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寻数学之美,数学之真(上)

作者:数学经纬网发布日期:2019-11-07 12:52浏览次数: 来源:微信公众号

数学之中存在的美,究竟是什么样的呢?丘先生和美丽的数学,又发生过怎样的故事呢?小编将其展示如下,和大家一齐收获成长。

展现科学内在的美

(丘:)做研究方面的事情影响到我很多。我在做研究生的时候,研究的学问叫做微分几何,有几百年的历史了,我当时因为几何学家应该从分析着手研究几何,同时应该重微分方程研究,我认为微分方程研究已经相当成熟。可是当时的几何学家都认为微分方程没有前途,微分方程只是做工程的人才会有兴趣,他们认为微分几何是很高尚的行业,所以他们拒绝研究微分方程。可是我自己觉得他们的看法不重要,我要将这两个主要的理论结合起来,就是将微分方程和微分几何结合起来,表现出他们内在的美。这个看法当时所有主要的几何学家都反对。我在柏克莱校园,我跟随Morrey教授学微分方程,当时并不知道他是这个学科的创始人,我从他那里学习了基本的技巧,对我是很重要的一年。第二年我才开始跟陈先生学微分方程。

寻数学之美,数学之真(上)

图一

毕业以后,我的学生和朋友们,有相当多的科学家都受到我的影响,Schoen是香港大学的教授,郑绍远是我的中学同学,Taubes是哈佛大学的教授,我们一起合作,将几何方程研究开始一步一步的推向深入,中间解决了很多的问题,到现在是整个数学系里面重要的学科。这里面有很奇妙的经验可以讲,每一个环节都花上很多细致的推敲,要将整个环节构造起来,经过十多个好的数学家的努力,就像曹雪芹写《红楼梦》一样,一篇一篇结合起来形成了一个大着作。正如曹雪芹,“字字拿来皆是血,十年身骨不成行”,十年功夫我们基本上将学科建立起来。我们这么多朋友创作的几何分析,花了很多功夫,不敢说以血书成,但确实是经过很多学者的努力才能完成的一个美丽的童话,一个是强有力的工具。

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图二

简洁有力的定理,是整幅图画里面的节奏,它使人很喜悦,就如读《诗经》和《论语》一样,言短而意深,有些定理,有些孤芳自赏,有些定理却引起一连串的突破,使我们对数学有更深入的认识。每一个数学家有他们自己的看法和自己的品味,我本人比较喜欢一些重要的定理,引起一连串的突破的学问。

奋斗过程中的真和美

往往在我们证明定理以后,才觉得整个奋斗的过程很有意思。整个定理证明过程,无论是成功还是失败,中间经过挣扎,整个过程本身是最有意思的。就好像有一些人钓鱼,钓到大鱼以后又将之放生,主要的目标就是为了和鱼比试。从数学的定理来看,只有深度的理论才能够保存下来。千百年来,定理层出不穷,但是真正名留后世的却是不多。这是因为有新意的文章实在不多,有时候即使有新意,但是深度不够也很难留下来。我们倒是希望我们的工作能够流传后世,这是要看工作的深度够不够,就好像当年我看武侠小说,看得很兴奋,也很享受,但是很快就忘记了。在阅读有深度的文学作品时,却有不同的感觉,有些武侠小说虽然很有创意,但是往往结构不够严谨,有很多不合理的元素,与现实相差太远,最终不能沁入心脾。

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图三

我们在研究和奋斗过程中,开始不搞太抽象的数学,最终保留大自然的真和美。其实在20世纪一段时间,很多数学家认为抽象的太有意义,不抽象的没有意义,可是我的看法不一样。抽象美比不上真实的美,就好像王国维评古诗十九首,“昔为娼家妇,今为荡子妇,荡子行不归,空休难独守”。还有“何不策高足,先据要路津”,前面是讲一个荡妇,后面是讲一个怎么去拍马屁,怎么去找一个高官的位置。所以古诗所表现的,你会觉得它很真,他的美很真,故而感觉还是不错。所以王国维讲的故事十九首还是有可取的地方,我们要求真的,真里面就有一定的美在里面。

开阔知识的美丽视野

数学创作和写小说一样,不能远离实际,红楼梦能够扣人心弦,一方面是因为是悲剧,描写家族的腐败,生存的无奈,是一个普遍的问题。好的数学也应当如此,我总结出了不同的现象才能够生,才能够长寿,也是我自己的看法。有一些名教授着作很多,汗牛充栋,然而内容往往脱离现实,一生所作,不见得比得上一些内容真实的小品文。我自己做研究的时候,也曾经想做一些比较玄妙的数学,比如说可以想象很远,可是过了几年才觉得文章都是空的没有什么太大的意思,不如学学其他人的想法。抽象的想法还是有意义的,所以好好的学习还是有好处的。我自己的工作受到物理学和工程学的影响,而且科学提供了数学很重要的素材。

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图四

1973年在史丹福大学有一个物理方面的国际会议我去参加了,我对某个问题发生了很浓厚的兴趣,也是他的几何曲率和看法跟我的看法很一样,有实际的内容在里面。所以花了很多工具去探求。1978年的时候,我跟我当时刚毕业的学生一同解决了一个很重要的问题,完全用几何的方法来解决物理上的问题。与《相对论》有关的几何问题始终让我觉得有启发,也许是受到王国维评语的影响,我认为数学家的工作不应该远离大自然的真和美,到现在我还在考虑质量的问题,我认为有深厚的几何意义。没有探索,很难想象单靠几何的架构就能够获得深入的结果,所以从广义相对论中的理论来讲有很美的几何意义。

汲取文化美,“望尽”学问路

西方文艺复兴是一个很重要的过程,就是复古的西方,复古到什么时候,到希腊文化真美。希腊文化讲真和美是不可割裂的观点,因此希腊当时的科学和数学是世界领先的。中国古代文学美和感情都是很充沛的,先秦两汉的思想与西方科技差太多,明清以后,美术文学不发达。科学事业也跟着不发达。

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图五

这主要是因为当时读书以考证为主,很少谈到书里面的内容,清代的数学很多是考证九章算术为出发点,所以他们没有将书中的内容加以改进,这是一个事实。另一方面也没有先秦汉唐宋作者的热情澎湃,当时的数学家很热情,西汉的作者张衡是一个诗人,假如我想今天中国的学者能够恢复到古人的境界,在科学上能够创作,应该也是有很大的可能的。除了看《红楼梦》以外我喜欢看史记、汉书,这些史书有很大启发,也有很多影响。由于历史学家写实,气势磅礴,荡气回肠,如司马迁的史记,谁看了都会有感觉、感动,同时历史学者也教育我们要在重要的时刻做学问,做学问的道路往往是五花八门,历史如果做了正确的决断,往往能够提供我们学者在选择问题时有一个良好的指南针,至少对我来讲,我有这个感觉。王国维说,做学问第一个境界,“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路”,所以做好的工作总要放弃一些次要的工作,怎么样登高望远,做出一些决定,大致上先借鉴学者的经验和老师朋友们的交流。往往讲要“望尽天涯路”,你望尽就足够了,总有不同的手法。

我记得刚毕业的时候,当代大的几何学家西门斯邀请我到纽约实习,做助理教授。我在那里呆了一年,也学了不少。当时史丹福聚集了一群年轻而极负盛名的几何学家,在度量几何的领域上可以讲是世界级的,比世界上任何一个地方都先进。一年后,我收到史丹福大学教授邀请我到史丹福去访问,当初史丹福大学邀请我留下来,但是那时的史丹福大学基本上没有做几何学的教授,我需要做一个决定,因为我是一个几何学家,我想很多人学这个,因为事实上史丹福大学给我很高的薪水希望我回去。当时我想起《史记》中所记汉高祖的事情,刘邦离开四川以后和项羽争霸,屡败屡战,但是他还是没回去,因此成就了汉家四百多年的天下。对于我来讲,和我当时的想法做一个比较,我觉得度量几何的确太小,而史丹福大学能够提供一个宏大的数学前景,所以我决定留在史丹福大学做教授,与我的朋友一起合作,也就是刚才讲的,事实上就是我们整个几何分析的基础,这是我很正确的决定。(未完待续)

写在最后:

丘成桐,1949年4月生于广东汕头,1966年入香港中文大学崇基学院数学系,1969年提前修完四年课程,为陈省身教授破格录取为研究生,两年后即提前获得博士学位。

丘成桐主要研究微分几何、微分方程和相对论。他发展的强有力的偏微分方程技巧,引起微分几何领域的革命。他解决了Calabi猜测、正质量猜想等众多难题,影响遍及理论物理和几乎所有核心数学分支。33岁时便获得代表数学界最高荣誉的菲尔兹奖(1982年)。

丘成桐是美国科学院院士,俄罗斯科学院与中国科学院外籍院士。1994年筹资成立中国香港中文大学数学研究所,1996年筹资建立北京晨兴数学研究所和2000年建立浙江大学数学科学研究中心三大学术机构。另外他发起办国际华人数学家大会,极大提升了华人数学家在国际上的声望。


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[责编:大鱼]

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