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庞加莱回归

王朝百科·作者佚名  2010-06-26
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最后的巨人:Jules Henri Poincaré

概念任何粒子在经历一个漫长的周期之后必然能回到其初始位置,尽管这个周期的长度远远超出我们所能想,但是它必然会实现.这样一个周期就称为一个庞加莱回归.

源起自然界的微观粒子无时不刻在进行着随机运动,并在运动中消耗能量.根据热力学第二法则,封闭系统的熵恒增加.Rudolph Clausius(克劳修斯)认为任何系统都是由有序向无序发展,粒子的运动也将趋于复杂.更可怕的是,随着时光之箭的飞逝,宇宙将会走向热寂.依照惯例,客观真理都是肯定的表述,热力学第二法则因其个性让科学家们感到不舒服,并被称为科学史上最令人绝望痛苦的公设.

导火索1871年,James Clerk Maxwell首先对热力学第二法则导出的“热寂理论(热寂论)”发起诘难.

诞生在James Clerk Maxwell之后更有科学家对热力学第二法则本身产生质疑,但是却苦于找不出熵恒增(熵恒增定律)的破绽.1895年,Jules Henri Poincaré(庞加莱)历史性地证明了庞加莱回归.

影响热力学第二法则的诞生轰动一时,熵的提出改变了人们的宇宙观.在这之前,人们普遍认为能是自然界的决定性因素,任何其他因素都不能违背.但是现在有了一个强有力的挑战者——熵,这一度引发了“能熵孰执牛耳”的论战.由于熵增加的不可逆转性,革命派科学家们更倾向于后者.然而正当他们为热力学第一法则让位欢呼雀跃时,庞加莱回归的提出无疑给了这些人当头一棒.

意义庞加莱回归帮助热力学第一法则复辟,热力学第二法则在亚原子世界没有立足之地,只有热力学第一法则才是放诸四海皆准的真理.

作者小传1854年4月29日,亨利·庞加莱(Jules Henri Poincaré)生于南锡。1873年10月以第一名考入巴黎综合工科学校;1875年入国立高等工业学校学习工程,后任工程师;1879年以数学论文获博士学位,旋即去卡昂大学理学院任讲师;1881年为巴黎大学教授,直到去世;他是全能的数学家,在数论、代数、几何和数学分析四个数学领域的研究成果都是第一流的,成功地解决了太阳、地球、月亮间相互运动的三体问题;他是现代物理的两大支柱-相对论和量子力学的思想先驱;他研究科学哲学提出的“约定论”着重分析了人类理性认识的基本法则,日益受到当代科学家的重视。在他从事科学研究的34年里,发表论文500篇,著作30多部,获得法国、英国、俄国、瑞典、匈牙利等国家的奖赏,被聘为三十多个国家的科学院院士。庞加莱对经典物理学有深入而广泛的研究,对狭义相对论的建立有一定的贡献。他从1899年开始研究电子理论,最先认识到洛伦兹变换构成群。1912年6月26日,庞加莱被心脏病夺去了生命。

庞加莱于5岁之前患过运动神经系统疾病和白喉病,致使他的语言能力、动手写字绘画能力和视力发展缓慢,但注意力高度集中。他一生嗜好读书学习,大脑出奇地发达,尤其是理解能力和记忆能力超众。上课时看不清老师的板书,无法记笔记,他就全神贯注地听讲,用心记在脑子里。他思索问题时思想高度集中,特别是数学问题,他可以在头脑里完成复杂的运算和推理。以致于后来,几万字的学术论文在脑子里完成以后,书写出来时能够不易一字。庞加莱17岁时,参加巴黎高等工业学校的入学考试,主考老师专门为他设计了两道数学难题,他没有动笔,在脑袋里就轻松地完成了运算,当他报出答案时,使得主考老师目瞪口呆。尽管由于庞加莱的绘画能力很差,在几何作图题上得了零分,大学还是破格录取了他。在大学,庞加莱对数学更加痴迷,通过勤奋的思索钻研,使他在所有数学领域都独领风骚。像他这样在数学的所有领域都建树颇丰的数学大师再也没有出现过。随着当代数学已进入多学科、高难度阶段的到来,以后也不可能再出现像庞加莱这样的“数学全才”式的数学家了。

庞加莱曾说过:“科学家并不是因为大自然有用才去研究它,他研究大自然是因为他感到乐趣,而他对大自然感到乐趣是因为它的美丽,如果大自然不美,那就不值得认识,如果大自然不值得认识,就不值得活下去。”外界的评价庞加莱被公认是19世纪后四分之一和二十世纪初的领袖数学家,是对于数学和它的应用具有全面知识的最后一个人。

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。”

这位“如此美貌,如此年轻”的孩子,竟然是那些洪水般涌来、预示了柯西的一个后继者的到来的论文作者,这是创办《美国数学杂志》的英国数学家西尔维斯特于1885年见到庞加莱的心情写照。

Hadamard这位曾在函数论、数论、微分方程、泛函分析、微分几何、集合论、数学基础等领域作出过杰出贡献的法国数学家认为,庞加莱“整个地改变了数学的状况,在一切方向上打开了新的道路。”

庞加莱逝世80年来的历史告诉我们,罗素、西尔维斯特、阿达马等的论断是多么正确!庞加莱一生发表的科学论文约500篇、科学著作约30部,几乎涉及到数学的所有领域以及理论物理、天体物理学等的许多重要领域。

 
 
 
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