數學家丘成桐可以複製嗎?

幾位擁有國際影響力的中國數學家的存在,常常令公眾產生一種錯覺,即中國的數學水平在世界仍居前列。這種普遍印象既來自於華羅庚、陳景潤等數學名家事迹的廣為流傳,又來自於公眾對前沿數學領域的不甚了解。

北大數學科學學院助理教授韋東奕的走紅更加劇了人們的這種錯覺。人們直白地稱呼他為“北大掃地僧”,為他冠以“陳景潤接班人”的名頭,互聯網上掀起一波又一波對“韋神”的頂禮膜拜。持續的曝光與蜂擁而至的媒體令北大不堪其擾,不得不對外呼籲“青年學者需要安靜的治學環境”。

數學家丘成桐可以複製嗎?

左:韋東奕

光明網在其評論文章中將這種現象稱之為“網絡重構天才”。在一遍又一遍戲劇化的網民敘事體系之下,韋東奕慢慢演變成一個數學天才的“符號”,陷入人們怪誕與獵奇的想象之中。

這種想象當然是不準確的。“網絡對嚴肅事物的解構和重構,具有有虛擬性,可能遮蔽對現實社會的判斷……韋東奕在網絡空間是近乎‘封神’的傳說,但對中國數學基礎研究,依然需要有清醒的認識。”光明網在這篇評論文章中幾乎花了一半的篇幅來向公眾解釋,“基礎數學研究,依然被認為是中國科研的一個‘薄弱環節’”。

數學大家陳省身在上世紀末曾提出過一個著名的猜想,稱“中國將成為21世紀的數學大國”。這一猜想很快實現了——如果單論“大”的話。奧數競賽在中國風靡數十年,自1985年中國首次參加國際奧林匹克競賽以來,超過一半的金牌被其拿下,是國際奧賽歷史上成績最好的國家。

但令人失望的是,幾十年來,尚未有一位本土培養的中國人拿下數學界的最高獎項菲爾茨獎。就連陳省身晚年在接受媒體採訪時,也只能委婉地表示,“我個人認為前途無量的,前途很好,現在有多麼好就很難說。”

首位獲得菲爾茨獎的華人數學家丘成桐的評價更為直接。今年初,他接受澎湃新聞採訪時說,“相對於歐美的數學水平,中國數學界沒有輝煌過……這樣說也許會傷很多人的心。中國數學與歐洲相比,還有不小的差距。一味地往臉上貼金是沒有用的。”

認清這個現實,或許才能夠讓人們更加正確地看待中國數學。事實上,自華羅庚、陳景潤等老一輩數學家之後,中國本土再也沒有出現過擁有如此知名度的數學名家。

丘成桐是當下最具影響力的華人數學家。他師承陳省身,拿下了數學界公認最有影響力的三大獎項(阿貝爾獎、菲爾茨獎和沃爾夫數學獎),但他也並非國內培養的人才。他少年就學香港,之後赴美求學,研究成果也多在美國完成。第二位奪得菲爾茨獎的華人陶哲軒,年少即隨父母移民澳大利亞,與國內的培養更是毫無關聯。

如今,距離陳省身提出的數學大國的猜想已經過去了近半個世紀。我們迎來了奧數的繁榮,迎來了經濟的突飛猛進,然而何時,才能迎來下一個丘成桐?

A

數學家是最容易與天才划等號的職業。人們普遍相信,天分才是衡量能否成為數學家的唯一標準。

天分是如此重要,就連數學家哈代在他那篇著名的《一個數學家的辯白》中也如此寫道:“比起其他藝術或科學,數學更是年輕人的遊戲”。

牛頓最偉大的思想流數術(即微積分)和萬有引力是在他24歲時產生的,他在50歲便放棄了數學研究。法國數學家伽羅瓦21歲就死了,阿貝爾27歲,拉馬努金33歲,黎曼也只活到了40歲。哈代最後總結道:據我所知,在數學上沒有一項重大的進步是由超過50歲的人提出的。

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這一論斷廣為流傳。甚至數學界最有影響力的菲爾茨獎在設立評選標準時,就將得獎者的年齡限定在40周歲以下。

中國的數學家們大多也是年少成名,他們早早地就展露自己在數學領域上過人的天賦。被普遍認為是陳省身一生中最重要的成就之一的“陳-高斯-博內定理”發表於1945年,那年他34歲。丘成桐證明卡拉比猜想是在1976年,那年他27歲,1982年他獲得菲爾茨獎。陶哲軒7歲讀高中,9歲上大學,24歲成為加利福尼亞大學洛杉磯分校數學系終身教授。

但例外始終存在。

近十年才被世人所知的華人數學家張益唐,在2013年完成“孿生素數猜想”的證明過程時已經58歲了,這是與黎曼猜想、哥德巴赫猜想齊名的世界級數學難題。在那之前他從未在數學界上發表過重要的成果,“孿生素數猜想”的證明是他至今最重要且唯一的成就。他半生潦倒,博士畢業后在賽百味做過會計,證明發表時只是一個普通的大學講師,再過幾年就要退休了。

但這個為他帶來巨大聲名的證明,卻並非他研究了幾十年的方向。他博士畢業后就投身於數論領域最重要的黎曼猜想相關研究,孿生素數猜想只是他後來兩年多時間的一次“旁逸斜出”(《人物》雜誌)。完成這一證明后,他很快又拾起了過去長期研究的方向。它更困難,也可能最後一無所獲。

如果單論天分的話,中國從來都不缺少數學天才,30餘年中國在國際奧賽上拿下23次總分第一已足夠說明這一點。但天分並不是唯一。

張益唐成名之後,《紐約客》雜誌曾採訪他,問及數學家需要什麼天賦,他毫不猶豫地回答說,“專註”。

丘成桐為證明卡拉比猜想花了六年時間,然而前三年他一直認為這個猜想是錯誤的。最後的成功頗具戲劇性,那年他剛剛結婚,忽然過上了一大家子人在一個屋檐下的生活,頓感不適,因而工作成了他的“避難所”。

他說,“我盡量把自己關在書房,把全部心血都傾注在卡拉比猜想上”,沒想到證明就那麼順利地完成了,只花了一兩個星期。他覺得那是王國維所述的“驀然回首,那人卻在,燈火闌珊處”的境地。

丘成桐在自傳中談到過對天才的看法,“我並不喜歡用’天才‘這名詞,差不多從來不用它。”他覺得人們把“天才”浪漫化了,以為那些人能無中生有,創造奇迹,提出凡人想不出的方法,或者完成驚人的數學證明,不費吹灰之力就能成就一切。

他說那種情形似乎也不能說完全不可能,但至少他從未見過。“解決數學難題需要艱辛的努力,沒有快捷方式可走。”

人生就是這樣,即便被視為天才的數學家一樣如此。那些“靈感”並不會憑空迸發,它往往是在無數次的失敗以及長久的孤獨求索之後,才如閃電般擊中數學家的天空。

B

幾乎所有的數學家在談到培養數學人才時都要提及“興趣”。因為他們知道這條路漫長無比,而如果不是真正享受其中,幾乎無法堅持下來。而這,恰恰是中國應試教育體系下最為匱乏的。

丘成桐直到上初一才開始真正對數學感興趣,在那之前他喜歡看武俠小說,或者跑到山間田野去玩耍,對數學談不上多上心,反倒是覺得去背誦下他父親教導他的古文或者詩詞,才更“有益身心”。

初中一年級開始學習線性方程時,他才終於“覺得興奮”,因為從前用公式解答雞兔同籠問題,現在可以用線性方程來解答,不用記公式而是做一些有挑戰性的事情。

這種對數學的興奮幾乎貫穿了他整個人生,直到多年後他仍然如此表示,“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。”

數學家丘成桐可以複製嗎?

被譽為“中國現代數學之父”的華羅庚,嚴格意義上的學歷僅為初中。他念完初中后曾短暫地在一所上海職校就讀,但因家境貧寒被迫輟學。他學習並不算十分出眾,《華羅庚傳》中引用一位教師的話說,華“字寫得像鱉爬似的”,學習成績也常忽高忽低,不太穩定。但教他數學的王維克老師認為他是個“人才”,並引導他對數學產生興趣。

輟學后,華羅庚一邊在父親的雜貨店中做學徒,一邊自學數學知識。而他身邊的數學圖書僅為一本《大代數》、一本《解析幾何》以及一本王維克送給他的50頁的《微積分》。

他花了5年時間學完了高中三年和大學低年級的全部課程,據說其每天自學超過10小時。期間他還生了一場大病,導致左腿殘疾。如果不是對數學抱有極大的熱情,很難想象一個人是如何堅持下來的。

1930年,他在上海《科學》雜誌發表《蘇家駒之代數的五次方程式解法不能成立之理由》,轟動國內數學界,被時任清華大學數學系主任熊慶來邀請至清華,終於踏入專業的數學學習之路。

陳省身回國後接受央視《大家》欄目採訪時,也曾談及興趣的重要性。他有些半開玩笑地說,“中國人很實際,如果你要跟他講,說我這個深圳、紐約的股票怎麼樣?大家有興趣……(但)你比方說天津有什麼小蟲,可以很值得研究下,中國人都沒有興趣。”

今年7月,《中國科學報》刊發了一篇《從奧賽看人才成長的短程與長程激勵》,試圖去解釋為何中國基礎數學人才很強大,但為何我國數學的整體水平依然偏弱。

“關鍵在於我們的激勵機制出現了問題——只注重短程激勵而缺乏有效的長程激勵。”短程激勵即是奧賽的功利性目標,但數學研究往往是一件長期的事情。作者呼籲要在科技界培養一種耐心與執着,樹立一種學術理想主義與英雄主義,不惜用長時間去挑戰難題、大問題,甚至冒着此生失敗的風險也要為人類的認知進步努力推進一點點。

C

如果縱觀中國數學發展史,自上世紀初現代數學在國內興起以來,中國數學存在明顯的斷代。十年的政治動蕩讓眾多學科的研究幾近停滯,數學亦不例外。改革開放以後,數學作為基礎學科才再度被人們重視起來。

不止一位數學家向媒體表達了國內數學起步不易的艱難。陳省身是最早一批來華的華人數學家之一。當他開始在母校南開大學籌建南開數學研究所時,媒體的報道上說的是“房無一間、書無一冊”,陳將自己的一萬餘冊藏書全部捐贈給了南開,之後又將沃爾夫獎的5萬美元也一併捐贈給南開數學研究所。

1979年,丘成桐受華羅庚之邀回國作學術訪問。他在自傳中說,“當飛機在北京着陸時,我心潮澎湃,就在飛機旁,俯身觸摸祖國的泥土”。此後每年,他都會在國內大學和科研機構訪問數月。

他仍在哈佛任教時,可能是海外數學家中招收中國留學生最多的人,圍在他身旁的中國學生之多,甚至引起美國中央情報局的注意。他說,那時中情局每隔一段時間,就會打電話來問他一些問題,而他就告訴他們自己的學生正在研究着的數學難題。問了幾年後,中情局才終於作罷。

數學家丘成桐可以複製嗎?

他試圖在國內數學教育上做更多的貢獻。光是數學研究所,他就幫助建立起了4所。1993年,他在自己的母校建立香港中文大學數學科學研究所,1996年在北京建立晨興數學中心,2002年建立浙江大學數學科學研究中心,2009年建立清華大學數學研究中心。他至今仍擔任這些數學研究所的主任,且分文不取。

1998年,他發起成立世界華人數學家大會,每三年舉辦一次,首屆在北京舉行。大會的高潮每屆的“晨興數學獎”,主要授予45歲以下、在純數學與應用數學方面有傑出成就的華人數學家,後來這一獎項也被媒體稱為“華人菲爾茨獎”。

之後,面向中學生,丘成桐又發起成立了“丘成桐中學數學獎”,旨在發現和培養有前途的數學天才。不過,另一方面也是丘成桐對中學生們的數學唯奧數論的不滿,他認為這一獎項能幫助鼓勵中學生的研究性學習。過去,他不止一次地在媒體上表示要培養中國學生對數學真正的興趣,而非將數學作為功利性的工具,成為只會應試的“做題機器”。

“國內一些數學競賽,做的還是別人的題目,做得再好也是別人出的題,沒有自己創造的東西是培養不出大家的。”在今年9月的媒體採訪中,丘成桐再度重申了這一觀點。丘獎與其他奧賽最大區別就在於,而奧賽是別人出題目給你做,而丘獎是自己出題目自己做,“真正的科學研究就是做前人沒有做過的東西。”

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數學家們常常不得不面臨一個尷尬的問題,數學不像其他的應用學科那樣可以直觀地讓人們感受到它的作用,也不像藝術學科一樣可以讓普通人也能領略它美感。過去幾十年中,數學也從來都不是國內大學中的熱門課程。

從事數學的人們總要時不時地去解釋數學到底有什麼用。但前沿的數學理論太純粹、也太超前,很難說很當下的經濟有多麼直接的關聯。有時候甚至他們本身也不得不對外承認,“(數學裡邊的)某些學科要是停頓10年或20年,本身對社會沒有什麼大的負面影響。”(北大數學與科學學院院長陳大岳語)

實用性似乎也不該是數學家在研究問題時考慮的因素之一。“數學走在前面”,張益唐在接受《人物》雜誌採訪時說,“數學家在發現的時候不一定關心,他也不知道怎麼用,結果發現過了幾十年以後,這個東西可以在自然科學上有一些連發明者都想象不到的應用。”

但必須要承認的是,作為一門最基礎但也可能是最古老的學科,數學的存在本身就是眾多其他學科發展的基礎。2019年7月,科技部、教育部、中科院、自然科學基金委聯合制定了《關於加強數學科學研究工作方案》。多部門聯合為某一單一學科的建設制定方案,着實罕見。

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這份文件中表示:“數學是自然科學的基礎,也是重大技術創新發展的基礎。數學實力往往影響着國家實力,幾乎所有的重大發現都與數學的發展與進步相關。”

從數學開始,政府及社會各界對基礎科學的重視日益提高,近年來日益緊張的國際局勢更加劇了這一緊迫氣氛。華為遭受美國制裁后,任正非就曾對媒體表示,“芯片光砸錢不行,得砸數學家、物理學家、化學家……”

越來越多的企業家投身於基礎科學的建設中。去年3月,拼多多創始人黃崢在浙江大學設立“浙江大學上海高等研究院繁星科學基金”,用以推動浙大在生物、醫療、農業、食品等多領域交叉方向展開基礎研究及前沿探索。4月,小米宣布將在清華大學智能產業研究院(AIR)設立“小米人工智能創新研究基金”,旨在鼓勵人工智能、機器人、醫療健康等前沿領域的創新科研等工作。

但基礎科研的研究非一日之功,它需要社會各界更長久的支持。丘成桐曾在自傳中闡述他支持國內數學教育的理念,“我偏愛較長遠的策略……這並不是一蹴而就的,要達到非凡的境地並沒有快捷方式。”

去年新成立的清華大學求真學院是丘成桐對教育長期主義的體現之一。它是清華大學在基礎學科和關鍵領域的一次重大教育教學改革,是以培養數學領軍人才為唯一使命目標的實體單位。其生源構成主要來自於“丘成桐數學科學領軍人才培養計劃”和“丘成桐數學英才班”,招收學生從初三至高三不等。而師資則來自丘成桐數學科學中心,丘成桐亦親自參與教學。

丘成桐期望通過這一實踐,在10年內培養出一批不必出國取經、完全在中國本土成長起來的世界一流學者。丘成桐為此設立了一個漫長了8年培養計劃,授課範圍涵蓋從本科到博士,在國內尚屬首創。今年4月,他全職任教清華,決定將餘生都奉獻於此。

在長期主義這一點上,聯想集團董事長兼CEO楊元慶與丘成桐或許能達成共識。過去,楊元慶也曾多次以個人出資捐贈給國內高校的基礎科學研究。如2017向中國科技大學捐贈1000萬元,用於學校的人才培養和科研建設。2020年又再度向中科大捐贈1000萬,用於中國科大新冠疫情科研攻關,並推動中國科大公共衛生研究院、公共衛生與預防醫學學科建設。

同時,他曾先後兩次向上海交通大學捐贈資金,一次捐助1000萬元設立“楊元慶教育基金”。一次個人出資1億元,向上交大捐建了一座高性能計算中心“思源一號”。

這一計算中心後來為今年銀河系黑洞“人馬座A*”圖像生成貢獻了算力。在去年11月發布的全球TOP500高性能計算機榜單上,“思源一號”的計算力排名第132位,算力超過哈佛、劍橋等國際名校,在國內高校中排名第一。

楊元慶與丘成桐曾在去年見過一面,對其深感欽佩。以此為契機,今年9月6日,在聯想集團與清華大學達成戰略合作的簽約儀式上,楊元慶宣布將個人捐資給由丘成桐擔任院長的清華大學求真書院,希望能為助力國家基礎科研創新、培育更多國際一流的數學人才貢獻一份力量。這些捐贈的款項,將用於聘請知名數學大師、講席教授到求真書院授課,以及支持求真書院學生和教授的學習與交流等。

數學家丘成桐可以複製嗎?

左:丘成桐 右:楊元慶

“我很高興楊元慶先生對教育的理念跟我們一致。”丘成桐說,他參與清華大學的數學教育發展已經有十幾年的時間,去年離開哈佛全職來到清華任教,主要的想法就是為了培養世界一流的數學人才。

丘成桐相信,中國數學強國的夢想已不再遙遠。他說,“中國數學具備了建設數學強國的可能性”。他給出的期限是10年,“希望中國10年內在數學上與世界強國平起平坐。”

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