝尔群上的特征标理论,证明了大卫·希尔伯特第五问题中关于阿贝尔群的情形。

庞特里亚金关于上述主题的最重要著作是topological groups(1938)。[3]和[4]的作者正确地断言:——

这本书属于那种罕见的数学著作,它们真正堪称经典——历经数十年仍保持其重要性,并对整整几代数学家的科学观产生塑造性影响。

此处一段未译出,以下为英文原文 In 1934 Cartan visited Moscow and lectured in the Mechanics and Mathematics Faculty. Pontryagin attended Cartan's lecture which was in French but Pontryagin did not understand French so he listened to a whispered translation by Nina Bari who sat beside him. Cartan's lecture was based around the problem of calculating the homology groups of the classical compact Lie groups. Cartan had some ideas how this might be achieved and he explained these in the lecture but, the following year, Pontryagin was able to solve the problem completely using a totally different approach to the one suggested by Cartan. In fact Pontryagin used ideas introduced by Morse on equipotential surfaces.

庞特里亚金的名字与许多数学概念联系在一起。配边理论的基本工具是庞特里亚金-勒内·托姆构造。关于流形示性类的一个基本定理涉及称为流形的庞特里亚金示性类的特殊类。示性类的主要问题之一直到谢尔盖·彼得罗维奇·诺维科夫证明了它们的拓扑不变性才得到解决。

1952年,庞特里亚金完全改变了他的研究方向。他开始研究应用数学问题,特别是研究微分方程控制理论。事实上,这一方向的改变并不像看起来那么突然。从20世纪30年代起,庞特里亚金就与物理学家A A Andronov交好,并经常与他讨论Andronov正在研究的振动理论和自动控制理论中的问题。1932年,他与Andronov合作发表了一篇关于动力系统的论文,但庞特里亚金在1952年工作中的重大转变发生在Andronov去世前后。

1961年,他与他的学生V G Boltyanskii、R V Gamrelidze和E F Mishchenko一起发表了The Mathematical Theory of Optimal Processes。第二年出现了英译本,同样在1962年,庞特里亚金因其著作获得了列宁奖。随后,他发表了一系列关于微分博弈的论文,扩展了他在控制理论方面的工作。庞特里亚金在控制理论方面的工作在历史综述[5]中有所讨论。

庞特里亚金的另一本书Ordinary differential equations的英译本也于1962年问世。

庞特里亚金因其工作获得了许多荣誉。他于1939年当选为科学院院士,1959年成为正式成员。1941年,他是斯大林奖(后称国家奖)的首批获得者之一。1970年,他荣幸地当选为国际数学联盟副主席。

参考文献

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