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第48章 高斯

数学奇才

高斯是19世纪德国杰出的数学家和物理、天文学家。有人说高斯是绝顶聪明的天才,高斯却说:“我的知识和成功,全是靠勤奋学习取得的。我小时候很喜欢数学,甚至在学会说话之前,就学会计数了!”

高斯的祖父是农民,父亲除了从事园艺的工作外,也当过各色各样的杂工,如护堤员、建筑工等。由于贫穷,父亲本身没有受过什么教育。

母亲在34岁时才结婚,35岁生下了高斯。她是一名石匠的女儿,有一个很聪明的弟弟,他心灵手巧,是当地出名的织绸能手,高斯的这位舅舅,对小高斯很照顾,有机会就教育他,把他所知道的一些知识传授给他。而父亲可以说是一名“大老粗”,认为只有力气能挣钱,学问对穷人是没有用的。

有一天,高斯的父亲正在结算几个工人的工资,算了半天,累得满头是汗。

“唉,终于算出来了!”父亲站起身子伸了伸懒腰说。

“爸爸,您算得不对!”站在一边的小高斯低声地说,“总数应该是……”

“你怎么知道的?”父亲不以为然地问了一句。

“我是心里算出来的呀!”高斯天真地说,“不信您再算一遍。”

父亲又仔细核算了一遍,发现果真算错了,而儿子说的总数是对的。他又惊又喜,兴奋地说:“聪明的孩子,过几天爸爸就送你上学。”

原来三岁的小高斯趴在地板上,一直暗地里跟着他爸爸计算该给谁多少工钱。重算的结果证明小高斯是对的,这把站在那里的大人都惊得目瞪口呆。奇特的是没有人教过高斯怎么样计算,而小高斯平日靠观察,在大人不知不觉时,他自己学会了计算。

高斯八岁时进入乡村小学读书。教师名字叫布特纳,是当地小有名气的“数学家”。他是一个从城里来的人,觉得在一个穷乡僻壤教几个小孩子读书,真是大材小用。而他又有些偏见:认为穷人的孩子天生都是笨蛋,教这些蠢笨的孩子念书用不着太认真,如果有机会,还应该处罚他们,给自己在这枯燥的生活里添一些乐趣。

这一天,布特纳很不高兴。同学们看到老师那阴沉的脸色,心里畏惧起来,知道老师又会在今天处罚学生了。

“你们今天算一道题,从1加2加3一直加到100,谁算不出来就罚他不能回家吃饭。”布特纳只说了这么一句话后,就一言不发地拿起一本小说坐在椅子上看去了。

于是,教室里的小朋友们拿起石板开始计算:“1加2等于3,3加3等于6,6加4等于10……”一些小朋友加到一个数后就擦掉石板上的结果,再加下去,数越来越大,很不好算。有些孩子的小脸儿涨红了,有些孩子的手心、额头上渗出了汗来。

还不到半个小时,小高斯就拿起了他的石板走上前去:“老师,答案是不是这样?”

布特纳头也不抬,挥着那肥厚的手,说:“去,回去再算!错了。”他想,小孩子们不可能这么快就算出答案。

可是高斯却站着不动,把石板伸到老师面前:“老师!我想这个答案是对的。”

布特纳本来想怒吼起来,可是一看石板上整整齐齐写了这样的数:5050.他惊奇起来,因为他自己曾经算过,得到的数就是5050,这个8岁的小孩子怎么这样快就算出了得数呢?

高斯就向老师解释说:“如果把从1到100这100个数首尾相加,1 100=101,2 99=101,3 98=101……这样,每两个数的和都是101,100个数两两相加,就会有50个结果,而每个结果都是101,那么50个101加起来就等于5050.”

高斯的发现使布特纳觉得十分羞愧,他开始认识到自己以前目空一切并且轻视穷人家的孩子是不对的。从此,布特纳改变了对农村学生的看法,他尤其喜欢高斯,经常买一些新书送给高斯读。在老师的热心帮助和指导下,高斯对数学越来越感兴趣,终身与数学结下了不解之缘。

勤奋出天才

高斯幼年时,晚饭一过,父亲就要他上床睡觉,为的是节省灯油。但他太爱读书了,怎么能睡着?后来,高斯想了个办法:找个大萝卜,挖去心,塞进一块油脂,插上一个灯芯,做成一盏小油灯。天一黑,他独自悄悄躲到楼上,俯身伏在微弱灯光下,悄悄地读起书收来,常常到深夜。

高斯好学的精神,被当地的公爵知道了。公爵为了给自己造就人才,便决定资助他学习。这样,高斯不到15 岁就进了卡罗琳学院。

在大学里,高斯非常勤奋,除用心上课外,还尽量利用课余时间钻研各种语言、数学。他很快就掌握了几种外国语言和微积分,并开始直接阅读牛顿、欧拉、拉格朗日这些大数学家的外文原著。在这期间,他还写下不少日记,为他日后的科学研究打下坚实基础。

1795 年,高斯从卡罗琳学院转到戈丁根大学深造。

次年,初春的阳光暖融融地撒满了戈丁根大学高大的玻璃窗,室内明亮、洁净。高期伏在桌上用圆规和直尺,聚精会神地作图——正十七边形。

这是一个闻名已久的难题。早在公元前3 世纪,希腊数学之父欧几里得曾指出,用圆规和直尺可以做出正三角形、正四边形、正五边形、正六边形、正八边形、正十边形、正十一边形等。但是,能不能做出正七边形、正九边形、正十三边形、正十七边形呢?两千年来,无数有作为的数学家们,像赛跑一样,一个接一个地做下去,但是谁也没有做出来。然而高斯经过不懈努力,终于在1796 年3 月30 日做出来了。

这是一个十分了不起的成就。从此高斯下定决心献身于数学事业。他太兴奋了,久久不能平静。以致后来明确表示,希望他死后,墓碑上刻一个正十七边形,以纪念他的这个重要发现,那时候高斯还不满19 岁。

高斯与布伦兹维克公爵

高斯的计算能力,更主要的是高斯独到的数学方法、非同一般的创造力,使布特纳对他刮目相看。布特纳认为自己没什么东西可以教他了,就特意从汉堡买了最好的算术书送给高斯。同时,高斯和大他差不多十岁的助教巴特尔斯变得很熟,而巴特尔斯的能力也比老师高得多,后来成为大学教授,他教了高斯更多更深的数学。两人建立了真诚的友谊,直到巴特尔斯逝世。他们一起学习,互相帮助,高斯由此开始了真正的数学研究。

1788年,11岁的高斯进入了文科学校,他在新的学校里,所有的功课都极好,特别是古典文学、数学尤为突出。经过巴特尔斯等人的引荐,布伦兹维克公爵召见了14岁的高斯。这位朴实、聪明、家境贫寒的孩子赢得了公爵的同情,公爵慷慨地提出愿意作高斯的资助人,让他继续学习。

布伦兹维克公爵在高斯的成才过程中起了举足轻重的作用。不仅如此,这种作用实际上反映了欧洲近代科学发展的一种模式,表明在科学研究社会化以前,私人的资助是科学发展的重要推动因素之一。高斯正处于私人资助科学研究与科学研究社会化的转变时期。

1792年,高斯进入布伦兹维克的卡罗琳学院继续学习。1795年,公爵又为他支付各种费用,送他进入德国著名的哥丁根大学,这样就使得高斯得以按照自己的理想,勤奋地学习和开始进行创造性的研究。1799年,高斯完成了博士论文,回到家乡,正当他为自己的前途、生计担忧而病倒时又是公爵伸手救援他。公爵为高斯支付了长篇博士论文的印刷费用,送给他一幢公寓,又为他印刷了《算术研究》,使该书得以在1801年问世;还负担了高斯的所有生活费用。所有这一切,令高斯十分感动。他在博士论文和《算术研究》中,写下了情真意切的献词:“献给大公,你的仁慈,将我从所有烦恼中解放出来,使我能从事这种独特的研究。”

1806年,公爵在抵抗拿破仑统帅的法军时不幸阵亡,这给高斯以沉重打击。他悲痛欲绝,长时间对法国人有一种深深的敌意。公爵的去世给高斯带来了经济上的拮据,德国处于法军奴役下的不幸,以及第一个妻子的逝世,这一切使得高斯有些心灰意冷,但他是位刚强的汉子,从不向他人透露自己的窘况,也不让朋友安慰自己的不幸。人们只是在19世纪整理他的未公布于众的数学手稿时才得知他那时的心态。在一篇讨论椭圆函数的手稿中,突然插入了一段细微的铅笔字:“对我来说,死去也比这样的生活更好受些。”

慷慨、仁慈的资助人去世了,因此高斯必须找一份合适的工作,以维持一家人的生计。由于高斯在天文学、数学方面的杰出工作,他的名声从1802年起就已开始传遍欧洲。彼得堡科学院不断暗示他,自从1783年欧拉去世后,欧拉在彼得堡科学院的位置一直在等待着像高斯这样的天才。公爵在世时坚决劝阻高斯去俄国,他甚至愿意给高斯增加薪金,为他建立天文台。现在,高斯又在他的生活中面临着新的选择。

为了不使德国失去最伟大的天才,德国著名学者洪堡联合其他学者和政界人物,为高斯争取到了享有特权的哥丁根大学数学和天文学教授,以及哥丁根天文台台长的职位。1807年,高斯赴哥丁根就职,全家迁居于此。从这时起,除了一次到柏林去参加科学会议以外,他一直住在哥丁根。洪堡等人的努力,不仅使得高斯一家人有了舒适的生活环境,高斯本人可以充分发挥其天才,而且为哥丁根数学学派的创立、德国成为世界科学中心和数学中心创造了条件。同时,这也标志着科学研究社会化的一个良好开端。

高斯的研究领域,遍及纯粹数学和应用数学的各个领域,并且开辟了许多新的数学领域,从最抽象的代数数论到内蕴几何学,都留下了他的足迹。从研究风格、方法乃至所取得的具体成就方面,他都是18—19世纪之交的中坚人物。如果把18世纪的数学家想象为一系列的高山峻岭,那么最后一个令人肃然起敬的巅峰就是高斯;如果把19世纪的数学家想象为一条条江河,那么其源头就是高斯。

虽然数学研究、科学工作在18世纪末仍然没有成为令人羡慕的职业,但高斯依然生逢其时,因为在他快步入而立之年之际,欧洲资本主义的发展,使各国政府都开始重视科学研究。随着拿破仑对法国科学家、科学研究的重视,俄国的沙皇以及欧洲的许多君主也开始对科学家、科学研究刮目相看,科学研究的社会化进程不断加快,科学的地位不断提高。作为当时最伟大的科学家,高斯获得了不少的荣誉,许多世界著名的科学泰斗都把高斯当做自己的老师。

1802年,高斯被俄国彼得堡科学院选为通讯院士、喀山大学教授;1877年,丹麦政府任命他为科学顾问,这一年,德国汉诺威政府也聘请他担任政府科学顾问。

高斯的一生,是典型的学者的一生。他始终保持着农家的俭朴,使人难以想象他是一位大教授,世界上最伟大的数学家。在获得崇高声誉、德国数学开始主宰世界之时,一代天骄走完了生命旅程。

名人坊:

卡尔·弗里德里希·高斯(公元1777—1855年),德国数学家、物理学家和天文学家。他对研究几何级数、复变函数论、统计数学、椭圆函数论有重大贡献,尤其是他的曲面计算理论是近代微积分几何的开端,此外在物理、天文、测地学上也有很大成就。高斯是近代数学奠基者之一,在历史上影响之大,可以和阿基米德、牛顿、欧拉并列,有“数学王子”之称。

高斯后来成为著名的数学家,与他从小就勤奋学习固然是分不开的,但更重要的是他善于在学习中发现规律,总结学习方法。高斯曾被形容为:“能从九霄云外的高度按照某种观点掌握星空和深奥数学的天才。”他将自己的数种天赋——有创造力的直觉,卓越的计算能力,严密的逻辑推理,十全十美的实验——和谐地组合在一起,这种能力的组合使得高斯出类拔萃,在人类历史上找不到几个对手。

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