是的,卡尔·弗里德里希·高斯(CFGauss,1777430-1855223),生于不伦瑞克,卒于哥廷根,德国数学家、物理学家和天文学家,大地测量学家。近代数学奠基者之一,在历史上影响之大,可以和阿基米德、牛顿、欧拉并列,有“数学王子”之称。
高斯定律(Gauss' law)是电磁学里的重要定理。高斯定律表明,穿过闭表面的电通量与闭曲面内电荷之间的关系,是卡尔·高斯在1835年提出的,但直到1867年才发布。高斯定律在静电场情况下类比于应用在磁场学的安培定律,而二者都被集中在麦克斯韦方程组中。因为数学上的相似性,高斯定律也可以应用于其它由反平方定律决定的物理量,例如引力或者辐射强度。
应用主条目:高斯曲面
给予空间的某个区域内,任意位置的电场。原则上,应用高斯定律,可以很容易地计算出电荷的分布。只要积分电场于任意区域的表面,再乘以真空电容率,就可以得到那区域内的电荷数量。
但是,更常遇到的是逆反问题。给予电荷的分布,求算在某位置的电场。这问题比较难解析。虽然知道穿过某一个闭曲面的电通量,这资料仍旧不足以解析问题。在闭曲面任意位置的电场可能会是非常的复杂。
假若,问题本身显示出某种对称性,促使在闭曲面位置的电场大小变得均匀。那么,就可以借着这均匀性来计算电场。像圆柱对称、平面对称、球对称等等,这些空间的对称性,都能帮助高斯定律来解析问题。
1777年4月30日,德国的布伦瑞克城一个引水站站长家里新生了一个男孩,他就是卡尔·弗里德里希·高斯,一位天才的数学家。
高斯从小聪明好学,对数学有着得天独厚的天赋。3岁时,每当父亲和其他大人们计算水的帐目时,他都在一旁聚精会神地听着看着,对枯燥的数字有无限的兴趣。有一次,当他的父亲哥布哈德刚刚算完一笔支出帐,就听小高斯说:“爸爸,这笔帐您算的不对!”
爸爸吃惊地看着3岁的小儿子,似信不信地把帐重算一遍。令他吃惊的是,自己算的帐真的错了!但他心里想:“这也许是一次巧合吧。”
后来,这种“巧合”越来越多,哥布哈德才知道他的儿子是个天才。由于生意场上的失意,老高斯渐渐地颓废下去,时常用酒打发时光,他就把算帐的工作全部推给了不足10岁的小高斯。而小高斯不管帐目多么繁琐复杂,都能运算自如,表现出超常的计算能力。
读小学时,小高斯特别迷恋算术课。一天,数学老师伯特纳夹着手杖来上算术课,他对同学们说道:“现在给你们出一道题,请计算出从1到40所有数字的总和。谁做好了,就把答案送到我的讲桌上来。”
于是,孩子们都埋头书桌,教室里鸦雀无声。伯特纳老师悠然自得地放下手杖,坐在讲桌前看着这些孩子们。
谁知他刚刚坐稳,就见小高斯拿着练习本向他走来,轻松愉快地说:“老师,我做好了。”
伯特纳心想,他做得这么快,错误一定不少。便说:“放下吧!”心里在想,等都交全了,我再教训这个毛草而神气十足的孩子。
过了许久,孩子们才把练习本全交上来,伯特纳特意拿起最先交的高斯的练习本。他看了一会儿便惊呆了!只见小高斯的练习本上整齐地排着20组加法:1+40,2+39,3+38,4+37,……,然后用一组乘法:41×20。得出了正确答案:820。无疑,这答案是正确的。老师望了一眼他想批评又批评不了的高斯,内心却受了很大震动。事实上,小高斯是在没有一点儿概念的情况下,发现了等差数列的规律及计算方法。
从此,伯特纳老师对小高斯刮目相看,并尽力地培养他。每当去汉堡时,都要买回各种数学课本给高斯看。这一切,使小高斯的数学才能大增。不久,小学还没毕业的高斯,其计算才能就引起了当地各界人士的注意。14岁时,高斯被引荐给当地最有名望的人物,布伦瑞克城的大公卡尔·费尔南多,费尔南多成了高斯的长期保护人。
在费尔南多大公在世的那些年里,高斯每年都可以领到薪俸。由于有了这笔钱,生活有了保障,高斯就全身心地投入到研究工作中去。
1801年,24岁的高斯出版了《算术研究》这一科学巨著,开创了近代数论,得到数学界的一致好评,奠定了他作为18世纪最伟大数学家的地位。
在这之前,高斯成果累累。11岁时,他发现二项式定理;17岁时提出最小二乘法;22岁时证明了代数方程根定理……人们一致赞誉他是当之无愧的“数学王子”。
1807年,高斯应哥廷根大学的邀请,担任了该校的数学教授和天文台台长。从此他在哥廷根大学从事研究直至生命的终结。在以后的岁月里,他对非欧几何、复变函数、概率论、椭圆函数论、数学统计等都有重大贡献。他以治学态度认真严谨著称。虽然,早在1800年他就发现了椭圆函数,1816年发现了非欧几何。但他一直在做这些重大发现的完善工作,一直没将这些发现公布于世。直到他死后,人们才从他日记的遗稿中发现了这一切。
高斯的著作非常丰富,但在他生前并未全部发表出来。直到第二次世界大战前夕,才由哥廷根大学的学者们对其遗著进行整理研究,出版了长达11卷的《高斯全集》。
高斯还在天文学和物理学上有很高的成就。他创立了一种可以计算星球椭圆轨道的方法,可以极准确地预测出行星的位置。由他计算出了一颗即逝的谷神星轨道,曾轰动了天文学界。高斯对电磁学的贡献也是巨大的,他提出了磁场的“高斯定律”。
高斯逝世于1855年,终年78岁。和他同时代的科学家,几乎都从他那里得到过教益。一位科学家曾高度评价他说:“如果我们把19世纪的科学家想象成为一系列的高山峻岭,那么使人肃然起敬的峰颠就是高斯。”人们还常常把高斯比作一座桥,认为一个数学家不论来自哪里走向何方,他都必须经过高斯这座桥。
高斯逝世之后,哥廷根大学为他在校园内建了一座塑像,底座是一个正17边形的台基。原来,高斯临终时留有遗嘱,希望在他的墓碑上刻上正十七边的图形。因为他是在用直尺和圆规作出了正十七边图形后才献身数学事业的。
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