赫尔曼·闵可夫斯基

赫尔曼·闵可夫斯基

赫尔曼·闵可夫斯基(Hermann Minkowski,1864年6月22日-1909年1月12日)是一位数学家,曾任教于哥尼斯堡大学、苏黎世联邦理工学院和哥廷根大学,被描述为德国人、波兰人、立陶宛裔德国人或俄罗斯人。他创造并发展了数论几何和凸几何基础,并利用几何方法解决了数论、数学物理学和相对论中的问题。

闵可夫斯基最为人所知的成就,是他描述将空间与时间作为四维空间的基础性工作,现被称为“闵可夫斯基时空”,这为阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的狭义相对论(1905年)提供了几何解释。

个人生活与家庭

赫尔曼·闵可夫斯基出生于波兰王国的苏瓦乌基省亚历克索塔斯镇(自1864年起成为俄罗斯帝国的一部分),其父莱文·鲍鲁赫·闵可夫斯基(Lewin Boruch Minkowski)是一位曾资助考纳斯合唱犹太会堂建设的商人,母亲是雷切尔·陶布曼(Rachel Taubmann),两人均为犹太人。赫尔曼是医学研究者奥斯卡(生于1858年)的弟弟。在不同的文献中,闵可夫斯基的国籍被列为德国人、波兰人、立陶宛裔德国人或俄罗斯人。

为逃避俄罗斯帝国对犹太人的迫害,全家于1872年移居哥尼斯堡,其父在那里从事碎布出口,后来经营机械发条锡制玩具的制造(他与长子马克斯共同经营莱文·闵可夫斯基父子贸易公司)。

闵可夫斯基曾在哥尼斯堡求学,并先后在波恩(1887–1894年)、哥尼斯堡(1894–1896年)和苏黎世(1896–1902年)任教,最后从1902年起在哥廷根任教,直至1909年去世。他于1897年与奥古斯特·阿德勒(Auguste Adler)结婚,育有两个女儿;电气工程师兼发明家莱因霍尔德·鲁登伯格(Reinhold Rudenberg)是他的女婿。

1909年1月12日,闵可夫斯基在哥廷根因阑尾炎去世。马克斯·玻恩(Max Born)代表哥廷根的数学系学生发表了悼词。大卫·希尔伯特(David Hilbert)为闵可夫斯基撰写的悼词阐述了两位数学家之间的深厚友谊:

> 从学生时代起,闵可夫斯基就是我最好、最可靠的朋友,他以其特有的深沉和忠诚支持着我。我们共同热爱科学,并将科学视为开满鲜花的花园。我们在其中乐于探索隐藏的小径,发现了许多令我们感到美感的新视角。当我们向对方展示这些发现,并共同赞叹时,我们的喜悦是圆满的。他对我而言是上天赐予的罕见礼物,我应当为拥有这份礼物如此长久而心怀感激。如今,死亡突然将他从我们中间带走。然而,死亡无法夺走的是他在我们心中高尚的形象,以及他的精神将继续在我们身上活跃的信念。

— 希尔伯特,1909年

主带小行星12493号以闵可夫斯基命名,M-矩阵亦以他的名字命名。

职业生涯

闵可夫斯基在东普鲁士的哥尼斯堡阿尔贝蒂娜大学接受教育,并于1885年在费迪南德·冯·林德曼(Ferdinand von Lindemann)的指导下获得博士学位。1883年,还在哥尼斯堡求学期间,他凭借关于二次型理论的手稿获得了法国科学院的数学奖。由于当时他年仅18岁,且在数学界名不见经传,这种成就前所未闻;他与著名的英国数学家亨利·史密斯(Henry Smith)共同获奖,后者远比赫尔曼出名,且该奖项是追授给他的。这在英国数学界引起了极大的不安。尽管有无数投诉,奖项委员会从未改变决定。他也成为了另一位著名数学家大卫·希尔伯特的挚友。他的兄弟奥斯卡·闵可夫斯基(1858–1931)是一位著名的医生和研究员。

闵可夫斯基曾在波恩大学、哥尼斯堡大学、苏黎世大学和哥廷根大学任教。在联邦理工学院(现苏黎世联邦理工学院),他是爱因斯坦的老师之一。

闵可夫斯基探索了二次型算术,特别是涉及n个变量的情况,他对此课题的研究促使他考虑了n维空间中的某些几何性质。1896年,他提出了数论几何,这是一种解决数论问题的几何方法。他也是闵可夫斯基香肠和曲线的闵可夫斯基覆盖的创建者。

1902年,他加入哥廷根大学数学系,并成为大卫·希尔伯特的密切同事,他们最早是在哥尼斯堡大学相识的。康斯坦丁·卡拉西奥多里(Constantin Carathéodory)曾是他在那里的学生之一。

关于相对论的工作

到1908年,闵可夫斯基意识到他曾经的学生阿尔伯特·爱因斯坦于1905年提出的狭义相对论,以及洛伦兹(Lorentz)和庞加莱(Poincaré)之前的工作,最好在四维空间中理解,即现在所知的“闵可夫斯基时空”。在其中,时间和空间不再是分离的实体,而是交织在四维时空中,狭义相对论的洛伦兹几何可以有效地用不变区间来表示

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(参见狭义相对论历史)。

闵可夫斯基空间的数学基础也可以在19世纪已经为人所知的双曲空间双曲面模型中找到,因为双曲空间中的等距映射(或运动)可以与洛伦兹变换相关联,其中包括威廉·基林(Wilhelm Killing,1880, 1885)、亨利·庞加莱(1881)、霍默舍姆·考克斯(Homersham Cox,1881)、亚历山大·麦克法兰(Alexander Macfarlane,1894)等人的贡献(参见洛伦兹变换历史)。

他在第80届德国自然科学家与医师大会(1908年9月21日)上发表的题为《空间与时间》的演讲开篇部分现已非常著名:

> 我希望向各位提出的关于空间与时间的观点,植根于实验物理学的土壤,并由此获得力量。它们是彻底的。从此以后,独立的空间和独立的时间注定会沦为仅仅是阴影,只有两者的某种结合才能保留独立的现实。

出版物

### 相对论

闵可夫斯基,赫尔曼(1915)。《相对性原理》(Das Relativitätsprinzip)。《物理学年鉴》。352 (15): 927–938。Bibcode:1915AnP...352..927M。doi:10.1002/andp.19153521505。

- 闵可夫斯基,赫尔曼(1908)。《运动物体中电磁过程的基本方程》(Die Grundgleichungen für die elektromagnetischen Vorgänge in bewegten Körpern)。《哥廷根科学协会通讯,数学物理类》:53–111。 英文翻译:《运动物体中电磁过程的基本方程》。收录于:《相对性原理》(1920),加尔各答:大学出版社,1–69。

- 闵可夫斯基,赫尔曼(1909)。《空间与时间》(Raum und Zeit)。《德国数学家联合会年度报告》。18: 75–88。Bibcode:1909JDMaV..18...75M。 维基文库有各种英文译本:《空间与时间》。

- 布鲁门塔尔,O.(编辑):《相对性原理》,莱比锡1913年,1923年(泰布纳出版社),英文译本(W. 佩雷特与G. B. 杰弗里),《相对性原理》,伦敦1923年(梅修恩出版社);重印于纽约1952年(多佛出版社),标题为《H. A. 洛伦兹、阿尔伯特·爱因斯坦、赫尔曼·闵可夫斯基与赫尔曼·外尔,《相对性原理:原始回忆录集》》。

- 《空间与时间——闵可夫斯基相对论论文集》,闵可夫斯基研究所出版社,2012年,ISBN 978-0-9879871-3-6(免费电子书)。

### 丢番图逼近

- 闵可夫斯基,赫尔曼(1907)。《丢番图逼近:数论导论》(Diophantische Approximationen: Eine Einführung in die Zahlentheorie)。莱比锡-柏林:R. G. 泰布纳出版社。检索于2016年2月28日。

### 数学(遗作)

- 闵可夫斯基,赫尔曼(1910)。《数论几何》(Geometrie der Zahlen)。莱比锡-柏林:B. G. 泰布纳出版社。MR 0249269。检索于2016年2月28日。

- 闵可夫斯基,赫尔曼(1911)。《文集》(Gesammelte Abhandlungen)2卷。莱比锡-柏林:R. G. 泰布纳出版社。检索于2016年2月28日。于1967年在纽约切尔西出版社重印为一卷。

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