Carl Friedrich Gauß

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生平

在高斯的出生地布倫瑞剋的雕像

高斯是一對普通夫婦的兒子。他的母親是一個貧窮石匠的女兒，雖然十分聰明，但卻沒有接受過教育，近似於文盲。在她成為高斯父親的第二個妻子之前，她從事女傭工作。他的父親曾做過工頭、商人的助手和一個小保險公司的評估師。高斯三歲時便能夠糾正他父親的藉債帳目，這件事情已經成為一個軼事流傳至今。他曾說，他能夠在腦袋中進行復雜的計算。

據說高斯在9歲時，就發明了一種快速計算等差數列求和的小技巧，在很短的時間內計算完成了他的小學老師在黑板上給出的問題，該問題詳細數字為何尚有爭議，但普遍認為是：計算從1到100這100個自然數之和。他所使用的方法是：將第1個數字與最後1個數字相加、第2個數字與倒數第2個數字相加……以此類推，可以得到50對101，於是101×50=5050便是答案。

小時候高斯傢裏很窮，且他父親不認為學問有什麽用，但高斯依舊喜歡看書，話說在小時候，鼕天吃完飯後他父親就會要他上床睡覺，以節省燃油，但當他上床睡覺時，他會將蕪菁的內部挖空，裏面塞入棉布捲，當成燈來使用以繼續讀書。

當高斯12歲時，已經開始懷疑幾何原本中的基礎證明。當他16歲時，預測在歐氏幾何之外必然會産生一門完全不同的幾何學，即非歐幾裏德幾何學。他導出了二項式定理的一般形式，將其成功的運用在無窮級數，並發展了數學分析的理論。

高斯的老師布呂特內爾與他的助手馬丁·巴爾特斯很早就認識到了高斯在數學上的天賦，當時普魯士元帥卡爾·威廉·斐迪南也對這個天才兒童留下了深刻印象，並與布呂特內爾從高斯14歲起資助其學習與生活。這也使高斯能夠在公元1792年進入Carolinum學院（今天布倫瑞剋工業大學的前身）學習，並在那裏開始對高等數學作研究：獨立發現二項式定理的一般形式、數論上的“二次互反律”、素數定理、及算術-幾何平均數。1795年，高斯轉入哥廷根大學學習。1796年，19歲的高斯完成《正十七邊形尺規作圖之理論與方法》，成為第一位衹用尺規作圖成功畫出正17邊形的人。

高斯於公元1805年10月5日與來自布倫瑞剋的Johanna Elisabeth Rosina Osthoff小姐（1780-1809）結婚。在公元1806年8月21日迎來了他生命中的第一個孩子Joseph。此後，他又有兩個孩子。威廉妮（1809－1840）和路易斯（1809－1810）。1807年高斯成為哥廷根大學的教授和當地天文臺的臺長。

1838年出版的天文學通報中高斯肖像。

儘管高斯作為一個數學家而聞名於世，但這並不意味着他熱愛教書。儘管如此，他越來越多的學生成為有影響的數學家，如後來聞名於世的戴德金和黎曼。

高斯非常信教且保守。他的父親死於1808年4月14日，晚些時候的1809年10月11日，他的第一位妻子Johanna也離開人世。次年8月4日高斯迎娶第二位妻子弗雷德妮卡·威廉妮（1788－1831）。他們又有三個孩子：歐根（1811－1896）、威廉（1813－1883）和 特雷瑟（1816-1864）。

1831年9月12日他的第二位妻子也死去，1837年高斯開始學習俄語。1839年4月18日，他的母親在哥廷根逝世，享年95歲。

1855年2月23日凌晨一時許，77歲的高斯因心髒病發作，在哥廷根天文臺的躺椅上去世。

貢獻

18歲的高斯發現了最小二乘法，並猜測了質數定理。通過對足夠多的測量數據的處理後，可以得到一個新的、概率性質的測量結果。在這些基礎之上，高斯隨後專註於麯面與麯綫的計算，並成功得到高斯鐘形麯綫（正態分佈麯綫）。其函數被命名為標準正態分佈（或高斯分佈），並在概率計算中大量使用。

在高斯19歲時，僅用尺規便構造出了17邊形。並為流傳了2000年的歐氏幾何提供了自古希臘時代以來的第一次重要補充。

高斯總結了復數的應用，並且嚴格證明了每一個n階的代數方程必有n個實數或者復數解。1801年，在他的第一本著名的著作《算術研究》中，作出了二次互反律的證明，成為數論繼續發展的重要基礎。在這部著作的第一章，導出了全等三角形定理的概念。

高斯在最小二乘法基礎上創立的測量平差理論的幫助下，測算天體的運行軌跡。他用這種方法，測算出了小行星𠔌神星的運行軌跡。

𠔌神星於1801年被意大利天文學家皮亞齊發現，但因病他耽誤了觀測，從而失去了這顆小行星的軌跡。皮亞齊以希臘神話中的“豐收女神”對它命名，稱為𠔌神星，並將自己以前觀測的數據發表出來，希望全球的天文學家一起尋找。高斯通過以前3次的觀測數據，計算出了𠔌神星的運行軌跡。奧地利天文學家海因裏希·歐伯斯根據高斯計算出的軌道成功地發現了𠔌神星。高斯將這種方法發表在其著作《天體運動論》（拉丁語：Theoria Motus Corporum Coelestium in sectionibus conicis solem ambientium）中。

為了獲知每年復活節的日期，高斯推導了復活節日期的計算公式。他的母親是文盲，從未記錄他出生的日期，衹記得他出生於耶穌升天節前八天的一個星期三（復活節後第三十九天）。 高斯後來在找到復活節的日期的情況下解决了關於他出生日期的這個難題，並且繼而推導出計算過去和未來年份復活節日期的方法。

1818年至1826年間，高斯主導了漢諾威公國的大地測量工作。通過最小二乘法為基礎的測量平差的方法和求解綫性方程組的方法，顯著地提高了測量的精度。

高斯親自參加野外測量工作。他白天觀測，夜晚計算。在五六年間，經他親自計算過的大地測量數據超過100萬個。當高斯領導的三角測量外場觀測走上正軌後，高斯把主要精力轉移到處理觀測成果的計算上，寫出了近20篇對現代大地測量學具有重大意義的論文。在這些論文中，他推導了由橢圓面嚮圓球面投影時的公式，並作出了詳細證明。這個理論直至現在仍有應用的價值。

漢諾威公國的大地測量工作至1848年結束。這項大地測量史上的巨大工程，如果沒有高斯在理論上的仔細推敲，在觀測上力圖合理和精確，在數據處理上盡量周密和細緻，就不能圓滿的完成。在當時的不發達的條件下，布設了大規模的大地控製網，精確地確定2578個三角點的大地坐標。

為了用橢圓在球面上的正形投影理論以解决大地測量中出現的問題，在這段時間內高斯亦從事了麯面和投影的理論，並成為了微分幾何的重要理論基礎。相對論證明了宇宙空間實際上是非歐幾何的空間。高斯的思想被近100年後的物理學所認可。

高斯試圖在漢諾威公國的大地測量中通過測量Harz的Brocken——Thuringer Wald的Inselsberg——哥廷根的Hohen Hagen三個山頭所構成的三角形的內角和，以驗證非歐幾何的正確性，但未成功。高斯的朋友鮑耶的兒子雅諾斯在1823年證明了非歐幾何的存在，高斯對他勇於探索的精神表示了贊揚。1840年，羅巴切夫斯基用德文寫了《平行綫理論的幾何研究》一文。這篇論文的發表引起了高斯的註意。他非常重視這一論證，積極建議哥廷根大學聘請羅巴切夫斯基為通信院士。為了能直接閱讀他的著作，從這一年開始，63歲的高斯開始學習俄語，並最終掌握了這門外語。高斯最終成為微分幾何的始祖（高斯、雅諾斯和羅巴切夫斯基）之一。

出於對實際應用的興趣，高斯發明了日光反射儀。日光反射儀可以將光束反射至大約450公裏外的地方。高斯後來不止一次地為原先的設計作出改進，試製成功了後來被廣泛應用於大地測量的鏡式六分儀。

19世紀30年代，高斯發明了磁強計。他辭去了天文臺的工作，而轉嚮物理的研究。他與威廉·韋伯（1804－1891）在電磁學領域共同工作。他比韋伯年長27歲，以亦師亦友的身份與其合作。1833年，通過受電磁影響的羅盤指針，他嚮韋伯發送出電報。這不僅是從韋伯的實驗室與天文臺之間的第一個電話電報係統，也是世界首創的第一個電話電報係統。

1840年，他和韋伯畫出了世界第一張地球磁場圖，並且定出了地球磁南極和磁北極的位置。次年，這些位置得到美國科學家的證實。

高斯在數個領域進行研究，但衹把他認為已經成熟的理論發表出來。他經常對他的同事表示，該同事的結論自己以前已經證明過了，衹是因為基礎理論的不完備而沒有發表。事實上高斯把他的研究結果都記錄了起來。他死後，他的20部紀錄着他的研究結果和想法的筆記被發現，證明高斯所說的是事實。一般人認為，20部筆記並非高斯筆記的全部。

下薩剋森州和哥廷根大學圖書館已經將高斯的全部著作數位化，並放置於互聯網上。

根據Dunnington的資料，高斯的信仰基於對真理的尋求。他相信“精神個性上的不朽，像是個人在死後的持久性，還有最後命令的東西，以及永恆的、正義的、無所不知和無所不能的上帝。”高斯也堅持對宗教的寬容，他相信打擾其他正處在他們自己和平信念中的人是不對的。

家庭

高斯個人的生活因為他的第一任妻子Johanna Osthoff在1809年早逝，以及他的孩子Louis也相繼死去而顯得黯然失色。高斯跌入一個他從來沒有完全恢復的憂鬱深淵。他後來再婚，對象是他第一任妻子的朋友，名叫Friederica Wilhelmine Waldeck，但通常稱作Minna。當他的第二任妻子在長期的病痛後死於1831年時，他的其中一個女兒Therese接手了整個家庭並且照顧高斯直到他的生命結束。他的母親則從1817年居住在他傢直到1839年她死去。

高斯有六個小孩。Johanna所生的小孩有Joseph（1806–1873）、Wilhelmina（1808–1846）和Louis（1809–1810）。高斯的所有小孩當中，據說Wilhelmina最接近他的天賦，但她年輕時就去世了。高斯與Minna Waldeck也有３個小孩：Eugene (1811–1896)、Wilhelm （1813–1879）和Therese（1816–1864）。Eugene在語言和計算方面有着和高斯相同的天賦。Therese在直到高斯去世之前照顧著整個家庭，之後纔結婚。

高斯最後與他的兒子發生了衝突。他不希望他的任何一個兒子進入數學或科學的領域，唯恐＂玷污了傢人的名字＂。高斯希望Eugene成為一名律師，但Eugene想學習語言類別的。而Eugene與高斯的另一個爭執是－高斯拒絶支付由Eugene所舉辦的派對的費用。Eugene很生氣，所以在大約1832年時移居美國，他在那裏相當成功。

人格

高斯是個充滿熱情且工作認真的完美主義者。他從來不是個多産作傢，他拒絶發佈他認為不完整和有瑕疵的作品，這符合他個人的座右銘。他的個人日記裏有說到，他在幾年還是幾十年前就已提出了一些重要的數學發現，與他同一時代的人發表了他的發現。數學歷史學家埃裏剋·梵鐘估計，若高斯及時發表他的發現，將使高等數學往前推50年。

高斯不喜歡教學是衆所皆知的，教授的學生不多。有人說他衹參加過1828年在柏林的科學會議，但他的一些學生卻成為了具有影響力的數學家，其中包括理查德·戴德金、黎曼和弗裏德裏希·貝塞爾。索菲熱爾曼建議在她死後由高斯接受她的榮譽學位。

高斯往往都是很優雅地拒絶提出他怎麽發現這些數學原理的直覺。他更喜歡他們來自＂無中生有＂，所以消除了所有他如何發現這些數學原理的痕跡。

著作

• 1799年：關於代數基本定理的博士論文（Doktorarbeit uber den Fundamentalsatz der Algebra）
• 1801年：算術研究 （Disquisitiones Arithmeticae）
• 1809年：天體運動論（Theoria Motus Corporum Coelestium in sectionibus conicis solem ambientium）
• 1827年：麯面的一般研究（Disquisitiones generales circa superficies curvas）
• 1843-1844年：高等大地測量學理論（上，Untersuchungen über Gegenstande der Höheren Geodäsie, Teil 1）
• 1846-1847年：高等大地測量學理論（下，Untersuchungen über Gegenstande der Höheren Geodäsie, Teil 2）

紀念活動

從1989年直到2001年年底，他的肖像和他所發現的正態分佈麯綫與一些在哥廷根突出的建築物，一起被放入德國10馬剋的鈔票中。另一方面，在漢諾威有和他有關的日光反射儀以及三角測量方法。在德國也發行了三種用以表彰高斯的郵票。第一種郵票（第725號）發行於1955年−他死後的第100周年；另外兩種郵票（第1246號.第1811號）發行於1977年，他出生的第200周年。

Daniel Kehlmann在2005年寫的一本小說《測量世界》（德語：Die Vermessung der Welt，2006年出版英文版《Measuring the World》），以小說的歷史鏡頭來探索高斯的一生和工作，藉此與另一位德國地理學家亞歷山大·馮·洪堡作對比。2012年，由小說改編而成的同名電影《測量世界》上映。

2007年，他的半身像被引進德國巴伐利亞州雷根斯堡瓦爾哈拉神殿。

在高斯的榮耀中，以他命名的事物包括：

1. 用在磁場的CGS計量單位以高斯來命名。
2. 月球上的坑洞以他來命名。
3. 小行星1001又稱為“高斯星”。
4. 高斯號探險船，是德國遠征南極時所使用的船。

2018年4月30日，Google以首頁塗鴉紀念高斯的241歲誕辰。

參見

• 神童
• 高斯單位製
• 高斯光學

參考文獻

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