黑夜夺走了他的眼睛,母亲用数学帮他寻找光明

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伏尔加河,俄国人视作图腾的母亲河,苏联成立后,为充分发挥它的效能,曾先后在其上修建了十多座水电站。然而,上世纪60年代,苏联的农业、水利和经济界的大佬们一盘算,觉得伏尔加河的航运、发电和灌溉能力还是太弱,于是决定“北水南调”:从流入北冰洋的伯朝拉河和北德维纳河调水补充到伏尔加河。

十多年的勘察论证后,政府公布了“北水南调”的实施方案,在社会上引起广泛关注。一位数学家听说后心急如焚,凭借一贯的数学直觉,他认为自然环境的变化过程异常复杂,影响因素太多,而数学模型自身是存在缺陷的,几乎不可能准确预测调水给环境和经济带来的改变。很快,他便将自己的想法写信告诉了戈尔巴乔夫,在信中表明了坚决反对调水的态度。

列宾的名作《伏尔加河上的纤夫》(图片来源:wikipedia)

这位数学家是苏联科学院院士,由于提出了以自己名字命名的极大值原理而蜚声国际,被视为冷战时代苏联数学界的火炬,拥有极高威望。尽管如此,戈尔巴乔夫看到他的信后却不以为然,觉得调水是水利部门研究的事儿,一个数学家没资格跟着乱掺和,便将信扔进了废纸堆。不少人听说这件事后,也对他议论纷纷,说他多管闲事。

这位数学家名叫庞特里亚金,后来“北水南调”由于政治、经济和环境因素而搁置,虽然彼时他和他热爱的苏联都已逝去,但却足以证明他的先见之明。不过,你很难想到,这位比谁都看得清楚的数学家其实什么都看不见——他是个盲人。

庞特里亚金(图片来源:apprendre-math.info)

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其实,庞特里亚金也曾是个健康人。他出生在一个普通的农村家庭,父亲是会计,母亲是裁缝,一家人虽然过得清贫,倒也乐在其中。小时候的庞特里亚金对技术充满了好奇,总喜欢摆弄机械。一天,家里的汽油炉出了故障,他像往常一样拿工具修理,谁知刚靠近汽油炉,他便随着“轰”的一声巨响倒在了血泊里。

儿时的庞特里亚金(图片来源:clubcarmelita.com)

过了很久,小庞特里亚金终于从昏迷中醒来,可他却怎么都睁不开眼睛。他的眼球因受伤严重而被摘除了,这年他只有13岁,再也欣赏不到五彩缤纷的烂漫世界。突如其来的打击,让全家都陷入极度的悲痛中,父母很是担忧他的前程,可他却人小志气大,提出要继续上学,至少要读完中学。母亲爱儿心切,便放下所有工作,白天送他上学、陪他上课,晚上帮他复习,把书上的内容念给他听。

庞特里亚金的父亲(图片来源:clubcarmelita.com)

起初,父母想让小庞特里亚金学一门乐器,以后可以靠音乐谋生,可学了三年钢琴都没啥长进,又让他改学历史,结果考试成绩一塌糊涂。正当父母一筹莫展之时,小庞特里亚金却对数学产生了兴趣。这可忙坏了母亲,她只上过一年学,要区分并准确读出数学里那么多千奇百怪的符号,简直比蜀道还难。

庞特里亚金的母亲(图片来源:clubcarmelita.com)

我们知道,集合论中常会用到“∩”、“∪”、“?”、“?”等符号,它们长得十分相似,却有着截然不同的含义,分别表示“交”、“并”、“包含”、“包含于”。对于蝌蚪的小伙们而言,区分这些符号很简单,可在庞特里亚金母亲的眼中,大概和乱码一样。怎么办呢?母亲和庞特里亚金发明了自己的一套数学语言,比如,每当母亲说“尾巴向下”,他便知道是符号“∩”,而说到“尾巴向左”,则是符号“?”。

母亲的辛苦付出,加上庞特里亚金的勤奋不懈,终于在1925年得到了回报。这一年,17岁的庞特里亚金由于成绩优异,被保送至他梦寐以求的莫斯科大学数学物理系。

莫斯科大学,庞特里亚金的大部分成果都是在这里完成的(图片来源:www.msu.ru)

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进入大学,课程难度陡然增加,母亲渐渐有些吃不消。为了能继续当好庞特里亚金的眼睛,给他朗读数学论文和抄写笔记,年近五十的她开始和庞特里亚金一起学习英语和数学。

可入大学没多久,庞特里亚金的父亲便不幸去世,母亲不得不找一份工作以维持母子俩的生计,而庞特里亚金也不得不在身上挂着盲人指示牌,在路人的帮助下前往学校。庞特里亚金深知母亲的难处,大学四年里,他每天都早出晚归,几乎所有时间都待在学校里钻研数学。由于只能靠听觉学习,每次听完课后,他都要抓紧时间集中复习。他当时的目标只有一个:拿到奖学金,虽说只有27卢布,但至少能解决吃饭问题,对母亲也是莫大的安慰。

青年时期的庞特里亚金(图片来源:apprendre-math.info)

都说努力的人运气不会太差,在大学里,聪明勤奋的庞特里亚金不仅得到同学的热情照顾,还遇到了一生的伯乐亚历山大洛夫(Pavel Alexandrov)。亚历山大洛夫是苏联科学院院士,在集合论和拓扑学方面卓有成就。正所谓名师出高徒,在他的引导下,庞特里亚金19岁便发现了对偶性的一般规律,建立了著名的庞特里亚金对偶定理,这被认为是上世纪拓扑学最重要的成就之一。此后,庞特里亚金的人生便启动了开挂模式:27岁博士毕业,并在同年成为莫斯科大学教授,30岁在美国出版了著作《连续群》,震动整个科学界。当然,最令庞特里亚金高兴的,是母亲再也不用为一日三餐而辛苦奔波。

庞特里亚金(左)与亚历山大洛夫(右)在拓扑学研讨班上(图片来源:文献[1])

左起:庞特里亚金、他的导师亚历山大洛夫、数学家柯尔莫哥洛夫(图片来源:pont2008.cmc.msu.ru)

在纯数学领域取得了令人瞩目的成就后,庞特里亚金却有些迷茫,他常常问自己:“我做的这一切到底是为了什么?什么时候能把纯数学用到技术领域呢?”有一天,一位叫安德罗诺夫(AleksandrAndronov)的物理学家找到他,向他请教应用数学方面的问题。一番交谈后,庞特里亚金被安德罗诺夫对国家的高度责任感所深深感染,于是决定放弃抽象的数学问题,全身心研究数学的应用。上世纪50年代,他开始转攻振动和控制理论,很快便提出庞特里亚金极大值原理,使众多工程师茅塞顿开,解决了大批工程技术问题。

庞特里亚金在打字机旁工作(图片来源:pont2008.cmc.msu.ru)

庞特里亚金后来当选苏联科学院院士,还被推举为国际数学联合会副主席,成为明星级的数学大师,在世界各地都有不少粉丝。从盲童到世界数学大师,普通人很难想象其间的艰辛,这其中有庞特里亚金超强的拼搏精神,而照顾他半个多世纪的母亲,无疑厥功至伟!

庞特里亚金莫斯科故居墙上的雕像(图片来源:wikipedia)

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人物小档案:

列夫·谢苗诺维奇·庞特里亚金(Lev Semyonovich Pontryagin,1908.9.3–1988.5.3),苏联科学院、国际宇航科学院院士,被认为是20世纪最伟大的数学家之一。早期工作集中在拓扑学方面,建立了著名的庞特里亚金对偶定理,被认为是拓扑学最卓越的成就之一。20世纪50年代转向应用数学,研究振动理论和最优控制理论,成为最优化过程的数学理论的奠基者,提出了庞特里亚金极大值原理,取得了极高的国际声誉。

参考文献:

[1] 宋牮.瞽贤庞特里亚金[J].系统与控制纵横,2015,2(1):5-10.

[2]Porter B. Academician Lev Semyonovich Pontryagin[J]. Russian Mathematical Surveys, 1978, 33(6): 2-6.

[3]PontryaginL S. A short autobiography of LS Pontryagin[J]. Russian Mathematical Surveys, 1978, 33(6): 7-24.

?[4]Alexandrov P S, Boltyanskii V F, Gamkrelidze R V, et al. LevSemenovichPontryagin(on the occasion of his sixtieth birthday)[J]. Russian Mathematical Surveys, 1968, 23(6): 143-152.