一生發表1475篇論文,史上最高產的數學家是怎樣煉成的?

2021-01-21 徐曉亞然

有些人在創作領域根本就是bug一般的存在,有人寫小說,可以做到每天更新一萬字,幾千萬字的小說幾年時間就可以完成,實在讓人汗顏。小說都是基於想像力,想像力到了哪兒,筆尖就會掃到哪兒。可如果是在科學界,尤其是數學領域,想寫一篇有深度的論文都是一件很不容易的事情,可能一年也寫不了一兩篇。科學類的論文都伴隨著實驗,分析數據,以及總結等等,不可能像小說那樣想到哪兒就寫到哪兒,科學就是嚴謹。

巴爾扎克 創作力最強的作家

我們一直都很崇拜歐拉,除了他非凡的創造力之外,還有他極為駭人的論文數量。據統計,歐拉在世時,一共發表過886篇論文和書籍,歐拉大神一生都在數學上有著旺盛的創作力,甚至發論文的數量並不受年齡身體條件影響。很長一段時間裡,人們認為歐拉的記錄應該會永遠保持下去,直到20世紀有一位更加高產的數學大師出現,他就是匈牙利人保羅·埃爾德什。

匈牙利

保羅埃爾德什,1913年出生在匈牙利,跟許多著名的數學大師一樣,在很小的年紀裡,就有著與眾不同。大約3歲的時候,埃爾德什就已經可以去計算3位數的乘法了,等到4歲的時候,他又獨立發現了負數。這相對於普通小朋友能在4歲時候從1數到100來說,那已經是經驚天動地的表現了,可小保羅不覺得這有啥。這一份幾乎是天生的數學才能一直保持了下去,到了大學時候,他開始嶄露頭角。

保羅 埃爾德什

17歲時,埃爾德什進入大學,第二年他就用自己的方式證明了一個漂亮的數學定理。

這是一個不錯的數學問題,1846年,數學家貝特朗提出了這個猜想。1848年,俄國數學家切比雪夫證明了這個結論。如果同學們有參加過中學競賽的,應該對這個名字有點印象,有一個以他名字命名的著名不等式。雖然這個問題看起來很初等,但是切比雪夫給出的證明方法卻是用到了很多高深的技巧。

俄國數學家 切比雪夫

17歲的埃爾德什那年初出茅廬,尚且對於這些高深的數學技巧還沒有掌握,他也認為切比雪夫的天書式技巧不可能是最純粹的方法,肯定還存在一種最優美,最典雅的證明。於是乎,他拿出了小時候那股驚人的創造力,用自己的方式構造出一種極為簡單的方式,當然這個證明方法是正確的。後來,埃爾德什通過推廣貝特朗定理,並把研究成果寫進博士論文裡,1934年,埃爾德什在21歲時獲得博士學位。從此,數學界一顆耀眼新星冉冉升起。

埃爾德什

埃爾德什喜歡用最簡單最純粹的方式來解決艱深的問題,上面的貝特朗定理只是他年輕時候的一次小小嘗試。雖然吸引目光,但是問題的分量還明顯不夠。後來的另外一個定理證明才將他這種對於解決數學問題的情懷發揮得淋漓盡致。

高斯大神

15歲的高斯曾經在翻閱對數表的時候,通過統計了前1000多個素數之間的間隔,天才般地推測出素數在全體自然數之中的分布概率。這就是大名鼎鼎的素數定理,高斯本人沒有證明出這個他推測出來的規律。

素數定理

事實上,這個問題很不簡單,在長達100多年的時間內,沒有任何進展,人們當時對於素數的很多問題都覺得難以下手,很多看似簡單的素數問題,其實難度都是空前的,尤其是對於這個連高斯本人終生都未曾解決的難題更是敬畏。人們普遍認為不存在初等方法能夠證明素數定理,一直到19世紀末,這素數定理才第一次被證明。

高斯對於素數間隔的分析

1896年,法國數學家雅克·阿達馬和比利時數學家德拉瓦·萊普森先後獨立給出證明。證明用到了複分析,尤其是黎曼ζ函數。複分析是一個高級的工具,黎曼ζ函數更是當今數學界最艱深的一個問題之一。二人的證明過程沒有瑕疵,卻也讓人們更加堅信,素數定理在整個數論領域的地位。哈代就明確指出:對不起,素數定理沒有初等證明。然而,數學上的事情可真是難以預料。

哈代

1949年,埃爾德什與另外一位年輕數學家亞陶瑟爾伯格合作完成了素數定理的第一個初等證明。為什麼要強調這是一個初等證明?在他們的方法裡,沒有複分析,沒有黎曼ζ函數,甚至連微積分的概念都不曾出現,僅僅只有e,log這些最最基本的數學概念就將這個重大的猜想推倒!雖然他們不是第一個證明了這個猜想,但是他們的方法更加讓人接受,也鄭重地向人們宣布:很多看似高深的問題解決起來也並非一定要用高深的工具。

埃爾德什

任何一個人在某個領域內貢獻出那麼大成果,除了天賦以外,大概最不可缺少的就是勤奮和專注了。縱觀整個數學界,如果非要找出一位對於數學最專注的人,那非埃爾德什莫屬,仿佛他存在的意義就是為了數學。

數學界的苦行僧

他居無定所,世界各地都遊學,沒有存款,沒有房子,甚至終生未娶。他全部的財產也就是他出門隨身攜帶的幾個鐵皮箱子了,裡面裝著他隨時隨地都可能獲得的數學筆記。他每天幾乎只睡3個小時,在世界遊學時,都會寄宿在數學家朋友的家裡,並且經常用與眾不同的作息時間和旺盛的數學執著嚇到了他的很多朋友們。

範德比爾特大學

範德比爾特大學的Mike Plummer曾經回想起一件事,那是大約1983年的布達佩斯聖誕前夜。他的一家人都跟隨大街所有歡快的人群一樣,慶祝節日。就在他在家裡等著車來接送他們一家人走親訪友期間,一陣急促的敲門聲響了。原來那是埃爾德什,Mike見到埃爾德什很高興,以為要來跟他們共度佳節的。埃爾德什首先打招呼了:聖誕快樂。然後畫風急轉直下,直接進入了埃爾德什的模式「設f(n)是以下函數……」然後就這麼一直討論著,埃爾德什完全不顧Mike即將坐上計程車出門辦事去,還好,在計程車來之前,他們的討論有了結果,埃爾德什也滿意地走開了。不然,Mike肯定會延誤時間的。因為你實在是不能拒絕埃爾德什那種對於數學的痴迷,讓人動容。

與人合作的典範 埃爾德什

埃爾德什精力旺盛,他最擅長和世界各地的數學朋友們樂此不疲地溝通,與他人的合作也是相當出彩。他就像一顆種子,走在哪裡都會遍地開花,他也像一陣春雨,走到哪兒都會讓數學的生命及時綻放。埃爾德什,一生與511位作者合作過,總共發表過1475篇論文,這些論文都是高質量的。有人覺得與他人合作論文很容易,並不能說明自己水平多厲害,如果你的水平不行,其他數學家們是根本不屑於與你合作的。做學問的,尤其是做數學的更是清高。埃爾德什寫論文就像是你吃飯睡覺,出門買個麵包一樣自然隨和。甚至還有傳言說,埃爾德什在候車大廳與檢票員甚至也都合作過一篇論文。

史上第二高產數學家 歐拉

20世紀60年代,美國著名社會心理學家米爾格倫(Stanley Milgram)提出一個奇怪的理論:六度分離理論。大體意思是,你只要通過差不多6個人就可以聯繫到這個世界上的任何一個人,不論這個人的國度,膚色,種族。這個理論是不是真的一直爭議很大,但是有一個意思卻是容易讓人接受的,這個世界上的每一個人之間都可以在很短的時間內建立聯繫,所有的人其實是一個整體。

電影 六度分離 劇照

這一套理論在埃爾德什身上有著不錯的應用,科學界有一個叫做埃爾德什數。什麼是埃爾德什數呢?

保羅·埃爾德什的埃數是0,與其合寫論文的埃數是1,一個人至少要k個中間人(合寫論文的關係)才能與保羅·埃爾德什有關聯,則他的埃數是k+1。 例如:保羅·埃爾德什與A合寫論文,A與B合寫論文,但保羅·埃爾德什沒有與B合寫論文,則A的埃數是1,B的埃數是2。

這個數的出現就代表著以埃爾德什為中心的合作距離有多少,那為什麼這個數字不叫希爾伯特數,也不叫愛因斯坦數呢?就是因為要論在科學界與人合作的典範,那最合適的就是埃爾德什,基本上以他作為衡量學術合作距離的標準最具有參考意義。有人統計過,所有菲爾茨獎獲得者的埃數中位數最低時為3。

為啥不叫希爾伯特數呢?

儘管,埃爾德什的生活習慣和學術作風是那麼怪,但是一旦涉及到數學上,他便成為聖人一般的人物。比如,他已經很窮困了,身上所有家當也最多只能保證自己有的吃有的住而已,他卻喜歡出題,並且針對於不同的題目給出不等數額的獎金,有的幾美元,幾百美元,甚至是天文數字的幾千美元。也有很多數學家年輕時候,都受到埃爾德什的鼓勵和幫助,並且受用終生。陶哲軒就是其中幸運的一位。

埃爾德什與小陶哲軒

2013年,埃爾德什百年誕辰之際,陶哲軒在個人網站上貼出一張珍貴的照片,照片裡埃爾德什和小陶哲軒一起思考著數學問題。這也是陶哲軒第一次見到埃爾德什,埃爾德什很快發現這位年僅10歲的少年天才,並且時時關注著他,後來13歲時,陶哲軒成為最年輕的IMO金牌獲得者。16歲時,陶哲軒決定去美國攻讀博士學位,也是在埃爾德什的推薦下進入了普林斯頓大學。從此,數學界又增加了一位天才數學家。

普林斯頓大學

前面說到埃爾德什喜歡進行有獎問答,事實上,他出的大部分問題都不是簡單的。有些在他看來只值幾美元的問題,也經常讓人束手無策。「埃爾德什差異性問題」,這正是當年埃爾德什有獎競答的題目之一。大師認為這個問題大概值500美元。

埃爾德什差異性問題

「假如你有一個由1和-1(例如由扔硬幣隨機產生)組成的數列和常數C。是否總是存在一個足夠長的有限數列,使這一數列的總和大於任意常數C。」

陶哲軒

這個問題看似初等,直到1996年埃爾德什去世,也沒有證明出來。直到2015年9月17日,陶哲軒宣布破解埃爾德什差異性問題。年少時,受到大師提攜鼓勵,成名時彌補大師終生的遺憾,實在是太完美的傳承了。

埃爾德什

有的數學家厲害是因為他解決問題的能力驚人,有的數學家受人尊敬是因為他教出很多優秀的人才。而埃爾德什正是這兩種數學家個性的升華版本,他會讓身邊的人都變得優秀,也正是他鍥而不捨,對於數學的執著精神,鼓舞著更多有著數學理想的人們。

希望,大師永存。

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