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[组图]五个最著名的女数学家       ★★★
五个最著名的女数学家
作者:佚名 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2012-7-29 15:41:54

最早的女数学家:希帕蒂娅


希帕蒂娅或许不是最早的女数学家,但她可能是最早以独立身份出现的女数学家(Tracy Revels / woffproff.typepad.com)

    希帕蒂娅(Hypatia)生活在东罗马帝国时期的亚历山大城(现在埃及的亚历山大港),她的父亲赛昂是著名的亚历山大图书馆的最后一批学者之一。与众多古代学者一样,希帕蒂娅不仅是数学家,还是天文学家和哲学家。她在学院中讲授圆锥曲线、代数学、几何原本和天文学等课程。由于缺乏直接的历史资料, 希帕蒂娅真正的数学成就已难以考察,但从间接的书信传记中可以大致知道,她曾协助父亲补注托勒密的《天文学大成》以及欧几里得的《原本》,以及丢番图的《算术》与阿波罗尼奥斯的《圆锥曲线》。

作为智慧与美貌并重的传奇,希帕蒂娅是亚历山大城的一个传奇。她经常身着哲学家惯有的打满补丁的长袍向公众讲演,市民见到她都会欢呼甚至 “撒花庆祝” (真的将花束抛给她)。公元 4 世纪晚期,基督教成为罗马帝国的国教,而其他宗教则受到排挤和迫害。亚历山大城的主教西里尔和执政官俄瑞斯忒斯之间的矛盾也愈发尖锐,俄瑞斯忒斯和希帕蒂娅都是异教徒,且颇有私交,于是很多基督徒认为主教西里尔和执政官俄瑞斯忒斯之间的矛盾是希帕蒂娅挑拨的结果。

公元 415 年 3 月的一天,希帕蒂娅在回家的路上被一群蒙面的歹徒从马车中绑架,他们将希帕蒂娅带到一座教堂并脱光了她的衣服,用锋利的蚌壳将她身上的肉挖掉,又将残余的四肢投入火中焚毁。俄瑞斯忒斯得知希帕蒂娅的死讯后要求罗马帝国派人调查,他本人也立刻辞职逃离了亚历山大城。罗马方面来人屡次调查都没有结果,西里尔又推说希帕蒂娅其实还活着,只是去了雅典。此事最终不了了之,东罗马帝国最伟大的女学者也香消玉殒。

挑战费马最后猜想的人:苏菲•姬曼


苏菲•姬曼(1776 - 1831)SHEILA TERRY / SCIENCE PHOTO LIBRARY

苏菲•姬曼(Marie-Sophie Germain)在 1776 年出生于法国巴黎一个富庶的家庭。 13 岁时法国大革命爆发,苏菲被迫禁足,只好在家中的图书馆消磨时间。偶然间被《数学史》中阿基米德之死的故事深深吸引,于是她开始翻阅与数学相关的书籍。为了能够读懂牛顿和欧拉的著作,她甚至自学了拉丁文和希腊文。

在她 18 岁时,由于性别原因,苏菲无法进入巴黎综合理工学院。但学院允许任何人索取讲义、将作业邮寄给教师批改。她以 M. LeBlanc 的名字索取讲义并提交了一份关于分析学的报告,这份报告得到了时任教授的法国数学家拉格朗日的赞许,他邀请 LeBlanc 见面一叙,苏菲见无法再隐瞒索性和盘托出,拉格朗日得知真相后,亲自到她家中看望并鼓励她。

1798 年,苏菲读到了法国数学家勒让德的《数论》,开始研究 “费马最后猜想”(即现在的费马大定理)。为了证明费马猜想,苏菲研究了高斯关于数论的文章,并以 M. LeBlanc 的假名开始与高斯通信。 1807 年前后,拿破仑的部队进攻德国,苏菲通过家族的关系拜托一位法国高级军官确保了高斯的安全。但由于苏菲始终以假名与高斯通信,高斯并不知道谁保护了他。

1809 年,高斯的兴趣转向应用性更强的问题,他们的通信也就此中断了。十年后,苏菲又给高斯写了一封信,阐述了她对证明费马猜想的思路,并在一个特殊的条件下证明了这一猜想,但高斯没有回信。

苏菲的论证从未正式发表,她的工作在勒让德《数论》第 2 版的脚注中出现。勒让德利用她的结果证明了 n = 5 时费马猜想是正确的,他将苏菲的证明称为“(迄今)关于费马猜想的最好结果”。尽管英国数学家怀尔斯等人,于1995年成功证明了费马猜想,由此,这一猜想也改称为费马定理)并没有使用苏菲的思路证明费马猜想,但她的结果是该猜想被提出后近 200 年间最大的进展。

 

美国著名私立女校艾格尼丝斯科特学院苏菲•姬曼的塑像 / agnesscott.edu

在与高斯的通信中断后,苏菲的研究兴趣也转向弹性理论。1809 年,法国科学院提出悬赏,征集能够描述克拉德尼弹性振动实验的方程。苏菲与法国数学家泊松是主要的参与者,但随着泊松被选为科学院院士,他主动退出竞赛(但仍然从事这方面的研究)。

1811 年,苏菲第一次提交了她的结果,并没有获得科学院的认可,这项悬赏被延长两年。 1813 年她第二次提交了结果,但因为其中有严重的数学错误也没有获得认可(因为她基本属于自学成才,因此许多证明并不严谨)。此后她开始与泊松进行讨论,后者于 1814 年发表论文,并未提到与苏菲的讨论。

1816 年,苏菲第三次提交结果,终于得到科学院认可。虽然她的方程与实验结果并不吻合(因为她引用了欧拉的另一个方程作为边界条件,但这个方程是错误的),但最终科学院还是接受了她的论文并向她授奖,苏菲 •姬曼成为第一位得到科学院奖励的女性。当时法国科学院禁止除了院士夫人之外的女性涉足,苏菲始终无法堂而皇之地进入科学院参加学术讨论。直到 7 年后,她与科学院秘书傅里叶成为朋友,这项禁令才成为历史。

1831 年苏菲因为乳腺癌而去世。尽管她的学术成就已经得到了认可,但在官方的死亡证明上仍将她列为“领取固定年金的女性”(rentière–annuitant)而不是数学家。她去世 6 年之后,哥廷根大学(University of Göttingen)考虑授予她荣誉学位,高斯写道,“她向世界证明了女性也可以在最精细和抽象的领域做出杰出的贡献,因此向她授予荣誉学位是完全合理的”。

为了纪念苏菲•姬曼对数论的贡献,现在将 p 与 2p+1 都是素数的数称为 “苏菲•姬曼质数”。

第一位程序员:爱达•洛夫雷斯

 奥古斯塔 · 爱达 · 金,洛夫雷斯伯爵夫人(Augusta Ada King, Countess of Lovelace,1815-1852),通称爱达 · 洛夫雷斯(Ada Lovelace)。

爱达 · 洛夫雷斯(Ada Lovelace)有一位显赫的父亲——英国诗人拜伦勋爵,但她却是以 “世界上第一位程序员”而闻名。爱达于 1815 年在伦敦出生,他的父亲那时已经颇有名望,但他与爱达母亲之间的婚姻却是一出悲剧。在爱达一个月大时,她的母亲就因为无法忍受拜伦情绪化的诗人特质,带着爱达回娘家了。尽管当时英国的法律规定,若夫妻分居丈夫可以得到孩子的抚养权,但拜伦却从未要求抚养爱达。在签署了分居协议后,拜伦离开了英国前往欧洲大陆游历。

爱达的母亲不希望女儿长大后与她爸一样情绪化,加上她本人是业余数学爱好者,因此为爱达聘请了数学教师。 17 岁时,爱达的数学天赋逐渐展现,她的数学教师、当时有名的数学家德·摩根(Augustus De Morgan)在写给爱达母亲的信中说,爱达 “可能会成为一流的数学家”。

据说有一次德·摩根夫人带着爱达和其他小姑娘去参观英国数学家巴贝奇(Babbage)的差分机,这是一个庞大的机器,可以用来计算多项式的在某一点的取值,甚至可以通过多项式来逼近对数函数和指数函数。巴贝奇的差分机使用了有限差分的方法,从而避免了乘法和除法的运算。尽管他的差分机并未完全完成,但仍是 19 世纪初伟大的发明之一。爱达对这项发明很感兴趣,并且向巴贝奇请教其工作原理,巴贝奇也对这个小姑娘留下了深刻的印象。

好笑的是,爱达的母亲认为巴贝奇只是个江湖骗子。但 1836 年爱达还是写信给巴贝奇,请求他教授数学知识。巴贝奇在差分机的基础上设计了分析机,这是一种更加强大的计算机,它可以将计算结果通过打孔记录在卡片上,而后再读入这些信息进行下一次计算。巴贝奇甚至设计了队列控制、分支和循环等结构。如果分析机按照当年巴贝奇的设计得以完成的话,那将是第一个图灵完全的计算机。

 

爱•洛夫雷斯,据推测上图可能当初原始的水彩肖像画,签名 A.E. Chaton R.A. 绘(The Ada Picture Gallery / people.cs.kuleuven.be)

1840 年,巴贝奇到意大利讲学并向人们推销分析机的概念,意大利青年数学家米纳布里(Luigi Menabrea)将他的讲课内容以法语整理出一份笔记(他后来成为意大利总理)。为了扩大这份讲义的影响,巴贝奇请爱达将其翻译为英语。

爱达的主要成就就是这份讲义翻译稿的附录。经过 9 个月的工作,她将这份讲义翻译成英文,并在 245 页的原稿后面添加了 297 页的附录。在这份附录中,爱达设计了一个算法计算伯努利数列的值(现在我们知道伯努利数列的值是黎曼 ζ 函数在负整数的取值),这也是第一个利用计算机进行运算的算法说明,因此爱达被称为“世界上第一位程序员”。可惜的是,巴贝奇的设计在 19 世纪从未被真正建成,直到 1989 年,伦敦科学博物馆才按巴贝奇的设想完成了一台差分机。

 差分机的设计图纸

为了纪念爱达的贡献,美国国防部在 1980 年将他们设计的一种计算机语言命名为 Ada,编号为 MIL-STD-1815,用以纪念爱达出生的年份。Ada 语言被广泛地应用于各种嵌入式系统,包括航天器、导弹和其他需要高度可靠性的设备。1996 年,欧洲航天局发射的 “阿丽亚娜 5 号” 火箭就使用了 Ada 语言。不幸的是火箭在发射 37 秒后爆炸并解体,价值 5 亿美元的卫星付之一炬。爆炸的原因是一段将 64 位浮点数转换为 16 位无符号整数的代码,没有返回正确的数值而返回了一个溢出诊断信息。这段代码是在设计阿丽亚娜 4 号火箭时加入的,当时的工程师经过估算认为传感器的数值远不足以造成 16 位系统的溢出,但在阿丽亚娜 5 号火箭中设计人员简单地重用了这段代码但没有重新估算数值的大小。

作为计算机科学的先驱,爱达在 36 岁时因为子宫癌造成的大出血去世。按照她的意愿,她被安葬在拜伦的墓旁。据说早在她为巴贝奇翻译讲义的时候就曾经预言,未来的计算机绝不仅仅是数学家的玩物,它可能被用来排版、作曲甚至是更加复杂的用途,这是连巴贝奇都不敢幻想的超越时代的洞见。

首位女数学博士:索菲娅•柯瓦列夫斯卡娅

 

1850 年,索菲娅•柯瓦列夫斯卡娅(Sofia Kovalevskaya)出生在一个普通的俄国家庭,父亲是一位军人,母亲则是一位学者。索菲娅从小就对数学十分有兴趣,据说她 11 岁时卧室的墙纸就印着微分和积分的运算(当年有这么潮的墙纸吗?)

父母十分支持索菲娅学习数学,还为请了她有名的家教。在 17 岁时她决定去大学深造,但是在当时的沙皇俄国,大学是名副其实的男人帮。于是她只能选择出国留学,为了能够拿到护照,她与一位学习古生物的学生柯瓦列夫斯基(Vladimir Kovalevsky)假结婚,在丈夫的担保下,夫妻二人来到了德国。

1869 年,她开始在海德堡大学(University of Heidelberg)旁听,海德堡大学规定,只要教授许可任何人都可以旁听。在两年间她旁听了亥姆霍兹、基尔霍夫和本生等人的课程。其间她与丈夫还曾去伦敦游历,在那里他们见到了赫胥黎和达尔文,她丈夫也因为与达尔文的合作而闻名。

1871 年,他们从海德堡迁往柏林,这里的大学不允许她继续旁听,索菲娅只好聘请维尔斯特拉斯为她单独授课。1874 年她向哥廷根大学 (University of Göttingen) 提交了关于偏微分方程、土星光环和椭圆积分的三篇论文,在维尔斯特拉斯的大力保荐下,哥廷根大学破例授予她博士学位,她也成为欧洲第一位获得数学博士的女性。在关于偏微分方程的论文中,她证明了现在被称为 “Cauchy-Kovalevski” 定理的结果,这个定理证明了一类偏微分方程解的存在性。这也是索菲娅最知名的工作之一。

获得博士学位后的索菲娅生活并不一帆风顺,夫妻二人陷入经济困难,被迫以经营建筑业为生,但最终还是破产。尽管索菲娅希望能够谋得一个教职,但当时没有大学愿意聘用一位女性讲师。1883 年,她的丈夫在经历了长期的精神疾病之后自杀,她在维尔斯特拉斯一位学生的帮助下,成为斯德哥尔摩大学的一个讲师,次年她成为一位讲座教授(被称为教授但不算正式的职位)并成为数学刊物《数学学报》的编辑,她是世界上最早的女性数学杂志编辑之一。

1888 年,她因为对刚体运动的研究获得了法国科学院的“博丹奖”(Prix Bordin)奖,次年被任命为斯德哥尔摩大学的正式教授,也成为北欧第一个女数学教授。由于她的杰出成就,俄罗斯科学院破例接收她为院士,但她仍然无法在俄国教书。

1891 年,索菲娅在旅行归来后染上流感不幸身故,享年 41 岁。

抽象代数奠基人:艾米•诺特

 

艾米•诺特(Amalie Emmy Noether)是一位不世出的杰出数学家,她对现代数学和物理的贡献不仅丝毫不逊于男性数学家,甚至可以算是 20 世纪前叶最杰出的科学家之一。

1882 年艾米•诺特出生在德国埃尔朗根的一个书香门第,父亲是埃尔朗根大学(University of Erlangen)的数学教授,几个弟弟后来也都成为数学或化学领域的专家。艾米小时候的梦想是成为英语和法语教师。

1900 年艾米进入埃尔朗根大学学习。就在此两年之前,该大学教务长还说过“男女合校必然导致教学秩序大乱”,因此艾米作为大学 986 个学生中仅有的两位女生之一,她必须在得到任课教师许可的情况下才能以旁听生的身份进入课堂。1903 年底,她转往哥廷根大学学习一个学期,跟随闵可夫斯基、克莱因和希尔伯特等大牛学习数学。1904 年,她回到埃尔朗根大学并获得正式的学生身份,师从戈尔丹研究数学并于 1907 年完成了她的博士论文。1908 年到 1915 年间,她在埃尔朗根大学讲授数学课,但没有任何薪水。此间她认识了费雪,他向艾米介绍了希尔伯特的研究工作,艾米将希尔伯特的方法来研究有理函数域和有限群的不变量理论并发表了若干论文,这也是艾米研究抽象代数的肇始。

 

艾米与费雪用明信片讨论问题

1915 年,希尔伯特和克莱因邀请艾米重返哥廷根大学,但这项动议遭遇了极大的阻力,系里的一位教授说,“我们士兵从前线返回家乡时发现他们竟然要拜倒在一个女人的脚下学习会怎么想?”希尔伯特反驳,“我不认为性别是我们评估一个人是否有能力任教的标准,毕竟我们的大学不是澡堂”。但尽管是这样,艾米还是只能在哥廷根大学无薪代课(她所讲授的课程名义上是希尔伯特开设的,而她只是希尔伯特的助教)。这时艾米只能靠家中的接济过活,但她并没有因此而自怨自艾,在她到达哥廷根大学不久就证明了著名的 Noether's Theorem,即任守恒量都有与其伴随的物理对称性。

第一次世界大战后,女性在学术界的地位得到了一定的提升。1919 年哥廷根大学允许她申请成为教授,1922 年她终于获得了聘书成为讲座教授(仍然是没有薪水的教职)。于此同时,她也开始了对抽象代数的开创性的研究,在她和合作者发表的多篇论文中,定义了环的左右理想(理想是抽象代数中专有的名词)、研究了升链条件等内容。毫不夸张地说,艾米是抽象代数理论的奠基人之一,她的研究影响了整个 20 世纪代数学甚至整个数学的面貌。

艾米在 1928 年到 1929 年曾经前往莫斯科国立大学做访问学者,她在那里见到了苏联黄金时期的科学发展盛况,因此对布尔什维克也颇有好感。1932 年在她 50 岁时时,哥廷根大学的同事为她举行了极富数学家特色的庆祝活动——在数学杂志上发表一篇文章,该文证实了艾米之前的猜测是正确的:非交换代数的某些性质甚至比交换代数还要简单。然而好景不长,1933 年随着希特勒上台,德国境内的排犹气氛不断高涨,加上她之前曾经称赞过苏联的布尔什维克,艾米在哥廷根大学的处境日渐窘迫。1933 年她收到了解聘书,只能在家继续和学生讨论。她一生中唯一的一位中国学生曾炯(1898-1940)也被迫离开了哥廷根大学辗转汉堡大学,曾炯 1935 年回国受聘于浙江大学,1940 年抗日战争期间因贫病交加在西昌逝世。

1933 年底,一些美国数学家向艾米伸出了援手,为她争取到布林莫尔学院(Bryn Mawr College)的教职。1935 年,她接受了卵巢囊肿的手术,但术后第 4 天却毫无征兆地出现器官衰竭,最终不治而亡,享年 53 岁。爱因斯坦在她去世后给《纽约时报》的信中所说,“她是自大学向女性开放以来最具有独创性的数学天才。在无数数学家耗费了数个世纪心血的代数领域,她发现的方法影响了一代年轻数学家的成长”。


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