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數學家故事 激發孩子學習興趣

來源:大連奧數網整理 2011-09-14 13:28:14

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  先父的心愿是:“尋孔顏樂處,拓萬古心胸。”

  我只知自得其樂,找尋我心目中宇宙的奧秘:

  “衣沾不足惜,但使愿無違。”

  文學激情

  讓我立志做大學問

  我個人認為:感情的培養,是做大學問最重要的一部份。

  清朝作家汪中在《漢上琴臺之銘》中有句云:“撫弦動曲,乃移我情。”這是引古文《琴苑要錄》:“伯牙學琴于成連,三年而成,至于精神寂寞,情之專一,未能得也……伯牙心悲,延頸四望,但聞海水汨沒,山林谷冥,群鳥悲號,仰天長嘆曰:‘先生將移我情。’”從此以后,伯牙彈琴就達到成連要求的境界。這說明,一個人的感情,是可以變動的。

  這一段話,對我深有感觸。立志要做大學問,只不過是一剎那間的事。

  我年少時,并不喜歡讀書,在家鄉的平原上嬉戲玩耍,也在沙田的山丘和海濱游戲。與同伴在一起,樂也融融,甚至逃學半年之久。真可謂倘佯于山水之間,放浪形骸之外。

  在這期間,唯一的負擔是父親要求我讀書練字,背誦古文詩詞,讀近代的文選,也讀西方的作品。

  但是當時我喜愛的不是這些書,而是武俠小說,從梁羽生到金庸的作品都看了一遍。父親認為這些作品文字不夠雅馴,不許我看,所以我只得躲在洗手間偷偷閱讀。

  至于名著如《水滸傳》、《三國傳義》、《紅樓夢》等則是公開的閱讀,因為這是父親認為值得看的好書。《三國演義》和《水滸傳》很快就引起我的興趣,但是讀《紅樓夢》時僅看完前幾回,就沒有辦法繼續看下去。

  14歲時,父親便去世了。這或許是我一生中最大的打擊。

  父親去世后,我將《紅樓夢》仔細地讀過一遍,也開始背誦其中的詩詞。由于父親的早逝、家庭的衰落,與書中的情節共鳴,開始欣賞而感受到曹雪芹深入細致的文筆,絲絲入扣地展現不同的人物、情景,逐步描寫出舊社會的一個大悲劇。40多年來,我有空就看這部偉大的著作,想象作者的胸懷和澎湃豐富的感情,也常常想象在數學中如果能夠創作同樣的結構,是怎樣偉大的事情。

  中國文學外,我也讀西方的文學,例如歌德的《浮士德》。這本歌劇描述博士浮士德的苦痛,與《紅樓夢》相比,一是天才的苦痛,一是凡人的苦痛。描寫苦痛的極至,竟可以說得上是壯美的境界,足以移動人的性情。

  十年磨一劍

  文學給了我堅持的力量

  做研究生時,我有一個想法,微分幾何畢竟是牽涉及分析(即用微積分為工具)和幾何的一門學問,幾何學家應該從分析著手研究幾何。況且微分方程的研究已經相當成熟,研究研究幾何大有可為。雖然一般幾何學家視微分方程為畏途,我決定要將這兩個重要理論結合,讓幾何和分析都表現出它們內在的美。

  在柏克萊的第一年,我跟隨Morrey教授學習偏微分方程,當時并不知道他是這個學科的創始者之一。從他那里我掌握了橢圓形微分方程的基本技巧。在研究院的第二年我才開始跟隨導師陳省身先生學習復雜幾何。

  畢業后,在我的學生和朋友的合作下,逐漸將幾何分析發展成一個重要的學科,也解決了很多重要的問題。

  這是一種奇妙的經驗,每一個環節都要花上很多細致的推敲,然后才能夠將整個畫面構造出來,正如曹雪芹寫作《紅樓夢》一樣。

  尼采說:“一切文學,余愛以血書者。”

  曹雪芹說:“字字看來皆是血,十年辛苦非尋常。”

  我們眾多朋友創作的幾何分析,也差不多花了十年才成功奠基。不敢說是“以血書成”,但每一次的研究都很花費工夫,甚至廢寢忘餐,失敗再嘗試,嘗試再失敗,經過不斷的失敗,最后才見到一幅美麗的圖畫。

  數學創作如寫小說

  不能脫離現實

  簡潔有力的定理使人喜悅,就如讀《詩經》和《論語》一樣,言短而意深。有些定理,孤芳自賞;有些定理卻引起一連串的突破,使我們對數學有更深入的認識。每一個數學家都有自己的品味和看法,我本人則比較喜歡后一類數學。

  當定理證明后,我們會覺得整個奮斗的過程都是有意思的,正如智者垂竿,往往大魚上釣后,又將之放生,釣魚的目的就是享受與魚比試的樂趣,并不在乎收獲。

  從數學的歷史看,只有有深度的理論才能夠保存下來。千百年來,定理層出不窮,但真正名留后世的結果卻是鳳毛麟角,這是因為有新意的文章實在不多,有時即使有新意,但是深度不夠,也很難傳世。

  當年我看武俠小說,很是興奮,也很享受,但是很快就忘記了。在閱讀有深度的文學作品時,卻有不同的感覺。有些武俠小說雖然很有創意,但結構不夠嚴謹,有很多不合理的元素,與現實相差太遠,最終不能沁人心脾。

  我們幾個朋友在研究和奮斗過程中,始終不搞太抽象的數學,總愿意保留大自然的真和美。

  數學創作也如寫小說,總不能遠離實際。紅樓夢能夠扣人心弦,乃是因為這部悲劇描述出家族的腐敗、社會的不平、青春的無奈,是一個普羅眾生的問題。好的數學也應當能接觸到大自然中各種不同的現象,才能夠傳世。

  今日有些名教授,著作等身,汗牛充棟,然而內容往往脫離現實。一生所作,不見得比得上一些內容與實際有關的小品文,數十載后讀之,猶可回味。我自己做研究,有時也會玄思無際,下筆滔滔,過后才知空談無益,不如學也。

  方程的簡潔美

  引導我找到研究方向

  空間曲率的概念對我具有極大的吸引力,我從廣義相對論中知道所謂Ricci曲率的重要性。通過愛因斯坦方程,它描述物質的分布,這個方程的簡潔和美麗使我詫異。所以我始終在這個問題上圍繞著不停地打轉。

  我認為了解Ricci曲率,是了解宏觀幾何的最重要一環,但幾何茫茫,無從著手。有一天很高興地發現卡拉比先生在1954年時有一篇文章,敘述在復雜幾何的領域中,Ricci曲率有一個漂亮的命題,但他卻沒有辦法證明這個命題。當時我很興奮,但也覺得它不大可能是真實的,因為這個命題實在太美妙了。所有年青的朋友都是這么說,甚至我的導師也是這么說。

  陳先生甚至認為這個研究方向的意義不大,我卻固執地認為對卡拉比猜想總要找出一個水落石出的答案。我和我的朋友鄭紹遠花了不少工夫,去建立跟這個問題有關的工作,終于在5年后的1976年完成了這個重要猜想的證明。

  這個猜想在1976年全部完成,我同時應用它解決了代數幾何里好幾個基本問題。毫無疑問,這是一個漂亮的定理,也打開了幾何分析的一個大門。

  當時我27歲,剛結婚,正在享受人生美好的時刻,也獨自地欣賞這個剛完成的定理的真實和美麗,猶如自身的個體融入大自然里面。當時的心境可以用下面兩句來描述:“落花人獨立,微雨燕雙飛。”

  由這個定理引起的學問,除了幾何分析上的Monge-Ampere方程外,在代數幾何上獨樹一幟,以后在弦學理論成為一個重要的宇宙模型:卡拉比·丘空間。

  學科無界限

  從物理學家那里學習物理

  在1984年弦理論成為理論物理的重要一門學科以后,我以前做的好幾個工作都受到理論物理學家的歡迎。我也深受物理學家對數學洞察力的影響,我有十多位跟隨我的博士后,都是物理學博士。我從他們那里學習物理。

  最令我驚訝的一次是,我的博士后BrianGreene跑到我的辦公廳,向我解釋他最新的發現,就是在卡拉比-Yau空間中,存在所謂鏡對稱的觀點,這個發現對代數幾何有極大的沖擊,影響至今。它的結論至為漂亮,從不同角度解釋了代數幾何里百年來不解的現象,但物理學家沒有辦法給出一個證明,六年后在眾多數學家努力的基礎上,劉克峰、連文豪和我終于找到一個滿意的證明。

  與物理學家合作是愉快的,可以有跳躍性的進展,而又不停地去反思,希望能夠從數學上解釋這些現象,在這個過程中往往推進了數學的前沿。

  過去二十多年,我也花了一些工夫去做應用數學的工作,一方面和金芳蓉在圖論上的合作,一方面和我弟弟共同研究控制理論。近年來更和顧險峰等合作做圖像處理的研究。

  這些工作都和我從前研究的幾何分析有關,起源于當年我在斯坦福研究調和函數的梯度估計;我還記得我傍晚時躲在辦公室里,試驗用不同的函數來算這些估值,舍不得去看斯坦福校園落日的景色。

  做科研確實付出代價,但它的快樂無窮。

  做學問的道路五花八門

  讀《史記》讓我選擇了斯坦福

  除了看《紅樓夢》外,我也喜歡看《史記》、《漢書》。這些歷史書不僅發人深省,文筆通暢,甚至啟發我做學問的方向。

  王國維說學問第一境界是“昨夜西風凋碧樹,獨上高樓,望盡天涯路。”做好的工作,總要放棄一些次要的工作,如何登高望遠,做出這些決斷,大致上建基于學者的經驗和師友的交流上。

  做學問的道路往往是五花八門的,走甚么方向卻影響了學者的一生。歷史能教導我們在重要的時刻如何做決斷。復雜而現實的歷史和做學問,有很多類似的地方,歷史人物做的正確決斷,往往能夠為學者選擇方向提供一個良好的指南針。

  我剛畢業時,蒙幾何學家西門斯邀請到紐約大學石溪分校做助理教授。當時石溪聚集了一群年輕而極負聲望的幾何學家,在度量幾何這個領域上可說是世界級重鎮。我在那里學了不少東西。

  一年后又蒙奧沙文教授邀請我到斯坦福大學訪問,接著斯坦福大學聘請我留下來。但是當時斯坦福大學基本上沒有做幾何學的教授,我需要做一個決定。

  這時記起《史記》敘述漢高祖的事跡。劉邦去蜀,與項羽爭霸,屢敗屢戰。猶駐軍中原,無意返蜀,竟然成就了漢家四百多年的天下。

  對我來說,度量幾何的局面太小,而斯坦福大學能夠提供的數學前景宏大得多,所以決定還是留在斯坦福做教授,與Schoen、Simon合作。現在想來,這是一個正確的決定。

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