张寿武:数学是快乐的学问

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  在张寿武看来,数学更像一种语言,用类似于幼儿式的教育方法,学生开始是模仿,时间一长,最终学会了。他总是鼓励学生多参加讨论班,老师讲课就像背景音乐,潜移默化。
  走进位于美国纽约曼哈顿岛的哥伦比亚大学,希腊与罗马式的古典建筑庄重伫立,让这座成立于1754年的高等学府饱含历史的厚重感。不少学生在草坪、台阶上,或躺或坐,午后金色的阳光洒在身上。哥大图书馆前方的女神铜像手握权杖,展开双臂迎接世界各地前来的学子。
  45岁的华人数学家、哥伦比亚大学教授张寿武穿着宽大的灰色T恤、背着装了网球拍的休闲包,踏进古朴的数学系大楼,手中的一杯咖啡,尚冒热气。专访在张寿武的办公室中进行,这个布置简洁的空间内,最醒目的算是一面擦拭干净的大黑板,这是数学家必不可少的工具。
  
  一定要学数学
  
  他很瘦,两鬓生了些许华发,开朗直率,对数学保持着单纯的心境与持续的热情。遇及开心处,他的嘴唇很快上弯,笑得像个孩子。
  对童年,张寿武保存着鲜明的记忆,他出生在安徽和县的一个农民家庭,家境贫寒,兄弟姐妹5人,他排行第三。“小时候,父母最希望我将来有份不用种田的工作。我身体比较差,歌唱得很好,母亲想让我学二胡,去宣传队,父亲则希望我和他抓鱼。其实我更多的时间是在放鸭。”
  1977年冬天高考的恢复,改变了张寿武一代人的命运。1980年,他参加了高考,数学考砸了,化学分数最高,他被录取到中山大学化学系。
  “我从小算东西就很快;读初中时,陈景润的故事出来了,对我的触动很大。数学很精确,对与错一目了然,这是能掌握在自己手里的学问。我一定要学数学。”他主动要求转入中大数学系,3年后,他提前毕业,考入了中科院数学研究所,师从中国老一辈数学家王元。1986年9月,经数学家王元、陈景润的推荐,张寿武赴哥伦比亚大学继续深造。
  在博士学习期间,他分别跟着法国数学家Szpiro在巴黎学习了半年,和德国著名数学家Faltings在普林斯顿学习一年,“学了很多算术代数几何的学问”。1991年5月,他获得哥伦比亚大学博士学位,他的博士毕业论文发表在全球顶尖的数学杂志《Annals of Mathematics》(《数学年报》)上。据说以严格与高傲著称的德国著名数学家Faltings(1986菲尔兹奖得主,证明了Mordell猜想)的推荐称:“这是11年来,数论界最好的博士论文。”之后,张寿武在普林斯顿高等研究中心和普林斯顿大学做了5年助理教授。
  他不是没有经历过停滞与茫然的时刻。在普林斯顿大学,博士毕业论文完成后的一段时间,他一度徘徊,新工作不知从何处着手,他甚至想跟物理学家Witten学物理,但拿着物理书看了又看,却发现并不喜欢,“那段时间很痛苦,因为不知道要干什么。现在,做数学就是我最大的快乐。”
  1996年,34岁的张寿武重回哥伦比亚大学,被聘为终身教授;2年后,他成为哥伦比亚大学正教授。
  在张寿武看来,他的博士毕业论文是“整个Bogomolov(波戈莫洛夫)猜想工作的起点”,直到1996年,张寿武才终于证明了世界性的数学难题Bogomolov猜想;2001年,他在全世界率先建立和推广Gross——Zagier——Zhang(格罗斯——乍基亚——张)公式。这两项研究成果在未来的发展中影响深远。
  1998年,张寿武应邀在柏林世界数学大会上作45分钟报告,专讲Bogomolov猜想;同年,他在北京获得用于奖励全球杰出华人数学家的晨兴数学奖最高奖。
  每做一项数学研究,张寿武总要花上好几年时间。事实上,从1997年开始,他就在做Gross——Zagier——Zhang公式,他的首篇文章于当年发表在世界权威数学杂志《Inventiones Mathematicae》上,2001年他先后在《Annals of Mathematics》与《Asian Journal》(《亚洲数学期刊》)上各发表一篇文章,当时,他正完成了Gross——Zagier——Zhang公式的最重要工作,他清楚地记得,在《Asian Journal》发表的文章经压缩后仍有120页。
  至今,张寿武仍在琢磨这个神秘的数学公式,“我知道它是对的,但我并不明白在更深刻的层次上,它为什么是对的?我一直在想,怎样把这个公式的真正背景挖掘出来?”他带着他的两位研究生开始了重新的探索,在描述他的工作时,张寿武措辞严谨,“我做的文章太长、技巧性太高,我不喜欢我的做法。我们要重新在更高的层次上想这个问题,希望把这个公式想通了。我想我们开始接近明白2001年做的工作为什么是对的。”
  他没忘记强调,他此前的两项研究成果对解决实际问题并无帮助,也不会产生任何立即的经济效用。为此,他讲了一个小插曲:六七十年代,王元先生跟华罗庚先生在一起做了数值分析,据说有人后来用这个“华王方法”编了套软件,在华尔街挣了不少钱。张寿武坦言,类似的小概率事件并非是他想做的,“数学训练的是一个人的思维方式与对美的认识,而不是哪门具体的技术;如果想挣钱,应该去华尔街,因为那里的年薪大概是当教授的2——3倍。”
  
  数学家最喜欢简洁
  
  “1997年,我在晨兴数学中心跟大家说要向Hamilton(汉密尔顿)学习,朱熹平、曹怀东听进去了,到去年做出了那么好的工作;今天,我还是在晨兴数学中心宣布,我希望中国数学家向张寿武学习,他正领导我们走出数论上一个新的方向。”2007年7月26日,在中科院晨兴数学中心,著名华人数学家、哈佛大学教授丘成桐如此作评。
  张寿武认为,这是丘先生对他与中国数论界的一些鼓励,如果年轻人愿学这门学问,他很愿帮忙。数论与几何是数学的两个分支,张寿武的研究的领域是算术代数几何,这是数论跟代数几何交叉的部分,研究者需要精通这两个领域。
  对数论,张寿武如数家珍:数论这门古老的学问距今约有2500年历史,在纯数学领域一直占主导地位,从中国的勾股定理开始,就出现一些非常精彩的数论结论;代数几何则相对年轻,100多年前起源于意大利学派,公认的法国大数学家Grothendieck(坚定的反战主义者,1966年菲尔兹奖得主)在六七十年代重写了代数几何,如今,代数几何已变成数学领域的一种标准语言。
  “数论是非常有趣的学问,有很多自然的问题,有的问题已有2000多年历史,都非常之难。在美国、欧洲,最好的大学里都有最好的数论专业;但在中国,数论的发展相对比较落后,中国有很多大学还没有学数论的人才。”张寿武表示,中国的数学发展跟美国、日本、英国、法国、俄罗斯相比尚有很大差距,其发展仍寄希望于未来;中国的教授要尽量open-mind(思维开放),鼓励学生多做好学问,“教授们要想办法告诉学生:做数学是快乐的事情,数学是快乐的学问”。
  在晨兴数学中心举行的首次“丘镇英讲座”上,张寿武主讲了首场演讲《曲线上有理点概论》,他梳理了代数流形上点的问题,从中国古代与古希腊的“数学”概念到丘成桐完成的卡拉笔猜想及代数曲面上的陈类不等式。
  “代数曲面有个最伟大的工作叫陈类不等式,丘成桐先生在1978年证出了代数曲面上的陈类不等式,这是代数几何的一个里程碑的工作;但算术曲面上的陈类不等式不能用丘先生的工作来证,我们必须找到新的工具。如果能证出算术曲面上的陈类不等式,数论的很大一部分问题都能被解决。到去年假期,我自认为有些突破,因为建立了一些关系,我很激动,其实我也不知道到底有什么用……”此前一天,张寿武刚写完80页的论文初稿,这是他这项工作的第一篇文章,光介绍前人结果的引言部分就有15页,他感觉自己正走在一个十字路口,如何才能有所突破?他总是这样自问。对最终结果,他并不在乎,却享受这个有趣的过程。
  什么样的数学才是好数学?一直存在争论。“很多人以为,在黑板上无限地计算繁琐的公式是数学家最喜欢做的事,但数学其实就是一门关于简明、漂亮的学问,数学家最喜欢的是简洁。任何一个定理,如果对它的描述不够简洁,都不能认为我们已经理解它,只是暂时承认它。”张寿武说。
  在他看来,数学家以发现漂亮的公式而自豪,“数学家最得意的是,发现有一个等式能把两件看来不相干的事情连在一起,他们会花很多时间去理解这样一件事。”
  
  美国数学系学生很抢手
  
  在哥伦比亚大学,张寿武给本科生开了一门数学公共课,每周两次。选这门课的一般是学新闻、医学、法律等的外系本科生,张寿武向他们解释“什么是数学”。他只在黑板上简单写下一个数学理论的大概发展,无需备课;因为都未经过严格的专业训练,学生们提出的问题常常很有趣。今年,有80多位本科生选了这门课,最多时有100多人;每年,总有一两个外系本科生要求转到数学系,因为张教授的课实在很轻松。
  他给研究生上的课每年的名字相同,都叫“算术代数几何的主题”,讲一些他正在想的问题或他认为重要的问题,内容随着他的想法常常更新,也是每周两次。与本科生课程不同的是,第一次由他讲,他有他的风格,譬如,从不看讲稿,并认为,数学装在脑子里,脱口而出才最精彩;第二次是让研究生们来讲,师生直接交流,他坚持,数学家的交流能力是最重要的。听课的有15至20人,多是纽约市周围的大学里喜欢数论的学生,事实上,能把张教授的课坚持听下来的人并不多,因为需要很好的基础。
  今年,还有一位本科生跟着张寿武上一门Reading Course(读书课),她念完一本数论方面的书后,在每星期二下午4点半到张教授的办公室,她在黑板上写,他坐在底下听,偶尔指点。这门课不考试,也没有作业。
  目前,张寿武带的5位研究生中有4位是中国学生,每逢星期一、五,他们常跟他讨论数学,“我一般给他们一些我特想做但做不出来的题目,让他们乱试。经常是我做不出来的,他们却做出来了。我有两个研究生都是在读第三年跟第二年时就做完了博士毕业论文,他们的论文在最好的数学杂志《Inventiones Mathematicae》上发表。”
  在张寿武看来,数学更像一种语言,用类似于幼儿式的教育方法,学生开始是模仿,时间一长,最终学会了。他总是鼓励学生多参加讨论班,老师讲课就像背景音乐,潜移默化。
  学生对张寿武而言是最重要的因素,“如果让我选择一所学校,我首先考虑的是这里有没有最好的学生。我觉得,中国学生与美国学生没有太大区别,主要区别在于教授,美国的教授最重要的事情是培养学生,教授与学生之间的关系相对亲密,老师所有的想法都会从问题本身的有趣开始做起。”
  他认为,在美国,愿意做教授的人,会把它看成很好的工作,“我们觉得这个学问好玩才去做,很少为了成名、拿经费。美国教授的年薪大概十几万美元,没有经济上的压力。”他告诉记者,在美国,数学系的学生非常抢手;而据他所知,现在中国最好的学生也在学数学。
  他显然对目前的生活很满足,平时,他常听古典音乐(他做数学时,音乐一直开着)、打网球、陪孩子、帮太太做家务……张寿武的太太汤敏是他的高中同学,他们的长子18岁,现就读于哥大,小儿子12岁,在读中学,“孩子们发现,他们有一个非常严格的妈妈和一个非常随便的爸爸”。他忍俊不禁。
  
  奖项只是副产品
  
  从1904年庞加莱猜想的提出,到2006年此猜想被证明,这个由众多天才数学家造就的百年传奇,一度被形容成险象环生的数学江湖。2006年6月3日,华裔数学大师丘成桐在晨兴数学中心向几家国内媒体宣布,中山大学教授朱熹平与美国里海大学教授曹怀东在《亚洲数学期刊》发表论文,“彻底解决了庞加莱猜想这个世纪难题”。两个多月后,《美国数学会会志》称,在那些报道里,两位中国数学家的成就得到强调,而俄罗斯数学家Perelman(佩雷尔曼)的功绩则以不够显著的方式被提及。8月28日,美国《纽约客》杂志发表了14页文章,庞加莱猜想的证明过程被描述为尔虞我诈的“名利场”,文中漫画是丘成桐正从Perelman胸前摘取菲尔兹奖章。
  对于庞加莱猜想引发的争议,张寿武认为其间并不存在抢功劳的问题,“我不认为丘先生在庞加莱猜想这件事情上有原则性的错误,他为人正直,脾气也比较倔强。丘先生在国内讲的话,把中文翻译成英文后,在文化上有理解差异。”
  1989年,张寿武在哥伦比亚大学做博士论文时,向丘成桐写信请教一个关键问题,丘成桐将他的博士生田刚的毕业论文寄给张寿武;后来,张寿武专门到哈佛大学去拜访过丘成桐,“丘先生做的东西非常漂亮,胸怀也很宽广。他是做微分几何的,有时我请他参加我们的数论会议,他也会专门过来。丘先生一直在国内大力推动数论跟代数几何的发展,我们有过很多合作。”
  对于曹、朱二人,张寿武也有所了解,他在哥伦比亚大学读研究生时,曹怀东时任哥大助理教授,张寿武对曹怀东的记忆是,“像大哥哥一样,常带我们打球、吃饭”,他曾要求曹怀东开设讲授陈类不等式证明的课程,曹怀东照办,到后来底下就坐了张寿武一个人听课。朱熹平是张寿武中大的校友,高他两级半,他们在一起上过很多课,在张寿武的记忆中,朱熹平是一个执著喜欢数学的人,“只对数学有兴趣”,书卷气很足。
  此次采访中,张寿武仍强调,“即使是Perelman的证明,别人要懂才行。Perelman还是很想把他的文章的细节补上来,我猜想这就为后面的争论留下了空间。”
  至于庞加莱猜想是否比哥德巴赫猜想重要,张寿武表示,对数学家而言,二者同样重要,“在七八十年代,由于丘成桐跟Hamilton的工作,使人感到庞加莱猜想有一线希望,他们两人做了一些奠基性的工作,现在庞加莱猜想已能证出99.9%;但到现在还没有对哥德巴赫猜想的奠基性工作,我们还不明白它的证明过程,现在还看不到希望。”
  在他看来,奖项只是副产品,而绝非数学家研究数学的动机,事实上,数学家自己对奖项也无法控制,“奖项算是外界对数学家的一种承认,但绝对不是我们做数学的唯一动力。很多数学家,他们没有拿过奖,但他们证明了非常漂亮的定理。”
  他认为,在数学界,抄袭是最没意思的事情,“比如,别人画了幅很漂亮的画,你再画一幅同样的,怎么看都不像原来那幅。在数学界,只要发表的东西,都是共同的财产,每个人都可以用你的方法、结果,”他强调,“但引用必须注明,做数学的人,credit(信用)非常重要,谁先做、谁后做、是谁的东西……比什么都重要。如果用了别人的东西而不注明出处,就是对他工作的一种藐视。你注明了别人的工作,也并不会降低你的工作,而是刚好证明,你的工作是沿着前人的路子走下来的。”
  张寿武指出,一项数学成就往往是好几代人积累的结果,获奖者只是这个成就的终结者,“一个人是不能做数学的,做数学是一个群体,你的数学需要别人欣赏,你也需要别人继续你的工作。数学家之间是相互促进、相互推动、相互欣赏,好的数学家都是站在前人的肩膀上,我们的学生也站在我们的肩膀上。”
  每次回国,他都提倡数学家之间多交流,“我做学问的主要动力是本系的教授,他们跟我的交流对我有促进作用。我觉得在国内的一个数学系里,教授之间的相互交流实在太少,甚至两位教授都不知道对方在做什么。在国内做教授老是强调自己做的东西是跟在美国、德国、英国哪个人后面做的,所以是正统的。其实最好的是,我做的东西是我的同事提出来的,我觉得这个问题很有意思,我去做……如果中国的数学到了这个地步,就变得有意思了。
  对调和分析、微分方程、组合数学等领域的年轻高手陶哲轩(Terence Tao),张寿武印象深刻。张寿武在普林斯顿大学做助理教授时,陶哲轩在该校攻读博士学位,“陶哲轩那时每天都在玩计算机,但他绝顶聪明,是个天才”。从普林斯顿毕业之后,24岁的陶哲轩被加州大学洛杉矶分校(UCLA)聘为正教授,“他开始建立自己的学术地位,走得非常快。今年5月,U-CLA请我去做报告,我讲了3讲。让我非常惊讶的是,我的每讲报告
  他都在,把我的报告全部记录下来、放在网上,速度非常快。我讲的东西并非他的本行,他居然能弄明白,而且写得这么清楚!”
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