他是印度數學天才,發明3000多個公式從不證明,意外揭開黑洞奧秘

2020-12-06 騰訊網

在印度人的心目當中,有三人獲得了「印度之子」的稱號,他們分別是著名詩人泰戈爾、「印度聖雄」甘地、以及數學家斯裡尼瓦瑟·拉馬努金。比起前面兩個如雷貫耳的人物,拉馬努金這個名字,難免讓人感到陌生,實際上,他是印度歷史上最為著名的天才數學家,不妨來看看他的故事。

1913年,英國劍橋大學數學系教授哈代(G. Hardy)收到了一封來自印度的信件,信的開頭是這樣的:「尊敬的先生,謹自我介紹如下:我是馬德拉斯港務信託處的一個職員……我未能按常規念完大學的正規課程,但我在開闢自己的路……本地的數學家說我的結果是『驚人的』……如果您認為這些內容是有價值的話,請您發表它們……」

這段話讓哈代頗有些感覺好笑,實際上,他教出來的很多學生,也是自信滿滿的將自己的公式得意的呈現給教授看,認為發明了什麼了不得的大道理,然而仔細研究,卻完全站不住腳。

在這封信的後面,哈代果然發現了一大堆密密麻麻的公式和計算,看來研究者頗下了一番苦心,本著職業精神,哈代教授還是決定驗證一二,然而結果很快讓他大吃一驚,這些公式以及命題,很多沒有寫出證明過程,然而運算的結果卻是完全吻合,有一些公式,甚至連哈代也不了解,他只能去找自己的同事,另外一個頗有名氣的英國數學家李特爾伍德(J. Littlewood),兩人對這個名字自稱為拉馬努金的印度人寫下的公式進行仔細的演算,驚訝的發現,結果完全正確。

如果拉馬努金真按照信件上所說,沒有接受過教育,那麼他可以說是難得一見的數學天才。隨後教授們更加詳細的了解了拉馬努金的人生。

1887年,拉馬努金出生在了印度泰米爾納德邦一個沒落的婆羅門家族,全家7口人只能靠父親每個月20盧比的工資生活,拉馬努金大部分時間在祖母家中度過,他從小便表現出了超出常人的思考能力,並且對數學產生了濃厚的興趣。

在15歲的時候,朋友借給了他英國數學家卡爾(G. Carr)寫的《純粹數學與應用數學概要》一書。該書收錄了代數、微積分、三角學和解析幾何的五千多個方程,卻沒有寫出詳細的證明,這讓拉馬努金獲如至寶,立刻開始了詳細的演算,進行自己獨特的證明,這花去了他五年的時間,留下了數百頁數學筆記。

然而當拉馬努金憑藉特意的數學天賦進入馬德拉斯的帕凱亞帕學院就讀的時候,卻被校方開除,原來他的5門文科課程兩次不及格,這種頗為不合理的計學分方式讓拉馬魯斯深感無奈卻又無可奈何。

在此之後,拉馬努金只能做家教維持生計,同時從圖書館借來數學書進行自己的研究,常年以來,微薄的工資讓拉馬努金不敢做其他任何的奢想,他捨不得買紙張,便在石板上進行計算,用手肘和破布擦掉石板上的字,這也導致拉馬努金的手上,結下了厚厚的繭。拉馬努金在十多年的生活中,寫下了3000多個計算公式,他從來不證明,然而他人進行計算的時候,卻往往發現拉馬努金的計算無誤,因為和外界生活封閉,拉馬努金始終找不到證明自己的機會,最終在1913年,一位懂數學的朋友介紹下,拉馬努金總算鼓起勇氣寫一封信給英國劍橋大學的哈代教授。

哈代意識到,拉馬努金是一個難得的奇才,在他舉薦之下,很快拉馬努金進入到劍橋大學進行就讀,他設立的數學命題,在日後很多得到了驗證,比利時數學家德利涅(V. Deligne)於1973年證明了拉馬努金1916年提出的一個猜想,並因此獲得了1978年的菲爾茲獎。人們更加驚訝,拉馬努金如何在從來不證明的情況下發現公式的?

而拉馬努金最為著名的計算,則意外的揭開了黑洞的奧秘,他相信,存在一個奇點,當靠近這些點時,函數值趨向無窮大。如函數f(x)=1/x,它有一個奇點x=0。隨著x無限接近0,函數值f(x)漸增至無窮大。拉馬努金相信,對於每一個這樣的函數,存在一個模θ函數使得它們不僅奇點相同,奇點的函數值也以幾乎同樣的速率趨近於無窮。而拉馬努金的這個模型,恰好完美符合對於黑洞的演算,黑洞的中心其實就是一個奇點,在奇點上,時空曲率和物質密度都趨於無窮大,拉馬努金也為黑洞的研究做出了巨大的貢獻。

讓人感到遺憾的是,這樣一位天才數學家,在32歲,就因為肺結核離開了人世,當然世界數學界卻永遠記住了他的名字,以及為人類做出的貢獻,他也成為了勵志的典範。

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