数学史 · 中文镜像

数学家传记

胡戈·施泰因豪斯Hugo Steinhaus

出生
1887年1月14日 奥地利帝国加利西亚亚斯沃(今波兰)
逝世
1972年2月25日 波兰弗罗茨瓦夫

胡戈·施泰因豪斯是一位波兰数学家,其著作《数学速写》影响深远。作为犹太人,他在二战期间先后经历苏联占领和纳粹占领,遭遇极为惨痛。战后他为波兰数学的复兴发挥了重要作用。

完整传记

胡戈·施泰因豪斯出生于加利西亚的一个波兰犹太知识分子家庭。他出生的城镇亚斯沃位于加利西亚,大约在克拉科夫和伦贝格(也称Lwów,现称利沃夫)之间(尽管离克拉科夫比离Lwów稍近一些)。加利西亚在1772年瓜分波兰时被并入奥地利。然而,当施泰因豪斯在亚斯沃出生时,奥地利已将该地区命名为加利西亚和洛多梅里亚王国,并赋予其很大程度的行政自治权。施泰因豪斯的父母是Bogusław 施泰因豪斯(1854-1933)和Ewelina Lipszyc(1855-1948)。Bogusław经营一家店铺,从事烟草和烟草制品贸易,于1880年与Ewelina结婚。他们有四个孩子:Felicja 施泰因豪斯(1881-1964);施泰因豪斯(1887-1972),即本传记的主人公;Irena Steinhaus(1889-1982);以及Olga Maria Steinhaus(1892-1962)。他们在亚斯沃的房子曾是一座修道院的一部分,家族于1853年购得。同一建筑群的一部分是施泰因豪斯的祖父Józef创办的一家杂货店,出售葡萄酒、酒精饮料和利口酒。施泰因豪斯这样描述他的父亲[39]:-

父亲很容易发笑,热爱生活,热爱他的家和家人、美食美酒、好伙伴、他的田地和花园、他的砖厂以及马厩里的马。他认为贪婪和野心、过度的热情和攀附社会地位,与懒惰、挥霍、无能以及随便与任何人交往一样,都是幸福的障碍。他享受好天气、一座建造精良的建筑,或花园里一棵美丽的苹果树,胜过一大笔银行存款。

施泰因豪斯的叔叔Ignacy 施泰因豪斯(1860-1928)是一位重要人物,是奥地利议会中的政治家。他的性格与施泰因豪斯的父亲截然不同,在施泰因豪斯年轻时发挥了很大作用。

当施泰因豪斯七岁仍未开始上学时,他的父亲放弃了店铺,开始从事建筑行业。不久之后,施泰因豪斯在县立学校开始上学,学校位于一座监狱上方的楼层。九岁时,他进入当地的文理中学,开始学习拉丁语和德语。他写道[39]:-

在学校里,学习被视为一件严肃的事情。历史给我带来了相当大的困难,因为我无法死记硬背事实,也想不出更好的方法来掌握这门学科。

他十二岁时染上了百日咳,被送到波罗的海沿岸科沃布热格与姑母同住。第一次见到大海是一次奇妙的经历。他回到亚斯沃的家中,但小腿上出现了大片红斑,不得不卧床近三个月;他非常无聊。他的父母雇了一位保姆照看孩子们,在两次尝试均未成功后,他们雇了一位来自里昂的法国姑娘,她做得很好,教了孩子们许多东西。

施泰因豪斯从初级中学毕业升入高级中学,此后不久他的大姐结婚了。他开始考虑应该从事什么职业,起初想从军,但他的外祖父是一位坚定的和平主义者,很快说服施泰因豪斯放弃了那个想法。他在[39]中解释了他如何决定成为一名数学家:——

我父亲的熟人中有位年轻工程师叫Ludwik Silberman,他除了在理工学院取得工程学资格外,还完成了大学哲学系的数学课程。当我第一次有机会问他可以在哪里学到更多数学时,他告诉我大学就是学数学的地方。就在那时我做出了决定。

当然,施泰因豪斯在学校学习数学,但他决定通过自学来学更多。他读了Placyd Dziwinski为Lwów理工学院学生编写的Lectures on Mathematics、Franz Vendt关于微分与积分的书,以及Adam von Burg为维也纳大学学生编写的分析书。此时他已临近1905年5月参加Matura考试的时间。他参加了数学、物理、波兰语、德语、拉丁语、希腊语和历史的笔试。由于这些笔试卷标准很高,他免去了数学、物理和历史的口试,但其他科目有口试。此时已被Lwów大学录取的施泰因豪斯,在开始大学学习前有五个月的假期。他去塔特拉山进行了一次探险。

在Lwów的住宿安排很容易,因为他的表兄Dyk已在那里学习法律。施泰因豪斯与Dyk一起住在Dyk的寡母租的公寓里。他在[39]中写道:——

给我们讲授数学的是Józef Puzyna,他曾在柏林师从拉扎勒斯·福克斯——太可惜他没有更早去那里学习,那时卡尔·魏尔斯特拉斯正在柏林!……我还修了哲学和社会科学的课程。

施泰因豪斯在利沃夫求学期间,1906年春天,柏林夏洛滕堡理工学院的画法几何学教授Stanisław Jolles来到了利沃夫。Jolles并非来访问大学,而是陪同他的妻子,她正前往她拥有的附近工厂出差。Jolles教授的妻子认识施泰因豪斯表兄的母亲,便与丈夫一同拜访了Dyk和施泰因豪斯居住的公寓。听说施泰因豪斯想成为数学家,Jolles坚决地对他说:“年轻人,收拾行囊去哥廷根吧。”1905-06学年末,施泰因豪斯回到Jasło的父母家中,向他们讲述了Jolles的“命令”。施泰因豪斯的父亲并不热衷让儿子去哥廷根,但母亲全力支持这个想法。于是很容易地安排他从1906年秋季起在哥廷根继续数学学习。

施泰因豪斯及时赶在学期开始前,经弗罗茨瓦夫、柏林、哈勒和艾兴贝格前往哥廷根。大学给了他一份寄宿公寓的名单,他在大学附近租了一个带膳食的房间。当时大学里大约有2000名学生,其中约400名是外国人。他在哥廷根大学学习了五年数学,受到了一群令人惊叹的强大数学家的影响,包括费利克斯·伯恩斯坦康斯坦丁·卡拉西奥多里理查·科朗特古斯塔夫·赫格洛茨大卫·希尔伯特菲利克斯·克莱因保罗·克伯埃德蒙·朗道(尽管他是在施泰因豪斯到哥廷根三年后才到达的)、卡尔·龙格奥托·特普利茨恩斯特·策梅洛。他的社交生活围绕着去国家咖啡馆,每周去两次市政游泳池。他的学术生活则以数学图书馆为中心。

尽管他在利沃夫曾将哲学作为副科学习,但他决定不在哥廷根选修哲学课程,而是选择应用数学作为副科[39]:-

这包括力学、解析几何、图解统计学、数值分析和大地测量学等主题。因此,我勤奋地在Prinzenstrasse的应用数学研究所上课,绘制图纸,并在Emil Wiechert的指导下,用经纬仪在城市街道上测量多边形。

施泰因豪斯在大卫·希尔伯特的指导下攻读博士学位。1911年,他以题为Neue Anwendungen des Dirichlet'schen Prinzips (约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷原理的新应用)的学位论文获得博士学位,成绩优异。获得博士学位后[55]:-

他回到加利西亚,由于没有学术职位,他在1911年至1914年期间作为“私人学者”(用施泰因豪斯自己的话)在Jasło和克拉科夫之间旅行。那时,他发表了几部作品,打网球,并在维斯瓦河上划船。他还游历了意大利和法国。

对施泰因豪斯研究方向的主要影响,相当令人意外地,不是哥廷根的任何主要数学人物,而是来自昂利·勒贝格的影响。施泰因豪斯在完成博士学位后,大约在1912年研读了昂利·勒贝格的两部主要著作Leçons sur l'intégration et la recherche des fonctions primitives (积分与求原函数讲义)(1904年)和Leçons sur les séries trigonmétriques (三角级数讲义)(1906年)。

1914年,第一次世界大战爆发,施泰因豪斯随家人迁居维也纳。他在波兰军团服役,作为第一军团炮兵团的炮组指挥官参加了沃里尼亚战役。退役后,他住在克拉科夫。他在[41]中讲述了尽管有战争,1916年在克拉科夫的普兰蒂公园散步仍是安全的:-

在一次这样的散步中,我无意中听到“勒贝格测度”这几个字。我走近公园的长椅,向两位年轻的数学学徒做了自我介绍。他们告诉我,他们还有一位名叫Witold Wilkosz的同伴,他们对他赞不绝口。这两个年轻人是斯特凡·巴拿赫欧顿·尼科迪姆。从那时起,我们定期见面,并且……我们决定成立一个数学学会。

斯特凡·巴拿赫欧顿·尼科迪姆在这张长椅上的雕像照片见THIS LINK

施泰因豪斯提议的数学学会最初是作为克拉科夫数学学会成立的,战争结束后不久,它变成了波兰数学会。施泰因豪斯在[41]中描述了新数学学会的起步,这段文字相当多地讲述了他在当时克拉科夫的生活:-

作为这个想法的发起人,我腾出我的房间供开会使用,作为准备工作的第一步,我把一块油布黑板钉在墙上。当寄宿公寓的法国女经理看到我所做的事时,她吓坏了——房东会怎么说?我让她平静下来,提醒她这栋楼的主人的是我叔叔的姐夫,她原谅了我的越轨行为。然而,我犯了一个错误。L先生摆出一副传统、顽固的房东姿态,对黑板本应服务的崇高目标无动于衷。学会扩大了——这是波兰此类事物的第一缕曙光。

也在这段时间,施泰因豪斯开始与斯特凡·巴拿赫合作,他们的第一部合作作品Sur la convergence en moyenne de séries de Fourier (关于约瑟夫·傅里叶级数的平均收敛)(1918年)于1916年完成。他与Stefania Szmosz(1896-1983)结婚,她是铁路工程师Marek Szmosz及其妻子Pepka Grünwald的女儿。Stefania于1896年5月2日出生在克拉科夫。施泰因豪斯和Stefania 施泰因豪斯有一个女儿Lidka Joanna 施泰因豪斯(1919-2000),她于1919年4月6日出生在利沃夫。

施泰因豪斯 在利沃夫的扬·卡齐米日大学(即此前的伦贝格大学)担任助理,并于1920年前后被提升为编外教授。此时 斯特凡·巴拿赫 已在利沃夫任职,该校的重要性迅速增长。马克·卡茨 是 施泰因豪斯 20世纪30年代在利沃夫的学生,他描述了 昂利·勒贝格 的工作对利沃夫学派的影响:-

昂利·勒贝格对卢布林学派的影响非常直接。该学派由施泰因豪斯和斯特凡·巴拿赫创立,主要集中于泛函分析及其多样应用、正交级数的一般理论以及概率论。毫无疑问,如果没有对昂利·勒贝格测度和积分的基本理解,这些理论都不会达到今天的显著地位。另一方面,昂利·勒贝格测度和积分的思想在卢布林得到了最引人注目和富有成果的应用。

直到1941年,施泰因豪斯都是卢布林学派的主要人物。1923年,他在Fundamenta Mathematicae上发表了基于测度论的掷硬币理论的第一个严格论述。1925年,他第一个定义并讨论了博弈论中的策略概念。施泰因豪斯于1927年与斯特凡·巴拿赫发表了他们的第二篇联合论文Sur le principe de la condensation des singularités (论奇点凝聚原理)。1929年,他与斯特凡·巴拿赫一起创办了一份新期刊Studia Mathematica,施泰因豪斯和斯特凡·巴拿赫成为首批编辑。编辑方针是:-

……专注于泛函分析及相关主题的研究。

施泰因豪斯参与的另一个重要出版事业始于1931年,是Mathematical Monographs的一个新系列。该系列由来自卢布林的施泰因豪斯和斯特凡·巴拿赫以及来自华沙的Knaster卡齐米日·库拉托夫斯基斯特凡·马祖尔凯维奇瓦茨瓦夫·谢尔宾斯基担任编辑。对该系列的重要贡献是施泰因豪斯于1937年与斯特凡·喀茨马茨合著的一卷,The theory of orthogonal series。关于这本书的更多信息,见THIS LINK

施泰因豪斯最著名的是他1937年写的书Mathematical Snapshots马克·卡茨在[17]中写道:-

……要理解和欣赏施泰因豪斯的数学风格,就必须阅读(或者更确切地说,观看)一些快照。……旨在吸引“儿童中的科学家和科学家中的儿童”……它表达——并不总是明确地,有时甚至无意识地——施泰因豪斯所认为数学是什么以及应该是什么。对施泰因豪斯来说,数学是现实和生活的镜子,就像诗歌是一面镜子一样,他喜欢“玩弄”数字、集合和曲线,就像诗人玩弄词语、短语和声音一样。

关于Mathematical Snapshots的更多信息,见THIS LINK

Stark [38]描述了施泰因豪斯在利沃夫的讲座:-

我们班由施泰因豪斯教授指导。这是一个非常大的班,分析课有超过220名学生挤在一个狭小且通风不良的教室里,有的站在过道上,有的坐在窗台上。……他的身影高高地坐在讲台上,旁边是一块五英尺乘五英尺的小黑板,俯瞰着拥挤的房间。……尽管施泰因豪斯在备课上很用心,但这些讲座对普通学生来说还是太难了。

利沃夫学派的数学家们在利沃夫的咖啡馆里做了大量的数学研究。苏格兰咖啡馆总体上最受数学家们欢迎,但施泰因豪斯除外,据斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆记载:-

……他通常光顾一家更雅致的茶馆,那里号称拥有波兰最好的糕点。

这是位于Akademicka街22号的Ludwik Zalewski糖果店。然而,正是在苏格兰咖啡馆里,著名的Scottish Book诞生了,其中包含了在那里工作的数学家们提出的未解决问题。施泰因豪斯有时也会在苏格兰咖啡馆与同事们相聚,他为这本书贡献了十个问题,包括1941年5月31日写下的最后一个问题,那是在纳粹军队进入该镇前几天。

你可以在 THIS LINK 上看到更多关于苏格兰咖啡馆的信息。

1938年战争阴云密布时,施泰因豪斯提议授予昂利·勒贝格利沃夫荣誉学位。施泰因豪斯对马克·卡茨开玩笑说[17]:-

留下这样的记录也不错:第一位博士生是斯特凡·巴拿赫,最后一位是昂利·勒贝格

昂利·勒贝格获得学位后的招待会在苏格兰咖啡馆举行,但只有十五位数学家出席,这表明由于政治局势,利沃夫的数学学派已大幅萎缩。他在[39]中写道:-

1941年6月22日星期日凌晨三点,我被一大群飞机的嗡嗡声吵醒。我望向窗外,在黎明的灰光中看到粉红色的天空,整个天空中不时爆发出白色的烟团。这些是苏联炮台爆炸的炮弹。在下面的街道上,我看到一队苏联士兵列队跑过——而且没有唱歌!这一切足以让我确信战争确实爆发了。我叫醒妻子,告诉她这个可怕的消息。当然,我们一刻也不怀疑德国人会占领利沃夫。

犹太人很快陷入极大的危险之中:-

……在苏联人撤离前,最近几天被捕的所有人都已被即决处决。……德国人立即发布新闻稿,声称受害者中没有犹太人,凶手是犹太人……在几天之内,约有3000名犹太人在Lwów及其周边地区丧生。……德国人没有参与这场屠杀,他们认为普通民众对犹太人自发采取的处置方式,有助于向世界证实民族社会主义关于犹太人对难以言说的罪行负有罪责的论点。

在被党卫军成员审讯和殴打之后,施泰因豪斯和他的妻子于1941年7月4日从他们在Lwów的家中离开,穿过他们在后花园篱笆上弄出的一个洞。这是他们待在家中的最后一天,因为从那时起,他们在战争岁月中一直躲避纳粹,遭受极大困苦,大多数时候忍饥挨饿,但施泰因豪斯始终在思考数学[17]:-

……即便在那时,他那敏锐而不安分的头脑仍在思考大量想法和计划。

他们不断在Lwów的不同房屋之间迁移,有时分开,一些朋友帮助了他们,但另一些人则拒绝相助。他们持有声称自己是希腊东正教徒的假出生证明,于1941年11月离开Lwów,前往Rudno。他们之所以幸存下来,是因为他们非常小心地掩盖行踪,并留下假线索。1942年7月11日,他们再次迁移,这次到了Stróze。阅读施泰因豪斯在[39]中的战时经历,可以生动地了解他和其他犹太人在此时所遭受的恐怖。施泰因豪斯有时能够私下授课,但这带来了额外的危险。这种恐怖直到战争结束才终止。

1945年,施泰因豪斯前往Kraków,并在那里接受了Wrocław大学的一个教授职位,在那里他承担了组织数学与自然科学系的任务。在随后的几年里,他多次访问美国的大学,包括Notre Dame。[17]中的马克·卡茨写道:-

……正是他,也许比任何其他个人都更多地帮助波兰数学从第二次世界大战使其沦为的灰烬中崛起,达到它如今所拥有的新的力量和受尊重的地位。

第二次世界大战结束后,Scottish Book似乎由施泰因豪斯在战争期间保存了下来,他将其寄给了美国的斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆。这本书由斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆翻译成英文并出版。现于弗罗茨瓦夫大学的施泰因豪斯决定,Scottish Book的传统太好了,不能就此终结。1946年,他将这一传统扩展到弗罗茨瓦夫,开始了New Scottish Book

最后让我们考察一些上文未提及的施泰因豪斯的数学贡献。1944年,施泰因豪斯提出了将蛋糕分成nn份的问题,使其既成比例(每个人都满意自己的一份)又无嫉妒(每个人都满意没有人得到超过公平份额)。对于n=2n = 2,这个问题是平凡的,一个人切蛋糕,另一个人选择自己的一份。施泰因豪斯为n=3n = 3找到了一个成比例但无嫉妒的解决方案。对于n=3n = 3的施泰因豪斯问题,一个无嫉妒的解决方案于1962年由约翰·康威和弗瑞兹·约翰 Selfridge独立找到。对于一般的nn,这个问题由Steven Brams和Alan Taylor于1995年解决。

施泰因豪斯的著作目录,见[22],包含170篇文章。他在泛函分析方面做了重要工作,但他自己称他在这一领域最伟大的发现是斯特凡·巴拿赫。施泰因豪斯的一些早期工作是关于三角级数的。他第一个给出了一些例子,这些例子将导致该主题的显著进展。他给出了一个三角级数的例子,该级数在每一点都发散,但其系数趋于零。他还给出了一个三角级数的例子,该级数在一个区间收敛,但在第二个区间发散。

正如我们上面所指出的,施泰因豪斯的其他贡献涉及正交级数、概率论、实函数及其应用。特别是,他与独立函数理论相关联,这源于他在概率论方面的工作,并且他是第一个精确阐述“独立”和“均匀分布”概念的人。他在Probability, verisimilitude, credibility(波兰语)(1954)中给出了托马斯·贝叶斯原理的应用。他早些时候在撰写Quality control by sampling a plea for Bayes' rule)(1951)时为托马斯·贝叶斯原理进行了辩护。Bernard Koopman在一篇评论中写道:-

作者简要考察了现代统计质量控制方法及其通过序贯分析改进的一些例子,并给出了两种解释:依据托马斯·贝叶斯的先验概率概念,以及依据当前否定这种概念的时尚。他展示了前一种方法的一些优越性,并强调他的观点,即第二种方法只是在表面上避免了托马斯·贝叶斯的概念。最后,他试图回答一个对假设待估计参数α具有均匀先验分布的著名反对意见(即反对意见认为,α2\alpha^{2}α\alpha的某个其他函数β将不会均匀分布)。他的回答是,对于质量控制,α\alpha只是一件事,即总体中合格品的比例;这个变量(显然按照惯例)必须被视为均匀分布,而不是β\beta

他对博弈论做出了贡献,例如在与Stanisław Trybuła合作的论文Measurement by successive comparison(波兰语)(1958)中。

除了他的著名著作Mathematical Snapshots外,他还写了备受赞誉的One Hundred Problemsin elementary mathematics。关于这些书的信息,见THIS LINK

施泰因豪斯在支持波兰数学方面发挥了重要作用[55]:-

他分别于1937-1938年和1946-1948年担任波兰数学会的利沃夫分会和该学会的弗罗茨瓦夫分会主席,同时也是该学会的副主席。他是波兰学术院(1945年当选)的通讯院士。他还是弗罗茨瓦夫科学学会的创始人之一,该学会成立于1946年,他担任秘书长直至1947年,并于1956-1958年担任主席。他还参与了国家数学研究所的组织工作(成立于1947-1948年,后转变为波兰科学院数学研究所),担任副主任直至1952年,后来担任自然与经济应用系主任。他曾是波兰科学院人体测量学委员会主席。自1951年起,他是华沙科学学会的正式成员,自1951年起,是波兰科学院的正式成员。他参与了弗罗茨瓦夫期刊《数学讨论会》(自1947年出版)的创办,1948年,他重新创办了原在利沃夫的《数学研究》,并于1953年在弗罗茨瓦夫创办了《数学应用》(现名为《数学应用》)。

他获得了许多奖项,我们仅列举少数几个。Polish Mathematical Society授予他斯特凡·巴拿赫奖(1946年)和斯特凡·马祖尔凯维奇奖(1951年)。他获得了波兰学术院奖(1948年)、一级国家奖(1951年)、弗罗茨瓦夫市奖(1960年)和Alfred Jurzykowski奖。他获得了华沙大学、波兹南大学和弗罗茨瓦夫大学以及弗罗茨瓦夫医学院的名誉博士学位。他被授予波兰复兴勋章军官十字、带星指挥官十字(1957年)、一级劳动旗帜勋章(1959年)以及其他几个奖项。

施泰因豪斯于1972年2月在弗罗茨瓦夫去世,享年85岁。他被安葬在圣家堂区公墓;他的墓碑上写着:“在精神与物质之间,是数学。”

参考文献

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