丘成桐:我的數(shù)學之路

      3月23 日上午,著名數(shù)學家丘成桐先生在五所報告廳進行了精彩的演講,現(xiàn)將內(nèi)容與大家共享,讓我們重溫丘先生的“數(shù)學之路”。

      我在香港的郊區(qū)──元朗和沙田──長大。那里沒有電,也沒有自來水。小時候就在河中洗澡。家中有八兄弟姐妹,食物少得可憐。我五歲時參加某著名小學的入學試,結(jié)果沒考上。原因是用了錯誤的記號,如把57反寫成75 ,69反寫96。

      我只能上一所小小的鄉(xiāng)村學校。那里有很多來自農(nóng)村的粗野小孩。

           

      受到這些小孩的威嚇,加上老師處理不善,不到一年,我便身患重病。在家中養(yǎng)病的半年,我思索如何跟同學老師相處。升上小六時,我已經(jīng)是一群小孩的首領,帶著他們在街頭亂闖。

      家父是位教授。他教了我不少中國文學。可是,他并不知道我曾曠課好一段日子。(或者這是因為我在家中循規(guī)蹈矩,他教授的詩詞我也能背誦如流。)逃學的原因是老師不怎樣教學,在學校悶得發(fā)慌,不久連上街也覺得無聊了。當時香港有統(tǒng)一的升中試。我考得并不好,但幸好分數(shù)落在分界線上。

      政府允許這些落在分界線上的學生申請私立中學,并提供學費。我進入了培正中學。培正是一所很好的中學。中學生涯的第一年乏善可陳。我的成績不大好,老師常常對我很生氣。大概剛從鄉(xiāng)村出來,“野性”未改吧。我熱中于養(yǎng)蠶、養(yǎng)小魚,到山上去捉各種小動物。沙田的風景美麗清新,在大自然的懷抱里,倒是自得其趣,到如今還不能忘懷。

      當時武俠小說盛行,我很喜歡讀這些小說,沒有錢去買,就向鄰居借。父親不贊成我讀這些小說,認為膚淺,但我還是偷偷去看,也看了各種不同的章回小說如七俠五義、說岳全傳、東周列國志等雜書。父親從我小學五年級教我詩詞、古文和古典小說如三國演義、水滸傳、紅樓夢、西廂記等。父親堅持我在看這些小說時,要背誦其中的詩詞。當時雖以為苦,但順口吟誦,也慢慢習慣。總覺得沒有看武俠小說來得刺激。

      但是真正對我有影響的卻不是武俠小說。中國古典文學深深影響了我做學問的氣質(zhì)和修養(yǎng)。近代的作品,如魯迅的也有閱讀。記憶深刻的︰“路是人行出來的,自己的路更要自己去走。”

      我們家中常有父親的學生來訪,往往興高采烈的談學問。他們討論時常常談及希臘哲學,雖然我對希臘哲學不大了解,但卻對它留下深刻的印象。希臘學者對真理和美無條件的追求是我一生做學問的座右銘。他們對康德的哲學、對自然 辯證法的討論使我莫名其妙,但是久而久之,竟然引起了我對自然科學的興奮。西方的作品如浮士德、戰(zhàn)爭與和平等文學著作,雖有接觸,但遠不如中國文學對我的印象深厚。

      我開始研讀史學名著史記和左傳。對史記尤其著迷。這不僅是由于其文字優(yōu)美、音調(diào)鏗鏘,還是因為它敘事求真,史觀獨特。直到現(xiàn)在,我還不時披閱這書。史學大師駐足高涯,俯視整個歷史,與大科學家的思入風云,干宇宙之奧秘遙相呼應。在當時讀這些文章,大多部份不能夠領會,尤其困難的是讀馮友蘭寫的新原道和新原人,但是重復的去讀,總有點收獲。

      好讀書,不求甚解, 每有會意,便欣然忘食。其實在做科學時,也往往有同樣的經(jīng)驗,讀書只要有興趣,不一定要全懂,慢慢自然領會其中心思想,同時一定要做到︰不戚戚于貧賤,不汲汲于富貴。這是古人的經(jīng)驗,陶淵明的古文和詩有他的獨特氣質(zhì),深得自然之趣,我們做科學的學者也需要得到自然界的氣息,需要同樣的精神。

      在以后的日子里,我都以此作為原則,以研讀學問為樂事,不以為苦。在父親的循循善導下,我開始建立我對人生的看法。

      到如今,我讀史記至以下一段時,仍然使我心志清新︰

      司馬遷:孔子世家贊

      天下君王至于賢人,眾矣!
             當時則榮,沒則已焉,孔子布衣,
             傳十余世,學者宗之。

      假如我們追求的永恒的真理,即使一時的挫折,也不覺灰心。

      韓愈

      茍余行之不迷,雖顛沛其何傷。

      我讀左傳,始知有不朽的事情。

      左傳

      叔孫豹論三不朽

      太上有立德,其次有立功,其次有立言,

      雖久不廢,此之謂不朽。

      以前我以為立德跟立言沒有關(guān)系,但是數(shù)十年的觀察才知道立德的重要性。立德立功立言之道,必以謙讓質(zhì)樸為主。我有一個學生在南京大學電視臺訪問自炫 :“”會當凌絕頂,一覽眾山小",真輕妄浮夸之言。其實遠山微小,越近越覺其宏大。往往眾人合作才能跨過困難的地方,在沒有嘗試創(chuàng)作性的學問時,才會說這種膚淺的說話。

      在培正的第二年,我多言多動,老師要記我小過。她是我的班主任,責任心強,誠然是為我好。當她知道家父是位教授,但卻拿著微薄的薪酬后,大為震動。此后在她悉心栽培下,我在課堂上規(guī)矩多了。

      就在這年,我們開始學習平面幾何。同學對抽象思維都不習慣。由于在家中時常聽父親談論哲學,對利用公理進行推導的做法,我一點也不覺得見外。學習幾何后,我對父親的講話,又多明白了幾分。利用簡單的公理,卻能推出美妙的定理,實在令人神往。對幾何的狂熱,提高了對數(shù)學──包括代數(shù)──的鑒賞能力。當你喜歡某科目時,所有有關(guān)的東西都變得淺易。

      我對歷史也甚有興趣。它培養(yǎng)我對事物要作一整體觀。事件是如何發(fā)生的?到底是甚么原故?將來會如何?就在這時,父親完成了他的西方哲學史。他跟學生談話,總是說應整體地看歷史。這種觀念深深地影響了我。這種想法,在往后的日子中,指引我去尋找研究項目。父親的書對我有很深的影響。

      書中第一頁的引言︰

      文心雕龍   諸子

      身與時舛,志共道申。 標心于萬古之上,而送懷與千載之下。

      這是何等的胸襟。

      哲學史的目的有三,

      一曰求因,哲學思潮其源甚伙,必先上溯以求之。

      二曰明變,往昔哲學思想交纏屈結(jié),故重理其脈絡,是為要務。

      三曰評論,所有思潮及其流派,皆一一評論,作警策精辟之言。

      這三點和自然科學的研究有密切的關(guān)系,再加上創(chuàng)新,則可以概括研究的方法了。

      十四歲時,父親便去世了。這或許是我一生中最大的打擊。在一段頗長的日子里,對父親離開了我和家人的事實,我都不能置信。家中經(jīng)濟,頓入困境,我們面臨輟學。幸得母親苦心操持,先父舊交弟子的援手,我們才幸免如此。

      家中遽變,令我更成熟堅強。困境中人情冷暖,父親生前的教導,竟變得真實起來。以前誦讀的詩詞古文,有了進一步的體會。我花了整整半年,研習古典文學和中國歷史,藉此撫平繃緊的心弦。典麗的詩詞教人欣賞自然之美。

      我閱讀了大量數(shù)學書籍,并考慮書中的難題。當這些難題都解決掉后,我開始創(chuàng)造自己認為有挑戰(zhàn)性的題目。由個人去創(chuàng)造問題此后變成我研究事業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。學校的課本已經(jīng)不能滿足我了。我跑到圖書館、書店去看書。我花了許多時間打書釘,閱讀那些買不起的書本。我讀了華羅庚先生寫的很多參考書,無論在分析或數(shù)論上的討論,都漂亮極了。也看了很多幫助課堂解題,例如陳明哲寫的一些小冊子,一般來說,我會比課程早一個學期做完所有的習題,所以聽數(shù)學課是一程享受。

      打從十五歲起,我開始替低年級學生當家教,以幫補家計。我找到一些巧妙的方法,使成績低劣的孩子搖身變成優(yōu)等生,為此我覺得有點飄飄然。我積累了教導年青人的經(jīng)驗,同時也體會到教學相長的道理。

      我們的數(shù)學老師十分好。他教授的內(nèi)容,比課程要求來得艱深,但我覺得絲毫不費氣力。其實我的同學們雖然叫苦,但是總的來說,數(shù)學都不錯,這叫做取法乎其上,得乎其中。

      近代數(shù)學的教學方法,恐怕適得其反,取法乎其中,得乎其下。

      當時我們的物理老師不太行,對此不無失望。中學時養(yǎng)成不了物理上的基本直觀,至今于心還有戚戚焉。國文老師卻是無懈可擊。他是我的父執(zhí)輩。他教導我們思想要不落俗套。

      國文教師說思惟要自出機杼,讀好書之余,爛書也無妨一讀,以資比較。因此我甚么書都啃。他這種觀點,就是放諸我日后的科學生涯中,也有其可取之處。

      作文堂的一個典型題目︰豬的哲學觀

      于是大伙兒興高采烈,自由發(fā)揮。

      在班里我并非名列前茅,數(shù)學科的等級也不見得最高。但我比同班諸子想得更深,書也讀得更多。

      中學讀書,除數(shù)學外,真正對我前途有影響的是國文和歷史。

      現(xiàn)在來談談中學國文和歷史對我的影響。最重要的是立志,覺得做學問是一輩子的志愿。

      典論 論文       曹丕

      蓋文章,經(jīng)國之大業(yè),不朽之盛事。年壽有時而盡。榮樂止乎其身。二者必至之常期,夫若文章之無窮。是以古之作者,寄身于翰墨,見意于篇籍,不假良史之辭,不托飛馳之勢,而聲名自傳于后。

      立志之后,必需培養(yǎng)興趣,而做習題和思考是不二法門︰

      論語

      學而時習之,不亦樂乎。

      學而不思則罔,思而不學則殆。

      楚辭

      路曼曼其修遠兮

      吾將上下而求索

      做學問要有興趣,才能深入,但追求學問的道路曲折有致,必須要有毅力,才能持久。

      楚辭

      亦余心之所善兮

      雖九死其猶未悔

      抽思

      惟郢路之遼遠兮

      魂一夕而九逝

      在中學和大學的教育中最重要的一環(huán)是︰

      培養(yǎng)氣質(zhì)

      孟子︰我知言,我善養(yǎng)吾浩然之氣。

      曹丕︰譬諸音樂,曲度雖均,節(jié)奏同檢,至于引氣不齊,巧拙有素,雖在父兄,不能以移子弟。

      岑參︰性靈出萬象。

      但是師友和讀書的環(huán)境卻足以轉(zhuǎn)變?nèi)说那閼蜒胖尽?/p>

      汪中︰撫弦動曲,乃移我情。

      做學問,無論是自然科學或文學都有氣質(zhì)的問題,從文章中,往往可以看出作者的修養(yǎng)。古代注重音樂,從樂聲中可以看見國家的盛衰,也是同樣的道理。

      季札觀樂﹙左傳﹚

      吳公子札來聘,請觀于同樂,使工為之歌周南召南。曰美哉,始基之矣。猶未也,然勤而不怨矣……

      為之歌鄭,曰美哉,其細已甚。民不堪也,是其先亡乎。

      為之歌齊,曰美哉,泱泱乎,大風也哉。表東海者,其太公乎……

      為之歌大雅,曰廣哉,熙熙乎,曲而有直體,其文王之德乎。

      在培養(yǎng)氣質(zhì)上,師友的關(guān)系至為重要。

      韓愈

      師者,傳道授業(yè)解惑者也。

      論語

      三人行,必有我?guī)熝伞?

      在與師友相交之際,言必及義,而最重要的善于發(fā)問。

      善問者如叩鐘,問之大者則大鳴,問之小者則小鳴。中國科學家最欠缺的是發(fā)問的精神。歷史上最著名的是屈原的天問篇︰

      遂古之初,誰傳道之,上下未形,

      何由考之……。日月安屬,列星安陳。

      以后的學者很少有這種精神,可能是科學不發(fā)達的一個原因。 善于發(fā)問后,才能尋找到自己志趣所在,才能夠擇善而固執(zhí)之。

      楚辭
            民生各有所樂兮 
            余獨好修以為常 
            雖體解吾猶未變兮 
            豈余心之可懲 
            涉江 
            茍余心其端真兮 
            雖僻遠之何傷

      很多同學開始時讀書讀得很好,以后就灰心了,不求上進,一方面是基礎沒有打好,又不敢重新再學,一方面是跟師友之間的關(guān)系沒有搞好,言不及義,得不到精神上的支持。有些則名利熏心,不求上進。我有些學生畢業(yè)時很踏實,受到表揚,就以為自己了不起,事實上學問還沒有成熟就凋謝了。

      離騷 
             何昔日之芳草兮, 
             今直為此蕭艾也。 
             豈其有他故兮, 
             莫好修之害也。 
             以下引韓愈作文的態(tài)度實在值得各人去參考︰
             韓愈 答李翊書

      始者非三代兩漢之書不敢觀,非圣人之志不敢存,處若忘,行若遺,儼乎其若思,茫乎其若迷。當其取于心而注于手也,惟陳言之務去,戛戛乎其難哉!…… 

      其觀于人也,毀之則以為喜,譽之則以為憂,以其猶有人之說者存也。如是者亦有年,然后浩乎其沛然矣。吾又懼其雜也,迎而距之,平心而察之。其皆醇也,然后肆焉。雖然,不可以不養(yǎng)也。行之乎仁義之途,游之乎詩、書之源,無迷其途,無絕其源,終吾身而己矣。

      一九六六年我進了中文大學。雖然對歷史抱著濃厚的興趣,我還是選擇了數(shù)學作為我的事業(yè)。 

      就在這時,中學時念的高等數(shù)學漸漸消化,開始時還不大懂,但一下子全都懂了。我比班中同輩高明不少。

      大學的數(shù)學使我大開眼界。連最基本的實數(shù)系統(tǒng)都可以嚴格的建立起來,著實另人興奮萬分。當我了解數(shù)學是如此建構(gòu)后,我寫信給教授,表達我的喜悅。這是本人賞析數(shù)學之始。

      一位剛從柏克萊畢業(yè)的博士來了香港,他名叫史提芬色拉夫﹙Stephen Salaff﹚。他對我大為贊賞,我們合寫了一本有關(guān)常微分方程的書。 

      另外一位老師布狄﹙Brody﹚來自普林斯頓。他有一套獨特的教學法。他找來一本高深的數(shù)學著作,然后要求學生在書中找尋錯誤,并提出改正的方法。這是讓我們不要盲目依賴書本的良方。同時也訓練了我對書本上定理采取存疑的態(tài)度。我有時將某些定理推廣了,在課堂上說出來,他聽了很高興。這些教導的重要性在于 

      ── 培養(yǎng)成獨立思考的習慣 

      ── 在人前表達數(shù)學同時在表達數(shù)學的時候,找出自己的弱點,與同學和老師一同切磋。

      這不論對自己或?qū)ψ约喝蘸蟮慕虒W都十分要緊。

      古人說學無常師,其實教亦無常法,有之,因人而施教也。

      孔門弟子問仁,孔子對每個人有不同的回答方法,而孔門弟子因此各有所長。

      孔子教學有禮樂射御書數(shù)。西方柏拉圖(Plato)教學有幾何、數(shù)論、天文和音樂,合稱數(shù)學。

      古今中外都以培養(yǎng)通材為訓練領袖的主要過程。 

      現(xiàn)代社會需要政界和工商業(yè)的領袖,也需要大量的工人、會計師、律師等的白領階級和藍領階級,訓練他們可能有不同的層次。但是有一點很重要的︰作為一個知識分子必需要具有推理的能力。

      自古以來最要緊和最富用途的就是三段論證方法。在學校學習邏輯方法最好的莫過于平面幾何的公理系統(tǒng)。熟習證明使我們思考清晰。 

      良好的中學教科書,必需要包含公理系統(tǒng)的學習。平面幾何的本身可能沒有用途,但是它的方法卻是最重要的。

      正如朱自清寫的荷塘月色的內(nèi)容可能不重要,但我們要學他的文字的應用,書寫流暢的做法。學習需要融匯貫通,更需要博聞強記。

      有些人以為數(shù)學每一步都可推理,不宜強記,這是極為可笑的說法,我還沒有親眼看過一個偉大的數(shù)學家有這種能力。即使在做研究的時候,我們不能不記憶前人或近人的工作,使我們能夠向前作新的研究。

      往往記熟某一門技巧后,我們會突然融匯貫通,所以多做習題是很緊要的事,假如能夠讓學生在課堂上有所表現(xiàn),不單老師對他們了解,他們也了解自己有甚么不懂的地方。  

      學生既要強記,亦要貫通,兩者能混而為一乃是絕妙之處。

      同一個問題,可能有超過很多個不同的解法,學生能用不同的方法解題,值得鼓勵。譬如來說,畢氏定理(勾股定理 )是數(shù)學中最基本的定理,古往今來有無數(shù)的不同證明,能夠舉出一些不同的證明,會讓學生了解不同的看法可以達到同一的目標。近代數(shù)學的大發(fā)展,往往起源于用不同的手法解決同一的問題,所以不可 少看這些不同的證明。

      數(shù)學既可以實用,亦獨立為一至為美麗的學科,習題可以重視實用,但絕對要討論看來無用但美麗的工作,重要的數(shù)學的發(fā)展可以從實用而形成,也可以追求純美而成功,要注意的是︰所有重要的實用數(shù)學都建基在純美的數(shù)學上。

      數(shù)學家和數(shù)學是分不開的,能夠多談數(shù)學歷史和數(shù)學家的經(jīng)歷,會對培養(yǎng)學生的興趣有極大的幫助。

      一本數(shù)學教科書能夠引導學生的興趣是一本最成功的教科書,可以講故事﹙數(shù)學家的故事、創(chuàng)造這些命題的過程、中國數(shù)學、希臘數(shù)學、巴比倫的數(shù)學、阿拉伯的數(shù)學,都是有意思而影響著近代數(shù)學家思維的常識。﹚,可以跟其它學科如物理、工程、經(jīng)濟、音樂等等溝通的數(shù)學都值得討論。能使學生以學數(shù)學為樂乃是成功的教科書。

      雖然只讀了三年大學,已經(jīng)完成了大學的課程。在拉夫教授的幫助下,我進入了柏克萊的研究院。柏克萊的數(shù)學系當時在世界數(shù)一數(shù)二。我八月入校,便認識了陳省身教授。他后來成為我的論文導師。

      在香港時我醉心于極度抽象的數(shù)學﹙當然我的分析功夫也很扎實﹚,覺得數(shù)學愈廣泛愈好。我打算念泛函分析,已經(jīng)學了不少這方面的東西,包括丹福一史華滋有關(guān)的巨冊,還有不少有關(guān)算子代數(shù)的書。到柏克萊后,認識不少卓越的學者,我的看法改變了。

      我如饑似渴地從他們處學習不同的科目。從早上八時到下午五時我都在上課﹙有時在班上吃午飯﹚。這些學科包括拓樸、幾何、微分方程、李群、數(shù)論、組合學、概率及動力系統(tǒng)。我并非科科都精通,但對某幾門學問格外留神。學拓樸時,發(fā)現(xiàn)跟以前學的完全不同。班上五十人,每個人看來都醒目在行,比我好多了。他們表現(xiàn)出色,說話條理分明。 

      于是我埋首做好功課,不久之后,我發(fā)現(xiàn)自己畢竟也不賴。關(guān)鍵是做好所有棘手的題目,并把這些題目想通想透。我讀了約翰米拿﹙John Milnor﹚的一本書,對里面講到的曲率的概念深深著迷。米拿是位卓越的拓樸學者。

      我開始思考與這書有關(guān)的問題,并大部分時間呆在圖書館。當時研究生并沒有辦公室。柏克萊名牌教授不少,然而不久之后,我對他們竟有英雄見慣的感覺。在圖書館里我讀了不少書藉和期刊。

      在柏克萊的第二個學期,我漸漸能證出一些不簡單的定理。這些定理與群論有關(guān)。在崇基時,我跟老師聊天時曾談及有關(guān)的內(nèi)容,我現(xiàn)在把它用到幾何上去。教授都為我的進展而驚訝不已,欣慰非常。其中一位教授開始與我合作,寫了兩篇論文。陳省身教授其時正在放年假。當他回來時,對我的表現(xiàn)甚為嘉許。  

      縱然如此,對這些工作我倒不覺得怎樣。摩里教授﹙Charles B. Morrey﹚有關(guān)非線性偏微分方程的課,令人難忘。他教授的非線性技巧,當時并不流行。他的書也佶屈聱牙。但我隱隱感覺到他發(fā)展的技巧十分深奧,對未來幾何學的發(fā)展舉足輕重。我用心地學習這些技巧。雖在盛名之下,聽他課的學生同事都不多。到學期終結(jié)時,我竟成為他班上唯一的學生。他索性就在辦公室里授課了。這科目后來成為我數(shù)學生涯的基石。

      完成幾篇文章后,陳教授到處說我是何等出色,雖然他對我的工作認識不深。我開始全盤地思考數(shù)學,尤其是幾何。我也試圖去研究幾何學的其它問題,可是進度緩慢。這年夏天老友鄭紹遠從香港來了,我們在校園旁租了一所〝柏文〞,心情更加開朗了。  

      就在這個夏天,我請求陳教授當我的論文導師,他答應了。約一個月后,他告訴我,我在一年級時的文章,已夠格作為畢業(yè)論文。我有點悶納,心想這些工作還不夠好,而且我還希望多學點東西。就這樣,在第二個學年中我學了不少復幾何及拓樸。陳師對我期望甚殷,他提議考慮黎曼猜想。十分遺憾的是,到目前為止,我還沒有想過它。

      代而之者,我嘗試去了解空間的曲率。我確認卡拉比﹙E. Calabi﹚在五十年代作出的某建議,會是理解這概念的關(guān)鍵。當時我不認為卡拉比是對的。我開始對此深思苦想。這并不是個當代幾何學者研究的標準課題,明顯地,這是分析學上的一道難題,沒有人愿意跟它沾上邊。  

      我漸漸養(yǎng)成把分析作為工具引進幾何中的志趣。在此之前,曾有人把非線性理論用于三維空間的曲面上。但我考慮的,卻是任意維數(shù)的抽象空間。

      由于摩里教授及陳師對極小曲面的興趣,我亦對這項目深深著迷。對調(diào)和映照尤其情有獨鍾,并因此鉆研了變分法。

      我對幾何中的所有分析內(nèi)容都感興趣。簡而言之,就是要把非線性微分方程和幾何融匯成一體。要了解非線性方程,就必須先了解線性方程。因此我建立了在流形上調(diào)和函數(shù)的主要定理。在我的影響下,鄭紹遠研究了有關(guān)的特征值及特征函數(shù)等問題。我們合作寫了幾篇重要文章,到而今還是這項目的基礎。 

      畢業(yè)時我得到幾份聘書。陳師提議我到高等研究所,那兒的薪水不及哈佛提供的一半。但我還是到那兒去了。在高等研究所我認識了其它科目出色的數(shù)學家。同時提升了對拓樸,尤其是空間對稱理論的鑒賞力。事實上,利用分析的想法﹙在流形上的群作用﹚,我解決了這科目的一些重要課題。

      由于簽證的問題,我到了紐約石溪分校。當時石溪是尺度幾何的重鎮(zhèn),事實上那兒真的不錯,聚集了一批朝氣勃勃的幾何學家。我學習他們的技巧,但并不認為那是幾何的正確方向。

      一年后我到了史丹福,當時那里并沒有幾何學者。史丹福環(huán)境安寧,非線性偏微分方程很出色。在那里我碰見好友李安西門及共同的弟子孫理察。我們一起拓展了在幾何上的非線性分析。  

      陶淵明

      久在樊籠里,復得返自然。

      我剛到史丹福時,一個幾何大會正在舉行。有位物理學家應邀就廣義相對論發(fā)言。

      當時我對物理還不算在行。但對他提及有關(guān)相對論的一個幾何問題卻一見傾心。賦予空間的數(shù)學解釋,與空間物理導出數(shù)學問題,兩者皆令人神往。

      問題當時對我而言,還是遙遠不可及。但我對它念念不忘。

      在會議期中,我找到了一個辦法,去反證卡拉比的提議。我發(fā)表了我的想法,反應似乎不錯,沒人提出異議。人們都松了口氣,畢竟大家都猜對了,卡拉比猜想是不對的。

      兩個月后,卡拉比教授寫信給我,厘清了我的一些想法。

      我在推理中找到一個嚴重的缺口。在我的研究生涯中,這可說是最痛苦的經(jīng)歷了。我輾轉(zhuǎn)反側(cè),不能成眠。差不多兩個星期都失眠,眼見名譽因犯錯﹙雖然我沒把想法成文發(fā)表﹚而毀于一旦。經(jīng)過反復仔細審閱每個步驟后,我相信問題反過來才對。為卡拉比猜想舉出反例,其論據(jù)是先假設它是對的,然后考慮其后果。數(shù)年后,當我解答了這個猜想,很多有關(guān)的自然推論就水到渠成了。

      意識到卡拉比猜想是對的后,我便朝著正確的方向邁進。在準備最后的證明前,需要大量的準備工作。我和鄭紹遠合作研究蒙奇─安培方程、仿射幾何、極大曲面等相關(guān)問題。與孫理察合作搞調(diào)和影照,與孫理察和李安西門搞極小曲面。在短短兩年里,我們于與幾何有關(guān)的非線性分析,碩果累累。這是幾何學的黃金時代。

      屈原 
            固余心之所善兮, 
            雖九死而猶未悔。 

      新婚伊始,我找到完成卡拉比猜想的正確想法。我終于掌握了凱勒﹙Kahler﹚幾何中的曲率了。

      一些老大難的代數(shù)幾何問題,都因卡拉比猜想的證明而解決掉。當時我認為我首先了解到Kahler幾何的曲率結(jié)構(gòu)后,有物我相融的感覺︰落花人獨立 微雨燕雙飛 

      紐約時報 2003年9月2日

      宇宙一懸案 眾人答案殊 

      弦理論中的一個困難在于它要用十維的時空來描述,而我們生存的空間只有四維而已。史創(chuàng)敏格﹙Strominger﹚博士回憶起他在找到數(shù)學家丘成桐博士的一份論文時的萬分喜悅之情。丘博士現(xiàn)在任教于哈佛大學及香港中文大學。在這篇文章里他證明了尤金尼奧?卡拉比﹙Eugenio Calabi﹚博士提出的猜想。卡拉比博士現(xiàn)已從賓夕凡尼亞大學退休。猜想指出這些額外的維數(shù)雖然不可捉摸,但在微觀下可以想象它們卷曲起來,就像地毯的小毛圈。

      完成卡拉比猜想的證明后,我看出自己建立了融合兩門重要科目──非線性偏微分方程和幾何──的架構(gòu)。

      一九七六年我在 UCLA碰見老友麥克斯﹙Meeks﹚,他是我在研究院時的同學。他的景況不大好。Meeks 是位具原創(chuàng)性的數(shù)學家,我向他提議合作,試圖把極小曲面和三維流形的拓撲聯(lián)系起來。

      結(jié)果成績斐然。我們解決在這兩門科目中的兩個經(jīng)典難題︰

      1. 當一塊肥皂膜的邊界是凸時,膜面不能自相交。

      2.史密斯猜想的證明,這是與霍斯頓﹙Thurston﹚工作結(jié)合的成果。

      一旦把方向校正了,很多古典問題便能迎刃而解。

      次年,我回到柏克萊訪問,并組織了“幾何上非線性問題”的研討班。孫理察和鄭紹遠都在那兒。和理察一起,我們終于解決了那個使我念念不忘的有關(guān)廣義相對論的難題。這道難題叫做正質(zhì)量猜想,它在廣義相對論中占基本的地位。﹙只有當質(zhì)量為正時,時空才能穩(wěn)定。﹚

      一九七八年我又回到史丹福。和蕭蔭棠一起,我們利用極小曲面作為工具,解決了復幾何上有名的法恩科﹙ Frenkel ﹚猜想。我也利用了調(diào)和映照作為工具去研究離散的群對稱。這些想法,迄今仍有其價值。利用我們在廣義相對論的工作,孫理察和我研究了具正純量曲率的流形的結(jié)構(gòu)。

      一九七九年我們在高等研究所舉辦微分幾何年。差不多所有幾何學家都來了。我們?yōu)閹缀螌W厘定了發(fā)展的方向。我提出一百條在幾何里的有趣問題。到目前為止,有的已經(jīng)解掉了,但有的還是迄立不動。

      七十年代確是幾何學的豐收期。

      到了七十年末期,我在數(shù)學界可說是略有名望。對于我解決的難題,媒體也有廣泛報導。然而,認為我的奮斗目標是獎項,是成名成家,那就不對了。這些都不是本人研究的首要目標。我對數(shù)學的興趣,源于人類智能足以參悟自然的欣喜。從幾何上看,大自然的美是永恒不朽的。

      與朋輩如孫理察、西門、鄭紹遠、麥克斯﹙Meeks﹚、烏蘭貝克﹙K.Uhlenbeck﹚、漢米爾頓﹙R.Hamilton﹚,和稍后的當勞遜﹙S. Donaldson﹚、塔貝斯﹙H. Taubes﹚、惠斯根﹙G. Huisken﹚等人的共同努力下,幾何上的非線性分析已匯成大流。它于探討自然之美中的作用不容低估。晚近的進展更顯示它在物理及其它應用科學中的重要性。

      當幾個重要領域──幾何、非線性分析、代數(shù)幾何、數(shù)學物理──自然地融合在一起后,經(jīng)典的老大難題便會迎刃而解。解決難題可以視為人們理解大自然的路燈柱。

      但是幾何學實在超越了科學家的想象,它日新月異,觀念層出不窮,偉大的數(shù)學家高斯曾說︰ “竊意以為幾何之本,其真?zhèn)螌嵎侨祟愋闹撬茏C明,亦非人類心智所能理解者,余意于此,日久邇堅。此等空間之屬性,莫測高深,后之來者,或有灼見,得窺堂奧。惟今之世,吾輩宜視幾何學與純先驗之算術(shù)為殊途,宜彼與力學并列也。C. F. 高斯 (1817) 

      在過去十年間,我和合作伙伴正在致力研究基本物理在幾何中的作用。為了從物理中掌握動機后面的直觀,我花了不少時間參加物理系辦的研討班。在與理論物理學家的交往中,我們獲得了一些數(shù)學上深刻的定理。其中重要的概念是所謂對偶性。對偶性這概念,優(yōu)美典雅。它指出在某理論中的強作用等同于另一理論中的弱作用。這與中國道家或陰陽有不少共通之處。但對偶性嚴格得多,同時它是定量的。利用它我們可以算出某些數(shù)學量。如果用其它方法來進行,那是極度困難的。

      為數(shù)學而數(shù)學,實屬顯然,何須三思。

      于無用諸物理學之種種數(shù)學理論,均需一視同仁,與其它理論無分軒輊。---- 彭加箂

      使余復稚年,童蒙初習,則愿從柏拉圖之教晦,自數(shù)學始。---- 伽里略

      關(guān)于香港數(shù)學課程的評論,在上述個人的經(jīng)歷中,我已經(jīng)指出我在香港受到良好的數(shù)學教育,但是由我接觸到的香港學生和教育工作同事的談論中,我發(fā)覺香港的數(shù)學教育質(zhì)素,與當年的名校相比,質(zhì)素有明顥的下降。

      一方面注重普及教育,在有意和無意間,將有興趣和有意義的數(shù)學教育忽略。即使學生質(zhì)素良好,只是學習淺易的課題,既無挑戰(zhàn)性又無興趣,慢慢就喪失學習的目標,而自暴自棄。在九零年代,香港很多好的中學生高中到外國留學實在不少,但是即使留學的中學生,大多不想念研究院,與五零年代到八零年代中葉大不相同,留在香港讀大學的學生,對基本科學的興趣也極為缺乏。

      但是這三年來香港學生開始對學問又重新拾起興趣,但是太過注重普及教育,而不教育美麗而能夠幫助訓練學生邏輯的幾何學,是一個很大的錯誤。

      數(shù)學里面種種的分枝,如概率論、線性方程組、微積分、代數(shù)和它們在物理學、工程學和經(jīng)濟學上的應用都應當使學生有所接觸,更重要的是要求他們做習題,融會貫通的唯一方法是多學多思考多討論,并多接觸課外書。
       

       
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