這位印度數學天才,重塑了西方百年數學,數學技能公認一百分

2020-12-05 天文同好樂園

在近代世界數學史上,亦可能是整個科學史上,有一位最具天才的、最奇怪的數學家,他就是印度人斯裡尼瓦瑟·拉馬努金。說他是天才,是因為他連高中都沒有上過,幾乎全部靠自學,卻重塑了西方百年數學;說他奇怪,是因為他慣以直覺或者跳步推導出公式,不喜歡證明,但事後往往被別人證明是正確的。

拉馬努金於1887年出生於印度的埃羅德,靠近馬德拉斯。雖然他的家庭是婆羅門,屬於印度最高的世襲階級,但他家卻相當窮困,整個家庭只靠拉馬努金的父親擔任小職員獲取的微薄薪水維持。拉馬努金10歲的時候,就體現出了和其他同齡孩子的區別,作為一個小孩子,他居然能輕鬆地重新推導三角函數和指數之間的「歐拉等式」。這一點有點像他之前的黎曼,都具有驚人的計算能力。

世界上每一位偉大的科學家在年輕時都有屬於自己的轉折點,這個轉折點能夠改變這個人的一生。對於愛因斯坦來說,轉折點在於對指南針的迷戀;對於黎曼來說,轉折點在於翻閱到了勒讓德(18世紀法國數學家)的著作《數論》;而對於拉馬努金來說,轉折點在於偶然閱讀了喬治·卡爾(George Carr)寫的不起眼的、甚至被遺忘的關於數學的書,這本書是拉馬努金接觸到的近代西方數學的唯一一本,正是這本書喚醒了拉馬努金潛藏的數學才能。

年少的拉馬努金才華橫溢,但由於他厭煩乏味無聊的課程,他最終未能通過考試進入高中,後來通過父親一位朋友的幫助,成為了一家港口信託公司的一名低級職員,年薪只有20英鎊。但這份工作讓他獲得了自由,就像年輕時的愛因斯坦在瑞士專利局的工作一樣,拉馬努金可以在工作之餘追隨自己的夢想。拉馬努金將他的數學研究成果分別寄給了英國三大著名數學家,其中兩位直接將這位不知名的印度人的信扔進了垃圾桶,根本不予理睬。

而第三位是著名的劍橋數學家戈弗雷·哈代,當哈代打開這封信並看完時,哈代驚呆了,這份信件中總共包含了120個數學定理,而其中一些定理哈代也曾嘗試證明,但總是失敗。哈代看完信就斷定,此人一定是一位高級的數學天才,他的那些定理,足以重塑歐洲的百年數學。哈代認為簡直不可思議,一個困苦的印度人用他聰明的大腦挑戰了歐洲積累了上百年的智慧所取得的數學成就。

1914年,歷經了重重困難後,哈代派人前往印度邀請拉馬努金去劍橋工作,拉馬努金的人生就此改變。他瘋狂地工作,在伽瑪函數、模函數、發散級數、超幾何級數以及質數理論等方面做出了重大突破。後來,哈代和數學界的其他大人物對拉馬努金所擁有的數學技能作出了評價,他們給19世紀西方最偉大的數學家之一的希爾伯特打了80分,而拉馬努金是100分,哈代自己是25分(哈代為人謙遜)。

遺憾的是,拉馬努金本人對自己發現的一些重大定理的思維過程不感興趣,對思維過程也基本不做記錄,而他33歲時因為肺結核英年早逝,留下的遺產是3卷筆記,總計400頁4000多個公式。那些公式有不可思議的冪次,卻沒有任何注釋,那些令人困惑的定理也沒有留下任何證明。直到1976年,人們偶然在他工作過的地方發現了一個箱子,裡面包含他一生中最後一年的工作成果——130頁數學論文,這些論文對解釋他的公式和定理起了重大的作用,後人稱它為拉馬努金「丟失的筆記本」。

數學家理察·阿斯基在評價這份「丟失的筆記本」時說:「拉馬努金臨去世這一年的工作,等同於一個非常偉大的數學家一輩子的工作!」如今,拉馬努金的工作成果已經被運用到宇宙學的各種理論當中,尤其是模函數(也稱拉馬努金函數),成為了弦理論建立的基礎。

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