為數學而瘋的康託爾

2021-02-15 52數學網

1918年1月6日,德國數學家,集合論的創立人康託爾逝世。


一、 康託爾的生平

康託爾曾就學於蘇黎世大學、哥廷根大學和法蘭克福大學。1863年,他父親突然病逝,為此康託爾回到了柏林,在柏林大學重新開始學習。在那裡,他從當時的幾位數學大師,魏爾斯特拉斯、庫默爾和克羅內克那裡學到了不少東西。

最初他父親並不希望他獻身於純粹科學,而是力促他學工。但是,康託爾越來越多地受到數學的吸引。1862年,年輕的康託爾做出了準備獻身數學的決定。儘管他父親對他的這一選擇是否明智曾表示懷疑,但仍以極大的熱情支持兒子的事業。同時還提醒康託爾要廣泛學習各科知識,包括文學、音樂和繪畫等。

年輕的康託爾在27歲的時候,就在數學上表現出優秀的數學天賦,他用有理數列構造實數R,在數學發展歷史上,這是「前無古人」的創意。無窮理論的研究,在當時一直是一個世界性的難題,由於研究無窮時往往推出一些合乎邏輯的但又荒謬的結果,許多大數學家唯恐陷進去而採取退避三舍的態度。

從1874年開始,康託爾向神秘的「無窮」宣戰,他靠著辛勤的汗水,成功地證明了一條直線上的點能夠和一個平面上的點一一對應,也能和空間中的點一一對應。這樣看起來,1 釐米長的線段內的點與太平洋面上的點,以及整個地球內部的點都「一樣多」。後來幾年,康託爾對這類「無窮集合」問題發表了一系列文章,通過嚴格證明得出了許多驚人的結論。

比如著名的康託爾三分集:已知一條長度為1個單位的線(藍色),移走這條線中間的三分之一。再移走剩下部分的三分之一,無限重複這樣的過程。最後剩下的就是康託爾三分集(也叫康託爾的梳子)。它有一個驚人的屬性:無論走多遠,總能夠從剩下的點中找到兩點,它們之間的距離可以是從0到1之間的任何一個數,比如下圖中的長度為0.4單位的線。

康託爾的梳子

然而,康託爾在學術上的成就,在最開始,並沒有得到同行的認可,尤其是當時歐洲最傑出的數學家之一,也是他的老師——克羅內克,早已流露過不滿。克羅內克是一個有窮論者,竭力反對康託爾的「超窮數」的觀點。

在柏林,克羅內克幾乎有無限的權力。他不僅對康託爾的工作進行粗暴的攻擊,還一再阻止康託爾論文的發表。由於他的攻擊,還使數學家們對康託爾的工作總抱著懷疑的態度,致使39歲的康託爾患了抑鬱症。

在康託爾的餘生中,由於事業和家庭生活兩方面的打擊,他多次遭受不同程度的精神崩潰,不得不一次次出入精神病院。然而,這位偉大的數學家並沒有因為自己患病而放棄對數學的探索,在精神狀態好的時候,他完成了關於無窮理論的最好的那部分工作。

二、康託爾的貢獻和影響

康託爾對數學的貢獻是集合論和超窮數理論。

兩千多年來,科學家們接觸到無窮,卻又無力去把握和認識它,這的確是向人類提出的尖銳挑戰。康託爾以其思維之獨特,想像力之豐富,方法之新穎繪製了一幅人類智慧的精品——集合論和超窮數理論,令19、20世紀之交的整個數學界、甚至哲學界感到震驚。可以毫不誇張地講,「關於數學無窮的革命幾乎是由他一個人獨立完成的。」

羅素在某個時期曾說過,「在數學上,我主要受惠於G.康託爾和G.皮亞諾教授。」(《數學的原理》)

希爾伯特高度讚譽康託爾的集合論「是數學天才最優秀的作品」,「是人類純粹智力活動的最高成就之一」,「是這個時代所能誇耀的最巨大的工作」。在1900年第二屆國際數學家大會上,希爾伯特高度評價了康託爾工作的重要性,並把康託爾的「連續統假設」列入20世紀初有待解決的23個重要數學問題之首。

當康託爾的樸素集合論出現一系列悖論時,克羅內克的後繼者布勞威爾等人藉此大做文章,希爾伯特用堅定的語言向他的同代人宣布:「沒有任何人能將我們從康託爾所創造的伊甸園中驅趕出來」。

康託爾在數學上的功績,以及敢於向無窮大冒險邁進的精神,不僅在當時影響引起巨大的反響,為如今數學理論的發展,做出了不朽的貢獻。

參考文獻:

1. 為數學而瘋的康託爾

2. 數學家的故事.孫劍.長江文藝出版社

3. 百度百科

4. 歷史上的今天


本期題目:

用加、減、乘、除和括號,將1918年1月6日」中的4個數:1,6,18,19進行計算,得到23。

上期答案:9×5-19+1=27

【「數學史」上的今天】欄目簡介

本欄目以重大歷史事件為線索,介紹數學和數學家的故事,數學與各種文化的關係等。讓學生了解數學發展的脈絡,認識到數學並不是孤立的學科,而是聯繫生活的方方面面的。另外,以歷史事件發生的日期,算變形24點,提高學生的心算能力。

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