高斯——被誉为“数学王子”的德国大数学家,物理学家和天文学家

减小字体 增大字体 作者:本站收集整理  来源:本站收集整理  发布时间:2009-09-26 08:04:46
 

这里mS,mE,mL分别是太阳、地球、月球的质量,P是月地系统绕日的椭圆轨道上的周期,a是以上轨道半长轴的长,π是圆周率。高斯准确地算出k=0.01720209895。 

在测地学和电磁学上的贡献 

从1820年到1830年之间,高斯为了测绘汗诺华(Hanover)公国的地图,他开始搞测地的工作。他测量哥庭根的阿多那(Altona)的子午线。他写了关于测地学的书,由于在测量时的需要,他发明了日观测仪(Heliotrope)。

为了要对地球表面作研究,他开始对一些曲面的几何性质作研究。在1827年写了《曲面的一般研究》一书;现在大学念的“微分几何”有大部分的材料是源自高斯的发现。

早在16世纪时英国物理学家威廉·基伯尔特(W.Gilbert)认为地球本身是一个大磁体。在1803年时高斯开始对地磁现象产生兴趣。他的朋友,一位著名的探险家及业余科学家阿历山大·封·宏博特(Alexander Von Humboldt)曾经请求高斯对磁的现象作数学研究。可是高斯忙于其他问题,没有时间从事这方面的工作。

1828年高斯看到宏博特收集的关于磁的实验仪器,被它们深深吸引住。第二年一个比利时科学家来拜访高斯,并和他一起做几个磁学实验,这时高斯对磁的兴趣被引起来了。

他发明了磁强计(Magnetometer),以及解决怎样在地表任何地点测量地球磁场强度的问题。在一年后他写了一本小书谈测量磁强问题,并且把磁的所有测量分解为现在物理的三个基本单位:长度、质量和时间。

从1830到1840年这段期间,高斯和一个比他小27岁的年青物理学家韦伯(Withelm Weber)一起合作从事研究。他们的合作是很理想的:韦伯是一个实验家,高斯是一个理论家,韦伯引起高斯对物理问题产生兴趣,而高斯用数学工具处理物理问题,影响韦伯的思考工作方法。

1833年高斯从他的天文台拉了一条长八千尺的电线,跨过许多人家的屋顶,一直到韦伯的实验室,以伏特电池为电源,构造了世界第一个电报机。

许多因无知而产生偏见的人对他们的工作嘲笑,说他们浪费钱花掉时间搞这些没有用的玩意儿。火车在1830年出现时也一样受到许多保守的人的攻击。韦伯在1835年就预言:“当地球被盖上铁路网和电报电线网,这些网络提供的服务就好像人体的神经系统,一方面是运输,一方面是把思想和感觉以光的速度传播。”这的确是真知灼见。

1835年高斯在天文台里设立磁观测站,并且组织“磁协会”发表研究结果,引起世界广大地区对地磁作研究和测量。

高斯已经得到了地磁的准确理论,他为了要获得实验数据的证明,他的书《地磁的一般理论》拖到1839年才发表。1840年他和韦伯画出了世界第一张地球磁场图,而且定出了地球磁南极和磁北极的位置。

1841年两个美国科学家确证高斯地磁理论的正确性。他们找出了磁南极和磁北极的确实位置,和高斯用理论推算的地方相差几度而已。可以想像高斯是多么的高兴。

高斯在1834到1840年写的《关于作用和距离的平方成反比的力》一文里给出了势论(Potential theory)的基本理论。 

高斯的生活及工作态度 

高斯对自己的工作是精益求精,非常严格地要求自己的研究成果。他自己曾说“宁可发表少,但发表的东西要是成熟的成果。”

许多当代的数学家和朋友要求他,不要太认真,把结果写下来发表,这对数学的促进是很有帮助的。但是这方面他是不会退让,他要他的工作无瑕地出现在众人之前。

有一天高斯在哥庭根的街道上走,迎面蹒跚地走来了一个大学生,他是喝得这么泥醉,还没有到高斯跟前就摔倒。高斯赶快扶起他,并对他说:“年青人,我希望科学能像我们哥庭根的好啤酒那样使你沉醉。”的确他一生对己严待人宽,但对那些掩饰自己的无知,知错而不承认错的人,他则是非常的嫌恶和卑视。

美国著名数学家贝尔(E.T.Bell)在他著的《数学工作者》(Men of Mathematics)一书里曾经这样批评高斯:“在高斯死后,人们才知道他早就预见一些19世纪的数学,而且在1800年之前已经期待它们的出现。如果他能把他所知道的一些东西泄漏,很可能现在数学早比目前还要先进半个世纪或更多的时间。阿贝尔和雅可比可以从高斯所停留的地方开始工作,而不是把他们最好的努力花在发现高斯早在他们出生时就知道的东西。而那些非欧几何学的创造者,可以把他们的天才用到其他方面去。”

高斯的生活很简朴的,他并不是太注意物质的享受。他的一个好朋友描述他的生活:“就像他年青一样,高斯从老直到去世还是那个简朴的高斯。一个小工作室,一张有绿色桌布的小桌子,一张漆白色的直立书桌,一张狭沙发,在他70岁后才增添一张扶椅,不明亮的灯,没有温暖设备的睡房,平淡的食物,一条睡袍及紫色的睡帽,这就是他全部需要的东西。”

不从事数学或科学工作时,高斯就广泛地读当代的欧洲文学和古代文学作品。由于他对学习外语很有兴趣,因此他能阅读外国的原著。

莎士比亚的悲剧他不太喜欢,读了时常令他痛苦。

司各脱的小说他倒喜爱,他常常把作者不符合科学实际的描述加以改正。

吉朋的历史书:《罗马帝国的衰落与覆灭》,文字是很优美,阅读时把人们的想像引进古代社会里去。

他不喜欢拜伦的诗歌,听说这是个好酒与沉迷女色的人,唉!年青人怎么能这样浪费青春和生命?

他也读与他同时代的哥德及席勒的作品,两个人他都不满意。他觉得歌德写的东西并不太吸引人。他不喜欢席勒的那种带社会主义的哲学思想,虽然他的诗歌有些写得还不算坏,高斯在席勒的诗集上写道:“腐败的诗歌!”

他对世界政治很感兴趣,每天最少花一小时在博物馆里看所有的报纸,这自英国的泰晤士报到哥庭根的当地报章。但是他认为报章及政府的报告有许多是骗人的东西,每天他仍阅读,自己判断,然后得到结论,他认为这比去外面旅行,到处奔波还要有趣味。

他很喜欢学新的语言,认为有助以使他的思想变年青。在62岁的时候,他在没有任何人帮助的情况下自学俄文。在两年之内他能顺利地读俄国的作家和诗人的散文诗歌及小说。而且可以和俄国圣彼得堡的科学工作者用俄文通信。后来一些从俄国来的科学家拜访他,发现他讲的俄语还算相当标准。

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