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【疯狂数学家】拉格朗日:低调、沉稳、有担当,谁说数学家不食人间烟火?

 襄子的箱子 2021-11-14
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这是【疯狂的智人】第 014 篇文章
疯狂的数学家】第 014 篇文章

当约瑟夫-路易·拉格朗日准备继承父亲遗产的时候,发现没有什么东西可以继承。或许,这对于小拉来说是幸运的,就连他自己也这么认为,他说:“要是我继承了一笔财产,我也许就不会与数学共命运了。

小拉的童年算不上幸运,他的父亲是一个到处投机的人,母亲则是一名富有医生的女儿。小拉的父母总共生下了11个孩子,很遗憾的是,只有小拉活了下来。原本小拉的父亲还算富有,只不过他到处投机,以至于连套房子都没给小拉留下来。

哈雷可以说是小拉在数学上的引路人,在看了哈雷的几篇文章后,小拉就被彻底迷住了。在很短的时间里,小拉就掌握了他那个时代的现代分析,他对数学的兴趣主要就在分析学里。

达朗贝尔是小拉的朋友,一直鼓励他在数学上的研究,甚至就连欧拉也帮了不少忙。欧拉的人品是没得说的,为人谦逊低调。在面对这位年轻的竞争者的时候,欧拉并没有处处排挤,给他穿小鞋,而是尽力帮助他,这是科学史上的一段佳话。小拉19岁时,将自己的一些著作送给了欧拉,欧拉认真看完了,极为欣赏。

有一次,小拉写信给欧拉,说自己解决了一个数学难题,他宣称自己找到了解决等周问题的方法。欧拉回信道,这个新办法解决了他不少的困扰。在这之前,欧拉曾使用半几何的方法,却很多年来一直没有解决。欧拉一直等到小拉发表了自己的成果才跟着发表自己的解决办法,欧拉说:“这是因为不想剥夺了属于你的荣光。”

无疑,欧拉不仅是一位天才,在整个历史上也是为数不多的、具有道德情操的完人。

后来,在达朗贝尔和欧拉的共同引荐下,小拉来到了柏林,继续奋战数学了20年。

当时,在天文学领域,有个一直困扰大家多年的问题,即三体问题。三体问题指的是,太阳-月球-地球,这三者之间的引力是怎么运转的。这个问题非常微妙,需要极其复杂的数学计算。小拉同学一如既往地投入其中,并解决了一些问题,后人将三体问题中的引力平衡点称为拉格朗日点。

拉格朗日点,就是在浩瀚的宇宙中,三个星体之间的引力关系,比如太阳、地球和月亮。我们都知道,这三个星体都是运动的,那么有没有可能,月球在地球和太阳的引力下保持静止不动呢?如果可能,那么这个静止不动的点就被称为拉格朗日点。欧拉计算出了三个这样的平衡点,拉格朗日计算出了剩下的两个。

1906年首次发现运动于木星轨道上的小行星(见特洛依群小行星)在木星和太阳的作用下处于拉格朗日点上。在每个由两大天体构成的系统中,按推论有5个拉格朗日点,但只有两个是稳定的,即小物体在该点处即使受外界引力的摄扰,仍然有保持在原来位置处的倾向。每个稳定点同两大物体所在的点构成一个等边三角形。

小拉是一个工作起来就废寝忘食的人,他没日没夜地研究数学,以至于很长一段时间里导致自己消化道出现了问题。作为朋友,达朗贝尔在一封信中训斥小拉,告诫他不要过度引用茶和咖啡来提神。

在柏林科学院期间,小拉非常低调,他本来就不喜欢和别人争吵,当遇到挑衅时,他一般都回答不知道。有一次,他将自己的一位女亲戚接了过来,并与之结婚。达朗贝尔以开玩笑的口吻揶揄小拉,说他结婚了为什么不告诉自己。小拉非常率真,说这件事不值得告诉朋友。

不过,小拉和妻子之间的感情至少不是那么单薄,当妻子生病在床,健康恶化的时候,小拉一直陪伴在身边,甚至放弃了睡眠,照顾着她,一直到她去世。

达朗贝尔、拉格朗日与欧拉,这三者的关系一直处得很好,而且难能可贵的是,三者的人品都很不错,欧拉自不必说,小拉也是一个有情义的聪明人,达朗贝尔虽说在一出生就被母亲遗弃了,但有一对非常慈爱的养父母,他的成长没有黑化,长大后也非常孝顺。

▲ 达朗贝尔(左)与拉格朗日(右)

因此,物以类聚人以群分,选择和什么样的人交朋友,其实也在一定程度上选择了自己将来的命运。(或者说,自己是什么样的人,身边就会聚集什么样的朋友,我们将“自己是什么样的人”当成X,“交到什么样的朋友”当做Y,X与Y之间的关系不是函数关系,而是相互影响的)

当然,这三人中间还有一个伟大的数学家兼物理学家,就是拉普拉斯。1782年9月15日,小拉给500年前是一家、同样姓拉的拉普拉斯写了一封信(开个玩笑,拉普拉斯和拉格朗日怎么可能姓拉呢),这封信非常重要,至少对于小拉来讲具有划时代的意义。在信中,小拉宣称自己已经完成了《分析力学》。小拉非常高兴,但他并不像有的人,一有成就就到处宣扬,唯恐天下人不知道一样,这本书直到小拉离开柏林之后才出版,而小拉对此并不在意。当书送到他手上的时候,他似乎对数学已经提不起兴趣了。

早在之前,1767年,小拉发表了论文《关于数值方程的解》以及附带关于方程的代数可解性的一般问题的讨论。这篇论文非常重要,简单来讲,有限群论就是在这些讨论中展开来的,人们发现它又是打开代数可解性问题的钥匙,后来的柯西和伽罗瓦在此基础上又将数学向前推进了一大步。

小拉后来为什么要离开柏林,主要是因为普鲁士国王腓特烈大帝去世了,小拉作为非普鲁士人,遭到了冷遇。后来小拉提出了辞职,非常顺利得通过了,而后他又非常高兴地接受了法国国王路易十六的邀请,前往法国,并受到了断头王后玛丽·安托瓦内特的赏识。

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到了法国后,小拉对数学的热情迅速减淡了,我们不知道这期间究竟发生了什么,可能是小拉觉得数学已经走到了尽头,或者说进入了一段衰退期。小拉可谓是当局者迷,我们这些后人非常容易地看到,小拉这个时代正是数学蓬勃发展的时代,前有费马、欧拉,后有高斯、黎曼,正是他们,将数学迅速拉上了一条发展的快车道。幸运的是,小拉的有生之年,他看到了后生高斯的卓越成就。

很快,法国大革命袭来了,小拉又燃起了对数学的热情。有人劝说小拉离开法国这个危险的地方,但小拉拒绝了,可能他没有预见到大革命的血腥。后来当他亲眼见到无数颗人头落地,自己的朋友拉瓦锡被送上断头台之时,小拉才感觉到了恐怖,非常后悔为何不早点离开,但此时已经为时已晚。他一直提醒自己:“这都是你自找的。”

小拉有半个外国血统,至少这个外国身份保住了他的命。尽管他之前是在王室保护下度过的,但他并不同情保皇党人,也不同情革命党人,他始终非常清醒地站在了中间,就像一个局外人。

拉瓦锡死后,小拉非常痛苦,并说道:“他们只要一眨眼就可以让那颗人头落地,但像他那样的头脑,一百年也长不出一个。”

革命者并没有为难小拉,反而还给了他津贴。兴许是见到了大革命的恐惧,小拉又将自己的热情投入到了数学中,并在几年后发表了《解析函数论》(1797年)和《函数的微积分学教程》(1801年)这两部著作,这些著作的重要性在于推动了微积分的发展,并为柯西等人的工作奠定了基础。

小拉56岁的时候,和一个比自己小40岁的小姑娘再婚了,这并不是一个老头子和小姑娘之间的一段荒唐故事,也不是油腻老男人诱骗不懂事小姑娘的无节操婚姻。相反,这段婚姻将小拉从孤独中拯救了出来。这场婚姻至少不是那么坏,小姑娘婚后非常忠诚,也非常称职。小姑娘希望小拉——哦不,这个时候再叫他小拉已经不合适了,因此换老拉吧,老拉能够重新唤醒生活的力量。

老拉说,自己在第一段婚姻中没有孩子,不知道第二段婚姻是否能给他带来孩子,但他已经不指望了。

晚年的时候,老拉的身体由于早些年的透支,已经不行了,但他依然废寝忘食地工作,为《分析力学》的第二版而不断修正。他去世前的几天,朋友蒙日前来探望。朋友走后不久,老拉永远地闭上了他的眼睛。

1813年4月10日,拉格朗日于凌晨去世,享年76岁。

与同时代拉普拉斯不同的是,拉格朗日一生的工作都围绕着数学展开,是偏理论化的,而拉欧拉斯研究的数学则是偏实用化的。

这些天才工作起来都废寝忘食,我们这些普通人,还有什么理由躺平呢?

下期:拉普拉斯


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