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数学家传记

卡尔·龙格Carl David Tolmé Runge

出生
1856年8月30日 德国不来梅
逝世
1927年1月3日 德国哥廷根

卡尔·龙格研究代数方程数值求解的方法,后来研究元素光谱线的波长。

完整传记

卡尔·龙格的父母是Julius Runge和范妮·龙格。Julius Runge出身于商人家庭,但大约在1836年前往古巴哈瓦那。他经常回到不来梅,但大约20年间主要住在哈瓦那。范妮·龙格是住在哈瓦那的英国商人Charles David·龙格的女儿。龙格听起来不太像英国名字,确实如此,因为这个家族有胡格诺派血统。朱利叶斯和范妮于1846年5月16日在哈瓦那结婚。龙格是他父母四个儿子中的第三个。这段婚姻还育有四个女儿。尽管龙格出生在不来梅,但他的早年是在哈瓦那度过的。龙格一直与母亲非常亲近,像典型的英国孩子一样被抚养长大。事实上,朱利叶斯和范妮在家中说英语,因此孩子们成长过程中以英语为第一语言。龙格的四个年长兄弟姐妹中有三个最终定居英国。朱利叶斯退休后,全家回到不来梅永久居住,但朱利叶斯的退休生活很短暂,他于1864年1月18日去世。范妮独自一人抚养八个孩子。福曼写道[1]:-

因此,在他的成长过程中有很强的英国元素,尤其是对体育、自立和公平竞争的强调,这与汉萨城镇的公民传统相结合,影响了他的政治和社会观点。

龙格在不来梅上了中学,并于1875年通过了大学入学考试。1875年离开学校后,龙格与母亲一起花了六个月时间游览意大利的文化中心。回到德国后,他于1876年复活节进入慕尼黑大学学习文学和哲学。他的三个哥哥对追求学术生涯不感兴趣,他们都选择进入商界。然而,龙格作为文学学生的生涯很短暂,因为上了六周课后他就转到了数学和物理。龙格与同学马克斯·普朗克一起上课,他们成了亲密的朋友,并终生保持这种友谊。

1877年秋天,马克斯·普朗克和龙格都去了柏林,但龙格在听了卡尔·魏尔斯特拉斯的讲座后转向了纯数学。他觉得古斯塔夫·基尔霍夫赫尔曼·冯·亥姆霍兹讲授的数学物理讲座不是特别有吸引力。另一方面,他喜欢恩斯特·爱德华·库默尔开设的课程以及卡尔·魏尔斯特拉斯开设的课程。尽管龙格已投身于纯数学的研究,但他并未失去对哲学的最初兴趣。他在1878-79年冬季学期参加了Friedrich Paulsen关于弗洛伦斯·南丁格尔·大卫休谟的课程。Paulsen刚被任命为柏林大学的编外教授,龙格对他评价极高。他写道,Paulsen是两位[1]之一:-

……我最好的知识和能力都归功于他。

他的博士学位论文于1880年6月23日提交给柏林大学,内容涉及微分几何。论文题目是Über die Krümmung, Torsion und geodätische Krümmung der auf einer Fläche gezogenen Curven (论实体上曲面曲线的曲率、挠率和测地曲率),由Ferdinand Rudio、W Sachse和Adolf Piltz审阅,后者是恩斯特·爱德华·库默尔卡尔·魏尔斯特拉斯的博士生。虽然卡尔·魏尔斯特拉斯是他的导师,但他并未建议龙格的论文题目;这个题目反而来自他与数学协会中其他学生的讨论,他积极参与了该协会。

在1880-81学年取得文理中学教师资格后,他完成了必要的考试并回到柏林,开始与利奥波德·克罗内克合作。龙格随后研究了一种代数方程数值求解的方法,其中根表示为系数的有理函数的无穷级数。这类方程有三种标准的数值解法,即艾萨克·牛顿约翰·伯努利格拉夫的方法,而龙格发现的方法将三种标准方法都作为特例包含在内。他将这些结果收入1883年2月提交给柏林的教授资格论文(Habilitation)论文中。这使他获得了在柏林大学授课的资格,并在那里继续从事代数和函数论的研究,成为围绕利奥波德·克罗内克形成的数学家群体的一员。

龙格在职业生涯的这个阶段发表的作品很少,但在1884年9月于斯德哥尔摩拜访约斯塔·米塔格-莱弗勒之后,他被约斯塔·米塔格-莱弗勒说服,将自己得出的结果写出来。在这种鼓励下,他写了一些论文,于1885年发表在约斯塔·米塔格-莱弗勒的期刊Acta mathematica上。龙格不仅作为数学家崭露头角,他还进入了柏林的社会生活[1]:-

龙格——身材高瘦,头颅硕大而轮廓精致——年轻时练就了非凡的滑冰技巧;19世纪80年代初在柏林,当这项活动变得极为时髦时,他显得格外引人注目。

柏林最令人印象深刻的教授之一是埃米尔·杜布瓦-雷蒙,数学家Paul du Bois-Reymond的哥哥。埃米尔·杜布瓦-雷蒙对生理学、医学和哲学感兴趣,并于1880年在柏林科学院发表了一篇著名演讲,其中他列出了七个他宣称科学无法解释的谜题。这些谜题包括:物质与力的终极本质;运动的起源;生命的起源;以及自由意志问题。龙格与埃米尔·杜布瓦-雷蒙一家变得友好,尤其是与他的孩子们。1885年,他与艾梅·杜布瓦-雷蒙订婚,但她的父亲自幼受虔敬派教养,持有严格的观点,说在龙格获得教授职位之前不允许他们结婚。幸运的是,这并没有成为长久的障碍,因为1886年3月龙格获得了汉诺威技术高等学校的讲席。他于1887年8月与艾梅结婚,并在汉诺威待了18年。帕申(与龙格合作了七年,见下文)这样描述龙格及其在汉诺威的家庭生活[4]:-

他们有四个女儿和两个儿子,其中一个儿子在战争[第一次世界大战]中阵亡。龙格在汉诺威的家……那些有幸踏入其中的人永远不会忘记。这个家庭培养了许多科学与艺术。龙格本人弹钢琴,他和孩子们常常演奏《马太受难曲》等音乐经典。龙格是一位善于处理事务的人,极具个人魅力。他喜爱各种运动,并练习骑自行车、体操和游泳。在汉诺威,他常常每天四次骑自行车从家到技术高等学校,距离约八公里。在他的一切活动中,他都把科学事务放在首位,并愿意为它们的进步牺牲一切。

在汉诺威获得教授职位后的一年内,龙格就从纯数学转向研究氢以外元素光谱线的波长。(J J 约翰·雅各布·巴耳末曾为氦的光谱线构造了一个公式。)事实上,龙格对这一主题的兴趣是通过埃米尔·杜布瓦-雷蒙产生的,那是在龙格娶他女儿的前一年。杜布瓦-雷蒙曾在柏林科学院听过海因里希·凯泽关于这一主题的讲座,这让他很感兴趣,而在凯泽于1885年秋被任命为汉诺威技术高等学校物理学教授后,三人开始共同研究这个问题。凯泽和龙格在七年间于柏林科学院的学报上发表了七篇联合论文。这些论文总计超过350页,做出了重要贡献。在其中一篇发表于1888年的论文中,他们写道,这个关于氢以外元素光谱线波长的问题[1]:-

……比任何其他物理过程都能更深入地洞察原子的组成和性质。

龙格做了大量实验工作,并发表了大量结果。他成功地将氦的光谱线排列成两个光谱系,直到1897年,这被认为是氢是两种元素混合物的证据。与凯泽合作七年后,凯泽于1894年离开汉诺威,去担任波恩大学物理学讲席。这一职位因海因里希·鲁道夫·赫兹在36岁时因血液中毒不幸去世而空缺。龙格独自继续光谱学研究六个月,但随后说服弗里德里希·帕申加入他。帕申是一位实验家,他们在汉诺威一起工作了七年。龙格于1895年访问英国,并与瑞利变得友好。两年后,他前往美国,在那里与A A 迈克耳孙成为朋友。在美国期间,他参观了叶凯士天文台,并得到乔治·E·黑尔提供的教授职位,但他拒绝了。帕申这样描述他们在汉诺威的合作工作[4]:-

当这种气体最初由Ramsay发现时,我们研究了氦的光谱。随后我们转向氧、硫和硒的光谱。在这些光谱中,我们首次发现了两种不同多重度的系列系统。

1901年,Paschen离开汉诺威,被任命为图宾根大学物理学教授。在这个阶段,龙格继续与Julius Precht合作,后者此前在海德堡担任理论物理学特聘讲席。龙格和Precht合作[4]:-

……关于镭的光谱以及埃里克·克里斯托弗·齐曼对其谱线的影响。他们发现了弧光谱和火花光谱中的主线群,并将其归类为碱土金属的谱线。

有趣的是,为什么龙格在汉诺威技术高等学校待了这么久,而其他人却被任命到更有声望的讲席。原因几乎可以肯定是因为龙格不合群。一方面,许多人认为他是数学的叛徒,因为他离开了数学领域去从事物理学研究。然而,物理学家们认为龙格是数学家,不会认为他完全适合在顶尖机构担任物理学讲席。值得在此指出的是,龙格一直认为自己是个数学家。1904年,Klein说服哥廷根大学向龙格提供一个应用数学讲席,龙格于同年10月就任此职,直到1925年退休[4]:-

在哥廷根,他被任命从事应用数学的教学和研究。他发展了许多数值和图形方法,给出了微分方程的数值解等。他是将这类数学引入德国的先驱。

龙格深入参与教学,研究工作减少。他于1908年出版了Analytische Geometrie der Ebene,并于1924年与H约翰·萨穆埃尔·柯尼希合著了Vorlesungen über numerisches Rechnen(数值计算讲义)。1909年10月至1910年1月,他在纽约哥伦比亚大学讲授Graphical methods,并于1909-1910年担任德皇威廉德国历史与制度教授。

这里是Introduction to Graphical methods

龙格是哥廷根大学[1]中一位极具影响力的人物:-

尽管他持有自由派政治观点——公开反对第一次世界大战期间的兼并,并在战后加入民主党——龙格仍保有同事的信任和他在大学中的影响力。

龙格在1923年达到68岁的退休年龄,但他继续管理他的研究所,直到他的继任者古斯塔夫·赫格洛茨于1925年到来。然而,我们应该注意到,当古斯塔夫·赫格洛茨接任时,该讲席的名称不再是“应用数学”。

我们上面已经注意到,龙格非常热爱运动,即使年岁渐长也依然健康而活跃,在他70岁生日时,他还通过做倒立来逗孙辈们开心。他仍在数学上活跃,有几个雄心勃勃的项目正在进行中。然而六个月后,他心脏病发作并去世了。他的母亲Fanny已于1910年去世。

参考文献

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