威廉·罗恩·哈密顿

更新时间:2022-05-17 10:37

威廉·罗恩·哈密顿(1805年8月4日-1865年9月2日),William Rowan Hamilton,即威廉·哈密顿爵士(Sir William Rowan Hamilton),爱尔兰数学家物理学家天文学家。哈密顿最大的成就在于发现了四元数,并将之广泛应用于物理学各方面。哈密顿对光学动力学代数的发展提供了重要的贡献。他的成果后来成为量子力学中的主干。

人物生平

早年生活

威廉·哈密顿是莎拉·赫顿(1780年至1817年)和阿奇博尔德·哈密顿(1778年至1819年)九个孩子中的第四个,他们住在都柏林多米尼克街。汉密尔顿是一名律师的儿子。他的叔叔詹姆斯·汉密尔顿(James Hamilton)是一位英国圣公会牧师,他从三岁之前就和他一起生活,直到他进入大学。三岁时,父母就将他送到都柏林城外的小镇特林。

哈密顿不仅天赋异禀,而且勤奋非常。他在17岁时,就以当地高考第一名的成绩考入了都柏林大学三一学院。十八岁以前,哈密顿都没上过小学、中学,完全靠自学。他平常喜欢游泳与观察田间的小动物,也喜欢文学,成为数学大师后,仍不断赋诗填词。他一直认为文学与数学是近似的学科--都是抽象思维的文字与符号。他写道︰“诗与数学是近亲。”哈密顿在十九岁时经历他的初恋。他的手记中未曾留下对方的姓名,后人只知道他不断地写情诗追求那位初恋情人。可惜哈密顿能计算最困难的数学方程,却无法计算女孩的感情方向。两年后,他心仪的女孩嫁给别人。

在三一学院中,哈密顿在名师的指导下,他超人的能力得到了充分的发展,几年下来,几乎包揽了他所涉及到各类学科的所有奖项,天文光学方面的卓越表现使他更加备受关注。

大学刚毕业,在诸多著名教授们的极力推荐下,他被直接聘用为三一学院的天文学教授,而且被授予了爱尔兰皇家天文学家的称号,堪称史无前例;更令人惊奇的是,一年后,哈密顿又发表了《光线系统理论》这部惊世著作,为世界几何光学的建立奠定了坚实基础。很多人都说它之于光学,就如同拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange,1736-1813)的《分析力学》之于力学,甚至于得到了雅可比(Carl Gustav Jacob Jacobi,1804-1851)的称赞“哈密顿是你们国家的拉格朗日”。

家庭状况

他的妻子海伦·玛俐亚·贝雷是一个神父的女儿。他死于1865年9月2日,被安葬在都柏林杰罗姆山公墓。

个人成就

光学和动力学

他首先建立了光学的数学理论,然后把这种理论移植到动力学中去。他在1834年的论文《动力学的一种普遍方法》中,提出了著名的“哈密顿最小作用原理”,即用一个变分式推出各种动力学定律。他把广义坐标和广义动量作为典型变量来建立动力学方程──哈密顿典型方程。他还建立了与系统的总能量有关的哈密顿函数,这些工作推动了变分法和微分方程理论的进一步研究,在现代物理中得到广泛应用。

四元数

四元数使用于计算机图形学、控制理论、信号处理、轨道力学,主要用于表示旋转与方向。

在代数中,二维复数到三个维度的推广。四元数及其运算规则是由爱尔兰数学家哈密顿于 1843 年发明的。他将它们设计为描述力学中三维问题的一种方式。经过长期努力设计保留代数正常性质的数学运算后,哈密顿想到了添加第四维的想法。这使他能够保留除乘法交换律(一般来说,a b ≠ b a)之外的代数的正常规则,因此四元数只形成一个结合群——特别是一个非阿贝尔群。

四元数是最广为人知和使用的超复数,尽管它们在实践中大多被矩阵和向量代替。尽管如此,四元数可以被视为一个四维向量空间,它由一个实数与一个三维向量组合而成,其基(生成向量集)由单位向量 1、i、j和k给出,例如:

语言和文学

哈密顿还精通多种语言。除了欧洲语言之外,他还懂得波斯语、希腊语、拉丁语希伯来文、古代巴勒底的巴比伦文印度梵语、佛教原典所用的巴利语、意大利语、法语阿拉伯语、孟加拉语、巴基斯坦语、马来语、阿拉伯语梵文中文等。主因是他在十三岁前都受其叔父语言学家詹姆斯·哈密顿照顾。

哈密顿很喜欢文学,在大学期间,他不但修读数学,还有修读古典文学。

纪念方程

对哈密顿的纪念

哈密顿方程是一个经典力学方程。哈密顿函数既是一个经典物理学中的函数,也是量子物理学中的一个算子,,还是图论中的一个术语。

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