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有个天资聪颖的华裔研究生,他父亲替他找指导老师,最后在阿提耶的推荐下找到了我。项武忠当时任普林斯顿数学系的系主任,他知道后颇为不满,说:“你从高研院过来,把我们的好学生都抢走了!”我平静地告诉他,我没有抢走或硬逼他,是他自己跑来跟我的。
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争吵发生在一次晚餐席上,当时我们在乔·科恩家中做客吃饭。科恩虽是数学系的人,却十分赞成学生跑到所里找指导老师,因此整件事有些好笑。后来我跟博雷尔谈及此事,他亦有类似的经验,并指出数学系和研究所之间存在着竞争。
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但是这位研究生碰了钉子,他在资格口试中被刷下来了。我向考试委员会中的一位成员查问他答错了什么,他说该考生答不出辛几何和力学的联系。我请教当时负责研究生事务的代数几何专家尼克·卡茨(Nick Katz),他说这道题他也不大了解。从历史上看,辛几何(微分几何的一个分支)导源于牛顿的运动定律,而这些定律正是经典力学的基础。这种联系始于1830年代威廉·罗恩·汉密尔顿(William Rowan Hamilton)的观察,他发现物体的位置和动能存在一种深刻的数学对称。差不多一个半世纪之后,辛几何已经发展到这个地步,大家都忘了它的根源其实来自经典力学,就好像大家也许不知道保妥适原是眼药,而万艾可则是降血压用的。
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我据此要求重考。乔·科恩和我再给他口试,这回他的表现不错。但是,那次不及格对他是很大的挫折。他回家休养了半年,再回来跟我念完了博士,现在事业还不错。
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莫毅明生于香港,1980年来到普林斯顿,当时刚刚从斯坦福拿到博士学位,师从萧荫堂。他到来不久之后,我们开始合作,一同研究萧跟我在专题年中的工作之后衍生的问题。当时我们研究非紧的凯勒流形,这种流形是无穷无界的,故难以处理。我们找到一种方法将之闭合起来,用以考察它在无限远处的结构。博雷尔、芒福德、让—皮埃尔·塞尔(Jean-Pierre Serre)、卡尔·路德维希·西格尔(Carl Ludvig Siegel)等人利用代数方法来考虑这类问题;而我则创新用解析的方法,通过微分方程和各种几何方法来处理。萧和我首次对一个重要的特殊情况,即在流形具有强负曲率时,解决了问题。
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大概一年后,华罗庚的弟子钟家庆来访问普林斯顿。我提议他跟莫毅明一起,研究某些复几何上的问题。在我的指导下,他们进展良好,并得到一些有趣的结果。可是,正如前面说过,萧喜欢和我竞争较量,当他知道我在指导莫和钟的合作,有时也加入时,就紧张起来了,他建议莫不要和我合作。从那一刻开始直到现在,我再没有和萧或他的弟子合作。这样的结局使我不快。萧荫堂是位卓越的数学家,我们曾一起做了些好的工作,如果能继续下去该多好啊。
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在这期间,我和萧荫堂又另有瓜葛。彼得·萨那克(PeterSarnark)是菲尔兹奖得主保罗·科恩(Paul Cohen)的学生,毕业之后一直留在斯坦福。科恩希望在短短几年之内将他提升为正教授,这是十分不寻常的,萧托我向普林斯顿的同事朗兰兹寻求专业意见。我不想应允,一方面我不认识萨那克,另一方面我不熟知萨那克专精的那类数论。可是萧找了我多次,我不得不向朗兰兹求助。萨那克毕业没几年,朗兰兹并没有觉得萨那克的工作有多了不起,这是可以理解的,于是我把这些颇为草率的意见转告了萧。
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不久之后,就传来在斯坦福的一次系务会议上,有人说我反对萨那克的升职。真相是我什么都没说过,只是在反复的要求下,转达了朗兰兹的某些初步看法而已。这样一来,得罪了一向和我关系不错的科恩,另一方面也搞砸了和萨那克的关系,他们都说升职一事由我一锤定音。虽然其后萨那克和我还是客客气气的,但从这件事中,我上了宝贵的一课。就是在学术上,人际关系十分微妙,有时还会被人在背后捅一刀。此后对不相干的事情,我总是“避之大吉”,但于这方面只算是部分成功而已。
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1981年3月21日,我赶上最后一班飞机前往圣迭戈,友云通知我孩子可能要比预期早出生。长子明诚在我抵达医院八个小时后出世。友云生产的过程非常不顺利,阵痛持续了二十四小时。她忍受了巨大的痛楚,坚决不吃任何药物以免胎儿受影响,最后婴儿平平安安地生了下来。当婴儿最后露出头来,哭叫并睁开眼睛四望时,我们都开心得说不出话来。
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我尽量逗留在圣迭戈,然后赶回高研院完成学期最后那几个星期。幸好友云的母亲来了,帮忙照顾这个胖娃娃,直到夏天我回到圣迭戈为止。我俩都是照料婴儿的新手,我对自己的耐性也感到吃惊。数学上我躁动急于求进,顷刻也不能停下来,现在却可以花上几个小时,抱着明诚什么也不做,非常满足(只要他不高声哭闹)。这种宁谧的感觉似乎有些神秘,或许只因我念的是数学而非生物学吧。
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当然,还是要回到普林斯顿工作,这是忙碌而又多姿多彩的一年。数学家卡伦·乌伦贝克来访三天,我们夜以继日地研究有关埃尔米特—杨—米尔斯(Hermitian-Yang-Mills)方程的数学,它是量子场论的中心,粒子物理的基础。
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汉密尔顿出其不意地通知我,他研究里奇流终于有了初步的突破。他证明了庞加莱猜想的一个特殊情况,即对所有具有正里奇曲率的三维紧流形,庞加莱猜想成立。他的攻略进展得如此顺利,令人喜出望外。这项工作美丽而激动人心,结果要比两年前理察和我得到的强得多。尤有进者,他似乎找到一条能打开从未开启之门的钥匙,我立刻意识到,汉密尔顿的路走下去会开花结果。
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我请他来高研院做了一系列的演讲,同时也花了大量时间,和他探讨里奇流的潜力。我跟他说,这些技巧可以借用来证明三维空间的庞加莱猜想,这是自20世纪以来就悬而未解的老大难题。同样的方法,也足以解决比尔·瑟斯顿的几何化猜想,把三维的拓扑空间分成八大类。瑟斯顿的猜想包含着三维的庞加莱猜想,是以证明前者,后者会随之成立。想到这里,我连忙让三个弟子:日本的板东重稔、中国的曹怀东和美国的周培能(Ben Chow)立即着手研究里奇流。
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汉密尔顿从康奈尔来访一个星期。他离开后,数学部的大秘书气炸了,因为汉密尔顿把公寓弄得一团糟,清洁工花了很长的时间才清理干净。另一方面,他的演讲十分有意思,汉密尔顿、我的学生还有我自己从这时开始合作。总的来说,这是一次超成功的访问,汉密尔顿虽然给清洁工添了不少麻烦,却给数学家提供了极丰富的远景,我和我的学生都兴奋地接受了挑战,探索这远景。
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1975年我在柯朗所访问时,于尔根·莫泽对我很好,后来他去了苏黎世的联邦理工学院(ETH)。他邀请我于1981年秋到那里访问两周,并在国际数学联合会讲学,博士后于尔根·约斯特陪我同行。有他在一切都很方便,他来自德国,而我不懂德语。除了数学活动外,约斯特和我在山中健行,所传不虚,瑞士的风景确是美不胜收。
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在苏黎世的时候,有晚我受邀出席在一家高级餐厅的晚宴,同席者除莫泽外,还有出生于印度的数学家科马拉沃路·钱德拉锡克朗(Komaravolu Chandrasekharan),他有份创办苏黎世研究所的数学部。二人皆是国际数学联合会的高层,后者在1970年代曾任联盟的主席,而莫泽则是后任主席。钱德拉锡克朗催促我坐在餐厅某一座位,并说好几个坐上那座位的人,后来都拿了菲尔兹奖。我不好猜他话中玄机,他似乎知道了某些消息,而我仍蒙在鼓里。
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不用在这方面多费心神,我不久便遇到许多别的事情。1981年秋,物理学者加里·霍罗威茨成为我的博士后,虽然在高研院其职位是助手。他跟芝加哥大学的罗伯特·杰勒西,有志于推广两年前理察和我证明的正质量猜想。他到了高研院不久,便与普林斯顿的佩里合作,但开始时我对他们的合作一无所知。
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质量这概念在经典力学中清楚明白,但在广义相对论中却不然。由于其中方程的非线性,质量变得异常复杂。在大部分的情况下,质量只能够在孤立的系统的极远处,本质上是无限远的情况下,才能有定义。而且,“质量”也有不同的定义,不同的场合采用不同的定义。在一些情况中,甚至没有公认的定义。故此,一旦你在爱因斯坦的理论里说质量,就无可避免地身陷泥沼,寸步难行。
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理察和我的证明中,质量是指所谓ADM质量,因其引进者理查德·阿诺维特(Richard Arnowitt)、斯坦利·德塞尔(Stanley Deser)和查尔斯·米斯纳(Charles Misner)而得名,这定义严格而广泛为人们所接受。(事实上,在比较不严格的状况下,这个定义爱因斯坦本人早就提出了,他也希望知道,在这个定义下质量为正值。)霍罗威茨和佩里则希望把证明推广至邦迪(Bondi)质量,这种质量的定义没那么清楚,很多物理学者认为它等于ADM质量减掉由引力波所带走的能量。引力波即重力的辐射,爱因斯坦于1916年预言重力辐射的存在;一百年后,人们利用激光干涉引力波天文台(LIGO)的观测结果,证实了他的预言。
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正质量猜想指出每个物理系统的能量必为正,即是说其ADM质量不会被引力辐射完全带走,所以邦迪质量亦应取正值,这就是理察和我致力去证明的。
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上面说过,我并不知道霍罗威茨和佩里正在合作,直到有次巴特尼克漫不经心地提到,他们的工作已接近尾声。我对霍罗威茨不跟我说的做法有些不快,但也以这消息作为动力,和理察赶快把工作完成。
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当时理察在柯朗所,次日早上到了他那里。我们不休止地工作,直到晚上六点半才把所有计算完成。这时才突然想起当晚弗朗索瓦·特雷夫(François Trèves)在家中请吃饭,而我正是晚宴的主客。主人是有名的法国数学家,他正在罗格斯大学任教。要出席晚餐是不可能的了,晚餐已经开始了,而我距离新布朗斯维克还有一小时的车程。主人家早在两个月前就跟我讲,而且中间还提过数次,这次失约令我尴尬不已。
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三十五年后直到现在,我还在为这次爽约深深抱歉。但当时除了在电话上说了多次对不起外,还能做什么呢,我留下来和理察把工作完成。我们的论文《邦迪质量为正的证明》数月后在《物理评论》发表,紧接着的是霍罗威茨和佩里的文章《引力能量不能变负》。这两篇文章给宇宙的稳定性提出进一步的证据,同时亦保证了它不会崩塌。
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这次我竟和自己的助手竞争,是不是有点儿奇怪呢?不是的。据个人经验,在数学或其他科学领域,当你正倾注心力从事某项工作,突然发现别人在同一个问题上已占先机,于是受驱使而奋力向前,这是司空见惯的事。只要不牵涉抄袭或其他不当的行为,竞争是有益的。事实上,有竞争,才有进步。
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差不多同时,我认识了高志勇。他来自复旦大学,得到杨振宁的帮助来了石溪,正跟随劳森攻读博士学位。我们合作,解决了一个令几何学者困惑已久的重要问题,那是有关负里奇曲率的。简单来说,就是能否构造出具负里奇曲率的单连通(即没有洞)的流形。里奇曲率跟宇宙常数有关,后者包含在爱因斯坦方程之中,和宇宙自大爆炸后的加速膨胀有关。负里奇曲率对应于负宇宙常数,这是和膨胀的宇宙相容的。
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