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丘成桐教授:数学和中国文学的比较

http://campus.eol.cn 2005-08-10 10:47 文汇报 

  事实上,爱因斯坦的广义相对论也是对比各种不同的学问而创造成功的,它是科学史上最伟大的构思,可以说是惊天地而泣鬼神的工作。它统一了古典的引力理论和狭义相对论。爱氏花了十年功夫,基于等价原理,比较了各种描述引力场的方法,巧妙地用几何张量来表达了引力场,将时空观念全盘翻新。

  同文学极为相似的是,从局部结构发展到大范围的结构也是近代数学发展的过程,往往通过比兴的手法来处理。几何学和数论都有这一段历史,代数几何学家在研究奇异点时通过爆炸的手段,有如将整个世界浓缩在一点。微分几何和广义相对论所见到的奇异点比代数流形复杂,但是也希望从局部开始,逐渐了解整体结构。数论专家研究局部结构时则通过素数的模方法,将算术流形变成有限域上的几何,然后和大范围的算术几何对比,得出丰富的结果。

  由于文学家对事物有不同的感受,同一事或同一物可以产生不同的吟咏。对事物有不同的感受后,往往通过比兴的方法另有所指,例如“美人”有多重意思,除了指美丽的女子外,也可以指君主,屈原《九章》:“结微情以陈词兮,矫以遗夫美人。”也可以指品德美好的人,《诗经·邶风》:“云谁之思,西方美人。”苏轼《赤壁赋》:“望美人兮天一方。”

  数学家对某些重要的定理,也会提出很多不同的证明。例如勾股定理的不同证明有十个以上,等周不等式亦有五六个证明,高斯则给出数论对偶定律六个不同的看法。不同的证明让我们以不同的角度去理解同一个事实,往往引导出数学上不同的发展。

  记得三十年前我利用分析的方法来证明完备而非紧致的正曲率空间有无穷大体积后,几何学家Gromov开始时不相信这个证明,以后他找出我证明方法的几何直观意义后,发展出他的几何理论,这两个不同观念都有它们的重要性。

  对空间中的曲面,微分几何学家会问它的曲率如何,有些分析学家希望沿着曲率方向来推动它一下看看有甚么变化,代数几何学家可以考虑它可否用多项式来表示,数论学家会问上面有没有整数格点。这种种主观的感受由我们的修养来主导。

  三、数学的品评与演化

  江山代有人才,能够带领我们进入新的境界的都是好的数学。

  好的工作应当是文已尽而意有余,大部分数学文章质木无文,流俗所好,不过两三年耳。但是有创意的文章,未必为时所好,往往十数年后始见其功。

  我曾经用一个崭新的方法去研究调和函数,以后和几个朋友一同改进了这个方法,成为热方程的一个重要工具。开始时没有得到别人的赞赏,直到最近五年大家才领会到它的潜力。然而我们还是锲而不舍地去研究,觉得意犹未尽。

  数学华丽的作品可从泛函分析这种比较广泛的学问中找到,虽然有其美丽和重要性,但与自然之道总是隔了一层。举例来说,从函数空间抽象出来的一个重要概念叫做巴拿赫空间,在微分方程学有很重要的功用,但是以后很多数学家为了研究这种空间而不断推广,例如有界算子是否存在不变空间的问题,确是漂亮,但在数学大流上却未有激起任何波澜。

  能经得起时间考验的工作寥寥无几,政府评审人才应当以此为首选。历年来以文章篇数和被引用多寡来做指针,使得国内的数学工作者水平大不如人,不单与自然隔绝,连华丽的文章都难以看到。

  数学的演化和文学有极为类似的变迁。从平面几何至立体几何,至微分几何等等,一方面是工具得到改进,另一方面是对自然界有进一步的了解,将原来所认识的数学结构的美发挥尽至后,需要进入新的境界。江山代有人才,能够带领我们进入新的境界的都是好的数学。上面谈到的高维拓扑文气已尽,假使它能与微分几何、数学物理和算术几何组合变化,亦可振翼高翔。

  当一个大问题悬而未决的时候,我们往往以为数学之难莫过于此。待问题解决后,前途豁然开朗,看到比原来更为灿烂的火花,就会有不同的感受。科学家对自然界的了解,都是循序渐进,在不同的时空自然会有不同的感受。有学生略识之无后,不知创作之难,就连陈省身先生的大作都看不上眼,自以为见识更为丰富,不自见之患也。人贵自知,始能进步。即如《庄子》所言:“今尔出于崖縵,观于大海,乃知尔丑,尔将可与语大理矣。”

  我曾经参观德国的葛庭根大学,看到十九世纪和廿世纪伟大科学家的手稿,他们传世的作品只是他们工作的一部分,很多杰作都还未发表,使我深为惭愧而钦佩他们的胸襟。今人则不然,大量模仿,甚至将名作稍微改动,据为己有,尽快发表。或申请院士,或自炫为学术宗匠,于古人何如哉。

  四、数学的意境与感情

  气有清浊,如何寻找数学的魂魄,视乎我们的文化修养。

  王国维在《人间词话》中说:“词以境界为最上。有境界则自成高格。”他并因此而区分了“造境”与“写境”,“有我之境”与“无我之境”等。

  数学研究当然也有境界的概念,在某种程度上也可谈有我之境、无我之境,当年尤拉开创变分法和推导流体方程,由自然现象引导,可谓无我之境,他又凭自己的想象力研究发散级数,而得到zeta函数的种种重要结果,开三百年数论之先河,可谓有我之境矣。

  不少伟大的数学家,以文学、音乐来培养自己的气质,与古人神交,直追数学的本源,来达到高超的意境。

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