哥廷根“神话”:缔造数学与物理的黄金时代
创始人
2025-06-16 08:54:40
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在德国中部广袤的绿原上,有一座人才辈出的“大学城”——哥廷根。18世纪末,其尚是地图上不起眼的坐标,却在百年间,以其大学为轴心,孕育了科学史上最辉煌的学术共同体——哥廷根学派。

学派的崛起绝非地理偶然。18世纪末的德意志正处于启蒙思想与民族意识觉醒的交织期,普鲁士的教育改革强调“研究型大学”的理念,主张将教学与科研深度结合。哥廷根大学抓住这一契机,打破传统经院哲学的桎梏,在1797年建立了德国首个自然科学教席。

地理上的相对偏僻反而塑造了它的独特气质——远离柏林、巴黎等政治文化中心的喧嚣,却因王室的资助与欧洲学术网络保持着隐秘而紧密的联系。这里就像一个思想共和国,不同国籍、不同信仰的头脑在此为真理而共同奋斗。

当晨雾笼罩着莱讷河蜿蜒的河道,数学系古老的钟楼敲响时,这里的讨论班正在萌发改变世界的思想:从高斯手中诞生的微分几何,到希尔伯特笔下的23个数学问题;从黎曼开创的几何空间,到玻恩构建的量子力学矩阵——哥廷根学派证明:科学中心的形成,依托的是一种将纯粹理性与现实关怀熔铸为一的学术范式。甚至,纳粹铁蹄下的人才星散虽终结了其物理存在,却让“哥廷根精神”随流亡学者播撒全球。这兴衰起伏的学派发展史,不仅是一部科学中心迁移的地理志,更是现代学术范式诞生与嬗变的活化石。

NO.1

奠基伟业:

从高斯到黎曼的哥廷根基因塑造(19世纪初—1866)

  • 高斯:“数学王子”的奠基

1807年,30岁的约翰·卡尔·弗里德里希·高斯(Gauss)受聘为哥廷根大学教授。彼时的哥廷根,正经历着拿破仑战争的震荡,讲堂破败,学生寥寥。但高斯的到来犹如一道闪电,劈开了德国数学的蒙昧,并埋下了一个学派崛起的种子。

这位被后世誉为“数学王子”的天才,在哥廷根48年的学术生涯中,将数论、几何、天文学熔铸成一个严谨的体系——他在数论中首创的同余符号“≡”与系统符号体系,在此期间被其进一步完善并融入教学,成为刻画整数性质的标准语言;他在哥廷根天文台的穹顶下,创造性地将数学工具应用于大地测量,并于1827年发表成果结晶《曲面的一般研究》,揭示了曲面曲率的内蕴性质,开创了微分几何的新纪元。

约翰·卡尔·弗里德里希·高斯(1777—1855),德国著名数学家、物理学家、天文学家、几何学家、大地测量学家。

高斯强调“少而精”的研究原则,每篇论文都如艺术品般打磨至完美,但他对学生的培养却呈现罕见的开放态度。波恩哈德・黎曼(Georg Friedrich Bernhard Riemann)撰写博士论文时,作为导师的高斯鼓励其突破传统复分析框架,将几何直觉融入函数论——这篇被高斯盛赞“展现出罕见的哲学洞察力”的论文,何尝不是哥廷根学派“自由探索”精神的优秀结晶呢?

约翰・彼得・古斯塔夫・勒热纳・狄利克雷(Johann Peter Gustav Lejeune Dirichlet)亦是高斯学术思想的受益者,他与黎曼先后形成了哥廷根学派第一代学术传承链。

  • 狄利克雷:学术传承的纽带

1855年高斯逝世后,狄利克雷从柏林迁居哥廷根,接掌数学教席。这位曾在巴黎聆听傅里叶(Baron Jean Baptiste Joseph Fourier)教诲的数学家,将法国分析学的技巧与高斯的数论传统结合,开创了解析数论的新方向。数学史上著名的“黎曼猜想”,其核心工具“黎曼ζ函数”的解析延拓方法,正是脱胎于狄利克雷将数论问题转化为复变函数研究的分析方法。

约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷 (1805—1859),德国数学家,历任柏林大学和哥廷根大学教授,柏林科学院院士。

在哥廷根的四年间,狄利克雷延续其在柏林大学开设的讨论班模式,每周在数学系小楼里召集学生研读前沿文献,这成为后世学派协作研究的原型。

  • 黎曼:学派研究维度的拓荒者

1859年,黎曼接替狄利克雷的职位,同年,其发表论文《论小于给定数值的素数个数》,提出“黎曼猜想”。他将素数分布与复平面上的ζ函数零点分布关联,尽管其未给出证明,却为后世数论研究指明了方向。然而天妒英才,7年后,黎曼因病逝世,年仅40岁。他的早逝使学派陷入短暂的沉寂,但他在哥廷根留下的几何思想,已为学派后续筑就数学大厦开辟了崭新的维度。

波恩哈德·黎曼(1826—1866),德国数学家。

从高斯到狄利克雷,再到黎曼,哥廷根学派完成了从精密计算到抽象构造的第一次飞跃。他们不仅解决具体问题,更创造了全新的数学语言——高斯的数论符号、狄利克雷的分析方法、黎曼的几何框架,共同构成了19世纪数学的“哥廷根范式”,即以问题为导向,跨越代数、分析、几何的界限,在具体计算中提炼普遍原理。这种传统如同基因般注入学派的血脉,等待着下一代群星将其发扬光大。与此同时,哥廷根已悄然确立德国数学学术中心的地位,其严谨的研究范式与自由探索精神,成为德意志学术传统的标杆。

NO.2

中兴开拓:

克莱因、希尔伯特与学派的崛起(1886—1900)

黎曼逝世二十年后,菲利克斯・克莱因(Felix Chris tian Klein)来到哥廷根,这成为学派复兴的关键转折点。

  • 克莱因:“学术战略家”的全方位布局

菲利克斯·克莱因(1849—1925),德国数学家。

克莱因早年以“爱尔兰根纲领”闻名于世——1872年,他提出,几何学的本质是研究空间在变换群下的不变量。这一思想以群论统一了当时分裂的几何分支,展现了其数学统一的远见。

更具学术远见的是,克莱因在哥廷根如同一名“学术战略家”,以大刀阔斧的改革、惊人的组织能力重塑哥廷根学术生态:他担任《数学年刊》的主编,主导期刊改革,使其从区域性刊物发展为能够与巴黎《数学杂志》分庭抗礼的学术阵地;他推动哥廷根大学建立现代化的数学研究所,将分散的研究室整合为协作空间,这是哥廷根成为数学中心的重要制度基础;他打破纯数学的封闭性,始终倡导数学与物理、工程的交叉,使哥廷根成为20世纪初数理交叉研究的全球策源地。

更重要的是,1895年,哥廷根大学数学教席空缺,克莱因力主聘请戴维·希尔伯特(David Hilbert)。尽管希尔伯特当时年仅33岁,在学术领域的研究尚未完全成熟,但克莱因敏锐察觉到他的潜力,顶住了学界对“年轻学者是否胜任”的质疑,推动校方完成招聘。这一决策无疑是科学史上最成功的人才引进之一。

在克莱因的运筹下,哥廷根不仅巩固了德国数学中心的统治地位,学派更以开放的学术格局与跨学科视野,展现出向全球学术巅峰冲刺的态势。

  • 希尔伯特:数学新王国的缔造者

希尔伯特的到来,为哥廷根注入了前所未有的活力。这位来自东普鲁士的数学家,研究兴趣广泛,从代数数论到几何基础,无不涉足。在克莱因的支持下,他在哥廷根迅速确立了学术地位。

戴维·希尔伯特(1862—1943),德国数学家,以其研究和远见卓识的23个问题对数学的各个领域产生了深远的影响。

1900年,第二届国际数学家大会召开,38岁的希尔伯特登上讲台,发表题为《数学问题》的历史性演讲。他在演讲中提出23个未解决的数学问题,几乎涵盖了当时数学的所有前沿领域。

希尔伯特问题的提出,标志着哥廷根学派从德国数学学术中心跃升为全球数学研究的“指挥塔”。当新世纪的曙光初现,克莱因与希尔伯特并肩站在哥廷根的讲台上,或许他们未曾想到,接下来的三十年,这里将上演人类科学史上最辉煌的数理革命。

NO.3

缔造辉煌:

群星璀璨与数理革命的黄金时代(1900—1933)

希尔伯特的23问,本质上构建了“以关键问题牵引学科发展”的研究模式。他在哥廷根建立“问题研讨班”,将23个问题分解为具体的研究课题:每周组织学生报告问题进展,并通过《数学年刊》设立“问题专栏”,定期公布研究成果。这种将理论构想转化为集体攻关的机制,不仅使哥廷根成为全球数学家解决希尔伯特问题的协作中心,更催生出多元化的研究分支——从纯数学的抽象结构革命,到理论物理的数学化探索,再到应用数学的工程实践,哥廷根学派开始了前所未有的跨维度拓展。全球英才也因此云集此地,哥廷根学派迎来神话般的多元迸发的黄金时代。

  • 纯数学的范式革命:抽象结构的胜利

外尔:连续群论的数学奠基

1913年,赫尔曼・外尔(Hermann Weyl)来到哥廷根,在希尔伯特的指导下研究分析学。他敏锐地察觉到群论与几何的深层联系,于1923年出版《连续群》,首次系统阐述李群的表示理论,将微分几何与群论结合。这一工作不仅为量子力学中的对称性研究提供工具,更预示着抽象结构在数学中的统治地位。1928年,他在《群论与量子力学》中证明了紧致李群的表示定理,为原子光谱的对称性分析提供了数学工具。

赫尔曼·外尔(1885—1955),德国数学家、物理学家。

诺特:环论与理想论的创立

1916年,被爱因斯坦称为“自女性开始接受高等教育以来最重要的、创造性的数学天才”艾米·诺特(Emmy Noether)加入哥廷根大家庭,其核心贡献在于将代数结构从具体对象中抽象出来:1918年,她提出的“诺特定理”,揭示了物理系统对称性与守恒律的数学对应,成为20世纪理论物理的底层逻辑;1921年,她发表《环中的理想论》一文,以公理化方法建立环与理想的理论,将代数从解方程的技艺升华为研究代数结构的科学,其影响延伸至计算机科学、密码学等现代领域。

艾米·诺特(1882—1935),德国数学家,被誉为“现代数学之母”。

阿廷:类域论的现代化

埃米尔・阿廷(Emil Artin)作为诺特的合作者,继承并拓展了抽象代数的方法。他在类域论中提出“阿廷互反律”,为代数数论提供了统一的框架。阿廷还系统研究了非交换代数,特别是结合代数的结构理论,证明了“阿廷定理”(半单代数可分解为单代数的直积),这些成果收录于他与诺特共同指导的《代数学》教材中,成为20世纪代数教科书的范本。

埃米尔·阿廷(1898—1962),德国数学家。

  • 理论物理的哥廷根烙印:物理学的数学化

闵可夫斯基:四维时空的几何建构

作为希尔伯特的同窗,赫尔曼・闵可夫斯基(Hermann Minkowski)受克莱因的邀请,从1902年起,在哥廷根任教。1908年,他在《空间与时间》的演讲中提出:“从今以后,空间本身和时间本身都已消失在阴影之中,只有两者的某种结合才能保持独立的实在性。”他将爱因斯坦的狭义相对论数学化为四维闵可夫斯基空间,用张量分析描述时空变换,为相对论提供了严谨的几何语言。其工作直接影响了爱因斯坦后来对广义相对论的数学表述。

赫尔曼·闵可夫斯基(1864—1909),德国数学家,曾是爱因斯坦的老师。

玻恩:矩阵力学与概率诠释

1921年,马克斯・玻恩(Max Born)担任哥廷根大学物理研究所所长,并迅速将哥廷根打造成量子力学研究的中心。1925年,他所提出的矩阵力学,与薛定谔的波动力学共同构成量子力学的两大形式体系。1926年,他提出的“概率波”概念,成为量子力学哥本哈根诠释的核心。由此,哥廷根与哥本哈根、剑桥并列为量子力学三大发源地。

马克斯·玻恩(1882—1970),德国理论物理学家、量子力学奠基人之一、诺贝尔物理学奖获得者。

  • 应用数学的范式建制:从理论到实践的通路

柯朗:数学物理方法的标准化

理查德・柯朗(Richard Courant)加入哥廷根后,在希尔伯特支持下推动应用数学的发展。1924年,他与希尔伯特合著的《数学物理方法》第一卷出版,该著作系统整理了微分方程、变分法等工具,建立了应用数学研究的标准范式。

理查德・柯朗(1888—1972),德国裔美国籍数学家。

普朗特:现代流体力学的奠基

作为第二代早期成员,“现代流体力学之父”路德维希・普朗特(Ludwig Prandtl)于1904年提出“边界层理论”,成功解释了流体阻力的产生机制,这一理论直接服务于德国航空工业。1925年,他建立威廉皇家流体力学研究所,将数学分析应用于航空工程。普朗特的研究所培养了西奥多・冯・卡门(Theodore von Kármán,1881—1963,美国航天工程学家,其学生有钱学森)等著名学者,使哥廷根“理论—实验—工程”三位一体的研究范式在全球航空工程领域开枝散叶。

路德维希·普朗特(1875—1953),德国力学家。

应该说,哥廷根的辉煌不仅源于天才人物,更在于其独特的学术生态。从希尔伯特的问题驱动,到不停延续深化的讨论班制度的思想碰撞;从纯数学的抽象建构,到物理与工程的应用转化,各领域形成了相互滋养的闭环。

1930年代初,哥廷根已汇聚全球三分之一的顶尖数学家,学派成就达至巅峰。这座小城已成为当之无愧的“数学的麦加”,其学术光芒照亮了20世纪的科学天空。

NO.4

遭遇骤逝:

纳粹浩劫下的崩塌与离散(1933—1945)

正当学派在抽象宇宙与量子世界中高歌猛进时,政治风暴已悄然来临。1933年,希特勒上台执政,纳粹政权迅速将黑手伸向学术界。政府规定“非雅利安人”与“政治不可靠者”必须被解雇,因此,外尔、诺特、柯朗等学派核心成员被列入“清洗”名单。

这场浩劫的破坏力是毁灭性的,其可悲的不仅是人才的流失,更是学术传统的断裂。哥廷根数学研究所的藏书被审查,讨论班制度名存实亡,曾经充满活力的学术共同体瞬间瓦解。

1943年2月14日,情人节的哥廷根笼罩在战争的阴影中,希尔伯特在这一天逝世,享年81岁。他的葬礼只有少数未被驱逐的学生参加,昔日门庭若市的数学系此刻冷冷清清。根据他的遗愿,其墓碑上镌刻“Wir müssen wissen, wir werden wissen”(译为“我们必须知道,我们终将知道”)。这句原本充满乐观主义的宣言,这一刻却显得格外苍凉——它既是对数学真理的终极信仰,也是一个时代落幕的悲壮挽歌。

NO.5

铸就永恒:

思想、方法与人才的深远遗产(1945至今)

1945年后,哥廷根大学在废墟上开始重建。然而,世界数学中心已不可逆地转移至美国。当然,哥廷根的衰落不是结束,而是一场伟大迁徙的开始,其思想种子在更广阔的土地上生根发芽。

外尔加入美国普林斯顿高等研究院,陈省身在普林斯顿期间受其指导,将其几何群论思想融入微分拓扑研究,成为外尔学术传统在亚洲的重要继承者;柯朗在纽约大学重建应用数学研究中心;玻恩在爱丁堡大学继续量子力学研究,1954年因概率诠释获诺贝尔奖……

当我们回望哥廷根学派这番波澜壮阔的兴衰,会发现,其留下的不仅是具体的定理与方法,更是一种学术精神,一种代表着19世纪末至20世纪中叶独特的、强调基础与创新的结合、追求纯粹与应用的统一、充满自由探究精神的学术范式。

从高斯时代的学术蛮荒之地到希尔伯特时代的全球学术中心,从纳粹时期的毁灭性打击到战后的精神传承,哥廷根学派的兴衰史,本质上也是德国数学在现代世界的成长缩影。这座小城之所以能成为“思想共和国”,还在于它完美诠释了德国数学的核心矛盾与张力:严谨性与创新性的平衡,纯粹性与应用性的互动,民族性与世界性的统一。

在数字化与全球化的今天,哥廷根的“思想共和国”理想以新的形式延续——德国数学正以其独特的严谨性与抽象思维,在人工智能的算法设计、量子计算的数学基础、复杂系统的建模分析等领域寻找新的突破点。而哥廷根学派的故事,终将成为德国数学史上最璀璨的篇章,它宛若一部跨越世纪的长篇神话,诉说着一个民族在追求科学真理过程中的光荣与苦难、智慧与反思。

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