科學大師的求學、戀愛與理念(2) 哈彌爾頓--愛之情深無怨尤
    哈彌爾頓——愛之情深無怨尤

    海倫憂心地看著她的丈夫,

    這個多愁善感的男人,為了娶她,

    不知受了多少的譏笑與辱罵;

    哈彌爾頓憂心地看著她的妻子,

    蒂珀雷斯(Tipperary)山區的寒風,

    會不會繼續摧殘她的健康?

    一八四三年十月十六日的深夜,兩人

    靜靜地走在布魯厄姆橋(Broughambridge)上,看著月光,

    順著皇家河道(RoyalChannel)的緩流,

    哈彌爾頓的思路,在愛情與數學問流轉,

    忽然——

    他想通了,他想通了一個難解的問題!

    興奮地找著紙筆,要記下這突發的靈感,

    紙筆找不到,只好隨手取粒石子,在橋墩上寫下︰

    I-=j-=k-=-1

    從此世界上的每一個學生,

    都知道復數(complexnumber)是什麼,

    這座橋也成為數學史上的『復數之橋』。

    哈彌爾頓還有很多永垂不朽的發現——

    創立數學的向量分析(vectoranalysis),

    提出『四元代數』(quaternious)。

    他被數學界稱為『抽象代數之父』,

    被物理界稱為『動力學之父』。

    有趣的是他沒有念過小學、中學,卻以

    會考第一

    名成為古典文學與數學系的雙科狀元。

    在大學四年級時榮登系上數學首席教授,

    而且精通十二種語言,

    全世界迄今還沒有一個天才能夠打破他驚人的記錄,

    在他前途大放光明,多少人稱羨之際,

    他卻選擇一個鄉村牧師的女兒——海倫——結婚,

    特意走入平凡。

    【波斯大人的驚奇】

    『波斯大使駕到!』愛爾蘭的皇宮宴客廳進來大批波斯來的大臣。在紅毯另一端迎接客人的,除了愛爾蘭大公爵之外,還有一位十四歲的男孩。

    波斯大使瞄了他一眼,心想在這第一天到任的接見禮上,怎麼對方派了一個小孩來。沒想到大使一開口,那個男孩就翻譯為英語,並且為他把英語翻譯為波斯語。波斯大使非常意外在此地竟然听到波斯語,致詞後索性吟了一段波斯古詩,考考這男孩波斯語的程度。男孩即席流暢口譯,語驚眾人。

    這個男孩就是哈彌爾頓(WilliamRowanHamilton),史上百年難得一見的超級天才。當時他不僅會講波斯話,還會翻譯希臘語、意大利語、法語、阿拉伯語、孟加拉語、巴基斯坦語、馬來語,另外,他能讀拉丁文、希伯來文、古代巴勒底的巴比倫文、印度梵語、佛教原典所用的巴利語(Pali),與中文。

    一位十四歲的男孩怎麼會懂這麼多?原來他背後還有一位老師,專門研究各國方言的話言學大師——詹姆斯•哈彌爾頓(JamesHamilton)。

    【當天才遇到語言怪杰】

    哈彌爾頓一八O五年八月三日生于愛爾蘭的都柏林(Dublin)。他的父親是位杰出的律師,哈彌爾頓後來寫到對父親的回憶︰『父親有充沛的精力、一流的口才與文采,而且是敬虔的基督徒。』他的母親莎拉(SarahHutton),出身當地著名的書香門第。

    哈彌爾頓是家中五個孩子最小的那一個,母親生產後身體衰弱。三歲時父母就將他送到都柏林城外的小鎮特林(Trim)。他的叔叔詹姆斯在那里擔任牧師,引導他展開一段特殊的童年。

    詹姆斯是愛爾蘭皇家科學會的會員,自創一種可以學習各種語言的方法。他沒有結過婚,專心研究語言學,是當時極稀有的,能講古巴此倫語、印度梵語的人。

    他教孩子的方法,依現代教育法看來簡直是虐待兒童。他每天一大早就叫哈彌爾頓起床,到屋外嘰哩呱啦地背單字。他相信兒童的頭腦有無限大的語言記憶空間,而學外國語言的最好方法是一早起來背誦。他把畢生所學傾囊授子一個三歲小孩。

    直到十八歲以前,哈彌爾頓都沒上過小學、中學,完全靠自修。他平常喜歡游泳與觀察田問的小動物,也喜歡文學,成為數學大師後,仍不斷賦詩填詞。他一直認為文學與數學是近似的學科——都是抽象思維的文字與符號。他寫道︰『詩與數學是近親。』

    【天才對神童】

    哈彌爾頓轉進數學領域完全是出于偶然。一八二O年美國出了一位心算神童柯爾本(ZerahColburn),來愛爾蘭表演心算︰哈彌爾頓同時登場,表演語文。回家後開始念數學。

    一八二二年他讀完牛頓、拉格郎日(Lagrange)的數學著作,與拉普拉斯(Laplace)的光學。他公開指出拉普拉斯書上有一道證明題證錯了,給愛爾蘭皇家科學會長布林克禮(JohnBrinkley)先生寫了一封信,指出該怎麼證明才對。布林克禮看完信後驚嘆︰『我們這個時代最偉大的數學家已經出現了!』

    一八二三年哈彌爾頓以會考第一名,同時進入都柏林、三一學院(Trinity)古典文學系與數學系;後來三年內,囊括歐洲數學競賽的首獎。他一直是第一名,從來沒拿過第二名。

    一八二五年,他以數學主綜合不同理論的物理學,將牛頓的『光是質子說』與惠更斯(ChristianHygens)的『光是波動說』用數學結合,發表『光系統理論』(TheoryOfSystemsOfRays),繼而推導出『光在雙軸晶體的折射會呈現圓錐狀』,更是舉世震驚。

    在人類歷史上,能先用數學推導物理現象存在,再讓後人證明正確的,迄今只有四位。這四位在物理科學上享有最高的名望,依序是︰牛頓、哈彌爾頓、馬克斯威爾與愛因斯坦。前三位都是敬虔的基督徒,第四位相信有上帝。

    一八二七年三一大學數學系的首席教授布林克禮退休,很多數學家來申請這份執國家數學牛耳的職位。結果聘任委員會以全票通過,由仍在念大學四年級的哈彌爾頓繼任這份工作。哈彌爾頓被譽為『愛爾蘭的榮譽』,並獲得全球難以數計的榮譽……但是他自己怎麼想呢?

    【自殺前的再思】

    哈彌爾頓在十九歲時經歷他的初戀。他的手記中未曾留下對方的姓名,後人只知道他不斷地寫情詩追求那位初戀情人。可惜哈彌爾頓能計算最困難的數學方程式,卻無法計算女孩的感情方向︰兩年後他心儀的女孩嫁給別人。

    他自恃比情敵更有資格贏得芳心,結果女孩出嫁後,他仍不知情,還繼續寫情書。他那無緣的岳母看不過去,回信告訴他,女兒已經嫁走啦。

    哈彌爾頓悲憤莫名,所有自信毀于一旦,決定跳河自殺。一天夜里,他收拾妥當,就躍入河里。因為是游泳高手,一時淹不死,他心想在水里游一陣當會力竭滅頂。在冰冷的河水里,他清晰想起幼時叔叔的教導,他後來寫道︰『失去情人時,用自殺來結束自己痛苦的想法,是一種可怕的試探,會使人喪失理智的判斷。生命是上帝所賜的,一個人面臨挫折就想自殺,等于犯了殺自己的罪,這個罪比愛情失敗更可惡。』在面臨自殺的危機時,他著新堅定自己幼年的信仰。為一個已經看不起他的女孩,付出自己寶貴的生命,太不值得了。殉情並不偉大,殉情不過是一個人自戀的延伸。哈彌爾頓游上岸來。

    【人生的轉折點】

    一八三意年哈彌爾頓又再失戀一次,這次他沒去自殺,卻開始酗酒。他是那麼聰明,感情卻放得太重。有一次他在大庭廣眾的場合,毫無節制地大吃一頓,然後喝酒喝到醉倒。幫助他再站起來的,是一位名叫柯爾雷基(SamuelTayourCeridge)的詩人,柯爾雷基年輕時堅信無神論,到處宣揚社會主義;晚年,他發現這些主義為人民畫了一幅美麗的遠景,卻是虛構在虛幻的理想上。由于對社會主義的徹底失望,柯爾雷基轉為一個相信耶穌基督的人。他原是詩人,于是以宣傳社會義的熱情,在文藝圈里傳福音。

    柯爾雷基在詩人會集的『湖濱詩扯』(LakeSchoo1)認識意志消沉的哈彌爾頓。他把自己由激進的無神論,轉變為基督徒的關鍵告訴哈彌爾頓︰『解決社會問題的重點不在社會問題本身,而在自己更深地回歸到耶穌的救恩與它的話語。』

    哈彌爾頓立刻想到,解決他失戀問題的方法,不是自我折磨、怨天尤人,而是回到上帝的面前。年老的柯爾雷基不久就與世長辭,哈彌爾頓永遠感謝他。

    二十二年後,哈彌爾頓寫道︰『我的生命是一場嚴格的考驗,當我遭遇最困難的時候,總有忠實的朋友幫助我……。雖然我是從事最具革命性的研究,但是我心深處卻常持守在救恩真理中。』

    【相逢總在平安處】

    一八三二年愛爾蘭中部的蒂珀雷斯山區,住進一位陌生人。在這人跡罕至的山區,每平方公里的人口還不到十個人,有些小村莊幾乎是與世隔絕,沒有人認識這位素有『愛爾蘭的榮耀』之稱的新居民。

    哈彌爾頓在山谷里一間小教會聚會。離開繁華的都柏林後,他常在山谷小徑上散步,或看聖經、禱告。山區仍有許多古代冰河的石礫遺跡、小湖、小花,在欣賞中,他心靈的力量又慢慢健壯起來了。

    在這里,他認識教會牧師的女兒海倫(HelenMariaBayley),他寫道︰『海倫有一顆單純的心與堅定的信仰。』海倫不像他以前的女朋友那麼漂亮,也不曾讓他神魂顛倒,只是讓他感到深深的平安。不久,哈彌爾頓與海倫結為夫婦。

    當哈彌爾頓帶著新婚的妻子回到城市,立刻遭受一片攻擊之聲,科學界、政治界無法接受『愛爾蘭的榮耀』去娶一個『窮牧師的女兒』。所有攻擊的矛頭都指向海倫——她敗壞了愛爾蘭的希望,她不配跟科學界的第一天才在一起,她只會成為纏累,讓她的丈夫一無是處。

    【偉人妻子的十字架】

    哈彌爾頓真的再也一無是處了嗎?結婚一年後,他發表『四元代數』,開創了抽象代數︰同一年他提出『動力的一般法則』(OnaGeneralMethodinDvnamics),他認為可用動量去決定一個物體移動的位置;不久,他又提出一個物理系統的總能量是動能(kineticenergy)與位能(potentialenergy)之和,後來的物理界就將動能與位能之和,稱為哈彌爾頓能量(Hamiltonenergy,簡稱H);一八四三年提出復數論;一八四六年提出向量分析(vectoranalysis)o這些都是不得了的貢獻,幾乎是每一個學生在高等數學都會讀到的。

    但這些成就絲毫沒有減少外界對他妻子的責難。只要哈彌爾頓有一點點病痛、吃少了、喝多了,一大堆的指責就會涌向海倫。嫁給偉人實在是一件很辛苦的事。科學界是這麼現實、殘酷,哈彌爾頓的兩個孩子後來都沒有留在科學界,長大以後相繼成為牧師,回到山區去牧養村民。

    哈彌爾頓死于一八六五年九月二日。他是數學天才,但是他寫道︰『四十年來,我每天幾乎花十二至十四小時在數學上……每一篇數學報告,都是我生命中值得發表的。』

    【參考書目】

    Crowe,MichaelJ.1985.AHistoryOfVectorAnalysis——TheEvolutionOftheIdeaOfVectorialSystem.DoverPublications,Inc.,NewYork,U.S.A.

    Bell,E.T.1965.MenOfMathematics.AnIrishIragedy——Hamilton,pp.340-361.Simon&Schuster,U.S.A.