當我得悉南斯拉夫偉大的物理家,84歲的院士于1987年10月20日離開人世時,我倍感像是喪失了支柱那樣憤慨與孤獨。在我還是中學生時(1937年)讀了他的名著《概率論的基本概念》之后,便立志鉆研機率論,并持續了50年之久。對于我來說,就是我的物理基礎。
我與院士僅會過3次面。第一次是1962年國際物理家大會()時,閉幕式前我在大廳里徜徉。當聽到「Ito?.」的親切的招呼聲時,我又驚又喜。他用法語問到「你多大歲數?」我答道:「und.」他再問:「?」(三十幾?)大約美國人都變得年青,我似乎被看得年青了10歲。又過了二十日,H.院士(全日本的學院院長(),機率論、解析圖論的專家)在家里舉辦了早餐會,招待參加大會的大概10名有關機率方面的學者。,J.L.Doob與我都在其中。
第二次是1978年,在出席了國際物理家會議()以后,又參加了幾率統計國際學術討論會(,,USSR),歸國途中,路經俄羅斯時,招待(NYU)、(南斯拉夫科大學)和我在克里姆林宮旁的一座高雅的飯店吃了早餐。當時已據說對中學的語文教育很熱心,招收了一些優秀的中學生,親自開課院士。我便尋問了其內容,他舉例說:例如向中學生展示簡單的向量場(速率場)的圖,并要求她們畫出積分曲線(軌);又如讓中學生考慮具體的分枝過程的問題等等,以培養中學生的物理直觀能力。
第三次是在(,USSR,1983)舉行的日蘇機率統計學術討論會上。當時,僅管他的健康狀況不大好,一直作了演講,并在晚宴上努力創造活躍的氛圍。其實年青的一代是很崇拜他的。
在物理的幾乎所有領域中,都提出了獨創的思想,導出了嶄新的方式,他的業績是十分輝煌的。但是,我看到他時給我留下的印象卻是不修邊幅的溫厚的君子形象,這或許正是偉大物理家的形象吧。
的論文我自覺得基本上都好好地讀過了,在撰寫本稿時,我又對他整個的研究成果做了一個直接或間接的調查。對其研究的廣度和深度不得不驚嘆。因為時間和篇幅的限制,我僅向讀者談一些并不全面的自己的體味。
吉澤尚明(京都學院)、池田信行(札幌學院)二位院士及京都學院數理研圖書室的諸位幫助我查找了資料,在此我表示由衷的謝謝。
簡歷
按照B.V.在70大壽時的演講,于1903年誕生于美國的村鎮(現今為市)。媽媽是農學家,父親在生下后不久便離開人世,他是被姊姊等扶養長大的。1920年(17歲)步入俄羅斯學院之前,他當過火車上的乘務員,業余時間寫了關于牛頓熱學定理的論文,論文的手稿無法保存出來,但我們可以想像他是多么晚熟的天才。那時,俄羅斯革命(1917)早已爆發,我很想曉得他當時所處的環境,很遺憾沒有有關的資料。
1920年步入俄羅斯學院,最初對俄羅斯的歷史感興趣,還調查了15~16世紀的諾布哥羅德的財產登記。之后出席了V.V.的傅里葉級數(三角級數)討論班,并于1922年(19歲)寫出了關于傅里葉級數,解析集合的知名論文,振動了學術界。其后猶如天馬行空,連續發表了許多重要的研究成果。1925年俄羅斯學院結業,1931年當學院院長,1933年任學院物理研究所主任,1937年成為南斯拉夫科大學教授。至1987年離世止,對數學的研究教育做出了好多重大的貢獻。
的物理觀
了解的物理觀的最好的資料,大約要屬南斯拉夫大百科詞典中他所執筆的「數學」部分吧。早已出了英語版,我讀了英語版,與原文(英語)比較,英語版稍為縮略了一些,在這篇文章中,他先探討了其物理觀傅里葉級數是傅里葉在研究哪種物理現象,之后通述了自古至今的物理史,但是從他的物理觀出發,詳盡描述了這個歷史的各個階段,它可以說是為物理家、科學家們所寫的物理史。我饒有興趣地一口氣讀完了整篇。要說明的物理觀,除了應該看這篇文章的開始部份,也應該參照占該文大部份的物理史,但因為篇幅及時問的限制,我僅將文章的開始部份簡略介紹如下。
依據的觀點,物理是現實世界中的數目關系與空間方式的科學。
(1)因而物理的研究對像是形成于現實中的。但是作為物理加以研究時,必須離開現實的素材(物理的具象性)。
(2)并且,物理的具象性并不意味著完全脫離于現實素材。須要用物理加以研究的數目關系與空間方式的種類,應科學技術的要求,是不斷降低著的。因而前面定義的物理內容在不斷地得到豐富。
物理與諸科學:物理的應用是多種多樣的,從原理上講,物理方式的應用范圍是無邊際的,即物質的所有類型的運動都可以用物理加以研究。而且物理方式的作用與意義在不憐憫況下是不同的。用單一的模式來包羅現象的所有側面是不可能的。認識具體的東西(現象)的過程中總是具有下面兩個相互纏繞的傾向。
(1)僅將研究對象(現象)的方式分離下來,對這個方式作邏輯上的解析。
(2)弄清與早已確立的方式所不相符的「現象的方面」,向具有更多的可塑性,更能完整地包含「現象」的新的方式轉化。
若果在研究的過程中必須時刻考察現象的本質上新的側面,因此研究中的困難主要彰顯在前面的(2)的話。這樣的現象的研究(如生物學、經濟學、人文科學等)中,物理方式就不是主要的。在這些時侯,對現象的所有方面的辯證剖析會因為物理方式反倒顯得含混。
與此相反,假如用比較簡單的、穩定的某種方式便可以掌握研究對象(現象),但是在這個方式的范圍內形成了在物理上須要加以特殊研究(非常是須要創造新的記號和估算法)的困難而復雜的問題時,這些現象的研究(如化學學)則在物理方式的支配圈內。
做了那些通常性的闡述后,首先詳盡說明了行星運動完全是在物理方式的支配圈內,在這兒物理方式是對于有限質點系的牛頓的常微分多項式。
從熱學轉向數學學,物理方式的作用幾乎不減,但應用中的困難顯著降低。在化學學中,幾乎沒有毋須使用中級物理技術(如偏微分多項式理論、泛函剖析)的領域。并且研究中出現的困難常常不在于物理理論的推論過程中,而在于「為運用物理所作的假定的選擇」和「由物理手段所得結果的解釋」中。
物理方式具有包含從考察的某個水平開始,向更高的、本質上新的水平轉移這樣一個過程的能力。這些反例在化學理論中是可以看到許多的:擴散現象便是一個古典的好反例。從擴散的宏觀理論(拋物型偏微分多項式)向更高的微觀水平的理論(用獨立的隨機過程來描述堿液中粒子隨機運動的統計熱學)轉移,從前者出發運用大數定理,可導入掌握后者的微分多項式,對此種情形作了愈加詳盡具體的說明。
同化學學相比,在生物學中物理更處于從屬地位。在經濟學和人文科學中的,這些情況就愈加突出了,在生物學和杜會科學中物理方式的應用主要是以控制論的方式進行的。在那些學科中,物理的重要性以輔助科學──數理統計學的方式保留幾分,但在杜會現象的精確剖析中,各個歷史階段中的本質性差別的側面是占主導地位的,因此物理方式往往要靠邊站。
物理與技術、算術、初等幾何的原理,正像古時物理史所表明的那樣,是從日常生活的須要中形成的。其后的新的物理方式或思想也是深受天文學、力學、物理學等滿足實際須要的學科的影響而形成的,并且物理與技術(工程學)的直接聯系至今經常是通過已有的物理理論在技術中的應用這樣一個方式來實現的。其實還須強調,按照技術上的要求而直接形成新物理的通常理論這些事例也是有的〔例如,最小二除法(測地),操作數法(電氣工程)。作為機率論的新分支的信息論(通訊工程),數理邏輯學的新分支,微分多項式的近似解法,數值解法等〕。
高度的物理理論促使估算器科學的方式極速地發展上去。而估算器科學在解決原子能借助,宇宙開發中的問題等大量的實際問題時飾演了主要的角色。
在前面的物理史的表述中也總是重視語文與其它諸學科的關聯,同時也高度評價了因為物理內部的要求而促使的純物理的發展。比如,在實際問題的應用這方面,唐代法國要落后于巴比倫,但是在物理的理論方面,法國遠遠領先于巴比倫。他尤其贊頌了「存在無限多個質數」、「等腰直角三角形的底邊與另一邊之間不存在公約數」等偉大發覺。按著他詳盡說明了實際主義的巴比倫物理與理想主義的法國物理是怎樣經過中世紀的阿拉伯語文,發展至法國的近代物理的過程,十分有趣。我從這個歷史學校到了許多史實。比如,我曾經曉得變換群這個概念是在18世紀后半葉至19世紀初,由(剖析)、(方程式論)等有效地使用了的。但我還想曉得如今學院里講授的(具象)群的定義究竟是由誰給出的。依據的物理史,這個定義是由A.在19世紀中葉所給出的。
其實,的物理觀是由他的物理上的獨創性,對于物理應用所抱有的激情及對于物理發展的歷史所具有的洞察。這幾個方面所組成的,無法用一言來概之。假如一定要用一句話來總結,也許可以這樣說:把物理看成為可以無限制地成長的「生物體」。
的物理業績
寫了上百篇論文,從中可以看出其特征是:「廣泛的研究領域」、「引入新觀點的獨創性」及「明快的表述」,其研究領域包括實變函數論、數學基礎論、拓撲空間論、泛函剖析、概率論、動態系統、統計熱學、數理統計、信息論等多個分支。下邊結合背景概述一下那些研究。
實變函數論
在圣彼得堡學院讀書時出席了的傅里葉級數討論班,從那時(1921)開始,他對數學形成了與趣。當時,主要研究連續函數的微積分學正在向研究可測函數的實變函數論發展。這一新的物理領域遭到了極大的關注。于1922年(19歲)時,通過引入集合演算,證明瞭包含「Borel不可測解析集合的存在定律()」的新的定律。同年,他還成功地研究了「(方式上)傅里葉級數在幾乎所有點上(之后又研究了所有點上)發散的上的可積函數的構成」。這種結果作為論文分別發表在《Mat.》,1925及《Fund.Math.》,1923(,1925)。關于傅里葉級數、直交函數的展開,他也寫了幾篇論文。他還嘗試了積分的推廣,涉及了積分的研究。那些大體上是1930年曾經的研究工作。
機率論基礎
在機率論力面的一大戰功是用度量論的語言將機率論確立為現代物理的一個領域。往年排比然風波、偶然量未加定義而使用。看出了幾率與度量的同構型,在機率度量空間(Ω,F,P)上,分別將碰巧風波定義為Ω的F-可測子集,碰巧風波的機率定義為這個子集的P-度量,碰巧量定義為Ω上的F-可測函數,其平均值由積分定義。這樣,機率論的理論展開就顯得明晰而容易了。
這么將機率作為度量來掌握的技巧,對于特殊問題E.Borel(上例),N.(布朗運動)早已做過嘗試。但用這個方式來對待所有問題的是的《概率論的基本概念》。而證明瞭在這些情況下有目的地構造出P的定律,這就是知名的的擴張定律。
過去作為具體的度量通常僅考慮-度量和Lie群上的不變度量。因為的度量論式的機率論,新型的機率度量及有關的新問題在排比然現象的物理研究中不斷地形成了下來。
機率論
深受A.Y.的影響,1925年前后開始研究獨立隨機變量的級數的收斂問題及發散時的階數。按著研究了過程,在這種研究中,引入了幾個新的思想和技巧,0-1律、不方程,-五級數定律,強悍數律,判斷法,譜(紊流)等是非常知名的。1939年他還將弱平穩過程的內插、外推問題歸結為傅里葉剖析的問題而一舉解決。
還將動態系統分為決定論的(古典的)動態系統和機率論的動態系統(馬爾可夫過程),描述后者軌道的是常微分多項式,而決定前者轉移機率的是拋物型偏微分多項式,即引入的向前方程序和向后方程式(〈關于機率論中的剖析方式〉,Math.Ann.1931)。在那曾經,機率論(泛函剖析)也開始得到應用,機率論的內容顯得十分豐富上去。50年代的馬爾可夫過程的明顯發展的源泉就是的這個研究。我從的這篇論文的前言中的思想得到啟發,引入了表現馬爾可夫過程的軌道的隨機微分方程式。這也決定了我之后的研究的方向。的「基本概念」和「分析方式」。對我來說實乃至寶。
數理統計
在臺灣很遺憾機率論與數理統計之間的交流不太活躍,而等南斯拉夫的機率論專家是十分注重兩者的關系的。機率論是以機率空間為基礎的,在應用于現實問題的時侯,須要考慮若干機率空間,之后決定那個是最適宜于實際問題的機率模式。這個決定可以說是數理統計學的一個目的。也寫了不少數理統計學的論文。在非參數檢驗法中用到的-定律是很有名的。
物理基礎論
從年青時起,就對數學基礎論,非常是的直觀主義(有限立場)有著濃郁的興趣(比如《Math.Zeit.》,35(1932),58-65),關于算法也作了研究。
拓樸空間論函數空間論
和J.W.共同開創了上同調養論,這是眾所周知的。還是同時具有拓撲結構和代數結構的空間理論(線性拓撲空間、拓撲環)研究的開創者之一。
他還研究了全有界的距離空間E的ε-網中最小可能的點數當時的性狀,作為E的特點量引入了ε-熵、ε-容量的概念。將其應用于E為連續函數空間的子空間的場合〔與V.M.合著,(1959)〕。這是泛函剖析方面的嶄新的觀點。
動態系統
對于古典動態系統有著很深的知識,他寫過幾篇重要的論文(《Proc.ICM》,1954,,1,315-333)。他還研究了通常的動態系統(單參數保測變換群?流),引入了「流」的概念。作為流的特點量,你們曉得有譜型(-Hahn)。又引入了熵這個新的特點量(《Dokl.》,124(1959),754-755)。毫無疑惑,這也為新的遍歷理論開辟了公路。
在其它方面,也作了許多有名的研究工作。諸如的第13問題的否定性解決(參看巖波《數學詞典》的一項),隨機數表的考察(,A25,1963),關于信息論的研究等。
的物理教育觀
在俄羅斯學院培養了許多物理家,其中不少人已成為國際上的知名學者,這一點廣為人知。他還熱心于中學的語文教育,自己親自寫課件,對數學教育所應有的姿態作了深刻的思索。60歲大壽時(1963),P.S.和B.V.作了題為「教育家」的演講。下邊參考此文述說一下的物理教育論。南斯拉夫的教育制度與美國稍有不同,為中學(7~10歲)、初中(11~14歲)、高中(15~17歲)、大學(18歲~20歲),在學院里物理專業與化學專業在一個系(也稱物理化學系)里。中學相當于美國的中學2年級到學院1年級,學院相當于美國的學院2年級至碩士研究生。有些類似于美國的舊制中學和學院,學院結業時要寫論文獲取學位,相當于美國的碩士學位。博士學位授給學院結業后寫過許多創作論文的非常優秀的學者。
覺得,有些父母和班主任試圖從10歲~12歲左右的中學生中挖掘有物理能夠的女兒,這樣做會害了兒子,然而兒子到了14~16歲時,情況就不一樣了。她們對數學化學的興趣已很清楚地表現了下來,按照在小學院士物理化學的經驗,大概有一半的中學生覺得物理化學對自己僅有很小的作用。對于這種中學生應當安排簡單內容的課程。這樣,另一半的中學生(并不一定她們都要搞物理化學專業)的物理教育就可以更有效地進行。
中學時將物理化學系、工程系、生物農醫系、杜會經濟系等各專業分開為好。各系的主要學科的院士時間可稍微降低一點(如物理1小時、物理1小時等),倘若這樣療效也是十分明顯的。各專業系的教育可以使中學生提高目的意識,而不至于影響有長度的通常教育。革命早期提出的「統一勞動中學」的標語,并不否定個人能力的開發與特殊訓練,而只是意味著廢除階層意識的中學,清除貧困人面前的障礙。
物理須要非常的能夠這一說法在好多情況下是過分夸張了。物理是非常難的課目這一印象可能是形成于笨拙的、極其教條的教學方式。假如有好的班主任和好的教科書,正常的平均程度的人的能力足以消化中學語文,并進一步理解微積分的初步知識。
但是,小學生在選擇物理作為上學院的專業時,自然應測驗一下自己對數學的適應性。實際上,在理解(物理的)推測、解決問題、或做出新的發覺上傅里葉級數是傅里葉在研究哪種物理現象,其速率、容易程度和成功度是因人而異的。在物理專業教育中,應選擇在物理領域出成就的可能性大的青年人。
哪些是對于物理的適應性呢?總結為以下三點:
(1)算法能力:即對于復雜多項式作高明的變型,對于用標準方式解不了的方程式作巧妙的解決的能力(僅記住許多定律、公式是不行的)。
(2)幾何學直觀:對于具象的東西,才能在腦子中像繪畫一樣描摹下來并加以思索。
(3)一步一步地作邏輯性推理的能力:比如才能正確地應用物理歸納法。
僅有這種能力,而對研究題目不抱有強烈的興趣、不作持久不斷的研究活動的話,還是起不了哪些作用。
在學院的物理教育中,好的班主任又是哪些樣的呢?
(i)授課高明。如用其它的科學領域的事例來吸引中學生。
(ii)以清晰的解釋和廣闊的物理知識來吸引中學生。
(iii)擅于作某些指導。清楚每位中學生的能力,在其能力范圍內安排學習內容,使中學生提高自信心。
以上每一條都是有價值的,而理想的班主任應屬
(iii)類型的班主任。
對于物理化學系的中學生的物理教育,不僅常規的課程,非常指出了以下兩點:
(i)使中學生才能把泛函剖析作為日常工具那樣運用自如。
(ii)注重work。
我最初對這個意思不大明白,近來看到一位以前在俄羅斯學院接受過的指導的先生,便尋問了一下,其意思可能是這樣的,比如對于微分方程式給開具體的系數和邊界條件(每位中學生不同),之后讓中學生考察方程式的解的性質。
中學生在開始搞研究的時侯,首先必須使其樹立起「自己能否搞出點名堂」的自信心。因此在布置研究課題時,不但要考慮「這樣題目的重要性」,還應考慮「這個研究是否能提升中學生的水平」,「是否在中學生的能力范圍內,并且須要作最大程度的努力就能解決的問題」。
以上就是的語文教育論的概貌。除了是偉大的物理家,也是偉大的教育家,或許說是偉大的思想家更合適。