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数学家传记

恩斯特·策梅洛Ernst Zermelo

出生
1871年7月27日 德国柏林
逝世
1953年5月21日 德国布赖斯高地区弗赖堡

恩斯特·策梅洛是一位德国数学家,在数学基础方面做了开创性工作。

完整传记

恩斯特·策梅洛的父母是Ferdinand Zermelo和Maria Augusta Elisabeth Ziegler。他的父亲是一位大学教授,因此策梅洛在一个鼓励学术追求的家庭中长大。他的中学教育是在柏林的Luisenstädtisches 文理中学(Gymnasium)完成的,他于1889年从文理中学毕业。

当时,德国的学生在多所不同大学学习的习惯很普遍,策梅洛正是这样做的。他在三所大学学习,即柏林、哈勒和弗莱堡,所学科目相当广泛,包括数学、物理和哲学。

在这些大学里,他听了费迪南德·格奥尔格·弗罗贝尼乌斯拉扎勒斯·福克斯马克斯·普朗克艾尔哈德·施密特赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨和Edmund Husserl的课程。这是一批令人印象深刻的、富有启发性的讲师,策梅洛在完成第一个学位后开始从事数学研究。他于1894年完成博士学位,当时柏林大学授予他学位,学位论文为Untersuchungen zur Variationsrechnung (变分法研究),该论文遵循卡尔·魏尔斯特拉斯的方法处理变分法。在这篇论文中,他[1]:

……将卡尔·魏尔斯特拉斯关于一类曲线上积分极值的方法推广到被积函数依赖于任意高阶导数的情况,同时给出了曲线空间中邻域概念的仔细定义。

获得博士学位后,策梅洛留在柏林大学,被任命为马克斯·普朗克的助手,后者在那里担任理论物理讲席。在这个阶段,策梅洛的工作更多地转向应用数学领域,并在马克斯·普朗克的指导下,他开始撰写关于流体力学的教授资格论文(Habilitation)学位论文。

1897年,策梅洛前往哥廷根,那里也许是当时世界上数学研究的领先中心,他在那里完成了他的任教资格论文,于1899年提交了他的学位论文Hydrodynamische Untersuchungen über die Wirbelbewegungen in einer Kugelfläche (球面上涡旋运动的流体动力学研究)。获得学位后,他立即凭借对统计力学以及变分法的贡献被任命为哥廷根的讲师。

策梅洛的研究方向很快发生了重大变化。格奥尔格·康托尔在1878年提出了连续统假设,猜想连续统的每个无限子集要么是可数的(即可以与自然数建立一一对应),要么具有连续统的基数(即可以与实数建立一一对应)。大卫·希尔伯特看到了这一点的重要性,他将连续统假设作为他在1900年巴黎演讲中提出的问题清单中的第一个。大卫·希尔伯特将此视为数学家们在1900年代应该攻克的最基本问题之一,他进一步提出了一种攻克这一猜想的方法。他建议首先应该尝试证明格奥尔格·康托尔的另一个猜想,即任何集合都可以良序化。

此时或许有必要给出良序集的定义。一个集合SS是良序的,如果它上面定义了一个关系<,满足三个性质:

(i)对于SS中的任意元素a,ba, b,要么a=b,a<ba = b, a < b,要么b<ab < a

(ii) 对于SS中的每个a,b,ca, b, c,若a<ba < bb<cb < c,则a<ca < c

(iii)SS的每个非空子集都有一个最小元素。

因此,带有通常序关系的自然数集合是一个良序集,但带有通常序关系的整数集合不是良序集,因为负整数子集没有最小元素。

策梅洛开始研究集合论的问题,特别是采纳了大卫·希尔伯特的想法,朝着解决连续统假设问题的方向前进。1902年,策梅洛发表了他关于集合论的第一部著作,内容是关于超限基数的加法。两年后,即1904年,他成功迈出了大卫·希尔伯特所建议的通往连续统假设的第一步,证明了每个集合都可以良序化。这一结果使策梅洛声名鹊起,也为他赢得了快速晋升,因为1905年12月,他被任命为哥廷根大学的教授。

选择公理是策梅洛证明每个集合都可以良序化的基础;事实上,选择公理等价于良序性质,所以我们现在知道这条公理必须被使用。他对良序性质的证明使用了选择公理,通过超限归纳法来构造集合。尽管策梅洛无疑因他对良序性质的证明而声名鹊起,但此时的集合论处于一种相当不寻常的境地,许多数学家拒绝接受策梅洛所发现的那种证明。关于数学中这些非构造性部分是否是合法的研究领域,存在着强烈的情绪,而策梅洛的想法肯定不被相当多的数学家所接受[1]:-

这个证明震动了数学界,并招致了大量批评——其中大部分是不公正的——策梅洛在Neuer Beweis (新证据)中优雅地回应了这些批评……

正如这段引文所示,策梅洛对这些批评的反应是试图用一种能被更广泛接受的证明来证明良序性质,而他在1908年发表的论文Neuer Beweis (新证据)中成功地做到了这一点。这是一篇他专门针对其工作的批评者而写的论文。一方面,他强调了其良序新证明的形式特征;另一方面,他论证说,他的批评者以及其他数学家在处理无限集合时也使用了选择公理。

策梅洛对公理化集合论做出了其他基础性贡献,这部分是他对该主题的第一个重大贡献受到批评的结果,部分是因为集合论开始在哥廷根成为一个重要的研究课题。集合论悖论最早出现在1903年前后,随着伯特兰·罗素悖论的发表。策梅洛实际上自己发现了一个类似的集合悖论,但没有发表这一结果。相反,这促使他首次尝试将集合论公理化,他于1905年开始这项任务。在产生了一个公理系统之后,他想在发表这项工作之前证明他的公理是一致的,但他未能做到这一点。

1908年,策梅洛尽管未能证明一致性,还是发表了他的公理系统。他给出了七条公理:外延公理、初等集合公理、分离公理、幂集公理、并集公理、选择公理和无穷公理。

策梅洛通常用文字而不是符号来陈述他的公理和定理。事实上,他并不经常使用当时正在使用的诸如∃或∀这样的量词形式语言以及绑定变量,相反,他使用诸如“存在”或“对所有”这样的普通表达。

值得评论的是,陶拉尔夫·斯科伦亚伯拉罕·弗兰克尔在1922年前后独立地改进了策梅洛的公理系统。由此产生的系统,有十条公理,现在是公理化集合论最常用的系统。它使得集合论的矛盾可以被消除,同时经典集合论中排除悖论的结果可以被推导出来。

1910年,策梅洛被任命为苏黎世大学数学讲席后离开了哥廷根。他的健康状况很差,但因其对集合论的重大贡献而获得5000马克奖金,这帮助了他的处境。该奖金是在大卫·希尔伯特的倡议下颁发的,这无疑是为了让策梅洛休息并恢复健康。

1916年,他的健康状况仍未好转,策梅洛辞去了在苏黎世的讲席,迁往德国黑森林地区,在那里生活了十年。1926年,他被任命为弗赖堡(布赖斯高)的名誉讲席,但因不赞同希特勒的政权,于1935年放弃了这一讲席。第二次世界大战结束时,II Zermelo请求恢复他在弗赖堡的名誉职位,并于1946年确实得以复职。

参考文献

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