9月17日—黎曼200周年冥誕

如果沒有他打破千古不變的的歐氏幾何,創建出全新的幾何體系,愛因斯坦的廣義相對論恐怕難以誕生。另外,大數學家希爾伯特也曾表示:如果沉睡了500年後醒來,第一個要問的就是黎曼猜想得到證明了嗎?這位徹底改變數學與物理學的天才,就是200年前的今天出生的黎曼(Bernhard Riemann)。

黎曼1826年9月17日出生於漢諾威王國一個小鎮,家境清寒,父親一心期望他和自己一樣擔任神職,好有個穩定收入。黎曼非常內向羞怯,雖然天資聰穎也努力用功,卻因為要求完美的個性,常常無法準時交作業,讓師長十分頭痛。上了中學後,校長注意到黎曼的數學天賦,允許他不受課程拘束,自由使用圖書室,結果他靠自學很快就讀完許多數學經典,讓師長大為嘆服。

黎曼原本希望進入學風自由的柏林大學,但父親堅持送他到超過百年歷史的哥廷根大學,攻讀神學學位。所幸「數學王子」高斯就在此任教,他聆聽了高斯的課後,決定改念數學,沒想到竟然獲得父親首肯。大三時,黎曼前往柏林大學修習了兩年,1849年重返哥廷根,1851年獲得博士學位;幾乎從不公開盛讚學生的高斯,罕見地讚揚他極具創造力。

1854年,黎曼在獲取教授資格的演講中,發表《論幾何學基礎的假設》,引入「張量」與「流形」的概念,建構出可描述任意空間曲率的完整計算工具,扭轉了二千年來一直被奉為圭臬的歐氏幾何,將侷限於三維空間之內的幾何擴展至任意維度。

一甲子後,愛因斯坦原本一直不知如何描述被扭曲的時空結構,經數學家朋友向他介紹黎曼幾何,才得以推導出重力場方程式,完成廣義相對論。此外,規範場論、弦論也都脫不了黎曼幾何的框架。

黎曼於1859年提出著名的黎曼猜想,認為質數的分布遵循某種規律。黎曼猜想不但是希爾伯特於1900年列出23個世紀問題之一,也名列克雷數學研究所懸賞百萬美元的七大問題;如今AI屢屢攻克人類未能解決的數學難題,大家公認的最後一道防線就是黎曼猜想。

就像沒人料到黎曼幾何後來成為廣義相對論的數學基礎,黎曼猜想也出人意料地在統計物理、量子力學中出現蹤影,甚至鈾-238等放射性元素的能階間距,竟然都有雷同之處。而由於現代加密系統是奠基於質數的運算,黎曼猜想一旦攻克,金融交易與各項資訊安全恐怕也會隨之瓦解。

除了留下黎曼幾何和黎曼猜想這兩項最著名的遺產,黎曼對微積分和複變函數(包含實數與虛數的函數)也都有重要貢獻。可惜這些巨大的數學成就未能改善他的經濟狀況,他直到33歲才當上有固定收入的正教授,他本來自小就體弱多病,清寒的生活條件讓他健康更加惡化。1866年,普魯士軍隊攻到哥廷根來,黎曼避走義大利,不幸於7月20日因肺結核客死異鄉。

黎曼死後,管家燒毀了他許多尚未發表的筆記,其中不知還有多少數學洞見就此消失。當然更令人感嘆的是,他若非39歲就英年早逝,不知還會作出多少重要貢獻,改變人類的科學進展。

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