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為什麼俄羅斯數學那麼牛?因為底子好

說起世界上最好的大學,大家的第一反應應該是哈佛大學。俄羅斯有一個笑話,“什麼叫美國的大學?就是美國的大樓、俄國的教授、中國的學生。”

俄羅斯在近代史中前期一直是個相對落後的民族,直到彼得大帝繼位。彼得一世喬裝打扮一番後,跑到德國、荷蘭、英國等國暗中考察,親身體驗了西歐國家先進的科技文化。回國後,彼得一世馬上推行歐化政策,進行經濟、軍事、文化、政治等一系列破舊立新。

在文化教育方面,彼得從頭開始培養俄國自己的技術人才,建立了算術學校、造船學校、航海學校、炮兵學校、醫護學校、工程技術學校、礦業學校,還派了一批留學生到西歐去學習。彼得規定貴族子弟必須上學,要學會算術和一門外語。否則,就剝奪貴族的全部特權,甚至規定不畢業者,不允許結婚。

彼得大帝生命的晚期,1724年還建立了國家科學院。在彼得大帝和他的繼任者凱瑟琳女皇主政時期,科學院有充足的資金來源和一個規模龐大的綜合圖書館,隻招收非常少的學生,以減輕教授們的教學負擔。給予教授們充分的時間及自由,讓他們去探究科學問題 。

在這個時候,歐洲大陸上被家族勢力擠兌的很厲害的伯努力兄弟,就到了俄羅斯。伯努利家族在數學、科學、技術、工程乃至法律、管理、文學、藝術等方面享有名望,最不可思議的是這個家族僅僅從17世紀到18世紀就産生了8名優秀數學家。他們倒并非是有意選擇數學為職業,隻是忘情地沉溺于數學之中,就像酒鬼碰到了烈酒一樣無法自拔。

聖彼得堡學派

約翰·伯努利最初學醫,同時研習數學。約翰于1690年獲醫學碩士學位,1694年又獲得博士學位,其論文是關于肌肉收縮的問題。受萊布尼茲的影響,不久就愛上了微積分。1695年,約翰當選荷蘭格羅甯根大學數學教授。10年後,約翰接替去世的哥哥雅各布,出任巴塞爾大學數學教授,并成為巴黎科學院外籍院士和柏林科學協會會員。1712、1724和1725年,約翰還分别當選英國皇家學會、意大利波倫亞科學院和彼得堡科學院的外籍院士。

約翰的另一大功績是培養了一大批出色的數學家,包括18世紀最著名的數學家歐拉(Leonhard Euler,1707-1783)、瑞士數學家克萊姆(G.Cramer,1704—1752)、法國數學家洛必塔(G.F. L'Hopital,1661—1704),以及他自己的兒子丹尼爾和侄子尼古拉二世等。

丹尼爾·伯努利是約翰的次子,從小就對數學有特别的愛好。丹尼爾13歲進入大學學習哲學與邏輯,想進修數學,父親勸他“數學掙不到錢”,建議他經商。丹尼爾很執着,一邊修習醫學,一邊私底下瞞着父親進行數學研究。

1724年,來到意大利威尼斯遊學的丹尼爾遇見了好朋友哥德巴赫。哥德巴赫聽了丹尼爾的經曆,對他說,要不然你把這些年的研究成果整理一下,出本書吧。在哥德巴赫的協助下,丹尼爾很快完成了人生中的第一本數學研究專著《數學練習》。書的第二部分是關于流體力學的,很快引起了學術界關注。1725年,25歲的丹尼爾受聘為聖彼得堡科學院數學教授,并被選為該院名譽院士。丹尼爾思考了一下,就拉上了哥哥尼古拉二世一起奔赴聖彼得堡。

在聖彼得堡科學院工作的丹尼爾一次閑的無聊,玩起了紙張,他往兩張紙中間吹氣,結果發現紙不但不會向外飄去,反而會被一種力擠壓在了一起“在水流或氣流裡,如果速度小,壓強就大;如果速度大,壓強就小”。後人稱之為“伯努利原理”。

小小的發現讓丹尼爾的名氣變得更大了,然而丹尼爾并沒有很開心,在這一年,哥哥尼古拉二世因為闌尾炎去世了。丹尼爾非常難過,想到了自己的好朋友也是自己父親的學生歐拉,讓他來俄國聖彼得堡科學院工作。

1727年5月17日歐拉來到了彼得堡。1733年,年僅26歲的歐拉就擔任了彼得堡科學院數學教授,兼丹尼爾的助手。丹尼爾覺得特别棒,因為無論自己有什麼想法,歐拉都能夠第一時間領會。歐拉在聖彼得堡一呆就是31年,為俄羅斯的數學發展留下了大量珍貴财富。

十年育樹百年育人。聖彼得堡學派曆經了好幾代人,才成為一個主流學派。俄羅斯數學的起點雖然不如老歐洲,但得到了大發展。最先脫穎而出的是羅巴切夫斯基(1792-1856)和切比雪夫(1821-1894)。

羅巴切夫斯基是非歐幾何的創造者,赢得了“幾何學中的哥白尼”的贊譽。而切比雪夫則是聖彼得堡學派的締造者和代表人物。切比雪夫的主要研究方向是分析,他在概率論,數論,函數論方面成就斐然。

切比雪夫有兩位非常著名的學生馬爾可夫(1856-1922)和李亞普洛夫(1857-1918)。馬爾科夫是随機過程論的開創者,他創造的這一領域影響了科學多方面的發展,同時他在統計和數論方面也有建樹。李亞普洛夫則是微分方程穩定性理論的開創者之一,他引入特征函數這一強有力的工具,簡潔地解決了很多問題,學過自動控制理論的都應該拜拜這位神仙。

莫斯科學派

在19世紀末20世紀初,俄羅斯數學另一大學派,莫斯科學派的實力還很弱,表人物是葉戈羅夫。葉戈羅夫在莫斯科大學期間經常開辦數學讨論班鼓勵學術交流,為促使數學從經典數學轉入現代數學做出了突出貢獻。

葉戈羅夫讨論班最大的成果是發掘了數學大師魯津。魯金比葉戈羅夫年輕許多,後來成為莫斯科學派的關鍵人物。魯金不僅研究出色,而且善于教學,編寫過一些經典教科書,同時又培養出一大波大師級人物。比如大名鼎鼎的柯爾莫哥洛夫,20世紀拓撲學奠基人之一的亞曆山大洛夫。20年代的莫斯科學派是以函數論研究為主的,但人才濟濟的學派成員已經開始不滿足于僅僅研究函數論了,他們開始向拓撲學,微分方程,幾何學和數論進發了。

柯爾莫哥洛夫這位數學天才的出現,使得蘇聯以及莫斯科大學的名字響徹了整個世界。他的研究幾乎遍及數學的所有領域。大學畢業的最後一年發表了8篇論文!每一篇論文都有新概念,新思路,新方法!

1930年代,柯爾莫哥洛夫在概率論、射影幾何、數理統計、實變函數論、拓撲學、逼近論、微分方程、數理邏輯、生物數學、哲學、數學史與數學方法論等方面發表論文80餘篇。平均每年8篇,而且是在不同領域!1940年代,這家夥又去搞湍流理論了。1941年,一口氣發了三篇文章,一舉奠定了流體力學界一代宗師的地位。江湖人稱K41理論。這個理論是空氣動力學(飛行器設計),潛艇設計的基礎。美國統計學家沃爾夫維茨曾說:“我來蘇聯的一個特别的目的,是确定柯爾莫哥洛夫到底是一個人呢,還是一個研究機構”。

之後,邦德裡雅金、康脫洛維奇、阿諾德、諾維科夫、曼甯等數學家一個一個地出現,讓蘇聯一舉成為當時世界數學第一霸主,而莫斯科大學所湧現的優秀數學家其數量之多,質量之高,恐怕除了19世紀末20世紀初的哥廷根大學,即使是赫赫有名的普林斯頓大學也不敢和莫斯科大學稱兄道弟。

美蘇進入冷戰後,蘇聯深知科技的競争首先是基礎科學的競争。所以蘇聯把教育提到國家安全戰略的高度,投入很大比例的政府資金到學校的STEM科目(也就是科學,技術,工程和數學)。

對于數學精英蘇聯是這樣定義的,首先,他應該在約22歲時解決一個衆多着名數學家都不能解決的大問題(即證明大定理),并将成果公開發表出來。這個問題/定理有多大,也多少決定了他未來的成就有多大。在30-35歲時,在前面解決各種實際問題的基礎上建立自己的理論,并為同行接受。在40-45歲,在國際學術界建立自己的學派,有相當數量的跟随者。

蘇聯是不搞什麼奧數班,各個大學的數學教授給學生講課做數學方面的講座和報告。莫斯科大學的數學夏令營是最受歡迎的,每年報名的人都是人滿為患,大家都希望能一睹數學大師們的風采,聽數學大師講課,做報告。在柯爾莫哥羅夫的提議下,從70年代開始,蘇聯的各個名牌大學大多舉辦了科學中學,其中最著名的當屬莫斯科大學的柯爾莫哥羅夫科學中學。這所學校從全國招收有數學、物理方面天賦的學生,完全免費。

有一流的生源,不一定能培養出一流的數學家,還必須要有嚴謹的學風。莫大的規定相當的嚴格,必修課,一門不及格留級,兩門不及格,開除。莫大的考試方法非常特殊,完全用口試的方式。主課如數學分析或者現代幾何學、物理學、理論力學之類,一個學期要考好及次,像數學分析,要考7-8次。

中國的數學專業往往是老師滿堂灌,學生下面聽,最糟糕的有的老師照本宣科,成了複讀機。莫大的老師上課,基本不按教學大綱講課,也沒有什麼固定的教材,指定好幾本書為教材,其實都是充當參考書的!莫大的課程都有相應的讨論課,每門課的讨論課和講課的比例至少是1:1。

俄羅斯人有句話說:“隻要莫斯科的數學系在,俄羅斯就算變成廢墟,俄羅斯也一定能夠重新崛起。”由此可見,俄羅斯在基礎科學,尤其是數學這方面的教育方法水平之高。

我們清華北大用的數學書,大部分還是俄羅斯人編的。雖然中國沒有學到老大哥的那套精髓,但靠抄作業每年培養出來幾百萬合格工程師,讓西方也很頭大。蘇聯的這套體制為俄羅斯批量培養了大量的基礎學科的人才,讓前蘇聯不到美國60%的GDP和美國抗衡了那麼多年。莫斯科國立大學中的數學系和物理系更是為蘇俄孕育了一批航空、導彈、新型戰機、核武器升級等軍事科學領域的頂級人才,讓老美眼饞不已。

随着蘇聯解體,俄羅斯的經濟發展開始放緩,不少數學方面的高級人才被歐美豐厚的待遇所吸引,紛紛湧向歐美等發達國家。伴随着人才的流失,俄羅斯這個曾經的數學強國,在數學領域開始走上了下坡路。

今天的俄羅斯數學已經大不如前,很多時候還是吃老本。彼得大帝創建的誕生過20名諾獎得主的俄羅斯科學院,前幾年還搞出過大裁員。坦率地說,即便俄羅斯吃數學的老本,還是比中國的數學強。前蘇聯有一整套完整的體系去培養人才,選拔人才,形成了一個完善的生态。中國的數學教育,物理教育,在産學研環節是脫節的。天才孩子無法接觸到前沿科學,牛哄哄的博導和教授根本都不教學傳授,數學,物理有多深厚,中國制造就能站到對應的高度……比如渦扇發動機裡面的燃燒模型,比如飛行器設計的一些氣動力學的設計等等,芯片的氣相沉積工藝等,最後都是數學問題,萬變不離其宗。

無論是哥廷根派還是蘇俄派(聖彼得堡/莫斯科)基礎科學從落後到獨步全球,都經曆了一代人又一代人的傳承和發展,教育興國,薪火相傳。

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