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第18章 孜孜不倦的失明者 (1)

在人类文明史上,不乏失明的歌唱者,从古代希腊的荷马到中世纪波斯的鲁达基,从近代英国的弥尔顿到上世纪阿根廷的博尔赫斯。可是,在科学家中这类人物极为罕见。如同创作不朽旋律的贝多芬双耳先后失聪一样,从事数学研究的欧拉也在晚年双目失明,但这丝毫不减少他们的创造力。贝多芬一生写作了九部交响曲、五部钢琴协奏曲、十部钢琴和小提琴协奏曲,还有难以计数的钢琴奏鸣曲、弦乐四重奏、声乐和歌剧作品。而欧拉完成了八百多篇(部)论文和著作,其中58%是数学方面的,物理学-力学和天文学各占了28%和11%,其余3%是关于航海学和建筑学。从1907年欧拉诞辰二百周年开始,瑞士政府着令有关部门编辑《欧拉全集》,那是72卷大四开本的巨著,至今尚未完成。

必须指出的是,欧拉的失明并非由于家族的遗传。第一次灾难降临时欧拉只有28岁,为了赢得一项天文学的巴黎大奖,他连续工作了三天三夜,把这个难题给解决了,而当时其他几位主要数学家都认为那需要数个月的时间。结果引发了一场疾病,欧拉从此失去了右眼的视力,这一点我们从他本人留下来的几幅肖像画中也可以看出。欧拉的左眼患上白内障是在他第二次居留俄国期间,那时他快60岁了。虽然欧拉的通信者如法国数学家拉格朗日、达朗贝尔等表示了深深的忧虑,他本人倒是能够泰然处之。在完全失明之前,他努力尝试用粉笔把公式写在大石板上,然后让儿子或秘书抄下来,他自己再口述对公式的说明和其他文字。这样一来,他写作论文的效率非但未有降低,反而提高了。

与许多失明者一样,欧拉有着非凡的记忆力。除了几乎把那个时代的全部数学结果铭记于心以外,他还长于心算。更让人不可思议的是,欧拉能背出古罗马大诗人维吉尔的12卷史诗《埃涅阿斯纪》每一页的首句和末句。这部史诗描述了特洛伊沦陷以后王子埃涅阿斯历尽艰辛,在异国他乡(罗马)重新建立居留地的故事,其优美智慧的诗句、结构和韵律达到了尽善尽美的地步,以至于但丁在《神曲》里让维吉尔引领他到达了天堂。或许,欧拉从中获得了某种共鸣,他的数学发明总是以优美的形式出现。晚年当被友人问起在哪个地方度过的时光最美好时,他不假思索地回答说是彼得堡。在欧拉完全失明的17年间,最让他得意的工作是发现月球的运动规律,那曾是惟一使牛顿头痛的问题,被欧拉通过复杂的分析和心算推导出来了。

在欧拉生活的年代,尚未有专门刊载数学论文的期刊。但在伦敦《皇家学会哲学纪要》和《法国科学院纪要》创刊半个多世纪之后,《彼得堡科学院通讯》、《柏林科学院纪要》也相继诞生,后两种杂志的问世当然与欧拉有关,他本人也是主要作者之一。传说欧拉在家人两次叫他吃饭的半小时里,就能够写成一篇论文。而对一般的研究者来说,这么短的时间至多只能推导出一个定理。欧拉从不为投稿费神,写完一篇论文后,他就把它放在一堆不断增高的文章的最上头。当院报需要时,编辑便从那最上头取走一篇或两篇论文。于是经常出现这样的情况,论文的写作和发表日期并不一致,更为有趣的是,由于欧拉每每围绕着一个问题写出系列文章,这样一来,读者在阅读他的论文时有时会摸不着头脑。

除了失明以外,欧拉一生还遭遇了许多不幸,八个孩子先后夭折,晚年的一场大火几乎夺走了他的生命和手稿,幸亏瑞士仆人的奋力抢救,但他的房子连同藏书全被烧毁了。叶卡捷琳娜二世获悉后马上补偿了全部经济损失,欧拉重又投入了工作。值得一提的是,在安娜和叶卡捷琳娜二世之间,俄国还有一位女皇伊丽莎白,那便是彼得大帝的女儿。她在位的20年间,欧拉一直生活在柏林,尽管如此,俄国方面照付给他院士津贴。也是在她在位期间,彼得堡科学院第一次有了本国院士——科学家兼诗人罗蒙诺索夫。有一年,俄罗斯军队入侵柏林远郊,欧拉的农场遭到了抢劫,女皇知道后加倍赔偿了他的损失。可以说,欧拉的一生得到了俄国四位女皇的垂青。

1783年9月18日,一个晴朗的秋日下午,欧拉像往常一样在石板上写着什么,那可能是在计算气球上升的轨迹。然后,他和家人一起吃晚饭,谈论着新近发现的天王星。那会儿,在德国中北部的不伦瑞克,一座离开柏林不到两百公里的小城里,园丁的儿子高斯已年满六岁,充分显露出了数学神童的天赋。晚餐后,欧拉一边喝着茶,一边和小孙女玩耍,突然之间,烟斗从他手中掉了下来。他说了一句:“我死了”,随即“欧拉停止了生命和计算”。后面这句经常被数学史家引用的话出自法国哲学家兼数学家孔多塞之口,他是大革命时期的急先锋,后来不幸死于狱中。不知为何,这句话使我联想起欧拉喜爱的维吉尔的诗句,“锚抛下去,飞驰的船停住了。”

每个人都有时代的局限性,在欧拉研究过的诸多难题中,有的尚未完全解决,例如天文学中的三体问题,即太阳、地球和月亮在相互引力下如何运动的问题,这个问题至今仍然存在。由于欧拉涉足的研究范围十分广泛,即使在他为之倾心的数学领域,仍有许多未解决的问题,例如毕达哥拉斯时代遗留下来的完美数和友好数问题,这方面以欧拉的贡献最大;再如费尔马大定理,欧拉也有出色的贡献,但最终的解答由英国数学家怀尔斯在上个世纪末给出;又如哥德巴赫猜想,是欧拉和数学家哥德巴赫通信时提出来的,至今未有证实或否定。哥德巴赫的故乡在普鲁士的哥尼斯堡,诞生于这座城市的“七桥问题”是拓扑学的出发点,而把这个世俗问题抽象到数学高度的正是欧拉。

确切地说,欧拉是历史上最著名的宫廷数学家,他毕生往返于两个敌对的国度——俄罗斯和德意志之间,侍奉于不同的国王和皇后。一次,腓特烈大帝命令欧拉给他的侄女授课,他便动笔写下了一系列文笔优美的散文,后来变成畅销数十个国家的《给一位德国公主的信》,这是出自科学家手笔的科普著作的早期范本。尽管如此,由于欧拉既不像前辈牛顿那样建立起一门新科学(微积分学)和完整的力学体系,也不像后来的高斯那样建立起一个数学学派(哥廷根学派),加上他来自小国家,他的公众知名度并不特别高。有许多时候,欧拉以一种谦逊之心默默做着别的大数学家不愿意做的工作,如同欧拉早年的导师约翰·贝努利给他信中所写的:“我在教高等分析的时候,他还是个孩子,而您正在将它带大成人。”

谈到18世纪的数学家,尽管法国人更愿意抬高自己的同胞拉格朗日,欧拉仍被更多的同行推崇为最有成就的一位。还有不少数学史家把欧拉与阿基米德、牛顿和高斯并列为有史以来最伟大的四位数学家。他们拥有一个共同点,即在创建纯粹理论的同时,还把自己发明的数学工具用以解决大量天文、物理和力学问题。他们不断地从实践中吸取营养,同时又绝不满足于解决具体问题;他们把宇宙看成是一个有机的整体,力图揭示出它的内在奥秘和规律。有着“法兰西的牛顿”之誉的拉普拉斯赞叹道,“学习欧拉吧,他是我们所有人的老师”;“数学王子”高斯也曾经说过,“对于欧拉工作的研究,将仍旧是数学人能上的最好的无可替代的学校。”从某种意义上讲,自从欧拉去世以后,数学再也不像从前那样美好了。

2006年12月,杭州

高斯:离群索居的王子——纪念《算术研究》发表两百周年

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