數學史上最強父子檔之阿廷父子

數學史上父子均為數學家的情況時有發生,但都成為著名數學家的卻屈指可數,而之前我們所介紹的法國

嘉當父子就是這樣的一對典型數學家父子,我們今天所介紹的阿廷父子也是這樣一對非常傑出的數學家。

大學學過抽象代數的同學肯定對阿廷這個名字不陌生,其中的阿廷環和伽羅瓦定理的經典證明都是來自埃米爾-阿廷,可能很多同學也看過或聽說過邁克爾·阿廷的名著《代數》。不瞭解具體情況的同學可能會認為這是同一個數學家,但實際上他們是一對父子。父親埃米爾·阿廷是20世紀上半葉最偉大的代數學家之一,而兒子邁克爾·阿廷則在代數幾何領域內成果頗豐,因此榮獲了2013年的數學最高獎沃爾夫數學獎。


數學史上最強父子檔之阿廷父子


埃米爾·阿廷

埃米爾·阿廷(Emil Artin,1898~1962)出生於奧匈帝國時期的維也納,他的生父是畫商,但在阿廷出生後不久就離世了,母親帶著他改嫁給了一名經營紡織廠的商人,在這樣的成長環境下,阿廷的童年實際上很孤獨。阿廷小時候並沒有表現出太大的學習天賦,中學時候比較喜歡的是化學而非數學,迷上數學是在維也納大學上學之後的事。

數學史上最強父子檔之阿廷父子


彼時的維也納只有維廷(Wirtinger)格和菲特溫格勒這樣兩位國際證知名的數學家,而後者給了阿廷一些影響,帶領他走上早期研究類域論的道路。可惜好景不長,由於第一次世界大戰激戰正酣,阿廷只讀了一學期就應徵入伍,在軍隊裡當法語翻譯。大戰結束後,阿廷來到德國萊比錫大學繼續學習數學,師從著名數學家赫格羅茨(Herglotz)。在此期間,阿廷參加了許多不同種類的課程,包括物理,化學等等。最終他的博士論文內容是關於有限域上的二次函數域,並且寫成了一篇差不多一百頁的長文,這篇文章是阿廷數學生涯中最長的一篇,幾乎佔了他全集的六分之一。

萊比錫的學習結束後,阿廷來到當時的數學中心哥廷根訪學,結識了當時全世界最優秀的一群數學家,包括埃米·諾特,西格爾(1978年首屆沃爾夫數學獎得主)等等,在這些偉大的數學友誼中,阿廷收穫了非常多的知識。儘管阿廷的才能十分出色,但哥廷根的數學家們實在太強而且職位已滿了,他無法在這裡找到教職,就連之後來的馮·諾依曼也沒有教職,他們都只能輾轉別處。1922年秋天,阿廷來到剛成立不久的

漢堡大學一展宏圖,到1926年他才28歲時便已經成為正教授。雖然漢堡大學是新成立的,但在新一代數學家們的建設下,它很快就成為德國數學中心之一,這期間的功臣有阿廷,布拉施克(陳省身導師)和赫克(Hecke)等人。第一次世界大戰結束後,德國遭受重創,但在這一批偉大數學家的帶領下,德國數學逆勢而上,成為當時的數學頭號大國。

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類域論與抽象代數

1923年至1933年這十年是阿廷數學生涯最輝煌的時期,在此期間他最大的成就集中於類域論抽象代數上,這些工作奠定了他在20世紀數學中的崇高地位。

對於一個固定的代數數域k,可以考慮它的正規擴域K,每一個K對應一個伽羅瓦群G(K/k),如果伽羅瓦群G(K/k)是交換群(即阿貝爾(Abel)群),這個擴張就稱為阿貝爾擴張,而類域論就是研究怎樣用k的元素來描述k的所有阿貝爾擴張的問題。類域論是代數數論的重要分支之一,是由數學大師希爾伯特一手締造的,而它在阿廷這裡發展到了一個高峰。阿廷早在博士論文中就探討了相關問題,他的創見在於他不把k簡單地看作代數數域,而是有限域上的代數函數域,這樣的思想促成了很多問題的解決,例如阿廷本人證明了多種特殊情況下的黎曼猜想。

數學史上最強父子檔之阿廷父子

阿廷在此領域內最重要的工作是關於一般互反律的。我們都知道偉大的高斯第一次給出了二次互反律的嚴格證明,但他對一般的互反律卻束手無策。1926年,蘇聯數學家切包塔邁夫證明了一個關於素理想集合密度的猜想,敏銳的阿廷立馬就從中找到了自己所需要的東西,於是他就這樣給出了一般互反律的直接證明,進一步阿廷證明了希爾伯特第九問!在此過程中他引入的L函數是及其重要的數學概念,這後來被推廣用到了著名的朗蘭茲綱領中。

如今我們都公認偉大的女數學家諾特為現代抽象代數的創始人,而除去諾特外,貢獻最大的恐怕當屬阿廷了。學過抽象代數和交換代數的同學應該都有這種感覺,那就是阿廷的名字經常出現。諾特的貢獻主要在於開闢了環論以及證明了一系列深刻的基礎定理,而阿廷則在群,環,域三開花,在這三個領域內都做出了開拓性貢獻。總結來說,群論上,他引入辮子群, 形成辮子理論 ,這也是組合群論的重要方向;在環論上,他證明了極小條件環(今稱阿廷環)的結構定理;而在域論中的貢獻集中於實域理論上,並解決希爾伯特第17問題。

數學史上最強父子檔之阿廷父子


實際上阿廷的數學成就遠不止我們所說的這些,他的工作深刻影響了20世紀上半葉的數學(尤其是代數學)的發展,他對數學結構的創見直接影響了法國布爾巴基學派的風格,從這一點來說,阿廷算得上是布爾巴基學派的先驅。到了1933年,阿廷才不過35歲而已,但他已經是解決了兩個希爾伯特大問題的世界數學大師。正當阿廷數學事業如日中天之時,希特勒上臺了,德國數學的末日也因此到來,大量數學家或逃亡國外或死於非命,世界數學的哥廷根時代,德國時代戛然而止,阿廷的黃金十年也就此結束。

逃亡與歸來

阿廷本身是法西斯眼中“純正”的雅利安人,但他的妻子卻是猶太人,這迫使他不得不考慮離開德國這塊是非之地,但他又留戀在哥廷根和漢堡那時快樂而自由思考數學的日子,這使得阿廷在動盪不安的時局中又呆了四年,直到1937年無處容身之時,他才帶著一家人逃亡到了美國,先後在印第安納大學和普林斯頓大學任教。整個1933年到1942年間,阿廷沒有發表過任何一篇數學論文,甚至數學界已傳開謠言,阿廷已經江郎才盡了。阿廷情緒和數學活動的低落,這其間的原因十分複雜,但戰爭帶來的巨大創傷無疑是其中一個很大的因素。儘管阿廷沒有再做出重大的數學工作,但他卻在教學上全面開花,使得眾多學生從中收益。

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普林斯頓大學


阿廷的低落在他受聘於普林斯頓後得以逆轉,這對於普林斯頓的數學和阿廷本人而言,都是意義重大的“第二春”。普林斯頓年輕人們的活躍和朝氣蓬勃又激起了阿廷的熱情,他開始熱衷於和學生們交流,說出自己畢生的經驗,然後讓學生們自己領會。阿廷的正式學生和他的著作一樣並不多,但其中不乏大師名家,例如Tate和Lang,Tate是沃爾夫數學獎和阿貝爾獎的雙獎得主,同時他也是阿廷的女婿。而Lang的名字對於數學系學生而言絕不陌生,著名的數學研究生教材系列GTM裡面有很多本他的膾炙人口的著作,例如厚達900頁的鉅著《代數》

數學史上最強父子檔之阿廷父子

阿廷在1956年休假的時候接受邀請回到德國,分別在哥廷根和漢堡呆了一學期,以往的點點滴滴又浮現在他的腦海中,儘管回到普林斯頓後他又教了一年書,但他時時刻刻感覺到故地對他的召喚,阿廷做了一個出乎所有人意料的決定,他要重返德國!但早已經傷透心的阿廷夫人卻不願意再回去,為此阿廷不惜和夫人離婚,執著地回到了德國,也就此與三個子女分離。

時至今日,數學界仍對阿廷當初這個近乎瘋狂的決定充滿爭議,或許沒人搞得清其中所有的原因,但可以肯定的是,除了眷戀舊土外,想重振德國數學往日的輝煌也是一大原因。但也許令阿廷失望的是,德國數學時至今日仍沒有觸及它曾今所達到的輝煌。

永遠的大師

阿廷在1962年與世長辭,只活了64歲,這對一個數學家而言完全算不上長壽,畢竟活了八九十甚至上百歲的數學家比比皆是。正如我們之前所言,阿廷一生的著作並不多,因為他不喜歡寫不完美的東西,因此他的作品大多短小精悍,突出重點,例如膾炙人口但只有100多頁的《伽羅瓦理論》。無論是數學成就亦或是教書育人,阿廷都無愧為20世紀的數學大師!他對現代數學的影響持續至今。

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邁克爾·阿廷

邁克爾·阿廷(1934~,以下稱阿廷)是埃米·阿廷的次子,出生於德國漢堡,成長於美國,是典型的美國移民數學家。由於父親的影響,阿廷的本科是在普林斯頓大學讀的,後來又到哈佛大學讀數學博士,師從著名代數幾何大師扎里斯基(1981年沃爾夫數學獎得主)。到了60年代初期,法國的布爾巴基學派正值鼎盛,代數幾何也是他們討論的重點,於是阿廷來到法國,加入到布爾巴基的討論中,這使得他對法國學派,尤其是

格羅滕迪克的工作有了深入的瞭解。

數學史上最強父子檔之阿廷父子


阿廷的一生並沒有他父親那麼跌宕起伏,而且實際上長大後並沒有和自己的父親呆過太久,但提起自己的父親,他總是充滿敬意,非常珍視父親早年對他的教導和影響。可以說,阿廷的成功離不開父親的教導,由此看來,老阿廷不僅作為數學家和數學老師非常成功,而且作為一名父親,他也是十分出色的。

阿廷早年的研究課題注意跟隨法國學派,例如格羅滕迪克所開創的Topos理論和平展上同調理論,後來又轉移到概型範疇中的可表示函子上,由此得到了著名的阿廷逼近定理。同時,阿廷在代數簇的形變理論上也碩果累累,不過後來他的研究興趣又轉移到了非交換代數上。


數學史上最強父子檔之阿廷父子

格羅滕迪克


阿廷是當代代數幾何領域內的領袖級數學大師,他的光芒不來自他偉大的父親,而完全是因為自己卓著的成就。由於這些貢獻,阿廷一生獲獎無數,尤其是在2013年榮獲了數學最高獎之一的沃爾夫數學獎,這對一個數學家而言已是至高無上的榮譽。


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