知无涯者

by 葱花

拉马努金-纪念邮票

Part 1 神一般的数学天才

于是答案就来到了我的头脑里

偶有翻到一本书,看到这张照片的时候,虽然不曾认识,但刹那间,就被一种学霸的气质所折服,深邃的眼神,专注且…..词穷了,恕才疏学浅。

快速看完才知道,一个可以媲美牛顿、欧拉、高斯、庞加莱…..的人(排名不分先后),不,是神,再谷哥、度娘,才发现原本在前段时间给黑洞拍照的时候,自媒体本应该mention的一个科学家(不仅爱因斯坦外和霍金),他,拉马努金,神一般的数学天才。

天才,已经是对一个科学家至高无上的赞美,可是对他的褒奖,似乎已经超出了人类的范畴,上升到了神的境界,因为“娜玛卡女神在梦中用公式向他启示”,他们,属于神之间的对话。

对数学来说,那也是一个星光璀璨的时代,库尔特·哥德尔、大卫·希尔伯特、亨利·庞加莱、G·H 哈代、图灵。

可是鲜有人了解到他,甚至于不曾听说过这个名字。

Part 2 天才的背后是勤奋还有贫困

平静下来,一点点查阅他的资料。

斯里尼瓦瑟·拉马努金,是印度历史上最著名的数学家(没有之一),可以媲美“圣雄甘地”。1887年12月22日,拉马努金出生于印度泰米尔纳德邦埃罗德县的一个婆罗门家庭(落魄贵族多人才,似乎每个国家都差不多)。

他,没受过正规高等数学教育,沉迷数论,尤爱牵涉π、质数等数学常数的求和公式,以及整数分拆。惯以直觉(或者是跳步)给出公式,不喜证明(令人折服的是,后来往往证明他是对的)。他留下的那些没有证明的公式,引发了后来的大量研究。1997年,《拉马努金期刊》创刊,用以发表有关“受到拉马努金影响的数学领域”的研究论文。

天才的背后,不是勤奋,而更多的是贫穷。

他日夜在石板上计算,用破布来擦掉石板上的字太花时间了,每几分钟就用肘直接擦石板的字。朋友问他既然要作这么多计算为什么不用纸来写。拉马努金说连吃饭都成问题,哪里有钱去买纸来算题呢!后来,马德拉斯港务信托处官员拉奥,一个有钱人(有钱人并不都是为富不仁),也是一个数学爱好者,他很赏识拉马努金的数学才能,认为拉马努金只适合搞数学而不适合做其他工作,因此宁愿每个月给他一些钱,让他挂名不上班,在家专心从事数学研究。做的是查账点现金的工作。在这之前,他的社会身份是“退学的失业者”。


《知无涯者》-海报
哈代的凝视

这段场景,大家可以脑补一下,如果想象力实在贫乏,推荐马特·布朗执导的电影《The Man Who Knew Infinity》,译作:一个懂得无穷的人,别逗了,那是我的翻译,唯有“信达雅”,最后译作《知无涯者》,取自“吾生也有涯,而知也无涯”,“无涯”与“∞”可谓绝配(左侧是电影中的拉马努金和哈代,右侧是现实中的哈代凝视,顺便八卦一下,哈代本人风流倜傥,终生未娶,关于哈代和拉马努金的“浪漫故事”,稍后详表)。

哦,顺便安利一下,这部电影的同名传记作品—卡尼盖尔所著《知无涯者:拉马努金传》:“拉马努金是印度在过去一千年中所诞生的超级伟大的数学家。他的直觉的跳跃甚至令今天的数学家感到迷惑,在他死后70多年,他的论文中埋藏的秘密依然在不断地被挖掘出来。他发现的定理被应用到他活着的时候很难想象到的领域”,这个领域就包括黑洞领域。


拉马努金-黑洞公式

不用琢磨了,即使是现在的地球人,也没几个人能看懂这个公式。

Part 2 金风玉露一相逢

与他共事的经历是我一生中最浪漫的事之一

说出这句话的就是提到拉马努金而不得不提到的另一个大数学家哈代。如同样板书中描述,贫困中的拉马努金仍然笔耕不辍,沉迷于数学中(看到这里,脑海中浮现的却是陈景润烧锅炉的画面,有点出戏了),命运也总是垂青于有准备的人,当然没有伯乐的千里马也是枉然。

1913年,一封漂洋过海的信寄给了哈代,信中阐述了关于素数分布的研究并列有120条公式,涉及数学中多个领域,但信的开头却是耐人寻味。

尊敬的先生:

谨自我介绍如下:我是马德拉斯港务信托处的一个职员,年薪仅20英镑,23岁。

哈代曾在他的一本书中讨论函数趋于无穷大有快有慢,有一处引用了素数理论中的一个公式,公式的第二项是误差项,误差项的准确阶数尚未确定。 而拉马努金告诉哈代,这个误差项的准确阶数他已经确定了: 我已经找到了(素数个数的)一个公式,它非常接近真实的值,其误差可以忽略不计。

素数定理最早是由勒让德给出的,高斯又作出了改进,而这个印度小职员,说自己得到了一个更好的结果。

这个钓饵,设的很成功,“吹牛”成功的引起了哈代的注意。看完信件后,哈代确信拉马努金是一位数学天才,于是邀请他到英国,但作为一个婆罗门教的信徒,拉马努金对离开印度感到踌躇和恐惧。哈代再三劝说拉马努金到剑桥,并经多方努力为他安排了奖学金,1914年4月,拉马努金来到英国。哈代花了很多心血教授拉马努金现代欧洲数学知识,他发现拉马努金知识的局限竟然与它的深奥同样令人吃惊。拉马努金对于证明仅有一种模糊不清的概念,对于变量的增量、柯西定理根本不熟悉,但是对于数值和组合方面,甚至分数、发散级数及积分、数的分拆、黎曼ξ函数和各种特殊级数却有深度的理解。他有很强的直觉和推理能力,其工作和思维方式多具挑战性。在哈代等人的帮助下,拉马努金进步很快,在素数分布、堆垒数论、广义超几何级数、椭圆函数、发散级数等领域取得了很多成果。他在欧洲的5年里发表了21篇论文、17篇注记,其中几篇是与哈代合作的。他和哈代一起对整数分拆问题作出了惊人的解决,首创了正整数n的分拆数P(n)的渐近公式,这无疑源自拉马努金那极强的洞察力和哈代对于函数理论的娴熟掌握。

哈代和拉马努金这一段交往也长期被数学界传为佳话。但,哈代和拉马努金可以说是处处相反。

拉马努金身材粗短,胖脸上有点稀疏的麻子;哈代线条优美,面容英俊,虽然他自己觉得自己不漂亮所以不愿意照镜子(看来照镜子的人,都是漂亮的人,连最严谨的数学家都这么认为),前面还提到过,终生未娶。

拉马努金友善合群,连幽默感都朴实无华;哈代的风趣却是为了遮掩自己的真意。 拉马努金生性安静,对运动毫无兴趣;哈代则是个几近病态的板球迷,不仅自己打、看人家打,而且还把板球术语和板球名将写进数学论文和证明的评语,甚至要他妹妹在他死后也告诉他板球消息。拉马努金从母亲那里吸收了传统的习俗,从小就到庙里祈祷和做礼拜;哈代则不单是个无神论者,而且是个激进的无神论者,评论上帝,诋毁上帝,认为上帝并不存在。 不过,哈代是个诚实而且绝不侵占他人成就的人。

拉马努金是婆罗门,婆罗门在讲究种姓的印度是最高的一层;哈代出身英国最好的公立学校,但是他们家族没有出过贵族。哈代的成就甚至使局限于高层的机遇逐渐向下层渗透。

拉马努金对自己的数学才能绝对自信,可是在人际关系上又过分妥协;哈代热忱乖戾,尖锐猛烈,他的妙语连珠有感染力得不得了,兼具对别人的挑战和对自己的笃定。哈代特有的开朗,使他竟然愿意把自己的声誉赌在一个素未谋面的陌生人身上,换来的是与拉马努金共处的一段被他称为“生平一大乐事”的日子。

他们俩的一生都因此改变。谁能想得到,相隔八千公里的他们两个,是天造地设的一对。

某种意义上来说,哈代在数学上最大的成就,是帮助拉马努金在数学上快速成长而又不钳制其创造性。对拉马努金的缺点嗤之以鼻然后出于职业习惯硬性加以纠正,这是很容易做的事;但是哈代知道,拉马努金的数学洞察力,比之哪怕是最了不起的技巧运用,要珍贵的多。

Part 3 π先生,也是整数的朋友

拉马努金,关于π的无穷级数

拉马努金没有受过正规的数学训练,准确的说,他高中毕业证没拿到,考试也不及格,果然是人才啊,也就是这哥哥发明(注意是发明)了这些稀奇古怪的π公式,我女儿亲切的称之为“π先生”,一种莫名的美感也跃然纸上,不,用壮观来形容似乎更为妥当,对看客而言,就只有orz了……

拉马努金对代数公式的洞察力,无穷级数变换能力,实在是令人惊羡。在这方面,历史上恐绝无与之相提并论,哪怕是旗鼓相当都不可以,如果真要类比天才成色的话,首推欧拉。这种数学形式的直觉,着实令人啧啧称奇,也使得他,在这个领域,可谓前无古人、后无来者。如果在最强大脑中设定类似的游戏,估计他可以让所谓的脑王好几个赛道,甩王*木好几个行星轨道都不成问题。

不,他说,这是个很有趣的数,它是最小能用两种不同方法表示成两个(正)立方数的数。


图片发自简书App

另一个被大家津津乐道的是“的士数”,与哈代有关。哈代有次乘一辆编号1729的的士去看拉马努金,并记下这个看来没趣的数,希望它不是什么不祥之兆。而哈代回答他的就是前面那句看似轻描淡写,但后来成为既让让数学家着迷而又蛋疼的一个数论命题,迄今为止的士数只发现了6个,最大的一个的士数由计算机于2008年5月发现:241,5331,9581,2543,1206,5344(请将这个数大写,是2020年宁波小升初真题,各位读者可以试试)。

“我绝对相信任何一个正整数都是拉马努金的好朋友。”

Part 4 彗星陨落,是天灾还是人祸?

拉马努金英年早逝,有点慧极必伤的味道,但实际上拉马努金的身体一直不是太好。一方面,他是虔诚的婆罗门教徒,只吃素食,在英国他是自己煮东西吃,而他沉迷研究不能自拔,经常忘记吃饭,这使得他的身体越来越虚弱;另一方面,在英国他的内心也很受折磨,他发现自己在印度独立发现的东西可能在欧洲早就被世人知晓,他在英国的所有成就也不能弥补过去岁月中失去的一切,而生病也在不停地浪费他宝贵的研究时间。

1917年,他因劳累过度病倒,他被诊断为肺结核以及严重维生素不足,但1994年由杨格进行的对拉马努金的医疗纪录和症状的分析结论为更可能他有肝变形虫病,一种感染肝脏的寄生虫。拉马努金在金奈(南印度东岸的一座城市,它坐落于孟加拉湾的岸边,是泰米尔纳德邦的首府,印度第四大都市,)待了很长时间这一事实进一步证实这一点,那是这种疾病广泛传播的沿海城市。

医生建议他回去故乡,这对病情有好处。当年,一个沉溺于数学的他只身来到伦敦,支撑他的,首先是对数学的爱好;其次是,哈代的盛情和后期的支持;再者是,和新婚妻子的美好愿景;当然,还有娜玛卡女神的眷顾。而所有的这些,随着战争的到来,都在慢慢消逝。不仅是身体,心理也因此都出现了极大问题,一种强烈的失落感和孤独感折磨着他。

严格的素食主义,使得他从未享受过“剑桥三一学院高桌子”上的烛光闪烁,而英国人的矜持,还有对印度人的冷漠,在这样一个沉默而隔膜的剑桥里显得愈加突兀,更不要说战争使得英国更灰暗凄凉。他曾经纵身跳进伦敦地铁轨道中,幸好列车驾驶员发现了他,及时刹住了车,他才得以幸存。

1919年3月,他终于回到印度,但回家之后的生活并不愉快,且病情日渐加重。1920年4月26日,他病逝于马德拉斯,年仅32岁。

《知无涯者》很敏锐的捕捉到了一些场景,让我不禁反思,天才的陨落,难道只是因为他生在了那个年代、得了所谓的不治之症吗?

“我回去以后(指回到印度),谁也不会让我参加葬礼了”,毕竟东方是东方,西方是西方,两者终难相遇。就连最亲密的哈代,也难掩骨子里的那种冷漠(与哈代同为英国人的图灵,就曾经抱怨哈代缺少表面上的友情)。

拉马努金的妈妈将其离开印度到英国的这种怒气发泄在自己的儿媳身上(离开印度到英国被认为是不合理法的),因她相信自己丈夫的才华,虽然她根本不识字、她支持他离开去海的对面寻找他的梦想,发挥他的能力。母亲不给她好脸色,最可恨的是藏起儿媳写给儿子的信。这些被藏起的信,不仅让儿媳对她的儿子失望(碰到了陈世美),也让他的儿子失去了在孤独中的唯一一丝慰藉。假如,没有藏起这些信,她儿子将会在精神上得到慰藉,对他的身体健康必然会有好处;假如,没有藏起这些信件,她的儿媳也许真的能够去了英国,陪伴左右,照顾起居,情况或许会好很多。

当然,历史不会被改变。比起天妒英才,这其中的人为因素不能被忽略。

Part 5 知无涯者

2016年4月,著名投资人尤里·米尔纳在自己家中举行了一场小规模的晚宴,到场嘉宾包括Google CEO皮查伊、Google创始人布林、Facebook创始人兼CEO扎克伯格及其他数十位硅谷领袖。晚宴上,米尔纳放映了马修·布朗最新拍摄的传记体电影—《知无涯者》。影片讲述了印度传奇数学家拉马努金的一生。据报道,宴会结束后,扎克伯格等人是红着眼眶走出来的。他们当即宣布将联手成立一项新基金,以致敬及纪念拉马努金。

《知无涯者》,豆瓣评分7.5分;《The Man Who Knew Infinity》,Score7.2

10岁,凭着自己的力量算出了地球赤道的长度;我们学的是加减乘除……

12岁时独立推导出:eix=Cosx+iSinx。不过他读到后面发现人家已经发现了这公式,就啥也没说。关于这个公式…..我们开始学正数、负数了……

15岁,拉马努金遇见了《纯粹和应用数学基本结果概要》这本书,书里有5000多个复杂的数学公式,没有证明过程,而他发现自己很多公式只要扫一眼就能浮现出证明过程。呃,扫一眼……我们开始学三角函数了。

20岁,他做梦改变了世界,我们真的在做梦……

拉马努金,生于18871222日,这一天被定为国际数学日。

拉马努金,逝于1920426日,被誉为“印度之子”。

最后,强烈推荐《知无涯者》,因为这是一篇影评。

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