拉马努金，天才之超越

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这位泰戈尔的同胞来自印度南端的泰米尔纳德邦，从未接受过正规数学训练的他具有惊人的数学直觉，独立发现了几千个数学公式和命题。最近有专家认为，他临终前发现的一个函数可以被用来解释宇宙黑洞的部分奥秘。令人吃惊的是，当他首次提出这种函数时，人们还不知道黑洞是什么。

有“印度之子”之称的拉马努金（Srinivasa Ramanujan）是数学史上最具传奇色彩的天才之一。他出生于印度的穷乡僻壤，靠自学成才，用他人难以理解的思维方式和研究方法做出了大量神奇的数学发现。

天才与贫困

1887年12月22日，拉马努金出生于印度泰米尔纳德邦埃罗德县的一个没落的婆罗门家庭。父亲是一家布店的小职员，每月只有20卢比的工资，一家7口人就靠这点微薄的收入维持生活。小时候他大部分的时间是在祖母家里度过的。从小他就喜欢思考问题，曾问老师在天空闪耀的星座的距离，以及地球赤道的长度。在12岁时开始对数学发生兴趣，曾问高班同学：“什么是数学的最高真理？”当时同学告诉他“毕达哥拉斯定理”（即中国人称“勾股定理”）可以作为代表，这引起了他对几何学的兴趣。差不多在这个时候，他对等差级数和等比级数的性质自己做了研究。他那时的同学后来回忆说：“我们，包括老师，很少可以理解他，并对他‘敬而远之’”。

他15岁时，朋友借给他英国数学家卡尔（G. Carr）写的《纯粹数学与应用数学概要》一书。该书收录了代数、微积分、三角学和解析几何的五千多个方程，但书中没有给出详细的证明。这正好符合拉马努金的胃口，他把每一个方程式当成一个研究题，尝试对其进行独特的证明而且还对其中一些进行推广。这花去了他大约5年的时间，留下了几百页的数学笔记。他证明了其中的一些方程，而以后他研究的基础却受益于这本书。

拉马努金在贡伯戈纳姆读高中，毕业时各项成绩突出，被校长形容为“用满分也不足以说明他如此出色”。但进入当地著名的贡伯戈纳姆学院后，他把全部精力投入数学研究，导致其他科目不及格；他不仅失去了奖学金，而且被学校开除。1905年，18岁的他为此离家出走3个月。一年后，拉马努金被马德拉斯的帕凯亚帕学院录取，但这个数学成绩优异的学生，还是难以逃脱被开除的命运，他的5门文科课程两次不及格。此后拉马努金开始做家教维持生计，同时从图书馆借来数学书，然后把自己的研究结论写在笔记本里。

根据印度的习俗，他家人在1909年为他安排了婚事，妻子是一个9岁的女孩，在当时的印度这是相当常见的。有了家而且是长子，必须帮助家里解决一些生活费用，他不得不极力寻找工作，后来朋友艾亚尔（S. Aiyar）推荐他去找马德拉斯港务信托处官员拉奥（R. Rao）。拉奥是一个有钱的人，也是一个数学爱好者，他很赏识拉马努金的数学才能。他认为拉马努金只适合搞数学而不适合做其他工作，因此宁愿每个月给他一些钱，让他挂名不上班，在家专心从事数学研究。

拉马努金只好接受这些钱，又继续他的研究工作。每天傍晚时分才在马德拉斯的海边散步和朋友聊天作为休息。有一天一个老朋友遇到他，就对他说：“人们称赞你有数学的天才！”拉马努金听了笑道：“天才？你看看我的臂肘吧！”他的臂肘的皮肤显得又黑又厚。他解释他日夜在石板上计算，用破布来擦掉石板上的字太花时间了，他每几分钟就用肘直接擦石板的字。朋友问他既然要作这么多计算为什么不用纸来写。拉马努金说他连吃饭都成问题，哪里有钱去买纸来算题呢！原来拉马努金觉得依靠别人生活心里很是惭愧，已经有一个月不去拿钱了。

1911年，拉马努金的第一篇论文“关于伯努利数的一些性质”发表在《印度数学会会刊》上，从此他开始了与数学界同行的正式交流。拉马努金在他的第二篇论文里发表了一系列共14条关于圆周率π的计算公式；神奇的是，其中一条公式每计算一项就可以得到8位的十进制精度。

巧遇伯乐

由于印度当时的数学水平不高，国内几乎没有人能看懂拉马努金的研究成果。于是，艾亚尔极力主张他把研究成果寄给英国数学家，最初的两个数学家都未回音。1913年1月16日，他再次鼓起勇气写信给第三个数学家——剑桥大学教授哈代（G. Hardy）；信是这样开头的，“尊敬的先生，谨自我介绍如下：我是马德拉斯港务信托处的一个职员……我未能按常规念完大学的正规课程，但我在开辟自己的路……本地的数学家说我的结果是‘惊人的’……如果您认为这些内容是有价值的话，请您发表它们……”他还给哈代寄去了一大堆自己研究得出的数学公式和命题；由于没有证明的过程，有些连哈代也不大明白。哈代在咨询了另一个英国数学家、他的合作伙伴李特尔伍德（J. Littlewood）之后，认定拉马努金是一个难得的数学天才。拉马努金多少有些运气，哈代的慧眼识金，使得拉马努金能够在1914年进入剑桥大学。这则动人故事如今已成为数学史乃至科学史上的传奇故事之一，同时作为两个人学术生涯的转折点——拉马努金因哈代而崭露头角，哈代因拉马努金而增光溢彩。

按哈代的说法，拉马努金总是和蔼可亲，性情很好。但可以肯定，拉马努金初到剑桥对哈代超出数学范围的谈话几乎不懂。他听哈代说话时似乎总带着耐心的微笑，面容友善、真诚，但即使是谈论数学，由于他们受教育程度不同，用词及表述也就有差异。拉马努金是自学的，他对现代学术意义上的严谨一无所知，在某种程度上他不知道什么叫证明，于是哈代就向他演示如何写出严谨的数学证明。有一次哈代喝醉酒以后曾经写道，如果拉马努金能受到更好的教育，将少一点拉马努金的特性。当他清醒以后，他说那些话是胡说，应该说如果拉马努金受到了更好的教育，他将会比现在更出色。

拉马努金是个有神论者，哈代则是个无神论者，但他们却能为数学而进行合作研究；在5年里，他们共同发表了28篇重要论文。哈代曾将这段经历描述为“我一生中最浪漫的事件”。因为在数学上的卓越成就，拉马努金31岁就当选为英国皇家学会的外籍会员（亚洲第一人）以及剑桥大学三一学院的院士（印度第一人），走到了他的荣誉最高峰。

由于拉马努金是个虔诚的婆罗门教徒，绝对奉行素食主义，在英国生活那段时间，他自己煮食物，常常因研究而忘记吃饭，加上冬天寒冷的天气，他的身体越来越衰弱，1917年常感到身上有无名的疼痛。后来才发现他患上了当时难以医治的肺结核病。有一天哈代去医院看他时，抱怨所乘的出租车牌号1729是个不吉利的数字；而拉马努金的第一反应则是，这是个有趣的数字，因为这个整数可以写成12的立方与1的立方之和，也可以写成10的立方与9的立方之和。后来李特尔伍德回应这宗轶闻说：“每个整数都是拉马努金的朋友。”

拉马努金思乡心切，却因为一战爆发而无法回国。这一度令他变得抑郁，甚至试图卧轨自杀。1919年4月，他终于回到印度，但回家之后的生活并不愉快，且病情日渐加重。1920年4月26日，他病逝于马德拉斯，年仅32岁。他身后留下了一份使人着魔的、深奥的数学遗产，其中包含了大量没有证明的公式和命题。许多数学家都致力于这方面的研究，一直到1997年，才总算是完成了其中的一部分，并整理成5大卷出版。

神秘的直觉

拉马努金的数学贡献为现代数学家从事数学研究提供了很好的史料，对现代数学的发展也产生了难以估量的影响。他在堆垒数论特别是整数分拆方面做出了重要贡献，在椭圆函数、超几何函数、发散级数等领域也有不少成果。他有着很强的直觉洞察力（可称之为“数感”），虽未受过严格数学训练，却能独立发现了近3900个数学公式和命题。他经常宣称在梦中娜玛卡尔女神给其启示，早晨醒来就能写下不少数学公式和命题。他所预见的数学命题，日后有许多得到了证实。如比利时数学家德利涅（V. Deligne）于1973年证明了拉马努金1916年提出的一个猜想，并因此获得了1978年的菲尔兹奖。

除了在纯粹数学方面做出卓越的成就以外，拉马努金的理论还得到了广泛的应用。他发现的好几个定理在包括粒子物理、统计力学、计算机科学、密码技术和空间技术等不同领域起着相当重要的作用，甚至晶体和塑料的研制也受到他创立的整数分拆理论的启发，而他在黎曼ζ函数方面的研究成果，现在已经与齿轮技术的进步挂上了钩，还被用于测温学及冶金高炉的优化。他生命中的最后一项成果——模仿θ函数有力地推动了用孤立波理论来研究癌细胞的恶化和扩散以及海啸的运动；最近有专家认为，这一函数很可能被用来解释宇宙黑洞的部分奥秘，而令人吃惊的是，当拉马努金首次提出这种函数的时候，人们还不知道黑洞是什么。

拉马努金的亦师亦友哈代曾感慨道：“我们学习数学，拉马努金则发现并创造了数学。”他更喜欢公开声称的是，自己在数学上最大的成就是“发现了拉马努金”。他在自己设计的一种关于天生数学才能的非正式的评分表中，给自己评了25分，给另一个杰出的数学家李特尔伍德评了30分，给他同时代最伟大的数学家希尔伯特（D. Hilbert）评了80分，而给拉马努金评了100分。他甚至把拉马努金的天才比作至少与数学巨人欧拉（L. Euler）和雅可比（C. Jacobi）相当。

印度之子

为了激励年轻人刻苦学习和奋发向上，马德拉斯大学于1950年建立了一个用拉马努金的名字来命名的高等数学研究所，并在研究所门前为他矗立一个大理石半身像；后来该所培养了不少优秀数学人才。印度人在纪念拉马努金时，把他和圣雄甘地(M. Gandhi)、诗人泰戈尔(R. Tagore)等人一道，称作“印度之子”。在1962年拉马努金诞辰75周年之际，印度发行了一套纪念他的邮票。1975年印度成立了“拉马努金学会”，1986年开始出版会刊。到1987年即拉马努金诞辰100周年之际，印度已拍摄了3部有关他生平的电影。1987年在拉马努金的故乡马德拉斯，当容纳他最后一年心血的遗著《失散的笔记本》出版时，印度前总理甘地(R. Gandhi)亲自赶去祝贺并参加了首发式。

美国佛罗里达大学于1997年创办了《拉马努金期刊》，专门发表“受到他影响的数学领域”的研究论文；该校还成立了一个国际性的拉马努金数学会。千禧年时，《时代》周刊选出了100位20世纪最具影响力的人物，其中就有拉马努金，并称赞他是一千年来印度最伟大的数学家。现在国际上有两项以拉马努金命名的数学大奖，专门颁发给“与他有相同研究方向”的杰出青年数学家；已获奖的华人数学家有洛杉矶加州大学教授陶哲轩、北京大学教授史宇光、北京清华大学访问学者张伟和斯坦福大学教师恽之玮。

为纪念拉马努金对数学的贡献，印度总理辛格(M. Singh)于2012年2月26日宣布其诞辰为“印度数学日”（每年12月22日）及2012年为“印度数学年”。在拉马努金诞辰125周年之际，印度举办了一系列纪念他的活动。美英等国的一些著名科学家在报上发表纪念文章，向拉马努金表示崇高的敬意。《美国数学会志》在2012年12月号和2013年1月号上连续刊发纪念拉马努金的系列文章，高度评价了他对数学作出的巨大贡献。有趣的是，谷歌网站为纪念拉马努金诞辰125周年专门绘了一张描述他少年学习情景的涂鸦。

值得一提的是，由于拉马努金的传奇色彩，世界上有多种关于他的传记版本。其中麻省理工学院科学写作教授卡尼格尔（R. Kanigel）1991年所著的《知无涯者：拉马努金传》（2008年被中国数学家、武汉大学前校长齐民友等翻译成中文）最为成功，在美国成为畅销书，并曾获1992年“美国书评界传记奖”。美国数学科普大师加德纳（M. Gardner）对该书的评语是：“至今出版过的关于当代数学家的传记中，这是最好的、文献最丰富的作品之一……你一定会发现，对本世纪最杰出、谜一般的智者之一的光辉的研究会吸引住你。”

Srinivasa Ramanujan （22 December 1887 – 26 April 1920, 33) was an Indian gifted mathematician. Though he had almost no formal training in pure mathematics, he made substantial contributions to mathematical analysis, number theory, infinite series, and continued fractions, including solutions to mathematical problems considered to be unsolvable.

In his notes, Ramanujan had produced groundbreaking new theorems, including some that Hardy stated had "defeated [him and his colleagues] completely", in addition to rediscovering recently proven but highly advanced results.

He became one of the youngest Fellows of the Royal Society and only the second Indian member, and the first Indian to be elected a Fellow of Trinity College, Cambridge. Of his original letters, Hardy stated that a single look was enough to show they could only have been written by a mathematician of the highest calibre, comparing Ramanujan to other mathematical geniuses such as Euler and Jacobi.

A deeply religious Hindu, Ramanujan credited his substantial mathematical capacities to divinity, and stated that the mathematical knowledge he displayed was revealed to him by his family goddess. "An equation for me has no meaning," he once said, "unless it expresses a thought of God."

In 1903, when he was 16, Ramanujan obtained from a friend a library copy of a \textit{A Synopsis of Elementary Results in Pure and Applied Mathematics}, G. S. Carr‘s collection of 5,000 theorems. Ramanujan proved all of them.

When he graduated from Town Higher Secondary School in 1904, Ramanujan was awarded the K. Ranganatha Rao prize for mathematics by the school‘s headmaster. He received a scholarship to study at Government Arts College, but was so intent on mathematics that he could not focus on any other subjects and failed most of them, losing his scholarship in the process.

With the help of friends, Ramanujan drafted letters to leading mathematicians at Cambridge University. On 16 January 1913, Ramanujan wrote to G. H. Hardy. Coming from an unknown mathematician, Hardy recognised some of Ramanujan‘s formulae but others "seemed scarcely possible to believe".

Hardy asked a colleague, J. E. Littlewood, to take a look at the papers. Littlewood was amazed by Ramanujan‘s genius. After discussing the papers with Littlewood, Hardy concluded that the letters were "certainly the most remarkable I have received" and said that Ramanujan was "a mathematician of the highest quality, a man of altogether exceptional originality and power". One colleague, E. H. Neville, later remarked that "not one [theorem] could have been set in the most advanced mathematical examination in the world".

Hardy had already received 120 theorems from Ramanujan in the first two letters, but there were many more results and theorems in the notebooks. Hardy saw that some were wrong, others had already been discovered, and the rest were new breakthroughs. Littlewood commented, "I can believe that he‘s at least a Jacobi", while Hardy said he "can compare him only with Euler or Jacobi."

Ramanujan spent nearly five years in Cambridge collaborating with Hardy and Littlewood, and published part of his findings there.

Hardy was an atheist and an apostle of proof and mathematical rigour, whereas Ramanujan was a deeply religious man who relied very strongly on his intuition and insights. While in England, Hardy tried his best to fill the gaps in Ramanujan‘s education and to mentor him in the need for formal proofs to support his results, without hindering his inspiration - a conflict that neither found easy.

At age 31, Ramanujan was one of the youngest Fellows in the history of the Royal Society. On 13 October 1918, he was the first Indian to be elected a Fellow of Trinity College, Cambridge.

Throughout his life, Ramanujan was plagued by health problems. In 1919 he returned to India, and soon thereafter, in 1920, died at the age of 32.

Ramanujan‘s teacher and friend Hardy once sighed with emotion, "we learn mathematics, while Ramanujan discovered and created mathematics." Hardy lived on for some 27 years after Ramanujan’s death, to the ripe old age of 70. Paul Erdos has recorded that when Hardy was asked about his greatest contribution to mathematics, he unhesitatingly replied, "The discovery of Ramanujan." And even Hardy called their collaboration "the one romantic incident in my life".