阿贝尔 16 岁时已经开始考虑五次方程的一般解问题,并提出了一些相关见解。1823 年在丹麦数学家 Carl Ferdinand Degen 的启发下,阿贝尔转而研究五次方程的根式解的存在性问题。终于在次年 22 岁时,阿贝尔极为天才地证明了,除特殊情况之外五次或以上代数方程的根式解并不存在,从而解决了困扰数学界 250 年之久的世界性难题。类似结果曾于 1799 年被意大利数学家鲁芬尼(Paulo Ruffini)得到,但其证明并不完整,现在这一结果称为“阿贝尔-鲁芬尼”定理。上图是阿贝尔的一页笔记;下图是阿贝尔的三页文章手稿,被瑞典著名数学家 Gosta Mittag-Leffler 收藏,2007 年挪威科学与文学院从 Mittag-Leffler 研究所和瑞典皇家科学院 KVA 处购得手稿原件。
阿贝尔将自己的研究成果用法文写成论文并自费付印,但是由于他的经济条件不佳,无法支付昂贵的印刷费用,因此论文最初只有精简的六页,读起来艰涩难懂。后来阿贝尔将论文寄给高斯,大概高斯不相信能用这么短的篇幅证明这个世界著名的——包括他自己也还无法解决的问题,因此将其弃置一旁。挪威这个北欧弹丸小国,在 19 世纪初期十分贫穷落后,也没有什么像样的数学教育和研究资源。在奥斯陆大学教授们的有力推荐下,1825 年阿贝尔从时任瑞典-挪威君合国国王 Karl Johan 处申请到为期两年的研究基金,与其他四位优秀的挪威青年学者一起游学欧陆,并在柏林和巴黎等数学重镇停留。但是这次欧洲之行并不令阿贝尔十分满意,大概由于之前的心理阴影,他取消了前往哥廷根拜见高斯的计划。
在巴黎的一年时间里,阿贝尔深感孤独并很难与那些年长的数学界权威们交流自己的研究成果。他最大的收获是在柏林结识了著名工程师、业余数学家克雷勒(August Leopold Crelle),克雷勒曾参与修建德国第一条铁路,他还创办了俗称“Crelle 期刊”的世界上第一份纯粹和应用数学期刊“Journal fur die reine und angewandt Mathematik”。克雷勒为阿贝尔的才能深深打动,并邀请阿贝尔作为期刊的第一撰稿人。因此直到 1826 年,阿贝尔才在 Crelle 期刊第一期发表了关于一般五次方程不存在根式解的完整证明。阿贝尔曾短期担任 Crelle 期刊的编委,他的大部分论文都发表在这份期刊上,第一卷上就有七篇,从而大大提升了期刊的品质,阿贝尔也因此在柏林名声鹊起。这份期刊上还陆续刊登了 19 世纪多位重量级数学家的论文,直到今天仍在发行。
在阿贝尔生前,克雷勒十分关心和同情他的处境,多方奔走呼吁,希望通过自己对普鲁士政府的影响,全力帮助这位纯良的天才在柏林谋得一个永久职位。而在阿贝尔去世两天后,来自柏林大学的教授职位聘书才寄到他的家中。1829 年 6 月 20 日,克雷勒在自己的期刊上为阿贝尔刊登了大幅讣告,他引用牛顿描述剑桥天文和物理学教授 Roger Cotes 的话:“如果他能活得久一些,我们会从他的身上学到更多”。阿贝尔去世后,他在欧洲游学时期的旅伴和好友 Christian Boeck 这样说:“他终于回到了故土的怀抱,现在他的一切忧虑都结束了,再也不用去外国寻找面包了,而挪威却从此失去了她的儿子。” 左图是在阿贝尔童年生活过的 Gjerstad 的纪念碑,右图是在 Froland 的阿贝尔墓碑。
阿贝尔虽然英年早逝,却在身后留下了丰富的精神和学术遗产,并对现代数学的发展产生了重大影响。阿贝尔与同时代的德国数学家卡尔·雅可比(Carl Gustav Jacob Jacobi,1804-1851)在完全不知道对方的情况下,各自开始了对椭圆函数的独立研究,是举世公认的椭圆函数论的两位独立奠基人,因此被称为“椭圆双雄”。椭圆函数的出现,拉开了 19 世纪数学的核心研究领域之一 —— 单复变函数的大幕,1830 年法国科学院将著名的 Grand Prix 奖颁给阿贝尔和雅可比这两位当时世界上最有成就的数学家,但彼时阿贝尔已经去世一年了。在阿贝尔关于五次方程不存在一般代数解的研究中,已经出现了“群论”这一近世抽象代数的基本思想,但他还没来得及发展和完成这一划时代的工作即撒手人寰。
与阿贝尔同时代但比他年轻九岁的另一位数学天才、法国青年埃瓦里斯特·伽罗瓦(Evariste Galois,1811-1832)继承了阿贝尔未竟的事业,伽罗瓦定义了“群”的概念,并使用群论的思想去讨论代数方程的可解性。他的整套想法现称为“伽罗瓦理论”,完美地弥补了阿贝尔的结果理论上的不足,从而成为当代代数与数论的基本支柱之一。与阿贝尔一样,伽罗瓦短短的一生也是命运多舛。他在路易·菲利普复辟时期是一个激进的共和主义者,并因此两度被逮捕坐牢,出狱后又在一次几近自杀的决斗中身亡,离世时还不到 21 岁。伽罗瓦生前曾将两篇论文呈交法国科学院,也是由柯西负责审阅,但都没有获准发表。在伽罗瓦去世后,他的朋友 Auguste Chevalier 遵照他的遗愿,将他的数学论文寄给高斯和雅可比,但是都石沉大海,直到他去世后 14 年才得以发表。
阿贝尔和伽罗瓦是数学史上最令人惋惜的两颗绚烂流星,在短短的三年里相继告别人世。在他们的影响下,19 世纪的挪威又出现了两位世界级数学家 Ludvig Sylow 和 Sophus Lie ,他们继续从事群论的深入研究,前者提出了伽罗瓦群的 Sylow 子群的概念并证明了著名的 Sylow 定理,后者是 Lie 群和 Lie 代数的创始人。左图是 1839 年 Holmboe 为阿贝尔编辑出版的论文集,中图是 Sylow 和 Lie 用了八年时间编辑并于 1881 年出版的阿贝尔论文集二卷本中的第一卷(再版),右图是 1889 年德国 Springer 出版社出版的题为“Treatises on the Solution of Algebraic Equations”的阿贝尔和伽罗瓦选集。
阿贝尔身后从未离开过公众视线,他的朋友、同行和民众均在媒体猛烈抨击奥斯陆大学校方、挪威当局和法国科学院里陈腐的官僚作风,认为他们对于阿贝尔之死应负一定责任。关于是否能为他做得更多一点,以至于类似的悲剧不再发生的反思和讨论在挪威的各种公开出版物上持续了 70 多年。对阿贝尔的追念在 1902 年他诞辰 100 周年之际达到了顶点,那一年九月时任君合国国王的 Oscar 二世在奥斯陆的皇宫举办了纪念盛典和晚宴,民间的纪念活动在音乐厅 Logen 进行,大学生们组织了全城有史以来规模最大的火炬游行。挪威国歌词作者、著名诗人和作家比昂松(Bjornstjerne Bjornson)为阿贝尔撰写了 11 节的赞美诗,由挪威著名作曲家 Christian Sinding 谱曲并由合唱乐团和交响乐团在音乐厅演出。
在 1902 年阿贝尔百年诞辰之际,最初的议题有三项,即举办盛大庆典、建立阿贝尔纪念碑以及设立阿贝尔奖。国王 Oscar 二世对此十分赞同,并在庆典上宣布了设立阿贝尔奖的计划,挪威数学家 Carl Stormer 和 Ludvig Sylow 开始为这一奖项制定法规。三年之后瑞典-挪威君合国解散,而以当时挪威的国力,即使加上来自海外的援助,也难以支持这样一个大奖,因而设立阿贝尔奖的努力以失败告终。
阿贝尔不仅仅以其数学成就闻名于世,他已经成为 200 年来挪威文化的象征,与故乡的美丽山河共存。国际天文学联合会 IAU 于 1964 年将一座位于月球背面东南部约形成于 45.5-39.2 亿年前的大型撞击坑命名为“阿贝尔环形山”,于 2002 年将一颗小行星以阿贝尔的名字命名,挪威航空也将一架班机命名为“阿贝尔号”。在本文写作过程中,笔者主要参考了 Arild Stubhaug 撰写的阿贝尔传记“NIELS HENRIK ABEL and his Times: Called Too Soon by Flames”,以及阿贝尔奖官网(http://www.abelprize.no)上的历史资料,文中图片大多来自网络。