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驰骋数学五十载几何人生报家国科技名家笔谈

丘成桐的肖像。彰武长辉丘成桐与参加“2021丘成桐中学科学奖”全球总决赛的部分选手和一线教师合影。我从事数学研究已经五十多年了。在我看来,数学是所有学科的基础。...
驰骋数学五十载几何人生报家国科技名家笔谈

丘成桐的肖像。彰武长辉

丘成桐与参加“2021丘成桐中学科学奖”全球总决赛的部分选手和一线教师合影。

我从事数学研究已经五十多年了。在我看来,数学是所有学科的基础。它是通过系统的、逻辑的方法去发现自然的真相,是对实验科学的补充。通过实验科学,我们可以找出真理的方向,但仅靠实验科学是无法找出真理的。只有通过逻辑方法和有序的证明才能发现真理——这是数学家的工作。

遭遇卡拉比猜想

1969年,我生平第一次坐飞机,口袋里只有不到100美元。我来到加州大学伯克利分校,开始攻读博士学位。这是我一生研究的开始。刚到伯克利时,我渴望尽自己最大的努力吸收数学知识。我花了很多时间在图书馆看数学书,如饥似渴地学习代数拓扑、微分几何、微分方程和群论,旁听了一些其他课程,比如广义相对论。我也有兴趣参加各种讨论课,包括偏微分方程,数论,复几何和代数几何,调和分析和遍历理论。我涉足任何与我的研究无关的课题。这个习惯对我的学术研究影响很大。

在UCB图书馆,我遇到了卡拉比猜想,我的心弦突然产生了共鸣。卡拉比猜想则不同,连接了几何学的某个领域,深而广。但是,我知道拉比猜想的研究不可能一蹴而就,必须持之以恒。前三年我一直在努力找反例证明猜想是错的。就在大家以为我真的推翻了这个猜想的时候,卡拉比的一封信把我惊醒了。我很快做出了180度的转变,并致力于证明卡拉比是正确的。我又花了三年时间才最终证明了卡拉比猜想。这不仅是几何分析的第一次重要胜利,而且解决了代数几何的一些重要问题,并对后来的弦理论产生了深远的影响。

1979年,我和学生孙理查德用几何分析解决了一个困扰物理学家50多年的难题——广义相对论中的正质量猜想。我们已经证明,在爱因斯坦广义相对论的框架下,物质结构是稳定的。这是数学、物理、几何结合的经典范例,至今仍有重要影响。

我和我的朋友、学生一起,进一步把几何和分析结合起来,接触其他现代学科,为几何分析的完善和现代化做出了许多贡献。这个学科到现在还是很厉害的,可见其深度。我很荣幸见证了一个学科的成长。在20世纪,几何在许多学科中发挥了重要作用。我的研究以几何为主,扩展到微分方程、代数几何、拓扑学、数学物理、理论物理的广义相对论、高能物理的弦理论,利用应用数学中的共形理论和最优传输解决图像处理问题。

王国维曾摘录三首宋词,描述古今大业、大学者必经的三种境界。对此,我深信不疑:我们在开始学习的时候,要找准一个制高点,对整个问题有一个透彻的认识,那就是“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望天边”;然后,不睡也不睡地投入其中,即“不悔衣装越来越宽,为伊憔悴”;终于,我灵光一闪,看到了彻底证明的办法。所谓“人寻他千遍,蓦然回首,人在,灯火阑珊处”。

父亲的言行

我父亲很博学。他曾在香港中文大学的前身崇基学院任教。先后讲授《中国古代史大纲》、《中国近代史》、《经济史》、《中国哲学史》、《儒家哲学史》、《西方哲学史》等。在艰难中,他总是对学习最感兴趣,不抱任何功利目的。这一点一直让我敬佩和自豪!

从十岁左右开始,我就看到父亲埋头读书,经常在家和学生交流。当时我还小,印象中他们交流讨论的内容非常丰富,包括古希腊哲学、西方哲学、东方哲学的比较等等。虽然这些题目对我来说很难理解,但它们开始启发我思考相关问题,培养我的抽象思维能力。他对我父亲的诗词颇有造诣,经常给我讲解相关知识,还让我背诵名家名句。小时候总是调皮懒,但还是努力学习,背了一点。

我的父亲有一种强烈的家国情怀,他经常教导我们,作为中国人,我们有机会为我们的国家做更多的事情。我一直记在心里,尽我所能。作为一名中国科学家,40多年来我一直立志要把中国的科学,尤其是数学,推向世界前列。为此,我充分利用自己的国际学术影响力,汇聚国际高端学术资源,先后在大陆、香港和台湾省设立了8个研究所。

父亲有崇高的学术追求,写了大量的学术手稿,却英年早逝。他生前没有条件在付梓出版这些书。直到20年前,我才有机会请人帮忙编纂它们。我把稿子看了一遍又一遍,对父亲印象深刻!最近终于整理出版了父亲的《中西哲学思想》,是丘振英先生的哲学史讲义,作为对父亲的纪念。

追寻自然的奥秘

虽然父亲不是数学家,但我能成为数学家,现在专注于数学教育,很大程度上得益于他的影响。从小父亲就一直教育我要追求和发现自然中蕴含的真善美。这让我从小就对数学产生了浓厚的兴趣和爱好,然后孜孜不倦地学习探索,走上了数学教育的道路。

2021年,我在清华大学牵头成立了求真学院,旨在培养数学科学方面的领军人物。我要培养的不是竞技型人才,也不是普通的数学家,而是真正有能力、有抱负、懂数学、有科学、有文化、有内涵的“通才”。希望数学这门学科能在国内更好的建立起来,培养出一批学习观纯粹的年轻人,希望他们走自己的路。

求真书院的校训“求天人之乐,扩千古之心”,源于父亲写的一副对联,我略加修改。“求天乐”就是在追求自然奥秘的过程中,找到最有意义、最有趣的地方。所谓“兼容并蓄”,就是要胸怀宽广,兼容并包。学习不应该只是为了高考,为了获奖,为了当院士,而是要在科学史上留下重要的轨迹,产生深远的影响。

目前,求真书院有200多名学生,是我们从全国各地找来的最优秀的孩子。八年的“通才”培养计划,就是让他们在不受外界干扰的情况下,沿着数学研究的道路走下去。在求真书院,学生一方面接受数学和物理基础知识的严格训练;另一方面,要学习数学史、科学史、文学等通识课程。,养成宏观的科学观和数学观,具有深厚的人文素养。

文化素养很重要。

对于一个读书人来说,文化素养很重要。我见过很多大学者,他们都有很高的文化修养。例如,安德烈·韦伊,20世纪最伟大的数学家之一,是数论和代数几何的大师。他的研究涉及很多方面,还懂印地语、梵语、拉丁语和多种古典学。

文化修养可以是诗歌,音乐或者其他方面。我喜欢诗词歌赋,它们和数学不一定有直接关系,但在我看来,它们都源于对美的追求,对我产生了很大的影响。

文学和哲学可以净化我们的心灵和思想,同时又汇聚了人类对自然的认识和各种思想,是科学发展的土壤。没有这样的土壤,一流的学习是发展不起来的。大学和中学都应该提供这些土壤,让学生和老师种下思想的种子,打下坚实的文化基础。只有这样,一流的知识才能慢慢发展起来。

学习要看全局,看学习的整个趋势是什么样子,才能判断重要的方向是什么。很多人在解决小问题的时候是开心的;只有少数人从整个知识流动中考虑,从大局中找到自己的方向,做出重要贡献。

真正对人类历史有贡献的学者,一定是有深度的。历史上的大学者,从古希腊的亚里士多德到近代的牛顿、笛卡尔、爱因斯坦,都看得深远。他们的工作是深入研究自然规律。太阳如何运动,其他行星如何运动,几千年来一直困扰着人类。伽利略的时代对牛顿来说是一个伟大的时代。这些科学家不仅解决了这些问题,而且给出了严格的证明和计算。

这些渊博的知识,这些大学者的成就,都源于他们对自然的好奇,而不是出于某种功利的目的。如果仅从实用的角度来看,这些成果既不能提高产量、劳动生产率和经济效益,似乎价值不大;但是,正是这样的成就,这样的知识,对整个民族的科学文化,对整个人类文化的发展进步产生了重要的影响。

希望我们的学生能有这个志向,用心感受自然,真诚热爱自然,努力探索自然,长期致力于一些基础性的、影响深远的研究。要努力培养一批思想纯洁的学者,他们既有探索自然奥秘的由衷热情,又有深厚的家国情怀。只有这样,中国的科学才能赶上世界一流水平。

以一流的学习为目标。

为了成立求真书院,我们准备了十几年,包括为书院聘请世界级大师。我邀请了菲尔兹奖获得者谢尔·伯卡尔、数学物理大师尼古拉·莱·谢蒂金等。有了大师,学生也会逐渐被他们的学风所感染。看着一个重要的、有学问的大师不断思考、建构、尝试、前进、失败,学生们的体验是完全不一样的。我在读数学史和科学史的时候,看到很多大数学家都是在大师的指导下成长起来的。比如20世纪初最伟大的数学家之一希尔伯特,就培养出了赫尔曼·沃尔这样的大学者。

当时我和父亲一起去见国学大师钱穆先生。虽然我不明白他们在讨论什么,但我被那种氛围所影响。我父亲的观点很宏大。和学生谈论儒家哲学和西方哲学,我不能完全理解,但感觉思考的过程很奇妙。我喜欢我父亲斯宾诺莎和康德的哲学。当时上小学,对这些名字并不熟悉,只留下一些印象,但对我后来的学习帮助很大。以后翻翻哲学书,就知道哪些是大家,哪些是重点了。父亲也对一些哲学思想进行了批判和比较,让我明白了做一个学者不能迷信权威,必须培养自己的批判性思维能力。

培养一批一流的数学家是我的特长和梦想。在努力办好求真书院的同时,我也在全国各地的中学培养初中生,让孩子们更早的发挥所长。让十三四岁的学生接触到博大精深的数学文化,学到一流的知识。不是鼓励年轻人,也不是弯道超车,而是培养数学文化。求真书院每年招收100名学生。五六年后,会有几百个学生。如果他们将来能成为基础科学的领军人才,中国基础科学的发展趋势将被他们改变。这不是主观臆测,而是基于现实得出的结论。例如,在美国,最重要的数学家只有一两百人。美国能够在基础科学上不断取得突破,成为世界科技创新的中心,很大程度上是因为该国有一两百名世界顶尖的数学家。

如果一个民族的科学文化没有积累到一定程度,伟大的、基础的知识是不会开花的。我们必须从现在做起,从基础做起,从一点一滴做起,让数学文化的种子在一批优秀的中国学子心中生根发芽。现在带着求真书院的学生在各地举办数学史讲座。通过这一点点努力,中国的数学文化是可以逐步建立起来的。

希望国家和社会能接受这种培养本土领军人才的理念,这样我们才能走自己的路!

中国科协科技传播中心、科学出版社和本报联合推出。

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