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［訳者注］量子力学の数学的基礎(ノイマン）がベルリンで出版されたのは1932年，みすずから日本語訳の出版がされたのは1957年です．ソボレフ達がスミルノフ主催のセミナーで勉強したのはこの本でした．ディラックのデルタ関数を厳密に扱うにはルベーク積分やヒルベルト空間の理論を基礎に置くことが必要でした．ソボレフの名はソボレフ空間に残っています．
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Семен Кутателадзе，«Наука из первых рук» №1(86), 2020 より
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435305/Sobolev_iz_shkoly_Eylera
数学は思考の形を研究します。最も一般的な意味で、微分はプロセスのトレンドを決定し、積分はトレンドの将来を予測します。
現代の人類は、積分と微分なしでは思考ができません。ニュートンとライプニッツによって、微分積分が発見され、この概念を使用して、オイラーは変数の新しい数学を育て、多くの独創的な発見をし、驚くべき公式と定理の数えきれない集大成を行いました。
200年間、解析学はニュートン、ライプニッツ、オイラーの微積分にとどまりましたが、20世紀に入ると、古典微積分は分布の理論へと進化していきます。近代解析学の主要な対象は、ルベーグの意味での積分と、S.L.ソボレフの意味での微分であります。古典的な微分と積分の操作対象とならない一般的な依存関係のために、これらは定義されています。ルベーグとソボレフは、積分と微分への新しいアプローチを提案し、数学の影響力と応用の範囲を大幅に拡大することで歴史を作りました。
歴史上の人物や発見は、歴史的な並立と分析に値する。数学の賜物は、先生から生徒に受け継がれます。この交互に続く連鎖こそが、数学スクールの物質的な担い手で、ソボレフは、レオンハルト・オイラーにまで遡るスクールに属しています。
オイラーからソボレフへ
人間は物理的な物体であり、４次元時空の世界線で部分的に表現できます。オイラーの世界線の大部分はロシアに属します。スイス出身のオイラーは、ロシアに第二の故郷を見つけ、サンクトペテルブルクに住みました。数学の "ダ・ヴィンチ "たる彼は、ずっと前にロシアの精神の不可欠な部分になっていました。
スイスの数学もロシアの数学もありませんが、ロシアには数学があり、国家的な数学の伝統があり、国家的な数学スクールがあります。我々の同胞は、オイラーをロシアの数学スクールの創始者と考えることを誇りに思っています。
オイラーの努力により、ペテルブルクは18世紀に世界の数学の中心地となりました。 ダニエル・ベルヌーイはオイラーに次のような手紙を書いて、時代をリードする科学雑誌となった有名な「サンクトペテルブルクアカデミーのコメント」の話をしています。この出版物は何度か名前を変え、時を経てIzvestiya RAN (Mathematical Series)となりました。サンクトペテルブルク科学アカデミー紀要にはオイラーの論文473本が掲載されており、オイラーの死後1830年まで何年もの間、順番に掲載されていました。
サンクトペテルブルクの家。ここにL.オイラーは住んでいた。撮影：M.パンフィロフ 。オイラーのサイン。ロシア科学アカデミーアーカイブのサンクトペテルブルク支部
19世紀の初めに、数学的思考の中心はフランスに移り、ラプラス、ポアソン、フーリエ、コーシーが活動しました。生み出される数学の新しいアイデアは、ハリコフ帝国大学から合法的に取得した卒業証明書を剥奪され、パリに留学したM.V. オストログラドスキーによって受け入れられました。オストログラドスキーがフランスで獲得した名声と、科学アカデミーに提出された多くの彼の回想録は、ロシアでの彼の功績を認識させ、彼はすぐにロシアの数学のリーダーとして認められるようになりました。
[訳者注）ベクトル解析のガウスの定理のことを，ロシアではガウスーオストログラドスキーの定理と呼ぶのをロシアの物理本で見たことがあるでしょう]
［訳者注）オストログラドスキーがハリコフ帝国大学の博士号を拒否した状況はwiki参照］
オストログラドスキーは、ロシア科学にとってのオイラーの重要性を十分に認識していた。オイラーの遺産を出版するという問題を精力的に提起したのは彼でした。「オイラーは、近代解析学を創始し、それだけでも彼のすべての前任者を合わせたよりも豊富で、それを人間の心の最も強力な道具にした 」とオストログラドスキーは書いています。全28巻の出版は10年以内に完了する予定でしたが、当時も現在も科学アカデミーはそのための資金を確保できず......。
ロシアの有名な数学者や力学者の多くは、M.V.オストログラドスキーの影響を受けています。その中には、オストログラドスキースクールのサンクトペテルブルク支部のチェビシェフ、リアプノフ、ステクロフがいた。チェビシェフの教え子には、コルキン、マルコフらがおり、ソボレフの大学院の顧問となったギュンターはその下で学んでいた。ソボレフは、V.A.ステクロフやA.M.リャプノフの弟子であるV.I.スミルノフを、彼の第二の師と考えていた。ソボレフの科学的系図の華麗なる連鎖はこのようなものでした。
"1951年、セルゲイ・リヴォヴィッチはモスクワ国立大学で数学物理学の方程式の講義した。メモを取る時間がないほど、鮮かで素早い講義だった。生徒たちはスローダウンと彼にメモを送ったが、10分ももたずに、また夢中になり始めた。セルゲイ・リヴォヴィッチは授業中に気を散らすことはありません。とても律儀で、自分の講座を自分のテキストを使って明瞭な講義をしました。［訳者注）リヴォヴィッチは，ソボレフの父称。名前だけでなく，名前と父称で尊敬をこめて呼ぶのがロシアでは普通］
私たちは彼の試験を受けることを恐れませんでした。彼は学生が主題を知っていることを確認し、すぐに成績を上げました。
当時、私たちはソボレフが有名な数学者であることをすでに知っていましたが、もう一つの仕事である原子力研究所で彼がどのような責任を担っているのかは知らなかった。”ーー物理学と数学の博士号、RRCクルチャトフ研究所の教授、最高科学責任者、IVM RAS V. I. レベデフーー
1930年代のロシアにおける数学
大発見とは、自然には発生しないが必然のマイルストーンである。必要性はチャンスが密集した雑木林を通り抜けていく。ソボレフの発見は、世界と国家の数学の大躍進の年に属していました。
20世紀は当然のことながら自由の世紀と見なされます。自由とは、個人間の対立を解決する方法を反映した歴史的概念であり、多様性に制限はなく、集団的共存の形態を制限します。歴史的な環境は、すべての勝利とすべての悲劇の不可欠な要素です。
レニングラード大学の学生時代。S.L.ソボレフと同志のS.A.クリスティアノビッチ、教師のV.I.スミルノフ。
民主主義の社会制度の発展は、人々の精神生活のあらゆる側面の解放と同時に起こりました。数学は、自由な思考の科学としての本質を明らかにしました。
微分方程式を解くという概念を改訂するというアイデアは、20世紀初頭の数学的な雰囲気の中で身につけられました。1957年の彼の業績を理解するにあたり、ソボレフ自身は次のように述べています。”偏微分方程式を満たす関数を見つけるさまざまな問題を研究する過程で、必要な次数の連続導関数を持たない関数のクラスを使用することが有用であることがわかりました。どこにでもありますが、ある意味では方程式の実際の解を制限しています。このような一般化された解は、さまざまな関数空間で自然に求められ、時には完全であり、時には新しい「理想的な要素」を導入することによって特別に補完されます”。
科学は、個々の解から関数空間、その中の演算子、そして解の要素の研究へと移行していきました。
これらの一般化された解が、いつ古典的な意味での解になるのかという問題は、この考察下では独立したものとなりました。
私たちが見ることができるように、ソボレフは、カントールの集合理論に基づいて、彼の理論とヒルベルトの考えとが不可分に結びついていることを示しました。
ソボレフがこの問題に注目したのは、集合関数論に基づいて数理物理学の方程式へのアプローチを見直す必要があるというルベーグの考えを推し進めたギュンターと関係があることは間違いない。
ソボレフは、スミルノフ主催のセミナーで関数解析の考え方を紹介されました。そのゼミで、量子力学の数学的方法についてのJ・フォン・ノイマンの古典書を研究したのがきっかけでした。ノイマンのアイデアはまた、スミルノフのセミナーの別の参加者の興味を喚起しました。ソボレフの大学の友人であるL.V.カントロヴィッチは、K.フリードリヒの関数の概念を拡張する問題に専念し、中等度周期分布の一般化された微分の記述を含む2つのノートを1935年にソ連のDANに発表しました。
親しい友人であり、同じセミナーの参加者でもあるソボレフとカントロヴィッチが、関連する話題でお互いの研究を知らなかったことは、絶対に信じられないように思えます。しかし、後にこのエピソードに触れたことは二人とも一度もありません。当時、ソボレフとカントロヴィッチの間には一時的な疎遠感があったことは明らかであり、彼らは最後まで温かく心のこもった友情を保っていた。その本質は、レニングラードとモスクワの数学界で当時繰り広げられていた非常に鋭い政治的な出来事を理解することによって理解することができます。
この国の数学界の状況は、当時の一般的なモラルとあまり変わらなかった。北の都の旧教授に対抗して「レニングラード数学戦線」が展開された。主な攻撃対象は、ペトログラード数学会を率いたギュンターであり、理想主義と実践からの離脱を全面的に非難され、「公共生活における反動的」「科学における保守的」という烙印を押されていた。ギュンターへの痛ましい告発を含む1931年3月10日の「レニングラード物理数学協会の再編成に関するイニシアチブグループの宣言」に署名した人々の中には、カントロヴィッチがいる。ギュンターは、部門の指導者を去り、悔い改めの手紙を書くことを余儀なくされたが、「唯物論の数学者」とも呼ばれた。ステクロフも理想主義者の中にランクされました。ソボレフとスミルノフの名誉のために、彼らは彼らの指導者の公の迫害に加わっていませんでした。教師と生徒の科学的見解の明らかな近さは解毒剤として役立ちました。
モスクワでも老教授たちは嫌がらせを受けていた。ムスコビテスもカントロヴィッチを論争に巻き込もうとしたが、彼はルージンへの攻撃を控え、ソボレフは残念ながら「ルージン事件」に関する学術委員会の活動に積極的に参加した。
ロシアの数学の悲劇は普遍的なものだった。その勝利はまた、普遍的なものであった。
ソボレフと原子爆弾
人間の力は、理想的な無形の価値を創造し伝達する能力にあります。数学は、無謬の知的技術の最古の技術を保持しています。根拠のある計算の科学と芸術、数学は文化の中心に位置しています。思想の自由は、個人の自由の必須条件です。世界観の基礎である数学は、自由の基礎となり保証人となります。オイラーとそのスクールの最高の代表者の仕事は、これの無数の例を提供しています。ソボレフの運命も例外ではなかった。
20世紀に入って、人類は第一次世界大戦と第二次世界大戦の扇動者を止めることができずに、安全な存在の境界線に来た。抑止力は自由の保障人であるが、アメリカとロシアの原爆製造は、科学の驚異的な力、つまり人類生存の最後の予備軍であることを示している。数学者は、このプロセスに同僚が参加していることを誇りに思う。ノイマンとウラムはマンハッタン計画で働き、ソボレフとカントロヴィッチは国内のエノモルモズ計画に関わっていた。
今日では、核兵器開発の歴史に関わる文書のほとんどが機密解除され公開されており、あの英雄的な時代の熱気を感じることができます。
我が国における原子力事業の開始は、1942年9月28日付のGKO令No 2352号「ウランに関する事業の組織化について」に関連づけられています。 数ヶ月後、GKOは、原子力エネルギーの研究のためにソ連科学アカデミーの第2研究所を組織することを決定した。クルチャトフは、研究所の管理と原子問題に関するすべての作業を任されました。すぐにクルチャトフはソボレフを副官に任命し、キコインのグループに加わり、同位体分離のためのカスケード型拡散装置を用いたウラン濃縮を担当した。
特別フォルダーには、1945年8月のクルチャトフとキコインの報告書が入っています。 この文書の前文には次のように書かれています。
"海外で知られている4つの原子爆弾（ウラン235とプルトニウム239）の製造方法のうち、「ウラン235とプルトニウム239の製造方法」と「プルトニウム239とプルトニウム239の製造方法」の2つを紹介します。ウラングラファイトボイラ法、ウラン重水ボイラ法、拡散法、磁気法、第二研究室の第一人者（学識経験者のクルチャトフ、ソボレフ、科学アカデミーのキコイン、ボズネセンスキーに相当するメンバー）は、これらの最初の3つの方法について、第二研究室は現在、施設を設計し、建設するのに十分なデータを持っていると考えています。”
早くも1946年には最初のガス濃縮器が製造され、大量生産が可能になりました。ガス状六フッ化ウラン濃縮実験開始 その仕事は、膨大な数の多様な科学的、技術的、組織的な問題を解決しなければならず、ソボレフの本業となった。ソボレフは、プルトニウム239とウラン235の両グループで働き、計算機の組織化と指導、工業用同位体分離の規則の開発、損失削減の責任者、その他多くの組織的・技術的な問題の解決を行った。原子力プロジェクトでの彼の役割は大きくなっていた。
1949年8月29日、セミパラチンスク近郊でRDS-1の実験が行われ、そのちょうど2ヶ月後には、800人以上の参加者が原爆計画に参加していたことが明らかになりました。ソボレフはレーニン勲章を受章した。
1949年半ばには、第2研究室は「LIPAN-科学アカデミー計測研究所」に改称されました。LIPANでは、ソボレフは、彼の人生の主要な本、"数理物理学における関数解析のいくつかの応用 "を書いた。
原子計画はソボレフの科学的、個人的な可能性を豊かにした。計算数学は、彼の人生の最後まで彼の仕事の中心を占めていました。1952年から1960年までは、モスクワ国立大学の計算数学科を率いました。すでにシベリアで、ソボレフは、その普遍性の驚くべき美しさ、立方式の理論を構築しました。ソボレフは、古典的な近似法と分布理論の概念を統合しました。
LIPANでの仕事は、ソボレフの数学の理解に新たな明るい色を加えました。彼によれば、多くの問題において重要なのは、解決策があるかどうかという抽象的な問題ではなく、合理的な近似変形を規定の期限までに具体的に提示することであることに気付いたのは、この頃だったそうです。
新しい微分-新しい微積分
ずっと前の1755年に、オイラーは関数の普遍的な定義を与えましたが、それはほぼ200年間、最も一般的で完璧なものと考えられていました。彼の有名な微分積分のコースで、以下のように書いています：
"ある量が，他の量に依存し，他の量が変化するときに、変化を受けるなら、前者は後者の関数と呼ばれる。この呼称は非常に広範で、ある量を他の方法で決定するすべての方法をカバーしています。したがって，もし x が変数量を表すならば，何らかの方法で x に依存するすべての量，すなわち x によって決定されるすべての量は，その関数と呼ばれる．
ソボレフの研究は、微分方程式の解の概念の再考に関連している。
ソボレフはコーシー問題を汎関数空間で解くことを提案した．すなわち，関数としての解を理解するのを止めた．ソボレフは、プロセスの挙動のすべての積分特性が使える場合でさえ、微分方程式を解いたものとして考えることを始めた。この場合、時間の関数としての解は未知であるだけでなく、存在しないこともあります。予測の重要な原理の質的に新しい理解が科学に入りました。
ソボレフの一般化された導関数はオイラー関数の概念には該当しない。ソボレフが提案した微分は、数学的数量の相互依存性の新しい理解に基づいています。一般化された関数は、あらかじめ選択されたサンプル関数のクラスのすべての代表に対するその効果の積分特性によって暗黙的に定義される。
ソボレフは、関数分析を数学物理学に応用した先駆者の一人であり、1935年に理論を発表した。 10年後に独立して同じ考えに到達したローラン・シュワルツの研究により、新しい微積分が一般に利用可能になり、代数学、幾何学、位相幾何学の多くの進歩的な考えを利用した、優雅で強力で極めて透明性の高い分布の理論として発表された。
17世紀の微分積分は、古典力学の一般的な見解と切り離せないものである。一般化された関数の理論は量子力学と結びついています。
特に強調したいのは、量子力学は古典力学の単純な一般化ではなく、新しい法則に基づいた科学的な世界観を表しているということです。古典的な決定論と連続性は、量子化と不確定性に取って代わられました。二十世紀の人類は、自然過程の理解度の全く異なるレベルに達しました。
現代の数学理論も同様である。現代の論理は、アリストテレスの論理を一般化したものではありません。バナッハ空間の幾何学は、ユークリッド平面幾何学の一般化ではありません。現代の微積分となった分布理論は、微分方程式による物理過程の数学的記述の技術全体を激変させた。
ニュートンとライプニッツの発見は、何世紀にもわたって続いてきた微分・積分の前史を総括し、新たな研究への道を開いた。ルベークとソボレフの業績は、創意に富んだ先人たちの反省を継続し、現代の数学者の道を照らすものであった。
ソボレフは未来を聞き、自分のスペースを持って人々に贈り物をしました。彼の発見は、数学における多くの革命的な変化のきっかけとなりました。
ソボレフは最後の一連の数学研究では、オイラー多項式の根の微妙な特性に専念していました...
"セルゲイ・リヴォヴィッチを見た多くの人は、彼がハンサムだったと言うだろう。背が高く、エネルギッシュな動き、素早い足取り。彼の演説は常に非常に明快で、優れた論争家とみられていましたが、めったに論争しなかったのは、彼が正しいことが多かったからかもしれません。セルゲイ・リヴォヴィッチは常に慈悲深く、他人の意見を尊重しました。
ソボレフは優秀なプロモーターであり、様々な聴衆の前で講演していました。たまたま小学生に関数解析とは何かを説明したとき、彼は最も難しいことにまで言及しせんでしたが、非常に明確でわかりやすく数学のこの分野の立場と重要性について生徒たちに伝えることができました。”ーーАкадемик, д. ф.-м. н., советник РАН Ю. Г. Решетняк, ИМ СО РАН
Редакция и автор благодарят Е. С. Соболеву, пресс-секретаря Президиума СО РАН О. В. Подойницыну, сотрудников библиотеки ИМ СО РАН, директора издательства Т. Н. Рожковскую за помощь в подготовке публикации.
В статье использованы материалы из архивов семьи С. Л. Соболева, Института математики им. С. Л. Соболева СО РАН, Президиума СО РАН.
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