庞加莱

亨利·庞加莱

　　1854年4月29日，亨利·庞加莱出生于法国南锡一个学者家庭中。庞加莱家族在法国拥有极高声望，庞加莱的父母亲都出身于法国的显赫世家，几代人都居住在法国东部的洛林。他的祖父曾在拿破仑政权下的圣康坦部队医院供职，1817年在鲁昂定居，先后生下两个儿子，大儿子莱昂·庞加莱即为庞加莱的父亲。庞加莱的父亲和姐夫都是南锡大学医学院的教授。他的母亲是一位善良、才华出众、很有教养的女性，一生的心血全部倾注到教育和照料孩子身上。庞加莱的两个堂兄弟是法国政界的著名人物：雷蒙·庞加莱是法兰西学院院士，并于1913-1920年间任法国总统；吕西·庞加莱曾任法国民众教育与美术部长，负责中等教育工作。

　　因为视力极差，所以庞加莱在音乐和体育课上表现一般，除此之外，庞加莱在各方面都称得上是成绩优异。庞加莱的数学才华在上大学之前已经显现出来。他的数学教师形容他是一只“数学怪兽”，这只怪兽席卷了包括法国高中学科竞赛第一名在内的几乎所有荣誉。

　　庞加莱的童年主要接受母亲的教育。他的超常智力使他成为早熟的儿童，不仅接受知识极为迅速，而且口才也很流利。但不幸的事发生了：五岁时患了一场白喉病、九个月后喉头坏了，致使他的思想不能顺利用口头表达出来，并成为一位体弱多病的人。尽管如此，庞加莱还是乐意玩耍游戏，喜欢跳舞。当然，剧烈的运动他是无法进行的。

　　庞加莱特别爱好读书，读书的速度快得惊人，而且能对读过的内容迅速、准确、持久地记住。他甚至能讲出书中某件事是在第几页第几行中讲述的。庞加莱还对博物学发生过特殊的兴趣，《大洪水前的地球》一书据说给他留下了终身不忘的印象。他对博物学的兴趣也很浓，历史、地理的成绩也很优异。他在儿童时代还显露了文学才华，有的作文被老师誉为“杰作”。

　　1862年庞加莱进入南锡中学读书。初进校时虽然他的各科学习成绩十分优异，但并没有对数学产生特殊的兴趣。对数学的特殊兴趣大约开始于15岁，并很快就显露了非凡才能。从此，他习惯于一边散步，一边在脑中解数学难题。这种习惯一直保持终身。

　　1870年7月19日爆发的普法战争使得庞加莱不得不中断学业。法国战败了，法国的许多城乡被德军洗劫一空并被德军占领。为了了解时局，他很快学会了德文。他亲眼看到的德军的暴行，成了一个炽热的爱国者。

　　1871年，庞加莱继续学业。

　　1872年庞加莱两次荣获法国公立中学生数学竞赛头等奖，从而于1873年被高等工科学校作第一名录取。据说，在南锡中学读书时，他的老师就誉称他为“数学巨人”。高等工科学校为了测试他的数学才能还特意设计了一套“漂亮的问题”，一方面要考出他的数学天才；另一方面也为了避免40年前伽罗瓦的教训重演。

　　1873年，庞加莱进入巴黎综合理工大学(école Polytechnique)，在那里他得以从事他擅长的数学，师从著名数学家查尔斯·厄米特，并发表了他第一篇学术论文。后来庞加莱继续跟随厄米特攻读博士学位。

　　1875年前后，庞加莱从理工大学毕业，进入南锡矿业大学继续学习数学和采矿。毕业后，他加入了法国矿业集团(CorpsdesMines)成为法国东北部矿产区的一名巡视员，与此同时，庞加莱继续在厄米特的指导下从事研究。在他一生的大部分时间里，庞加莱都不曾放弃他的工程事业，他在1881至1885年间负责北方铁路的建设工作，数年后成为法国矿业集团的总工程师，最后在总监的位置上退休。

　　1875年～1878年，庞加莱在高等工科学校毕业后，又在国立高等矿业学校学习工程，准备当一名工程师。但他却缺少这方面的勇气，且与他的兴趣不符。

　　1879年8月1日，庞加莱撰写了关于微分方程方面的博士论文，获得了巴黎大学博士学位。然后到卡昂大学理学院任讲师。

　　1881年任巴黎大学教授，直到去世。先后讲授数学分析、光学、电学、流体平衡、电学中的数学、天文学、热力学等课程。这样，庞加莱一生的科学事业就和巴黎大学紧紧地联在一起了。

　　1887年庞加莱当选为法国科学院院士。1887年入选法国科学院，后任院长，并于1906年被选为法兰西学院院士，这是法国学者的最高荣誉。

　　1899年因研究天体力学中的三体问题获奥斯卡二世（OscarⅡ）奖金。

　　1906年庞加莱当选为法国科学院院长.

　　1908年以作家身份（散文家）成为法兰西学院院士。

　　1908年庞加莱因前列腺增大而未能前往罗马，虽经意大利外科医生作了手术，使他能继续如前一样精力充沛地工作，但好景不长。

　　1912年春天，庞加莱再次病倒了，7月9日作了第二次手术；7月17日在穿衣服时，突然因血栓梗塞，在巴黎逝世，终年仅58岁。
 

亨利·庞加莱

　　1904年，庞加莱在一篇论文中提出了一个看似很简单的拓扑学的猜想：在一个三维空间中，假如每一条封闭的曲线都能收缩到一点，那么这个空间一定是一个三维的圆球。但1905年发现其中的错误，修改为：“任何与n维球面同伦的n维封闭流形必定同胚于n维球面。”后来这个猜想被推广至三维以上空间，被称为“高维庞加莱猜想”。
 

　　数学家不是造就的，是天生的。

　　我们也知道真理通常是很残酷的，然而，我们却不知道幻觉是否能使人身心宽慰。

　　每一个命题都可以用无限的方式概括，但是在所有可能的概括中，我们必须选择，且只能选择最简单的。

　　对于人们来说，怀疑一切和全盘信任是同样轻松的事情，因为这两件事都不需要反思。

　　数学家用一个名称替代不同的事物，而诗人则用不同的名称意指同一件事物。

　　精神具有创造符号的能力，从而正是精神，构造了只是符号特殊系统的数学连续统。其能力只是受到避免矛盾的必要性的限制；但是，只有经验向精神提供刺激物，精神才能利用这种能力。
 

亨利·庞加莱

　　庞加莱在天体力学方面，他研究了旋转流体的形状与稳定性。更重要的是，他为研究三体运动问题而发展出一整套最先进的数学工具（微分方程定性理论），首次发现了确定性系统内部的不确定运动（所谓的“混沌（chaos）”），对非线性物理学、非线性力学乃至于气象学、生物学都形成巨大的冲击与促进。

　　庞加莱证明的是三体运动的微分方程不可积分，也就是说没有解析解，无法表达成一个代数式甚至超越数的形式，但可以用数值解。尽管庞加莱那时候还没有计算机，但后人在有了计算机之后，利用计算机强大的计算功能，给出了海量巨大的计算，不仅得到了其他形式的特解（类似于欧拉与拉格朗日的特解）以一般情况下的数值解，画出了大量图。

　　毫无疑问，是庞加莱将三体运动的研究推向了第一个最高峰。因此这一部分，我将介绍庞加莱生平、成就，以及他如何证明“三体问题在数学上不可解”，如何“从三体问题出发，在微分方程问题上创造了新的数学方法”。
 

　　罗素认为，本世纪初法兰西最伟大的人物就是亨利·庞加莱。“当我最近在盖·吕萨街庞加莱通风的休息处拜访他时，……我的舌头一下子失去了功能，直到我用了一些时间（可能有两、三分钟）仔细端详和承受了可谓他思想的外部形式的年轻面貌时，我才发现自己能够开始说话了。”

　　谈起庞加莱，大部分数学家都会马上想起一个著名的评价：庞加莱是最后一个数学全才，即指其为最后一个在数学所有分支领域都造诣深厚的数学家。同样著名的还有庞加莱本人的一句名言：数学家是天生的，而不是造就的。在庞加莱之前最近一个被称为数学全才的是高斯(Gauss)。

　　除了是一名数学家之外，庞加莱还是一位影响深远的物理学家，受惠于他的后人中包括当时正致力于完善狭义相对论的爱因斯坦。

　　在爱因斯坦之前，物理学家洛伦兹和数学家庞加莱都已经在这个方向上作了大量的工作，但庞加莱似乎无法接受爱因斯坦的狭义相对论，虽然两个人的结果是几乎一样的。因此庞加莱虽然一辈子作了不少关于相对论的演讲，但是他从来就没提起过爱因斯坦与相对论这两个词。爱因斯坦不仅不引用庞加莱的工作，并宣称从未读过。当爱因斯坦的母校ETH(苏黎世理工学院)要聘请爱因斯坦当教授时，庞加莱写了一封信，大大地夸奖了爱因斯坦一番，最后一段话非常微妙：“我不认为他的预言都能被将来验证，他从事的方向那么多，因此我们应该会想到，他的某些研究会走向死胡同。但在同时，我们有希望认为他走的某一个方向会获得成功，而某一个成功，就足够了。”

　　庞加莱于1912年去世，有个数学界的组织者给爱因斯坦去了一封信，说要出个纪念文集来纪念庞加莱，爱因斯坦拖了四个月才回信说，由于路上的耽搁，信刚刚收到，估计已经晚了，偏偏这位组织者不死心，说晚了也没关系，你写了就行。于是爱因斯坦又过了两个半月回信说，由于事务繁忙，实在没力气写了，然后不了了之。

　　但爱因斯坦最终在1921年的讲演中公正地肯定了庞加莱对相对论的贡献。爱因斯坦评价庞加莱为相对论先驱之一，他这么说：洛伦兹已经认出了以他命名的变换对于麦克斯韦方程组的分析是基本的，而庞加莱进一步深化了这个远见……