蔡天新:從法國數(shù)學(xué)中尋找鏡鑒
來源:網(wǎng)絡(luò) 2009-09-03 11:19:21

“他是一位數(shù)學(xué)家和文學(xué)家,寫過很多與數(shù)學(xué)有關(guān)的著作——《難以企及的人物:數(shù)學(xué)天空的群星閃耀》、《數(shù)字與玫瑰》、《數(shù)學(xué)與人類文明》,也寫過很多數(shù)學(xué)隨筆﹔他又是一位詩人,寫過不少動人的詩歌,作品被譯成20多種語言﹔他還喜歡旅游和攝影,他的足跡到哪兒,哪兒的自然美景和民俗風(fēng)情就進(jìn)入他的鏡頭,去年4月在深圳開過攝影個展‘蔡天新的世界’。”
在近日一個面向公眾的科普活動中,中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院黨委書記、副院長王躍飛,以這樣一個吊人胃口的開場白介紹了當(dāng)天的演講者——浙江大學(xué)數(shù)學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師蔡天新。
在當(dāng)天的演講中,蔡天新在《從笛卡爾到龐加萊——法國數(shù)學(xué)的人文主義傳統(tǒng)》的題目下,帶大家領(lǐng)略了法國數(shù)學(xué)界的魅力。
浪漫的法國涌現(xiàn)了多位數(shù)學(xué)家
巴黎市區(qū)有20個區(qū),其劃分呈現(xiàn)阿基米德螺線狀,并且不規(guī)則﹔巴黎的街道都是發(fā)散型的,北京的五道口有五條線就已經(jīng)很難得了﹔巴黎的建筑也多為六角、八角,巴黎有100多個街道、廣場還有大學(xué)也以數(shù)學(xué)家命名,“這些都體現(xiàn)了巴黎人的數(shù)學(xué)素養(yǎng)”。
在德國數(shù)學(xué)家高斯的一部傳記中,作者引用了下面這段話:有一個異鄉(xiāng)人在巴黎問當(dāng)?shù)厝耍?ldquo;為什麼貴國歷史上出現(xiàn)了那麼多偉大的數(shù)學(xué)家?”巴黎人回答:“我們最優(yōu)秀的人學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。”又有人問法國數(shù)學(xué)家:“為什麼貴國的數(shù)學(xué)一直享譽(yù)世界呢?”數(shù)學(xué)家回答:“數(shù)學(xué)是我們傳統(tǒng)文化中最優(yōu)秀的部分。”
法國人喜歡幻想并善于幻想,除了涌現(xiàn)出無數(shù)杰出的詩人、畫家和音樂家,費爾馬定理、龐加萊猜想均出自法國人的頭腦。此外還有中國人熟知的哥德巴赫猜想,這位18世紀(jì)的德國人,在給瑞士數(shù)學(xué)家歐拉的信中提出了自己的猜想,至今無人能証明?墒牵烫煨轮赋,這個猜想法國人笛卡爾在比他早100年的時候就發(fā)現(xiàn)了。
笛卡爾和天才的世紀(jì)
17世紀(jì),法國誕生了多位數(shù)學(xué)天才——德沙格、笛卡爾、費爾馬、帕斯卡爾,法國數(shù)學(xué)全面超越了意大利。英國哲學(xué)家兼數(shù)學(xué)家懷特海稱17世紀(jì)是“天才的世紀(jì)”,在數(shù)學(xué)領(lǐng)域,無疑以法國人所作的貢獻(xiàn)最多。
1596年,笛卡爾終于出場了。他小時身體羸弱,時常處于孤獨冥想的狀態(tài)。“現(xiàn)在中國獨生子女很多,他們的特點是敏感,如果教育制度不摧殘他們的話,應(yīng)該出好多天才人物。”蔡天新調(diào)侃說。
幸虧校長看出他心智和身體上的差異,要他先增強(qiáng)體質(zhì)。自那以后,笛卡爾終身保持了晚起的習(xí)慣。包括在部隊當(dāng)兵,需要思考問題時,他也是躺在床上冥思苦想。據(jù)說,他就是躺著看見天花板上蒼蠅的運(yùn)動才發(fā)明坐標(biāo)系的。他后來回憶,那些在冥思中度過的漫長而安靜的早晨,是他哲學(xué)和數(shù)學(xué)思想的真正來源。
笛卡爾在數(shù)學(xué)上的主要成就是創(chuàng)立了一門數(shù)學(xué)分支——解析幾何,同時發(fā)明了坐標(biāo)系統(tǒng)。不過人們很少知道,他在數(shù)論領(lǐng)域也花費了不少精力和時間,例如完美數(shù)和友好數(shù)問題。蔡天新說自己也是受哥德巴赫猜想的影響而選擇了數(shù)學(xué)。
比笛卡爾晚兩輩的牛頓,是從社會傳聞而不是從課堂上了解到了笛卡爾的新哲學(xué)和新幾何,他相信物理世界是由運(yùn)動著的物質(zhì)粒子組成的,并掌握了用代數(shù)方法解決幾何問題的方法。不久,身為劍橋大學(xué)三一學(xué)院研究生的牛頓,便在自己的農(nóng)莊裡(因為鼠疫放假)構(gòu)想了微積分學(xué)和萬有引力定理。
笛卡爾在數(shù)學(xué)上有好幾位競爭對手,如有著“業(yè)余數(shù)學(xué)家之王”之稱的法官費爾馬。費爾馬大定理是畢達(dá)哥拉斯定理(即勾股定理)的推廣和提升,雖然結(jié)論截然相反。據(jù)說笛卡爾經(jīng)常接到費爾馬的挑戰(zhàn),如宣布發(fā)現(xiàn)某某數(shù)學(xué)規(guī)律卻不告之証明方法。
帕斯卡爾的主要數(shù)學(xué)成就包括概率論的創(chuàng)立、二項式系數(shù)和射影幾何學(xué)中的帕斯卡爾定理。除了數(shù)學(xué)上的成就以外,他還發(fā)明了計算機(jī)、流體壓力定律,計算機(jī)中的帕斯卡爾語言和天氣預(yù)報中的大氣壓強(qiáng)單位“帕”均取自他的名字。
相比笛卡爾和帕斯卡爾的多才多藝,費爾馬把自己的聰明才智全部奉獻(xiàn)給了數(shù)論。這當(dāng)然與費爾馬有著自己的職業(yè)、需要養(yǎng)家煳口有關(guān)。“但我認(rèn)為更重要的是,費爾馬與高斯、歐拉這3個對數(shù)論有杰出貢獻(xiàn)的數(shù)學(xué)家,他們已經(jīng)從數(shù)論之美中獲得了滿足,因此不怎麼需要尋求諸如藝術(shù)、哲學(xué)或宗教的滋養(yǎng)。”蔡天新說。
從費爾馬到龐加萊
1665年費爾馬去世后,法國數(shù)學(xué)界有半個世紀(jì)的沉寂。之后從1710年代開始的100年間,法國又源源不斷地出現(xiàn)大數(shù)學(xué)家——克雷羅、達(dá)朗貝爾、蘭伯特、拉格朗日、拉普拉斯、勒讓德、蒙日、卡諾、傅立葉、泊鬆、柯西、蓬斯萊、伽羅瓦。他們中的每一個都成就非凡,如果放在其他國家,都可能成為該國歷史上最偉大的數(shù)學(xué)家。
龐加萊,以其名字命名的猜想獲得解決而重新引起全球矚目,他的才華和成就橫跨了科學(xué)與人文兩大領(lǐng)域,被認(rèn)為是通曉全部數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)知識的最后一個人,他涉足的研究領(lǐng)域驚人的廣泛,并不斷使之豐富。他還是數(shù)學(xué)的天才普及者,其平裝本的通俗讀物被人們爭相搶購,在公眾中的影響如同后來的英國理論物理學(xué)家、《時間簡史》的作者霍金。
數(shù)學(xué)以外,龐加萊的貢獻(xiàn)也難以勝數(shù):相對論、光學(xué)、宇宙起源等等。他既當(dāng)選為法蘭西科學(xué)院院士(后成為院長),又當(dāng)選為法蘭西學(xué)院院士,可謂同時處于科學(xué)和人文兩座金字塔的塔尖。龐加萊相信藝術(shù)家和科學(xué)家之間創(chuàng)造力的共性。
反思中國數(shù)學(xué)氛圍
如果說工業(yè)革命的需要促使牛頓在英國發(fā)明了微積分,那麼流血的法國大革命尤其是拿破侖的好戰(zhàn),也使法國成就了一批精通理論和應(yīng)用的數(shù)學(xué)家。“那個時代的法國數(shù)學(xué)家?guī)缀醵寂c拿破侖交上了朋友,他們中的許多位曾在軍事學(xué)院和準(zhǔn)軍事學(xué)院就讀或任教。”蔡天新說。
蔡天新認(rèn)為:“從笛卡爾、帕斯卡爾、柯西等人的成才例子和伽羅瓦的早夭也可以看出,身體和智力上的平衡、科學(xué)與人文素養(yǎng)的兼?zhèn)涫呛蔚戎匾?rdquo;
或許是法蘭西的面積狹小,數(shù)學(xué)家們抬頭不見低頭見,加上鄰國之間的相互競爭,使得多數(shù)對數(shù)學(xué)感興趣的人有著高起點,他們相互影響和勉勵,形成了合理的良性循環(huán)。
需要指出的是,前面提到的半數(shù)法國數(shù)學(xué)家與巴黎綜合工科學(xué)校(創(chuàng)立于1794)結(jié)緣,而另一座同樣誕生于法國大革命期間、校名同樣謙遜的巴黎高等師范學(xué)校(創(chuàng)立于1808)則在上個世紀(jì)培養(yǎng)了8位菲爾茲獎得主?梢哉f,正是笛卡爾以來法國數(shù)學(xué)的人文主義傳統(tǒng),使得數(shù)學(xué)在法國長盛不衰。“值得我們深思的是,很少有法國數(shù)學(xué)家長期滯留海外!”蔡天新說。
再看中國,雖說西漢時就有了《周髀算經(jīng)》和《九章算術(shù)》,南朝時祖沖之對圓周率的估算領(lǐng)先世界1000多年,卻限于實用性的計算而忽視公理化建設(shè)和理論推導(dǎo)。近代以來,由于缺乏對外交流,中國和整個東方數(shù)學(xué)未跟上時代的腳步。等到國門重開,終于意識到自己的落后,我們的面前困難重重。“巴黎有100多條以數(shù)學(xué)家命名的街道,北京有一條嗎?”蔡天新質(zhì)問,底下無語。
“我個人認(rèn)為,遲遲未有人得諾貝爾獎的一個重要原因在于,中國科學(xué)的人文環(huán)境不夠好。”蔡天新解釋道,所謂人文環(huán)境是寬泛的概念,主要是指有利于人才脫穎而出的寬鬆環(huán)境。
蔡天新表示,如果我們的數(shù)學(xué)工作者年輕時多一些人文修養(yǎng),盛年之后能把一部分精力轉(zhuǎn)向哲學(xué)思考或研究,及時探討數(shù)學(xué)的未來和外延,把數(shù)學(xué)看成傳統(tǒng)文化的一部分,而不是作為敲門磚或謀取名利的手段,我們的數(shù)學(xué)事業(yè)就會興旺發(fā)達(dá),數(shù)學(xué)研究和人才培養(yǎng)就會成為一種有序的制度,中國也有望成為真正的數(shù)學(xué)大國。
蔡天新的這番話引起了大家的思索,底下的林群院士坐不住了:“其實中科院一直有這種氛圍和對數(shù)學(xué)這種智力的追求,改革開放后,全國都有這種氛圍。我認(rèn)為,做數(shù)學(xué)不是為了諾貝爾獎,或者說,中國數(shù)學(xué)家已經(jīng)取得了亞洲諾貝爾獎。”林群是指吳文俊和其他幾位科學(xué)家分享2006年邵逸夫獎。
在法國多年的嚴(yán)加安院士深有感慨地說:“我是過來人,年紀(jì)越大,越覺得文化素質(zhì)的重要性。文化素質(zhì)高的人,懂得學(xué)術(shù)品位,不會去寫低檔次的文章。陳省身、楊振寧、李政道等大師級的學(xué)者都是文化素養(yǎng)很高的人。”
嚴(yán)加安院士舉了法國導(dǎo)師的例子來說明師生間的學(xué)術(shù)傳承:“上世紀(jì)七八十年代,國內(nèi)打印論文不方便。我把論文寄給我在法國進(jìn)修時的導(dǎo)師Meyer教授,他幫我打印論文,幫我修改,有時甚至是作了實質(zhì)性修改,但他從不在文章上署名。他非常謙虛地說,他幫我打印論文,可以邊打邊看,這樣能加深理解。他的這一優(yōu)秀品德對我日后影響很大。”
關(guān)于中科院數(shù)學(xué)院的氛圍,嚴(yán)加安表示非常好,“比較寬鬆,負(fù)擔(dān)不重”。“有的學(xué)校博士非要發(fā)表3篇SCI文章,數(shù)學(xué)院不以論文多少來提副研,也不以論文多少來給博士學(xué)位。”嚴(yán)加安說。
講座的最后,提倡數(shù)學(xué)和人文同行的蔡天新身體力行,給大家朗誦了他的詩《夢想活在世上》:
飛鳥向往我的眼睛
鄉(xiāng)村和炊煙飄過屋頂
河流挽著我的胳膊出現(xiàn)
月亮如一枚藍(lán)藍(lán)的寶石
嵌入指環(huán)
我站到耳朵的懸崖上
夢想活在世上
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