Джулия Робинсън — жената, която отвори пътя към решението на десетата задача на Хилберт
Джулия Робинсън —
жената, която отвори пътя към решението на десетата задача на Хилберт
От пустинята на Аризона до Бъркли — това е историята на жена, която преодолява последиците от ревматична треска в детството, семейна трагедия по време на Голямата депресия и десетилетия академични предразсъдъци. Джулия Робинсън става първата жена, избрана в математическата секция на Националната академия на науките на САЩ, първата жена, застанала начело на Американското математическо общество, и една от решаващите фигури по пътя към решението на десетата задача на Хилберт.
Детето от пустинята
Джулия Хол Боуман е родена на 8 декември 1919 г. в Сейнт Луис, щат Мисури, в семейството на Ралф Боуман и Хелън Хол Боуман. Никой от родителите ѝ не е завършил колеж, но и двамата имат добро гимназиално образование — в средното училище майка ѝ избира научния профил пред по-популярния хуманитарен.
Майка ѝ умира, когато Джулия е едва на две години. Това принуждава нея и по-голямата ѝ сестра Констанс да се преместят при баба си в Аризона, на дванайсет мили от Финикс, в сърцето на пустинята, съвсем близо до планината Камелбак. Наоколо живеят само три-четири семейства, и то при много примитивни условия. Когато баща ѝ губи интерес към работата си след смъртта на жена си и се жени повторно, той напуска службата си и идва при тях в Аризона.
Това убеждение — че математическите истини са универсални, независимо от вселената, в която живеем — ще остане лайтмотив на цялата ѝ научна работа. Тя се научава да произнася правилно думите доста късно — дълго време Констанс е единственият човек, който може да я разбира. Когато някой ѝ задавал въпрос, тя поглеждала към сестра си за отговор и така постепенно Констанс придобила навика да говори вместо нея.
През 1925 г., когато Джулия навършва пет, а Констанс — седем години, мащехата ѝ настоява семейството да се премести на място, от което децата да могат да ходят на училище. Семейството се установява в Пойнт Лома, в залива на Сан Диего. По онова време Пойнт Лома няма нищо общо с днешния елегантен и скъп квартал. Там живеели петдесетина семейства, пръснати нагоре по хълма, без да броим няколкото военнослужещи и колонията на португалските рибари. По думите на Робинсън, както пустинята преди това, така и Пойнт Лома разпалват въображението ѝ и събуждат у нея желание да изследва света.
Скарлатина, ревматична треска и една година в леглото
На деветгодишна възраст Джулия се разболява от скарлатина. За да се предотврати разпространението на заразата, най-вече заради бебето — третата сестра Били, родена на Великден 1928 г. — баща ѝ поема изцяло грижата за нея. Той миел чиниите ѝ и влизал при нея, облечен със старо палто, което носел по времето, когато карал открита кола. Цялото семейство било поставено под карантина, а на входната врата имало предупредителен знак.
Скарлатината е последвана от ревматична треска — заболяване, което днес се лекува успешно с антибиотици, но през 1928 г. често водело до дълга изолация. Семейството се мести от Пойнт Лома, за да не се окаже Джулия един клас след старите си съученици. За съжаление, тя не се възстановява толкова бързо, колкото очакват. Наложило се да прекара цяла година прикована на легло в къщата на болногледачка.
Когато най-после се изправя на крака и тръгва на училище, оказва се, че е пропуснала повече от две години. Баща ѝ и мащехата ѝ наемат пенсионирана учителка, за да може да настигне съучениците си. За една година, работейки три пъти седмично по половин ден, заедно успяват да преминат материала за пети, шести, седми и осми клас. „Това ме кара да се чудя колко много време се пилее в класните стаи“, спомня си Джулия.
Единственото момиче в часовете по физика и математика
През есента на 1932 г., няколко месеца преди Франклин Рузвелт да бъде избран за президент, Джулия постъпва в средно училище „Теодор Рузвелт“ в Сан Диего. Първите ѝ дни в училището минават мрачно и тягостно. Накрая едно момиче на име Вирджиния Бел я кани да се храни с нея и приятелите ѝ. Тя става най-добрата и единствена приятелка на Джулия през ученическите ѝ години.
Математическият курс в Сан Диего е стандартен за онова време — планиметрия в десети клас, алгебра за напреднали в единадесети, тригонометрия и стереометрия в дванадесети. След планиметрията (която отговаря на изискванията за постъпване в Калифорнийския университет) Джулия остава единственото момиче в часовете по математика. Тя е единственото момиче и в часовете по физика.
Разбира се, тя се интересувала от някои от момчетата, с които учела математика, „но те не ми обръщаха никакво внимание, с изключение на случаите, когато имаха въпроси по домашното. Изглежда на никого от тях не правеше впечатление, че едно момиче получава най-високите бележки.“ Учителите ѝ по математика били добре подготвени, но никой не я насърчавал да се занимава по-задълбочено с математика. Тя сама опитвала някои от обичайните неща, като трисекция на ъгъл — един от трите класически неразрешими проблеми на античната геометрия.
При завършване на гимназията Джулия получава награди по математика и някои други предмети, а също така и медал за пълно отличие по естествени науки. Кандидатурата ѝ за този медал не е одобрена от няколко преподаватели, тъй като в училище никога не е изучавала химия — предмет, за който, по нейните думи, и до днес не знае абсолютно нищо. След церемонията по награждаването майка ѝ изразила известна загриженост за бъдещето ѝ, но баща ѝ казал да не се безпокои — „тя ще се омъжи за професор“. По случай дипломирането получава красива и скъпа логаритмична линийка, която нарича „хитруша“.
Колежът в Сан Диего и големият срив
„Винаги съм приемала за разбиращо се от само себе си, че Констанс и аз ще продължим обучението си в колеж“, пише Джулия. Постъпват в местния щатски колеж в Сан Диего — San Diego State College, днес San Diego State University. Малко преди да постъпят в него, колежът все още е бил насочен главно към подготовка на учители, а преди това е функционирал като педагогическо училище.
В Математическия факултет на колежа има само няколко преподаватели с докторска степен. Няма жени-преподавателки по математика. През първата година Джулия прослушва обичайните курсове по аналитична геометрия и диференциално и интегрално смятане. Курсът по математика започва с около 35 студенти, повечето от които възнамеряват да станат инженери, така че все пак има известна конкуренция. „По онова време и през ум не ми е минавало, че съществува и професия математик.“
Преместват се в по-скромно жилище, междувременно получават известна финансова помощ от леля Люсил Хол — начална учителка в Сейнт Луис. Независимо от затрудненото положение, Констанс и Джулия продължават следването си. Таксата за един семестър по онова време е 12 долара.
В последните години от следването броят на студентите по математика стремително намалява. Тези, които се подготвят за инженери, се преместват в други колежи. В горните курсове на колежа се предлагат само два специализирани курса по математика на семестър и всички студенти, които специализират математика, трябва да ги посещават. „В някакъв смисъл така беше по-добре, защото насочвахме цялото си внимание върху тях, нещо, което нямаше да стане, ако имахме възможност да избираме.“
Бъркли — където открива, че е лебед
След като Констанс получава работа в гимназията в Сан Диего, Джулия отива при господин Ливингстън, декан на нейния факултет, за да му съобщи, че следващата година отива на друго място. „Той се опита да ме разубеди, като каза, че се предвижда откриването на научен профил към факултета и че очевидно аз съм единственият студент по математика, който той би могъл да предложи.“ Но господин Глийсън я посъветва да продължи обучението си другаде, като ѝ препоръча Бъркли пред университета в Лос Анджелис.
В началото на 30-те години представители на другите природонаучни факултети успяват да убедят ректора на Бъркли да назначи някой известен учен за декан на Математическия факултет, за да го съживи. Математикът, който е избран, се казва Грифит Евънс. Той веднага наема Алфред Фостър, Чарлз Мори и Ханс Леви. Една година преди Джулия да пристигне, той довежда от Англия Йежи Нейман — един от основоположниците на съвременната математическа статистика.
Джулия прослушва пет курса по математика през онази първа година в Бъркли, в това число и курс по теория на числата, четен от Рафаел Робинсън. Фактът, че Рафаел им предава теория на числата, е истински късмет за нея. Евънс е назначил Дик Лемер за специалист по теория на числата, но тъй като Дик има друг ангажимент през същата година, Рафаел го замества. През втория семестър остават само четирима слушатели — тя отново е единственото момиче — и Рафаел започва да я кани да излизат заедно на разходка.
Финансовото ѝ положение е незавидно. Опитва се да започне работа като асистент, но Евънс предпочита да назначава студенти от други университети. Тогава Йежи Нейман, след като научава за положението ѝ, бързо урежда тя да получава част от средствата, предназначени за Бети Скот, неговата лаборантка на половин щат. Бети поема две трети от работата, а останалата една трета е дадена на Джулия. Когато Нейман я пита колко ѝ трябват, за да живее, тя отговаря — 32 долара на месец. Той ѝ осигурява 35.
Рафаел Робинсън и десетилетията без постоянна академична позиция
През декември 1941 г., само две седмици след нападението над Пърл Харбър, Джулия и Рафаел Робинсън се женят. Тя става Джулия Робинсън — името, под което ще остане в историята на математиката. Но бракът с колега-математик носи и парадоксална пречка: правилникът на Бъркли забранява двама съпрузи да бъдат назначени едновременно на постоянни длъжности в един и същ факултет. Това правило, прокарано уж в името на „избягване на семейственост“, на практика прогонва жените от академията. Десетилетия наред Джулия Робинсън ще работи в Бъркли — без щатна позиция, без постоянна академична длъжност и без заплата за пълно работно време.
В годините на войната тя за кратко работи в Лабораторията по статистика на Бъркли при Йежи Нейман. Решава задачи, свързани с надеждността на бомбардировъчните прицели и анализа на радарни сигнали. По-късно ще каже, че математическата ѝ работа за войната не е била от изключително значение, но опитът ѝ помага да усъвършенства техниката си на математическо моделиране.
След войната се връща в академичната среда и през 1948 г. защитава докторат при Алфред Тарски — един от най-влиятелните логици на XX век. Дисертацията ѝ — „Определимост и проблемът на решението в аритметиката“ — е първата ѝ работа в темата, която ще я преследва (или която ще преследва нея) следващите двадесет и две години.
Здравословни проблеми, останали още от ревматичната треска в детството, ѝ пречат да има деца — голяма мъка, която споделя с малцина. Постепенно обаче математиката става центърът на нейния живот — не като компенсация, а като страст. Тя посещава всички семинари в Бъркли, чете всеки нов труд, обсъжда задачи с колегите. И преди всичко решава проблеми — отново и отново свързани с диофантовите уравнения и десетата задача на Хилберт.
Десетата задача на Хилберт
На 8 август 1900 г., на Втория международен конгрес на математиците в Париж, германският математик Давид Хилберт произнася реч, която ще определи посоката на математиката за целия XX век. Той поставя пред математиците 23 задачи — проблеми, чиито решения според него ще променят математиката. Десетата от тях гласи накратко:
Какво е диофантово уравнение? Това е полиномно уравнение с цели коефициенти, за което се търсят само цели решения. Например \(x^2 + y^2 = z^2\) има безкрайно много цели решения (Питагоровите тройки 3-4-5, 5-12-13 и т.н.). Уравнението \(x^2 + y^2 = 3\) няма нито едно цяло решение. А за уравнения от вида \(x^n + y^n = z^n\) при \(n \geq 3\) Великата теорема на Ферма (доказана едва през 1995 г. от Андрю Уайлс) казва, че няма нетривиални цели решения.
Хилберт е питал нещо обманчиво просто: има ли универсален алгоритъм, който за всяко такова уравнение да реши „да“ или „не“? Когато той поставя задачата, никой дори не подозира, че отговорът може да бъде отрицателен — самото понятие „няма алгоритъм“ не е било строго дефинирано. Едва през 30-те години на XX век, благодарение на работата на Алън Тюринг, Алонсо Чърч и Курт Гьодел, понятието „алгоритъм“ получава точна математическа дефиниция чрез машината на Тюринг.
Хипотезата на Джулия Робинсън
През 50-те години Мартин Дейвис и Хилъри Пътнам — двама млади американски математици — започват да работят по десетата задача. Те се опитват да докажат, че всяко изброимо рекурсивно множество от цели числа може да се представи чрез диофантово условие, тоест чрез съществуване на решения на подходящо полиномно уравнение — теза, която по-късно ще получи името „диофантово представяне“.
Резултатите им са обнадеждаващи, но непълни. Самата техника изисква да се покаже, че експоненциалното нарастване — функцията \(y = a^x\) — може да се изрази чрез диофантово уравнение. И това именно изглеждаше непостижимо. Експоненциалното нарастване е класически пример за функция с много бърз растеж — функция, която нараства по-бързо от всяка полиномна функция и затова интуитивно не би могла да бъде представена с полиноми.
Тук се появява решаващият принос на Джулия Робинсън. През 1961 г., в съвместна статия с Дейвис и Пътнам, тя постига изключителен пробив. Тя доказва, че ако се намери множество от решения, описано чрез диофантово уравнение и с достатъчно бърз растеж — по-късно известно като хипотезата на Джулия Робинсън — тогава експоненциалната функция може да бъде диофантово представена, а оттук следва отрицателният отговор на десетата задача на Хилберт.
С други думи — ако се намери подходящо множество от решения, описано чрез диофантово уравнение, в което се проявява „почти експоненциален“ растеж, последната голяма пречка ще бъде преодоляна. Години наред обаче такъв пример остава недостижим и изглежда почти невъзможен. Робинсън продължава да работи — вече известна на тесния кръг от специалисти като ключова фигура в темата.
22-годишният ленинградски студент и решението
В началото на 1970 г. Юри Матиясевич, тогава 22-годишен студент в Ленинградския университет, заминава за зимна ваканция и решава — на шега и подтикнат от учителите си — да опита нещо ново върху хипотезата на Робинсън. Той е чел нейните работи и им се възхищава. Поглежда на проблема по нов начин и забелязва, че числата на Фибоначи могат да бъдат използвани, за да се построи точно онова диофантово уравнение, което Робинсън е търсила.
Редицата на Фибоначи \(1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, \ldots\) се задава с рекурентната формула \(F_{n+1} = F_n + F_{n-1}\). Нейният растеж е експоненциален — \(F_n \approx \varphi^n / \sqrt{5}\), където \(\varphi = (1 + \sqrt{5})/2\) е златното сечение. Матиясевич доказва ключовия факт: числата на Фибоначи могат да се опишат чрез диофантово уравнение. Хипотезата на Робинсън е изпълнена. Десетата задача на Хилберт има отрицателен отговор.
Матиясевич изпраща статията си. Робинсън, която вече е сред най-добрите специалисти по темата, веднага разбира значението ѝ и влиза в кореспонденция с младия ленинградски математик — въпреки политическите бариери на Студената война. Двамата си пишат години наред — Робинсън на английски, Матиясевич на руски. По-късно те ще напишат заедно няколко статии и ще се срещнат лично. Връзката между тях е една от красивите истории в математиката на XX век.
Робинсън винаги подчертава, че решението не е нейно самостоятелно дело: тя има решаващ принос чрез своята хипотеза, а последната ключова стъпка е направена от Юри Матиясевич. Когато ѝ задават въпроси по темата, тя неизменно настоява да се отдаде заслужено признание на 22-годишния тогава Матиясевич, който направил последния пробив, докато тя самата е работила по задачата вече над двадесет години.
Признанието — накрая
След 1970 г. животът на Джулия Робинсън се променя осезаемо. От години, прекарани без официална академична длъжност — въпреки че всъщност изнася лекции и води курсове в Бъркли — тя най-после получава признанието, което дълго време ѝ е било отказвано.
През 1975 г. е избрана за член на Националната академия на науките на САЩ — първата жена, избрана в математическата секция на Академията. Малко след това Бъркли най-после ѝ предлага пълна професорска позиция в Математическия факултет, но със специална уговорка за частично натоварване поради здравословното ѝ състояние — на 56-годишна възраст, след 27 години работа без щат.
През 1982 г. Джулия Робинсън е избрана за президент на Американското математическо общество (AMS), като мандатът ѝ е за 1983–1984 г. — за първи път в историята на основаното през 1888 г. общество жена застава начело на AMS. Това е признание не само за научните ѝ постижения, но и за изключителния ѝ научен авторитет. Кандидатурата ѝ е била предложена единодушно от номинационния комитет.
Робинсън получава и почетни докторати от Smith College (1979 г.), Калифорнийския университет в Лос Анджелис и Илинойския технологичен институт. През 1980 г. изнася AMS Colloquium Lectures — една от най-престижните покани за лекции в Американското математическо общество. Тя е втората жена, получила тази чест, след Анна Пел Уилър (Anna Pell Wheeler) през 1927 г.
Накрая — левкемията
През август 1984 г., на традиционната лятна среща на Американското математическо общество, Джулия Робинсън разбира, че е болна от левкемия. След продължително лечение болестта временно отстъпва. Именно през този кратък период на ремисия, през късната пролет на 1985 г., Джулия казва на сестра си: „Констанс, напиши нещо.“ След настоявания от Американското математическо общество и от различни академични институции, които искат биографични материали, най-после Джулия се съгласява да бъде подготвен биографичен текст.
Решението на Констанс е изключително елегантно: да напише „автобиография“ на Джулия — в нейния, а не в моя стил. На разходка с велосипеди край Пебъл Бийч през късната пролет на 1985 г. двете сестри обсъждат идеята. „Само няколко седмици след нашия последен излет Джулия разбра, че трудно постигнатото затишие е свършило.“ В болницата Констанс ѝ чете на всеки няколко дни написаното. „Тя слушаше внимателно, добавяше или отхвърляше това, което според нея беше необходимо, понякога дори само една дума. Изслуша и одобри целия текст, с единствената забележка, че моята равносметка за живота ѝ е прекалено дълга.“
Хронология на един живот
Наследството
Джулия Робинсън оставя не само математически резултати от изключителна стойност, но и нещо още по-важно — прецедент. Преди нея жените в американската изследователска математика рядко получават видимо институционално признание. След нея този път вече е по-ясно очертан, макар и далеч не напълно изравнен. Студентките по математика днес стъпват върху път, който фигури като Джулия Робинсън помогнаха да бъде прокаран.
Нейната сестра, Констанс Рийд, става известна биограф на математици. Книгите ѝ — за Хилберт (1970), Курант (1976), Нейман (1982) и Курант-Робинс (1996) — са преведени на десетки езици и днес са класика на математическата популяризация. Така историята на сестрите Боуман завършва кръгово: момиченцето, което говореше вместо Джулия в детството, стана нейният глас пред целия математически свят.
Името на Джулия Робинсън живее и чрез Julia Robinson Mathematics Festival — инициатива, която събира ученици и им показва красотата на математиката чрез нестандартни задачи и математически игри. Първите събития започват през 2007 г. в района на Бъркли, а днес подобни фестивали се организират на много места по света.
В крайна сметка, най-важният урок от живота на Джулия Робинсън може би е този: математическата истина може да надживее предразсъдъците на своето време. Полиномите и диофантовите уравнения нямат пол и националност; те не се интересуват от академични длъжности, заплати и обществени бариери. Но хората, които ги откриват, живеят в реален свят — свят на неравни възможности, институционални ограничения и лични изпитания. Историята на Джулия Робинсън показва, че въпреки всичко истината може да намери своя път.
За Джулия Робинсън математиката е била не просто професия, а пространство на яснота, красота и истина.
Литература
- Reid, Constance. Julia: A Life in Mathematics. Mathematical Association of America, Washington, D.C., 1996.
- Robinson, Julia. The Collected Works of Julia Robinson. Edited by Solomon Feferman. American Mathematical Society, Providence, RI, 1996.
- Matiyasevich, Yuri. Hilbert's Tenth Problem. MIT Press, Cambridge, MA, 1993.
- Davis, Martin. Hilbert's Tenth Problem is Unsolvable. American Mathematical Monthly, vol. 80, no. 3, pp. 233–269, 1973.
- Reid, Constance. The Autobiography of Julia Robinson. The College Mathematics Journal, vol. 17, no. 1, pp. 3–21, 1986.
- Davis, M., Matiyasevich, Yu., Robinson, J. Hilbert's Tenth Problem. Diophantine equations: positive aspects of a negative solution. Proceedings of Symposia in Pure Mathematics, vol. 28, 1976.
- Hilbert, David. Mathematical Problems. Bulletin of the American Mathematical Society, vol. 8, pp. 437–479, 1902.
- Bell, E. T. Men of Mathematics. Simon & Schuster, New York, 1937.
- Csicsery, George Paul (Producer/Director). Julia Robinson and Hilbert's Tenth Problem. Документален филм, Zala Films, 2008.
- Henrion, Claudia. Women in Mathematics: The Addition of Difference. Indiana University Press, 1997.
Запишете урок
Индивидуални и групови онлайн уроци по математика за цялата страна
- ›НВО по математика след 7 клас
- ›НВО по математика след 10 клас
- ›Кандидатстудентски изпити по математика
- ›Софийски университет „Св. Климент Охридски“
- ›УАСГ – Университет по архитектура, строителство и геодезия
- ›Технически университет – София и др.
- ›Прием в университети в чужбина (ISEE, SAT, A-Level и др.)
- ›Усвояване на текущия учебен материал (всички класове)
- ›Студенти по всички математически дисциплини:
Математически анализ, Линейна алгебра, Аналитична геометрия, Диференциални уравнения, Теория на вероятностите, Статистика и др.
Харесва ли ви съдържанието?
Ако тази статия ви е харесала, можете да подкрепите създаването на нови безплатни материали.
Коментари
Публикуване на коментар