幾何無雙士 奔騰有餘音

幾何無雙士 奔騰有餘音
幾何無雙士 奔騰有餘音
丘成桐在赴美留學飛機上留影
幾何無雙士 奔騰有餘音
丘成桐獲菲爾茲獎
幾何無雙士 奔騰有餘音
與卡拉比教授合影

◎鍾秀斌

《我的幾何人生——丘成桐自傳》是丘先生2019年出版的英文自傳的中文譯本。2019年6月,筆者去清華丘成桐數學科學中心時曾得到丘先生的簽名英文版;約一週後,丘先生的親炙弟子、紐約大學石溪分校顧險峯教授又幫筆者找來該書中文繁體版。筆者大概是國內該書最早的讀者之一。

在讀此書之前,筆者感覺是熟悉丘先生的。他是數學大家,是探尋真理的勇士。筆者曾經讀過他的許多文章,聽過他的講座,看過關於他的諸多報道,而且還單獨面訪過他數次。然而,這本書關於學問、為人和家國的坦蕩自述,揭櫫了更多鮮為人知的真實故事和細節,它使丘先生的形象愈加豐滿而更顯有趣,使我更想將自己的感受與朋友們分享。

經過早年的折騰,我還能踏上數學這條路,實在很感恩。到了今天,數學依然令我內心激動,好像一條奔騰的河流。我曾有幸在河上航行,趁時清理支流上的一兩件障礙,從而使水流到以前未到的地方。我會再繼續探索一會,然後站在河岸,退後一點,觀賞風光,或為別人打氣。

——丘成桐

《我的幾何人生——丘成桐自傳》

磨礪築就英才業

丘先生年幼時並不像人們想象的“神童”。因為入學考試不理想,他只能去當時香港僻遠的鄉間小學讀書。小升初考試,他的成績沒能通過公立中學錄取線,只能去私立中學。幸好他的父親與培正中學校長是故舊,培正給了一個考試機會。年幼的丘成桐用心備考,考取了培正中學。

丘成桐的數學老師水平突出,使得少年丘成桐對數學的興趣“愈來愈濃”。到了初二,他開始“嚐到數學的真正滋味”。歐氏幾何由五條簡單的公理出發,竟然能走得那麼遠,證明出那麼多的定理,令他“神奇得説不出話來”。

生活不可承受之重,在他初三時接踵而來。先是二姐不幸病逝。不久,家裏的頂樑柱、他一生敬愛的父親,又罹疾離開親人。父親猝逝,對於原本脆弱貧困的家來説,就像天塌下來一樣。然而,父親的教誨和母親的堅強,讓他突然間長大,“是時候掌握自己的命運了”。為了減輕母親的生活負擔,十四五歲的他在課餘時間毅然去做家庭教師,第一位學生僅比他小一歲。

1966年,丘成桐考入香港中文大學崇基學院,開啓了他遨遊“數海”的壯美航程,他的數學才華開始璀璨耀眼。學校允許他不上大一數學課,只需參加考試來證明實力。二年級時,斯蒂芬·薩拉夫博士來校任教,讓丘成桐真正見識了什麼是當代數學。丘成桐的數學天賦也令老師驚歎不已。惜才心切的斯蒂芬博士向母校加州大學伯克利分校竭力推薦,幫助申請獎學金,並使丘成桐提前一年大學畢業。

1969年,20歲的丘成桐赴美國加州大學伯克利分校,師從微分幾何巨擘陳省身教授。丘成桐在這裏如魚得水,大量地學習數學經典著作,揣摩前代大師們的奇思妙想,找到了喜歡的方向——幾何學。他覺得這是一門深刻的學問,和其他科學有着密切的關係,值得花一輩子工夫。

丘成桐經過深思熟慮,決定將幾何學和分析學(尤其是非線性微分方程)融合起來,產生新觀點和新工具,解決幾何學上一些懸而未決的重要問題。這一大膽的學術融合,恰恰奠定了他日後成為幾何學大師的基礎。

研究生兩年時間內,丘成桐解決了普雷斯曼猜想,完成了頗有見地的文章,獨立發表在美國著名的《數學年刊》上。陳省身先生認為丘成桐發表在《數學年刊》上的文章已達博士水平,建議伯克利授予丘博士學位。1971年夏,年僅22歲的丘成桐獲得博士頭銜。

早在研究生期間,丘成桐對愛因斯坦方程極感興趣。只是這一方程極為複雜,直到1970年代,學者們也僅知道這個方程少數的解。他在圖書館翻讀舊期刊時,看到卡拉比教授的一篇文章,大膽做了一個猜想,提出“有系統地去構造沒有物質的時空”。卡拉比猜想令丘成桐激動不已。他認為,幾何學發展的瓶頸在於構造大量有意義的空間,這些空間又必須具備良好的曲率。幾何學要有突破,必須要找到這些空間,卡拉比猜想給他提供了夢寐以求的解決方法。

然而,導師陳先生卻給他一盆涼水:數學上猜測多如牛毛,不用太過在意區區一個卡拉比猜想。但丘成桐認為卡拉比猜想無論對或不對,都必須解決。六年鍥而不捨地潛心研究,1976年9月,27歲的丘成桐完美證明出卡拉比猜想,構建出卡拉比-丘空間,使得人們能夠從四維空間感知到十維空間,極大拓展了人類探索宇宙奧秘的空間。

卡拉比猜想及其證明,源於丘成桐對愛因斯坦廣義相對論的持續興趣和深刻洞見,揭開了物理學熱門弦理論的大幕。著名物理學家、美國哥倫比亞大學教授布萊恩·格林斷言:“宇宙的密碼,也許就刻在卡拉比-丘空間的幾何之中。”

攻克了“美到難以置信”的卡拉比猜想後,丘成桐以宋詞“落花人獨立,微雨燕雙飛”形容當時的心情,覺得對大自然有了一種新的認識,感受到數學與自然的契合。他沒有止步於卡拉比-丘空間上的巨大成功。1978年10月,時任斯坦福大學數學教授的丘成桐和他的研究生孫理察合作,用反證法創造性地證明了愛因斯坦廣義相對論中的正質量猜想,這項成果表明,宇宙質量大於零,人類並非生存在宇宙的“無底洞”裏。這一年,他29歲。

1983年,時任普林斯頓高等研究院教授的丘成桐和孫理察從數學上證明了黑洞的存在。

由於在數學上的卓越成就,1982年33歲的丘成桐被授予菲爾茲獎。他不僅是幾何難題的“清道夫”,更是開創新領域、創造新技巧的曠世高人。

丘先生開創的幾何分析研究,尤其是卡拉比-丘空間,深刻影響着近40年來物理學的重要方向——弦理論。1996年丘先生與連文豪、劉克峯合作,證明了弦理論學者提出的鏡對稱猜想,被稱為“過去15年中最激動人心的數學發現之一,它開創了數學與理論物理緊密交匯的時代”。

丘先生是一名領袖羣倫的數學大師。1979年8月至1980年4月,他在普林斯頓高等研究院組織幾何分析特別年活動,邀遍世界著名幾何學家,為幾何學發展釐定方向。他在年會上發佈了120個亟待解決的幾何學問題作為閉幕辭,這些問題深刻影響着幾十年來幾何學的發展。如今,全球數學家們已解決其中30多個問題。這一幕情景,諳熟數學史的朋友是否會憶起1900年德國大數學家希爾伯特在巴黎數學大會上提出23個著名問題的高光時刻?

因把“偏微分方程、幾何和數學物理以嶄新的方法共冶一爐”,2010年丘成桐榮獲數學界終身成就獎——沃爾夫獎。因在數學上非凡的創造力和卓越貢獻,迄今為止,他榮膺了數學領域幾乎所有的大獎。向來心性孤高的著名物理學家楊振寧先生也不吝贊言,“丘成桐教授是當今世界上的領袖數學家。他對數學和物理學都做出了第一流的、持久的貢獻,在頂尖數學家中獨樹一幟。”

家國興榮一任重

丘先生是一位純粹的愛國者,他對父母之邦的感情感人至深。1984年6月,著名數學家華羅庚曾給學生王元院士寫信説,與丘“在美多次交談,印象極深。愛國心強,忠誠坦率,深為感動”。

1979年夏天,丘先生首次回國踏足北京。回到故都,激動得“俯身觸摸祖國的泥土”,這是率性真情的丘先生和故國所行的獨特別緻的見面禮。當時,丘先生30歲,這位25歲即成為斯坦福大學數學教授的年輕人,早已驚世聞名。這次故國之旅,丘先生受到巨大的震撼。他説,“這是個貧窮落後的國家……中國要在生活程度和教育水平上追及西方,還有一大段路要走。”“我對一個人能發揮什麼作用一籌莫展。但,我還是希望能竭力相助,哪怕是一絲一毫都好。也許眾志成城,大家共同努力,有一天能有所成就,扭轉乾坤。”丘先生是一位知行合一、行勝於言的學者。半個多世紀以來,他這麼想這麼説也就一直這麼做。

2020年6月12日,北京雁棲湖應用數學研究院成立,丘先生被聘為院長,主持數學科學基礎研究和應用科學發展事業,他豪情滿懷地説:“現在是中華民族興起的最好時刻,我本人也願意全部時間投入到中國基礎科學和應用科學的發展。”這是丘先生在中國的第八份義工。前七份分別是香港中文大學丘成桐數學中心、台灣交通大學丘成桐數學中心、台灣大學理論科學中心、浙江大學丘成桐數學中心、中科院晨興數學中心、清華大學丘成桐數學科學中心、東南大學丘成桐數學中心。

雖然在中國做了這麼多的事業,但他沒有拿過國內一分錢工資和報酬,有時連差旅費也是自掏腰包。他曾跟筆者説,自己是哈佛大學教授,已有一份薪水,夠花了。

20多年前,丘先生為當時科研經費奇缺的中國科學院數學所籌款1600萬元,在北京北四環邊建起一座漂亮寬敞的晨興數學中心,中國數學重鎮從此有了現代化的辦公環境。1996年6月,他在中科院晨興數學中心動工儀式上説:“作為數學家,我們追求的不是財富,也不是千秋萬代的權力,這些東西終究不免化為糞土。我們追求的乃是理論和方程,它們帶領着我們在尋求永恆真理的道路上邁進。這些想法比金子來得珍貴,比詩歌來得炫目,兩者在簡樸的真理面前黯然失色。”

丘先生和恩師陳省身先生一起,將2002年世界數學大會搬到北京。這是百年來中國數學家們第一次在家門口,欣賞到瑰麗的世界數學最高峯。為了讓中國數學與世界數學緊密相連,讓中國數學家有更多機會與世界數學“大咖”同台切磋,他倡導發起世界華人數學家大會,並設立華人數學最高獎——晨興獎,這一大會每三年舉辦一次,至今已經成功舉辦了八屆。

選才育人也是丘先生服務母國的大手筆。他38歲至今一直是哈佛大學數學教授,目前還兼任哈佛大學物理教授,這是哈佛大學數學系建系150年來第一位數學物理雙聘教授。作為一名數學家和教育家,自23歲開始指導博士生和博士後以來,丘先生已經培養出了70多位數學博士和博士後,大部分學生成長為世界級知名數學家。其中,50多位是華裔學生。

“我一生最大的願望就是幫助中國強大起來。”丘先生如是説, “中國要成為經濟強國,首先必須成為科技強國,而數學是科學之母。”這位以發現真理為使命的數學家,這樣説是有底氣的。著名世界數學大師辛格曾這樣評價他:“即使在哈佛,丘成桐一個人就是一個數學系。”

自1979年以來,丘先生為中國科學事業所做的這一切,極大地推動了中國數學事業發展和中國數學家成長。

今年4月,經中央特批,清華大學成立求真學院,丘先生擔綱院長。他力邀劍橋大學著名數學家、2018年菲爾茲獎得主比爾卡爾教授全職來清華任教,與他一起集全球頂尖數理大師,用獨一無二的八年本博連讀的育人模式,因材施教,為祖國培養具有通識水平的數學精英。

丹心長明映青史

丘先生作為世界頂級數學家,對數學及物理學界半個世紀以來發生的諸多大事瞭然於胸。他的自傳就像一部當代數學物理史書。他和許多數學巨星的往來互動、學術巨擘的各種逸聞生動有趣。讀者可以跟隨丘先生的文思,近距離感受學界大腕的喜怒哀樂。

真誠和純粹,既是丘先生髮現數學真理的利器,也是常常陷他於學術江湖泥淖的推手。他是純粹的人,自然以純粹的眼光看人看事,喜歡和純粹的人相處。然而,無論是居廟堂之高,還是處江湖之遠,人性是複雜多樣的。因此,丘先生直面各色人性的詰難,遠比攻克數學難題的挑戰大得多。

2003年,令世界數學家忙了近百年的龐加萊猜想,終於被俄羅斯數學家佩雷爾曼以簡潔但缺乏證明細節的三篇網文揭開了最後的“面紗”,佩氏因此被授予有數學諾貝爾獎之稱的菲爾茲獎。對於這一絕大多數數學家夢寐以求的榮譽,特立獨行的佩氏卻拒絕領獎。

丘先生和他的學生兼朋友漢密爾頓與龐加萊猜想深有淵源。龐加萊猜想的證明是基於裏奇流(Ricci)的,裏奇流是漢密爾頓提出的。丘先生他們此前已做過大量開創性的奠基工作,在一定程度上,是成就佩氏最後臨門一腳的“中場發動機”。丘先生高度讚賞佩氏的出色工作。但著名數學家阿蒂亞認為,佩氏的網文證明過於簡單,很多部分沒有細節,這並不完全符合數學的歷史傳統。丘先生就組織三名數學家花了三年時間,完善佩氏文章的各種證明過程和細節,寫出比佩氏網文內容多出數倍的補充證明論文,三名數學家聯名率先公開發表。

然而,意想不到的是,《紐約客》發表一篇長文章,在謳歌佩氏是攻克世紀難題的英雄時,極力誹謗丘先生為貪名搶功的壞人。這一起惡意潑污的報道令丘先生莫名其妙,報道中披露的一些細節丘先生只在當年單獨告訴過自己的門生,外人並無從知曉,由此可見人心之叵測。

丘先生説:“雖然名譽受損令我不快,但最後決定恢復名譽的方法不在法庭,而在課堂、書房之中。我適宜把此事拋諸腦後,法律上的纏鬥只會適得其反。”“那些有關本人的文章,不管是褒是貶,也不用想太多。希望能集中精力對付數學,進行研究,這才是我之所樂,我之所愛。精神受到壓力的日子,我每以工作為寄託,數學從來沒有讓我失望。”

如斯純粹的坦蕩君子,依然會引來親朋故舊的非議。好在日久見人心,一切最終自有公論。丘先生幾十年來不計個人得失,無私支持祖國科學事業,免不了會讓心術不正者忌恨甚至誣陷,但這並不會減損他的光芒。他縱橫學術界數十年,遇到看不慣的事,常常像揭穿“皇帝新衣”的孩童那樣“天真”,因此得罪了不少學界“大腕”。不過,丘先生着急甚至痛心的,並非個人得失,他考慮的是中國事業非一姓一氏之榮枯,而是炎黃子孫的共同未來;他希望的是中國人能夠站在更高的舞台上,以更大的胸襟追求人類更高更遠的價值,推動科學進步促進中國現代化;他焦慮的是現實的慣性往往很大,改變起來太不容易。

真理吾師兩分明

丘先生一向支持年輕人挑戰權威,他呼籲國內學界與專家給予年輕人更多創造性空間,甚至允許年輕人能按照自身想法“另立門派”從事科學研究。他説:“不單單走前人走過的路,還要走一條有意義的路!中國三千多年來都重視孝道,孔子説:三年無改父之道,可謂孝矣。這樣的孝道後來發展成對老師及其派系的盲從……在尋求真理的路徑上,大部分人都不願意偏移對於某些老教授的盲目尊崇,即使這些老教授已經幾十年不做科研,只在説一些空洞的話。”

丘先生深受傳統文化薰陶,崇禮尊師根深蒂固。半個世紀以來,他與陳省身師生倆矗立起一座座學術豐碑,兩人的名字被國際天文聯盟永久鐫刻在兩顆小行星上,“永遠繞着太陽,在橢圓的軌道上運行。”

丘先生十分感念陳先生的師恩,“陳先生真是偉大,對好的學問願意兼容幷蓄。當我的研究進展順利時,他開始改變他的看法。”丘先生覺得,這樣寬懷的中國學者並不多見。中國科學的崛起,需要年長的學者都有這樣的胸襟。他説:“回想他對我所做的一切,感謝他開始時的提攜,包括幫我到伯克利。陳先生的形象高大若神,我記得師母剛去世後不久,他搬回加州的舊居。我專程從波士頓飛去加州拜候他,陳先生一個人坐在客廳裏,將剛好完成的一本書放在茶几上。夕陽西下,我走進客廳時,感覺就如向由馬龍白蘭度在電影《教父》中扮演的維託-柯里昂先生求助一樣。”他對於陳先生的評價始終熱烈而客觀,但“吾愛吾師,吾更愛真理”。丘先生堅信,陳先生在就如畢達哥拉斯和數學史上那些傳奇人物一樣,在“那羣人中自有突出的地位”,他的貢獻將流芳百世。

丘先生認為陳先生晚年工作的意義不大,不宜與年輕時所做工作相提並論,顯然沒有“為尊者諱”,無懼被陳先生頗有影響的家人誤會,讓被神化的陳先生重新回到人間。青出於藍而勝於藍,以更傑出的學術成就回報師恩,這本是世界數學史上佳話。對於後期師生關係變僵,丘先生深以為憾。他原本希望最終能與老師和好如初,卻不料2004年12月陳先生永遠地離開了。

丘先生在序言中深情滿懷地説:“餘無西方科學之薰陶,無以至今日。美國之價值觀,於我心有慼慼焉。然中華文化舊壤,父母之邦,飲水思源,無日或忘。富貴非吾願,他鄉不可期。唯願中美友誼永固,忠恕傳家,科學長青。”

“這個從汕頭來的窮孩子,一頭栽進了對自然奧秘的探求,又有幸在其中有所得着。”這是丘先生自傳的最後一句話。

我想,每一位有心的讀者都可從丘先生的這本自傳中有所得着。供圖/鍾秀斌

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