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对我来说,在斯坦福的日子愈来愈满意。我尽量找机会跟友云见面,大家都有新的工作,都忙不过来,是以在一起的时间并不多。就算经过了四十年的婚姻,我们在做学问时还是颇为独立的。在那个时候,我们的关系还未稳定下来,当时我的同事们都不认识友云,更不知道我和她交往了。写下数学方程式很容易,倾诉心事却很难,是以我们要过了这么多年才能确定下来。这也可说是数学人的通病,或更合理地说,是受数学吸引的那类人的特性。这些人和我一样,对数字要比说话来得流利顺畅。
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在这期间,斯坦福数学系内大部分人,都尽量令我有宾至如归之感。我第一次有了秘书,麦太太是个和蔼的中国人,她替我打论文,大大提高了工作效率。这时我仍然把绝大部分的时间花在数学上,但休憩的选项倒有不少。在校园散步,穿过收拾得整整齐齐的校园,从来是偷闲乐事。放眼皆是棕榈树和起伏的山丘,而西班牙殖民风格的楼房,粉墙红瓦,典雅美丽教人难忘。有时我们一起抛掷飞盘,或在办公室不远处打乒乓球。要找人到外面吃中餐也不难,此地中餐馆的选择远比普林斯顿多。
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总的来说,我在斯坦福过得很愉快,而斯坦福也很明显地对我很满意。只过了几个月就到了秋天,奥塞曼和系主任拉尔夫·菲利普斯(Ralph Phillips)便劝我留下来,他们会给我副教授的位子,虽非终身教职,但会在信上说明一年后便可拿到。
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差不多同时,约翰斯·霍普金斯和康奈尔都说要请我当副教授,我不知道他们如何知道我,但陈先生应与此有关。他和霍普金斯的周炜良是老朋友,周来自上海。霍普金斯的条件不算很好,据我了解,副教授的位置一般是拿不到终身教席的。另一方面,康奈尔的王宪钟来自北京,陈先生是他的论文导师。康奈尔还有个自以为吸引人的“绝招”,就是王宪钟愿意牵红线,说可以替我找到一位中国姑娘共结连理。但这对我来说并不算吸引,因我已经心有所属,虽然坦白地说,我不肯定在这条路上能走多远。
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虽然只在斯坦福过了数月,除了要在几份不错的工作中选择外,一切颇为安稳。当前工作没有太多的压力,在斯坦福才刚刚开始,所以并不想很快便搬到别处去。我很想留下来,享受加州的生活方式,甚至放松一点儿,虽然我的字典中难找到“放松”一词,这段日子中,精神压力之低可说是前所未有的。
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就在这时,1973年的秋天,我收到卡拉比寄来的一封信,信简短而措辞得体。8月听过我的演讲后,他一直在想这个问题,深思之余对某些方面还感迷惘,他希望我把思路扼要地写下来,好教他更好地弄明白。对我来说,卡拉比的信就如暮鼓晨钟,把我惊醒了。在其后的两星期中,我把所有事情都抛在一旁,废寝忘食,不分昼夜地工作。我先把最强的反例找出来,然后开始导出矛盾,可是,在仔细检视下并不成功。在最后一刻,当我把所有论据放在一起时,问题便出现了。于是试用其他反例,可是一个接着一个都出现问题。太抓狂了,我进入了寝食难安的状态。当花的时间足够多时,我渐渐意识到这样做等于走进了死胡同。
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我花了两星期去证明卡拉比猜想不对,结果弄到差不多要挂掉了。到了此刻,必须考虑这个希钦和我,还有许多人,都认为“好到难以置信”的猜想或者是对的。确是如此,过了一段日子后,我渐渐相信它是对的了。于是我做了一百八十度的转变,倾注心力去证明卡拉比说的没有错。我尚未知道要如何去证明它,但有一点在一开始就再明白不过,那就是,它不会是唾手可得的。
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我的几何人生(丘成桐自传) 第五章 高峰挺进
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记得好事新谐,笙调心印人依。
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弦琴天籁得相窥,太初玄秘现,物数竟同归。
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——《临江仙·记七六年事》选句,2014年
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1746年,加斯帕尔·蒙日(Gaspard Monge)生于法国博纳,位于勃艮第产酒区,邻近第戎,他爸爸是个货郎。蒙日从小就显露出绘制建筑物草图的才能,还是少年的时候,他画的一幅细节丰富的大型家乡图,引起了一位军官的注意。在这位军官的帮助下,蒙日进了法国北部的一所军事学院。由于学校只为贵族子弟而设,平民出身的他并不能正式入学,只能在分隔开来的另一边学习绘图和测量,这样的安排并不能使蒙日满意,他渴望能碰上一个可以尽展所长的机遇。
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一年多后,机会终于来了。当时正要建造一个堡垒,有人问他如何设计枪炮的位置,好使堡垒的守军能避开敌人的炮火。蒙日利用自己创造的几何方法,完成了这个任务,速度之快甚至引起一些人的疑心。但无可怀疑的,是他数学上的才能,让他得以一展所长。
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1768年,他开始教授物理和数学,并且研究偏微分方程,以及微积分在几何上的应用。到了1780年代,他在巴黎找到数学教席,并着手研究一类特殊的非线性偏微分方程,这方程后来称为蒙日—安培方程。之所以把安培的名字放上去,可能是反映数十年后,安培对方程的某些修订。大家知道,安德烈—玛里·安培(AndréMarie Ampère)是法国科学家,对电磁学有很大的贡献,电流的单位安培就是以他名字命名的。(说“可能”是因为我不肯定安培实质做了什么贡献,有时方程式会不知何解地附上某人的名字。)
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蒙日的故事告诉人们,除了对数学本身的兴趣外,数学事业的开展可以是间接或出乎意料的。这里提到蒙日的原因,乃因卡拉比猜想可以由一条蒙日—安培方程表达出来。前面说过,这是一条非线性的方程,含有至少两个独立的变量,并且是“复”的,即是说,它和复数有关。对我而言,面对的挑战是,除了一维的简单情况外,没有人曾经解过复的蒙日—安培方程。在卡拉比猜想中,我要求解的乃是高维空间上的复蒙日—安培方程,这是整个猜想的巨大绊脚石。卡拉比提出这猜想二十年来,工作的进展甚为缓慢,其因在此。
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在斯坦福的1973—1974学年,我开始着手求解蒙日—安培方程。那时距离蒙日发现这方程已差不多两个世纪了。可幸人们已经找到一些可使用的数学工具,而我自己也找到一些新的法子,这是蒙日当年不可能想象到的。我首先考虑在实数域上的蒙日—安培方程,它和曲面的曲率有关。实方程比复方程的处理来得容易一些,我邀请友人郑绍远合作。他当时在伯克利,时常来斯坦福看我。我的策略是借着对实方程的研究,来加强对方程的了解,然后才对付比较麻烦的复方程。
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也许是幸运之神的眷顾,绍远和我不久即有所获,我们解了一个在著名的闵可夫斯基问题中出现的蒙日—安培型的方程。这个问题,以最简略的言辞来说,就是要找出给定曲率的曲面。你或者已经猜到为何我对这问题感兴趣。自从四年前修了莫里的课后,我一直对几何和偏微分方程的关系情有独钟。这亦是几何分析发展的主要动力,我正在这领域中努力,开发耕耘,并与其他志同道合者如郑绍远、理察和西蒙等群策群力。
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解决这类问题的策略,正如上一章所述,在于寻求一系列的近似解,近似的程度愈来愈精准,以至最后能收敛至真正的解。我希望同样的方法可以应用于复蒙日—安培方程,从而破解卡拉比猜想。证明这方程存在解,建立了卡拉比所设想的具特殊几何性质的空间的存在性。
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1974年春天,陈先生邀请我到伯克利演讲。出生于俄罗斯的数学家米哈依尔·格罗莫夫(Mikhail Gromov)被视为当世最杰出的年轻几何学者之一,他正初次访问伯克利,伯克利待之为上宾。在六个月前,我曾和格罗莫夫有过一次不甚愉快的经历。那一次我用几何分析的方法证明了某个空间具有无限的体积,格罗莫夫却说我的证明一定不对。我并不能肯定他是否了解我采用的方法,无论如何,这结果经得起考验,绝没有错。
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这次在伯克利讲的是另一主题,就是在几何空间中的“谱”,即空间变形时产生的共鸣的、振动的频率。原则上,它和敲打鼓面变形时产生的一系列频率相似。格罗莫夫和上次一样中途发难,宣称我采取的研究路线根本不对。这次我的做法,就如上次争辩中的做法一样,非常倚重非线性偏微分方程,而格罗莫夫并非这方面的专家,或者他只不过是弄不清楚那证明。但他并没有要求我解释明白,而是嚷道我的理论有严重错误。
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他对我说话的态度,好像我是个差劣的学生,没有好好地做作业。在研讨班上,他花了不少时间来表达对内容的不满。说到底,据我揣摩,是他不认为几何分析值得发展。他坚信任何几何上的定理,都必须用直观几何的方法来证明,不能用拓扑或图形解释的方法,而我不这么看。整个几何分析正好建基于这信念:深入的几何信息除了从拓扑或几何图形直接得到外,还需要加上大量分析的方法,尤其是新近发展的非线性分析的工具,并由其成果支撑。我也很希望从现代物理学和工程学上学习到新的工具和理念,四十年来的经验,显示这是正确而且丰富的想法。
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这次研讨班不算成功,格罗莫夫不断高声质疑,它怎可能会好。不过,其后我把证明详细地再讲给他听,并答复了他一次又一次的问难,终于把分析的方法化作纯粹的几何术语,阐明了上述空间有无限体积。他最后也释然,对结果默默接受了。几年后,他将我的几何解释应用于其他几何问题上,他的追随者甚至将这些结果冠上他的名字。
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后来我和比尔·瑟斯顿也有类似而和谐的交流。瑟斯顿和我同时期在伯克利当研究生,他在几何和拓扑上扬名世界。瑟斯顿看待几何学,就有点像用细小的片片,如乐高般嵌成整个几何的空间或流形,从而勾勒其内部的结构。我则采取差不多相反的做法,利用微分方程来开启物体的内在结构和总体的拓扑。两种理念非常不同,却殊途同归。必须重申,瑟斯顿想得透彻而具原创力,他的论证不必时时详尽清晰,其理念却对数学有深刻而长远的影响。
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