加斯帕德-蒙日
法国数学家、物理学家、化学家
加斯帕德-蒙日,德·佩吕兹伯爵(法文:Gaspard Monge, Comte de Péluse,1746~1818)是18-19世纪法国数学家、物理学家、化学家,被誉为“画法几何之父”和“微分几何之父”。作为一名科学家,蒙日在数学、物理、化学、冶金学、锻造学、机械学等领域都作出了突出贡献。此外,蒙日还积极参与到教育和社会事务中,是法国大革命期间的杰出人物,帮助建立了公制系统和巴黎综合理工学校,1780年,当选为法国科学院院士,1808年,被拿破仑·波拿巴封为伯爵。
人物生平
早年生活
1746年5月10日,蒙日出生于法国科特迪瓦的一个小城镇博恩。蒙日小时候家境贫寒,父亲是一个贫穷的小商贩,蒙日一家在当时的社会等级划分中属于最底层。1760年,蒙日就读于博恩当地一所天主教创办的学校。他聪明而好学,展现出过人的天赋,当时年仅14岁的他就自制了一台结构完整的消防水泵
1762年,蒙日转学来到里昂的特拉尼特(Trinité)学院。在那里,他学习不到两年的时间,就被任命为该校的物理学教师,当时的他年仅17岁。由于父亲不同意他成为教士,违背了学校领导的意愿,1764年,他离开里昂大学回到博恩。在家乡,他使用自制的测量工具绘出一幅该城镇的大比例城市规划图。蒙日的规划图引起了一位工兵军官的注意。在军官的推荐下,蒙日前往梅济埃尔的皇家工程学校学习。这所军事工程院校于1748年创建,主要培养的是设计军事工程的军官。
1765年,19岁的蒙日来到梅济埃尔学习,由于身份卑微,蒙日只能学习一些边缘专业,旁听一些他感兴趣的课程。尽管蒙日绘图技术出众,但却未能充分发挥出来。直到在一次设计某一防御工事隐蔽体时,蒙日没有沿用当时普遍使用的计算法,而采用了一种更为简便的几何法,这让他绘图的效率大大提高。蒙日的这种方法的准确性在经过审核后得到验证,这也是蒙日画法几何的雏形。蒙日创造的画法几何让其才能得到学校的认可,1766年,20岁的蒙日任教学辅导老师。出于保密需要,学校要求他不得公开发表,只能在校内的课堂中传授这种新方法。
梅济埃尔时期
1770年至1783年间,蒙日从一名辅导老师成为该校的数学和物理授课教师,数学和物理是该校的重要课程。在此期间,蒙日致力于无穷小几何学(微积分在几何学中的应用)和偏微分方程理论的研究,发表了多篇学术论文。1775年,25岁的蒙日被皇家工程学院授予“数学和物理教授”头衔。
1777年,31岁的蒙日与卡特琳·于阿尔(英文:Catherine Huart)结婚,后生下三女。卡特琳拥有一家锻造厂,这使得蒙日对冶金学产生了兴趣。他还与化学家克劳德·贝托莱(英文Claude Berthollet)在工程学校建立起一座设备完善的化学实验室。
1780年,蒙日当选为法国科学院院士,他逐渐交接在梅济埃尔的工作,移居巴黎,从事数学分析化学气象学、应用力学等的研究,自此之后的许多论著,主要刊登于巴黎科学院出版的数学与物理论文集中。
法国大革命时期
1783年底,蒙日正式离开梅济耶,在从事科学研究的同时,蒙日在巴黎的公共事务中变得越来越活跃。他在1783年到1789年年间担任了海军学员的考官;1789年法国大革命爆发,他积极投身革命运动。1790年,蒙日加入了领导革命运动的雅各宾组织;1791年,他在建立公制的度量衡委员会中任职;1792年,法国宣布成立共和国,蒙日为时任的海军部长;1793年,卸任海军部长的蒙日发挥其特长,到军械委员会的工作,并撰写了关于炼钢和火炮制造的手册。1794-95年,他在其倡办的师范学校(Ecloe Normale)任教,在那里他第一次被允许讲授他在梅泽尔发展的画法几何学课。画法几何这一学科的法文名称“Géométrie Descriptive”是蒙日根据拉丁文命名而来的。这所学校仅办了四个月就被关闭,但它是世界上第一所高等师范学校,1810年拿破仑·巴拿马(法语:Napoléon Bonaparte)重建了该学校。1795年6月,综合工科学校成立,蒙日任教画法几何与数学。同年12年,蒙日参加了法国研究院的筹建工作。
1796年5月至1797年10月,50岁的蒙日与克劳德·贝托莱法国督政府任命前往意大利罗马等城市,挑选从意大利人那里征收的绘画和雕塑,作为法国在法意战争的胜利品。在此行中,蒙日结识了拿破仑·巴拿马。
1797年,回到巴黎的蒙日被任命为综合工科学校的校长。1798年初,蒙日被派往意大利执行任务,在当地他参与了罗马人民的起义活动。当时反法同盟已经瓦解,英国是仅存的威胁,为了施压英国,蒙日参加了拿破仑·波拿巴埃及的远征。7月份,蒙日到达开罗,之后担任了埃及研究院院长。同年,蒙日的画法几何学解除保密限制,由巴黎研究院公开出版。1799年,蒙日陪同波拿巴前往叙利亚,并于1798年随波拿巴返回法国。11月9日,拿破仑雾月政变,蒙日被任命为罗马元老院终身议员。1806-7年间,蒙日被任命为元老院院长。1808年,蒙日被封为德·佩吕兹伯爵(Comte de Péluse)。
1815年,拿破仑彻底失败后,波旁王朝复辟,蒙日被迫逃亡国外。第二年,波旁王朝剥夺了蒙日的所有荣誉。
1818年7月28日,蒙日在巴黎去世,享年72岁。蒙日去世后,他的学生不顾政府的阻挠,前往蒙日的墓地敬献花圈。
1838年,蒙日故里博恩广场建造的蒙日塑像落成。
1846年,蒙日诞展一百周年,法国科学研究院为他举行了纪念会。
成就与荣誉
数学
他在画法几何学射影几何学、解析几何、导数几何学和微分方程论等方面作出了重要贡献。
蒙日是画法几何学作为几何学一个独立分支的开创者,其《画法几何学》是世界上第一部该学科的著作,提出了用多面正投影图来表达空间形体,系统论述了在平面上绘制空间形体图像的方法,其原本和译本在世界上很多国家作为教材使用。
在射影几何学方面,蒙日起到了启蒙和引导作用。蒙日创立的画法几何包含着射影几何的思想,推动了射影几何学的迅速发展。
在解析几何学方面,蒙日在前人的基础上研究了圆锥曲线二次曲面等相关问题,促使解析几何成为几何学的一个新分支。
在微分几何学方面,蒙日坚持从分析与几何两个角度去研究问题,复兴了几何学,使得人们重新意识到几何思想与分析方法具有同等的地位。其《关于把分析应用于几何的活页论文》是世界上第一本微分几何学著作,蒙日也被誉为“微分几何之父”。
微分方程论方面,蒙日开创了偏微分方程的特征理论,提出了一阶微分方程积分法的理论和关于弦振动问题的解法,定义了特征曲线和特征锥(现称蒙日锥)等概念,对现代偏微分方程论仍然具有重要的影响。
物理
蒙日对于热理论、声学静电学、力学以及光学(特别是海市蜃楼现象)等方面都有研究,编写了著作《静力学基础教程》。
化学
独立完成了水的合成实验,获得了比化学家安托万-洛朗·德·拉瓦锡法语:Antoine-Laurent de Lavoisier)更加精确的实验结果;他还完成了空气、二氧化硫气体的液化工作,此外,多次参加了冶金的调研工作,发表了《论不同金属状态下的铁》等成果。
教育
蒙日是一位杰出的教育家,具有强烈的国家和民族情怀。他积极参与当时法国的教育改革,致力于各类适用型人才的培养,重视实践应用,培养了一批非常优秀的学生。他参与创办了综合工科学校,后来被任命为校长。蒙日对师资力量非常重视,世界上第一所高等师范学校在蒙日的努力下与1795年在巴黎成立。此外,蒙日还参加了法国和埃及研究院的筹建工作并担任领导职务。拿破仑·波拿巴称帝,遭到巴黎综合理工学院学生的抵制后,要求对他们进行惩罚时,蒙日为学生求得宽恕。此外,蒙日拒绝了拿破仑在巴黎综合理工学院成立军事组织的要求。
政治
蒙日所处的法国,正值封建贵族与广大人民矛盾尖锐的时期。1789年法国大革命爆发,蒙日是积极的参与者。他很快加入了雅各宾派,3年后,他亲自签署了处决路易十六的报告书。新的政府成立后,他曾担任海军部长,参与建立了国家的公制系统,卸任后到军械委员会的工作,并撰写了关于炼钢和火炮制造的手册,为法国抵御外侵作出巨大贡献。蒙日与拿破仑·波拿巴有深厚的渊源,他曾随拿破仑出征埃及雾月十八日政变后,当政的拿破仑任命他为罗马元老院终身议员,后又担任议长,1808年,蒙日被拿破仑封为德·佩吕兹伯爵。
身份与主要荣誉
1772年,被巴黎科学院选为通讯研究员。
1775年,被皇家工程学校正式授予“皇家数学和物理学教授”头衔。
1780年,当选为法国科学院院士。
1792年,担任海军部长。
1797年,担任巴黎综合理工学院的校长。
1806年,担任元老院院长。
1808年,被法兰西第一帝国封为德·佩吕兹伯爵。
主要著作
画法几何学
《画法几何学》(法文:Géométrie descriptive)于1798年正式出版,开创了几何学的一个新分支——画法几何学。画法几何学在科学研究和工程实际中具有广泛应用,是工程图学的一门基础学科。画法几何学的法文名称“Géométrie Descriptive”就是蒙日本人命名的。蒙日因此被誉为“画法几何学之父”。
《画法几何学》分为纲要(programme)和正文(共五章),全面总结了当时该学科的研究成果,并加以系统化,使其有了严格的科学体系。在这部著作中,蒙日提出了用多面正投影图来表达空间形体,第一次系统论述了在平面上绘制空间形体图像的方法,奠定了图学理论基础。
蒙日编撰这本书的最初目的是基于纯粹的功利主义,即通过“将国民教育引向需要精确性的知识”,并使法国工匠更好地掌握材料和机器,从而使法国工业独立于外国企业。在纲要中,蒙日满怀深情地表达了他对法国教育、法国青年人的关切之心。
《画法几何学》出版后,对世界各国科学技术的发展产生了深远的影响,最初各国直接以原本作为教材,后来逐渐出现了译本或者基于原本的自编本。1839年,该书在巴黎重印,这已经是《画法几何学》的第七版。
关于把分析应用于几何的活页论文
1807年,蒙日发表了《关于把分析应用于几何的活页论文》(法文:Application de l'数学分析 à la géométrie, à l'usage de l'Ecole impériale polytechnique),整理了自1795年以来本人在微分几何领域的研究,这部著作是数学史上第一部微分几何专著。这部著作主要介绍了如何将分析学应用于几何学,并给出了大量的几何与微分方程紧密结合的例子,体现了蒙日的微分几何思想。蒙日也被公认为“微分几何之父”。
代数在几何中的应用
1805 年,蒙日与学生合作出版《代数在几何中的应用》(法文:Application d′algèbre a la géométrie)一书。蒙日在勒内·笛卡尔、克莱洛、欧拉等人的基础上研究了圆锥曲线二次曲面,探讨直纹面等相关问题,蒙日在解析几何成为几何学一个新分支的进程中做出了巨大贡献。
其他著作
除了数学外,蒙日在物理、化学、冶金学、锻造学、机械学等领域也有研究,相关著作包括《静力学基础教程》(法文:Traité élémentaire de statique, à l'usage des collèges de la marine,1788年出版)《论不同金属状态下的铁》(法文:Mémoire sur 1'ef-fet des étincelles électriques, excitées dans l'air,1786年出版)等。
后世影响
蒙日被誉为“画法几何之父”,画法几何学系统论述了在平面上绘制空间形体图像的方法,奠定了图学及机械工程的理论基础,加速了机器制造产业时代的到来。
蒙日也被誉为“微分几何之父”,他将分析与几何相结合去研究问题,重新赋予了几何学在数学研究中的地位,此外,蒙日在偏微分方程理论研究中也做出了突出贡献。
1818年,蒙日去世后,为了纪念他做出的贡献,在蒙日的家乡博恩建造了一座蒙日雕塑。
1989年,为纪念法国大革命200周年,蒙日的遗体被安葬至巴黎的先贤祠。蒙日的名字是刻在埃菲尔铁塔底座上的72个名字之一。
人物评价
蒙日的《画法几何学》得到了德国数学家高斯的高度评价,后者称其体现了“真正的几何精神”,是“智慧的滋补品”。
目录
概述
人物生平
早年生活
梅济埃尔时期
法国大革命时期
成就与荣誉
数学
物理
化学
教育
政治
身份与主要荣誉
主要著作
画法几何学
关于把分析应用于几何的活页论文
代数在几何中的应用
其他著作
后世影响
人物评价
参考资料