数学史上最强父子档之阿廷父子

首页 2020-02-19 08:26:52

数学史上父子均为数学家的情况时有发生,但都成为著名数学家的却屈指可数,而之前我们所介绍的法国嘉当父子就是这样的一对典型数学家父子,我们今天所介绍的阿廷父子也是这样一对非常杰出的数学家。

大学学过抽象代数的同学肯定对阿廷这个名字不陌生,其中的阿廷环和伽罗瓦定理的经典证明都是来自埃米尔-阿廷,可能很多同学也看过或听说过迈克尔·阿廷的名著《代数》。不了解具体情况的同学可能会认为这是同一个数学家,但实际上他们是一对父子。父亲埃米尔·阿廷是20世纪上半叶最伟大的代数学家之一,而儿子迈克尔·阿廷则在代数几何领域内成果颇丰,因此荣获了2013年的数学最高奖沃尔夫数学奖。


数学史上最强父子档之阿廷父子


埃米尔·阿廷

埃米尔·阿廷(Emil Artin,1898~1962)出生于奥匈帝国时期的维也纳,他的生父是画商,但在阿廷出生后不久就离世了,母亲带着他改嫁给了一名经营纺织厂的商人,在这样的成长环境下,阿廷的童年实际上很孤独。阿廷小时候并没有表现出太大的学习天赋,中学时候比较喜欢的是化学而非数学,迷上数学是在维也纳大学上学之后的事。

数学史上最强父子档之阿廷父子


彼时的维也纳只有维廷(Wirtinger)格和菲特温格勒这样两位国际证知名的数学家,而后者给了阿廷一些影响,带领他走上早期研究类域论的道路。可惜好景不长,由于第一次世界大战激战正酣,阿廷只读了一学期就应征入伍,在军队里当法语翻译。大战结束后,阿廷来到德国莱比锡大学继续学习数学,师从著名数学家赫格罗茨(Herglotz)。在此期间,阿廷参加了许多不同种类的课程,包括物理,化学等等。最终他的博士论文内容是关于有限域上的二次函数域,并且写成了一篇差不多一百页的长文,这篇文章是阿廷数学生涯中最长的一篇,几乎占了他全集的六分之一。

莱比锡的学习结束后,阿廷来到当时的数学中心哥廷根访学,结识了当时全世界最优秀的一群数学家,包括埃米·诺特,西格尔(1978年首届沃尔夫数学奖得主)等等,在这些伟大的数学友谊中,阿廷收获了非常多的知识。尽管阿廷的才能十分出色,但哥廷根的数学家们实在太强而且职位已满了,他无法在这里找到教职,就连之后来的冯·诺依曼也没有教职,他们都只能辗转别处。1922年秋天,阿廷来到刚成立不久的汉堡大学一展宏图,到1926年他才28岁时便已经成为正教授。虽然汉堡大学是新成立的,但在新一代数学家们的建设下,它很快就成为德国数学中心之一,这期间的功臣有阿廷,布拉施克(陈省身导师)和赫克(Hecke)等人。第一次世界大战结束后,德国遭受重创,但在这一批伟大数学家的带领下,德国数学逆势而上,成为当时的数学头号大国。

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类域论与抽象代数

1923年至1933年这十年是阿廷数学生涯最辉煌的时期,在此期间他最大的成就集中于类域论抽象代数上,这些工作奠定了他在20世纪数学中的崇高地位。

对于一个固定的代数数域k,可以考虑它的正规扩域K,每一个K对应一个伽罗瓦群G(K/k),如果伽罗瓦群G(K/k)是交换群(即阿贝尔(Abel)群),这个扩张就称为阿贝尔扩张,而类域论就是研究怎样用k的元素来描述k的所有阿贝尔扩张的问题。类域论是代数数论的重要分支之一,是由数学大师希尔伯特一手缔造的,而它在阿廷这里发展到了一个高峰。阿廷早在博士论文中就探讨了相关问题,他的创见在于他不把k简单地看作代数数域,而是有限域上的代数函数域,这样的思想促成了很多问题的解决,例如阿廷本人证明了多种特殊情况下的黎曼猜想。

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阿廷在此领域内最重要的工作是关于一般互反律的。我们都知道伟大的高斯第一次给出了二次互反律的严格证明,但他对一般的互反律却束手无策。1926年,苏联数学家切包塔迈夫证明了一个关于素理想集合密度的猜想,敏锐的阿廷立马就从中找到了自己所需要的东西,于是他就这样给出了一般互反律的直接证明,进一步阿廷证明了希尔伯特第九问!在此过程中他引入的L函数是及其重要的数学概念,这后来被推广用到了著名的朗兰兹纲领中。

如今我们都公认伟大的女数学家诺特为现代抽象代数的创始人,而除去诺特外,贡献最大的恐怕当属阿廷了。学过抽象代数和交换代数的同学应该都有这种感觉,那就是阿廷的名字经常出现。诺特的贡献主要在于开辟了环论以及证明了一系列深刻的基础定理,而阿廷则在群,环,域三开花,在这三个领域内都做出了开拓性贡献。总结来说,群论上,他引入辫子群, 形成辫子理论 ,这也是组合群论的重要方向;在环论上,他证明了极小条件环(今称阿廷环)的结构定理;而在域论中的贡献集中于实域理论上,并解决希尔伯特第17问题。

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实际上阿廷的数学成就远不止我们所说的这些,他的工作深刻影响了20世纪上半叶的数学(尤其是代数学)的发展,他对数学结构的创见直接影响了法国布尔巴基学派的风格,从这一点来说,阿廷算得上是布尔巴基学派的先驱。到了1933年,阿廷才不过35岁而已,但他已经是解决了两个希尔伯特大问题的世界数学大师。正当阿廷数学事业如日中天之时,希特勒上台了,德国数学的末日也因此到来,大量数学家或逃亡国外或死于非命,世界数学的哥廷根时代,德国时代戛然而止,阿廷的黄金十年也就此结束。

逃亡与归来

阿廷本身是法西斯眼中“纯正”的雅利安人,但他的妻子却是犹太人,这迫使他不得不考虑离开德国这块是非之地,但他又留恋在哥廷根和汉堡那时快乐而自由思考数学的日子,这使得阿廷在动荡不安的时局中又呆了四年,直到1937年无处容身之时,他才带着一家人逃亡到了美国,先后在印第安纳大学和普林斯顿大学任教。整个1933年到1942年间,阿廷没有发表过任何一篇数学论文,甚至数学界已传开谣言,阿廷已经江郎才尽了。阿廷情绪和数学活动的低落,这其间的原因十分复杂,但战争带来的巨大创伤无疑是其中一个很大的因素。尽管阿廷没有再做出重大的数学工作,但他却在教学上全面开花,使得众多学生从中收益。

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普林斯顿大学


阿廷的低落在他受聘于普林斯顿后得以逆转,这对于普林斯顿的数学和阿廷本人而言,都是意义重大的“第二春”。普林斯顿年轻人们的活跃和朝气蓬勃又激起了阿廷的热情,他开始热衷于和学生们交流,说出自己毕生的经验,然后让学生们自己领会。阿廷的正式学生和他的著作一样并不多,但其中不乏大师名家,例如Tate和Lang,Tate是沃尔夫数学奖和阿贝尔奖的双奖得主,同时他也是阿廷的女婿。而Lang的名字对于数学系学生而言绝不陌生,著名的数学研究生教材系列GTM里面有很多本他的脍炙人口的著作,例如厚达900页的巨著《代数》

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阿廷在1956年休假的时候接受邀请回到德国,分别在哥廷根和汉堡呆了一学期,以往的点点滴滴又浮现在他的脑海中,尽管回到普林斯顿后他又教了一年书,但他时时刻刻感觉到故地对他的召唤,阿廷做了一个出乎所有人意料的决定,他要重返德国!但早已经伤透心的阿廷夫人却不愿意再回去,为此阿廷不惜和夫人离婚,执着地回到了德国,也就此与三个子女分离。

时至今日,数学界仍对阿廷当初这个近乎疯狂的决定充满争议,或许没人搞得清其中所有的原因,但可以肯定的是,除了眷恋旧土外,想重振德国数学往日的辉煌也是一大原因。但也许令阿廷失望的是,德国数学时至今日仍没有触及它曾今所达到的辉煌。

永远的大师

阿廷在1962年与世长辞,只活了64岁,这对一个数学家而言完全算不上长寿,毕竟活了八九十甚至上百岁的数学家比比皆是。正如我们之前所言,阿廷一生的著作并不多,因为他不喜欢写不完美的东西,因此他的作品大多短小精悍,突出重点,例如脍炙人口但只有100多页的《伽罗瓦理论》。无论是数学成就亦或是教书育人,阿廷都无愧为20世纪的数学大师!他对现代数学的影响持续至今。

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迈克尔·阿廷

迈克尔·阿廷(1934~,以下称阿廷)是埃米·阿廷的次子,出生于德国汉堡,成长于美国,是典型的美国移民数学家。由于父亲的影响,阿廷的本科是在普林斯顿大学读的,后来又到哈佛大学读数学博士,师从著名代数几何大师扎里斯基(1981年沃尔夫数学奖得主)。到了60年代初期,法国的布尔巴基学派正值鼎盛,代数几何也是他们讨论的重点,于是阿廷来到法国,加入到布尔巴基的讨论中,这使得他对法国学派,尤其是格罗滕迪克的工作有了深入的了解。

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阿廷的一生并没有他父亲那么跌宕起伏,而且实际上长大后并没有和自己的父亲呆过太久,但提起自己的父亲,他总是充满敬意,非常珍视父亲早年对他的教导和影响。可以说,阿廷的成功离不开父亲的教导,由此看来,老阿廷不仅作为数学家和数学老师非常成功,而且作为一名父亲,他也是十分出色的。

阿廷早年的研究课题注意跟随法国学派,例如格罗滕迪克所开创的Topos理论和平展上同调理论,后来又转移到概型范畴中的可表示函子上,由此得到了著名的阿廷逼近定理。同时,阿廷在代数簇的形变理论上也硕果累累,不过后来他的研究兴趣又转移到了非交换代数上。


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格罗滕迪克


阿廷是当代代数几何领域内的领袖级数学大师,他的光芒不来自他伟大的父亲,而完全是因为自己卓著的成就。由于这些贡献,阿廷一生获奖无数,尤其是在2013年荣获了数学最高奖之一的沃尔夫数学奖,这对一个数学家而言已是至高无上的荣誉。