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日本现代数学发展历程及其启示(上)

作者:数学扫地僧发布日期:2019-10-30 21:34浏览次数: 来源:微信公众号

日本数学在近一百年来获得了长足发展,涌现一大批世界顶尖数学家,如小平邦彦、广中平佑、森重文、伊藤清等。更可贵的是,这些数学家的教育基本上都是在本土完成的!我们将按照时间一一介绍日本数学的发展,期待从日本数学的发展中获得一些数学教育的启示。

前不久,日本数学家柏原正树在第28界国际数学家大会上荣获数学最高终身成就奖“陈省身奖”。而此届大会主席也恰巧是日本着名数学家森重文,他曾于1990年荣获菲尔兹奖。于是,日本数学再一次成为了焦点。时至今日,日本数学家共获得三次菲尔兹奖,三次沃尔夫数学奖。他们分别是小平邦彦(1915~1997,1954菲尔兹奖,1984沃尔夫数学奖),广中平祐(1931~,1970菲尔兹奖),森重文(1951~,1990菲尔兹奖);伊藤清(1915~2008,1987沃尔夫数学奖),佐藤干夫(1928~,2002沃尔夫数学奖)。其中小平邦彦独中两元,成为日本首位双奖得主。

日本现代数学发展历程及其启示(上)

图一 柏原正树

由此可见日本数学近一百年来得到了长足发展,也收获了巨大的成果。更难能可贵的是,这些获奖数学家本科之前的教育几乎都是在日本本土完成的,而且大部分没有移民或更改国籍。由此我们不得不感叹,为什么我们的数学会与一衣带水的邻国产生如此大的差距?或许可以从日本数学的发展历史中可以寻找到一些启示。

日本现代数学发展历程及其启示(上)

图二 日本各领域获奖名单

如今比较公认的看法是日本现代数学得以发展是从高木贞治(1875~1960)开始的。高木贞治早年在东京大学数学科学习,随后被公派到德国学习代数和数论。他先后在柏林和哥廷根等地学习,深受希尔伯特等数学大师的熏陶。1920年,高木贞治解决了“克罗内克青春之梦”问题(即高斯数域上任意阿贝尔扩张均可由双纽线函数的分点值来生成),和阿廷一起创建了古典类域论。这是日本数学家首次获得世界级数学成果,为此高木贞治还应邀成为1932年菲尔兹奖评选委员会成员之一。可以说,日本现代数学从高木贞治开始走上世界舞台,逐渐确立了自己的地位。

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图三 高木贞治

在高木贞治的时代,日本的数学自明治维新之后已经得到了长足发展,特别是数学教育水平。例如当时的日本东北大学,这里有分析学方面的藤原松三郎(1881~1946),主要研究微分方程和函数论,还有研究微分几何的洼田忠彦(1885~1952)。他们不仅研究出色,更重要的是为日本数学培养出了很多年轻人,特别地还写出了很多优秀的数学教材。值得注意的是,我国老一辈数学大家陈建功和苏步青就是他们二人的得意门生。除了东北大学之外,东京大学和京都大学在数学教育方面也同样出色。到了20世纪30年代,这些大学的数学教育水平已经不比欧洲顶级大学差多少了。

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图四 东京大学

自高木贞治在代数方面做出杰出贡献后,当时许多日本年轻数学家都想追随他的脚步,纷纷前往德国留学,跟随大师们学习代数。这使得之后代数研究成为了日本数学的特点。其中比较早的有正田建次郎(1902~1977),他是高木贞治在东京大学的学生。1927年毕业后前往德国哥廷根大学跟随抽象代数奠基人诺特学习代数。一年之后,末纲恕一(1898~1970)也来得哥廷根跟随诺特学习。在德国的学习使得他们获益匪浅,回到日本之后,一边继续研究,一边培养年轻人,一时掀起了学习抽象代数的热潮。据不完全统计,在这方面后来有贡献的日本数学家有:秋月康夫、浅野启三、中山正、岩泽健吉等人。其中尤以中山正和岩泽健吉的贡献最大。

中山正是日本代数学研究的先驱,为使日本数学达到国际水平作出了重要贡献。他的工作涉及代数学中几乎所有课题,主要成就包括构造以有限维代数域上的伽罗瓦群为系数的上同调群,发展了一般同调代数和类域论等。交换代数中的“中山引理”是该学科的基本概念。而岩泽健吉则在环论和希尔伯特第五问题上均有突出贡献,特别是他在50年代建立的岩泽理论最为出名,后来成为怀尔斯证明费马大定理的重要工具。这一时期日本的代数学水平已经跻身世界一流了。

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图五 数论

与此同时,日本在数学传播上也有相当大的贡献,例如我国的很多数学名词都是从日本引进的。这一功绩的主要代表为弥永昌吉,他在东京大学获博士学位后留校任教,岩泽健吉和小平邦彦等都是他的学生。早年他沿着高木贞治的道路得到了很多重要类域论的结果,同样也是这一领域的代表人物。但最使他出名的是他主持编写的《岩波数学辞典》,这是一本现代数学百科全书,许多年来不断出版,深受读者喜爱,成为了每个大学图书馆必备的工具书之一。日本数学界比较流行的说法是,如果高木贞治是日本现代数学的“生父”,那么弥永昌吉就是“养父”。

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图六 数学辞典

继高木贞治之后,日本数学再次诞生了一位日本数学的突出代表人物,也就是小平邦彦(1915~1997)。日本数学自此再进一步,达到了更高的水平。小平邦彦深入东京大学数学科之时,数学科一年只招15名新生,选拔非常严格。三年级的时候,他对拓扑学有了兴趣,毕业的时候突然又爱上了冯·诺依曼的《量子力学基础》和外尔的《群论和量子力学》,索性跑去物理科再读了三年。这也奠定了他在数学物理方面坚实的基础。之后的两年内,小平邦彦完成了两篇黎曼曲面的论文,开始了他数学家的生涯。

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图七 小平邦彦


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