一身行囊走世界——記著名數學家 保羅·厄多斯

2020-12-21 大科技雜誌社

你聽說過兩個哲學家討論地外生命的那個故事嗎?其中一個人說:「如果外星人存在,那麼他們的智力水平就有可能超過我們人類,因此我們可以預期,他們已經訪問地球了——可是,他們有沒有留下什麼痕跡呢?」另外一位哲學家俯身過來對他耳語道:「噓!在這裡我們把他們稱為匈牙利人。」

這個故事所指的匈牙利人是保羅·厄多斯。

的確,如果厄多斯還活著,請他代表地球到外星球去當大使肯定是個好主意。外星人肯定會欣賞厄多斯的超越地球凡俗的智慧。更重要的是,他不受塵世所羈絆,他沒有結婚,沒有孩子,沒有房子,沒有固定工作,沒有信用卡。事實上,他什麼都沒有,只有一個簡便的行李箱,裝著些許衣物以及一些筆記本,週遊全世界。他的極端簡樸的生活完全是為了數學,他的整個身體與靈魂都是為了數學而活。

靈——「對我來說,研究數學就像呼吸一樣自然。

數學?這是令多少人感到頭痛的一門學問!數學考試對我們來說簡直是煎熬,我們的父母對於數學的興趣,也可能只局限在計算銀行存款簿上的數字而已。但是對於數學家來說,他們所從事的學問是人類心智最純粹的創造。許多人都公認,厄多斯是20世紀數學家中的翹楚。

如果說這個世界上真的有天才,那厄多斯無疑是其中之一。他生於1913年,父母都是匈牙利的高中數學教師,所以在他上學前,已經吸收了不少知識。在蹣跚學步時,他就研究日曆,計算母親還有多久才能放假回家。1917年,當時他4歲,還不會寫數字,就會心算3位數乘4位數的乘法了。那時候他告訴母親:「你如果把100減去250,會得到比零小150的數。」在這之前,還沒有人告訴過他負數的觀念!

同樣在4歲時,他就算出一些諸如乘火車去太陽需多長時間之類荒唐可笑的問題的答案。他問她母親的朋友們多大,然後立即心算出她們已經活了多少秒。當他10歲時,父親告訴他「質數有無窮多個」的證明,從此他就被數學「釣」上了。一個正整數如果除了1之外不能被比它小的正整數整除,就叫做「質數」。例如,他出生的年份1913是質數,他的享年83也是質數。

他17歲上大學,當大多數新生只求功課平安及格時,厄多斯就得到生平第一個重要的數學發現:對一個著名的定理提出一個初等的論證,證明在任何兩個自然數n≥2和2n之間,至少存在一個質數。這是先前數學家所發展出來的質數理論,但他用更簡潔的方法加以重鑄,這被譽為有如開鑿了巴拿馬運河,解除了必須繞道南美洲的麻煩。

獲得博士學位以後,他繼續深造,並轉而研究組合數學,這在當時是個極艱澀難懂的學問,大眾不關心,其他數學家也漠視他的成果,但厄多斯從不憂慮這些,他太專注於自己的學說,從來無暇顧及研究的最終效益。如今,組合數學或許是數學中發展最快的,這很大部分要歸功於厄多斯的先驅領導。

怪——「一個數學家就是一臺把咖啡轉化為數學定理的機器。

在我們的印象中,數學家的工作是極端辛苦的,他們似乎每天都埋頭苦幹,等待著不可多得的豐碩果實,往往一輩子只有可數的幾個成果問世,數學家就不能多產嗎?厄多斯的成就證明,不是的。厄多斯一生同485位合作者發表過1475篇數學論文!論文涉及數學的許多領域。

厄多斯對數學家的定義是很奇特的:「一個數學家必須是在每個星期有一些新的研究工作才成為數學家。」他要生出一個新的定理或問題可是比母雞生蛋還要快的。見到他的同行時,總喜歡問:「你昨天有什麼新的發現?」可並不是每個數學家都能像他那樣每年發表50多篇論文!

一次,一位法國數學家問他關於某位有爵士頭銜的英國數學家的近況。他回答:「這個可憐的傢伙兩年前就已死去了。」另外一位法國數學家卻說:「不可能,上個月我還在羅馬見過他。」他答:「你應該明白我的意思,我是指他這兩年沒有搞出什麼新東西來。」

「我只要拿張紙,坐下,就能思考。」在很多張照片上,他都是低著頭的。這種姿勢很容易讓人以為是在打盹,但他是在思考問題。

他和別人聊天的話題也離不開數學。1930年,17歲的厄多斯第一次見到14歲的夥伴時,對他說的第一句話是:「給我舉出一個4位數。」同伴答:「2532。」「它的平方是6411024。對不起,我老了,否則我會立即告訴你它的立方。」厄多斯又問:「你知道畢達哥拉斯定理的多少種證法?」同伴:「1種。」「我知道37種。你知道位於一條直線上的點不能構成可數集合嗎?」

他一天工作19個小時以上,即使在古稀之年依然如此,為了保持狀態,他對咖啡,對興奮劑有依賴。1979年,他的朋友和他打賭,只要他一個月之內不服用興奮劑,朋友就輸給他500美元。他成功地贏得了這次打賭,但他對朋友說:「你幫我證明了我不是一個癮君子,但在這段時間內我一無所成。我早晨起來就盯著一張白紙發呆,毫無主意,跟普通人沒有什麼區別。你因此使數學的發展滯後了一個月。」於是,他隨後便重新開始服用興奮劑。

勤——「要休息的話,墳墓裡有的是休息時間。

性格古怪的數學家是不是傾向於把自己關在屋裡獨自沉思?厄多斯不然。

他是當代發表數學論文最多的數學家,也是全世界和不同國籍的數學家合作發表論文最多的人,他平均一年要處理1500多封有關於數學問題的信。之所以能夠如此,就是因為他是個徹底的浪跡天涯的「苦行僧」。

他時常拎著兩個舊皮箱橫跨五大洲,遊歷於世界各地的大學和研究所,登門拜訪那裡的數學家。他可以和任何大學的數學家合作研究,他每到一處演講,就能和該處的一兩個數學家合作寫論文。

當厄多斯抵達他要做演講的一個城市時,他會打電話給他的數學家朋友,告訴他們「我的頭腦敞開了」,聽起來仿佛是從地獄傳來的聲音。但是對於邀請他的主人,這個頭腦是一個可以共享的寶藏,並且他們有共同的責任加以開發。他們開始討論數學問題,一連持續幾天,直到雙方都厭倦了為止。

他是不孤獨的,他的朋友遍天下。他雖然是匈牙利的科學院院士,可是他可以隨時自由離開自己的國家,他的護照就像外交人員那樣有特權,每次他從外國回來機場,就有一大堆的年青或年長的數學家去迎接他。

他從不在一個城市裡連續呆上一個月,他的座右銘是:「另一個屋子,另一個證明」。主人只要打理他的吃、住,負責幫他清洗衣物,就這麼簡單。由於厄多斯這樣的胸襟與才華,使得全世界四大洲的數學家都義不容辭地照顧他,就如同自己為數學盡義務一般。人們除了欣賞他那風格迥異的個人生活態度之外,也津津樂道厄多斯的軼事。

數學界有個說法:如果你不認識保羅·厄多斯,你就不是真正的數學家。

迷——「你可以不相信上帝,但是你不能不信『天書』。

厄多斯研究涉及的領域很廣:數論、集合論、組合數學、圖論、概率論及其應用,實變函數論,無窮級數理論、插值論等等。這些數學領域令人望而生畏嗎?厄多斯給了我們否定的答案。

超過60年以上驚人的研究生涯,厄多斯對數學做出許多貢獻,但人們很難對厄多斯在數學歷史上的地位做出合適的評價,他留下了1475篇質量不低的論文,無疑是超一流的數學家,但這些論文對主流數學的影響並不是很大。20世紀的數學以泛函分析、抽象代數、拓撲學為基礎,而厄多斯對這三門學科都沒什麼興趣,甚至可以說不怎麼懂。他主要的興趣在數論和組合數學,而他研究數論主要使用的是比較初等的解析方法。

他一再向人們證明:初等方法在數學中也有它們的地位。這裡「初等」並不代表「簡單」,事實上,初等方法往往更為複雜;他還引進了存在性問題的隨機方法,用來證明各種各樣跟隨機性或者概率論毫無關係的問題。儘管隨機方法還不像傳統的存在性問題證明方法那樣應用得廣泛,但它已經越來越顯示出它的威力。

他喜歡說,上帝擁有一本超限的天書,裡面包含所有的數學定理以及它們的最佳可能證明。如果上帝好意的話,他會讓你偷窺一下。例如「兩平方和」定理,說任何形如4n+1的質數都可以唯一地表示成兩個自然數的平方和,厄多斯認為高斯所提出的證明就是從這本天書擷取的。

由於他在眾多數學領域中的貢獻,以及他個人與全世界數學家的合作,1983年榮獲了數學界的諾貝爾獎——沃爾夫獎。

願——「我不想傷害他們對數學研究的熱情。

既然功成名就,就該拿獎金享受生活了吧?不!厄多斯從來不知道如何享受生活,如果他存錢,他會很富有,因為各種獎金、演講所得收入加起來不是小數目,但是他連自己都不知道自己有多少錢,就像他的生活一樣,一切都是別的數學家幫他打點,連稅都得託別人替他交,他的錢到底如何分配的呢?

簡單說來,就是培養年輕數學家。他的做法很獨特:他拋出問題,同時附上標價,這些數目最低是50美元,然後是100美元,400美元,500美元,高的可達1000、2000及3000美元及一萬美元,完全根據問題的難度而定。如果年輕人能夠解答出來,他就給他們作為獎勵,藉此,他也把他的收入像散財童子般地分送出去。他的一個同胞在年輕時,就曾解決了他的一個問題而獲得1000美元的獎金。在他的「金錢刺激」之下,有許多人研究他所認為重要及有趣的數學難題。

不僅大力栽培年輕數學家,厄多斯還胸懷寬大,對年輕數學工作者愛護有加。有的年輕數學家欣喜地發表了研究成果,而事實上是厄多斯許多年前得到的結果,他得知後,從不對正在成長中的年青數學家潑冷水,他說:「我不想傷害他們對數學研究的熱情。」  

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