數(shù)學家的故事:吳文俊
來源:奧數(shù)網整理 2019-08-27 11:49:38
數(shù)學家說,數(shù)學研究是繼理論研究和實驗研究之后的第三種研究方法。近代、現(xiàn)代的許多重大科學發(fā)現(xiàn)和技術進步,往往是人們先用數(shù)學算出了它,然后才有了科學發(fā)現(xiàn)。海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)是如此,火箭的上天也源于數(shù)學上的“第一宇宙速度”。大到宇宙形態(tài),小到基因組合,數(shù)學都可以通過計算來認識世界。于是,有人說,上帝是按照數(shù)學語言來創(chuàng)造世界的。
數(shù)學家吳文俊的故事
2001年2月19日, 81歲高齡的數(shù)學家吳文俊從江澤民主席手中接過國家最高科學獎的證書,此刻,這位年過八旬的數(shù)學家的數(shù)學人生又一次放射出最明亮的光輝。
在一個下午,我走進了中科院數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院,走近了滿頭華發(fā)的吳文俊先生與他的年輕的助手,走近了吳先生的數(shù)學人生。
2001年2月19日,在北京人民大會堂接受江澤民主席親自頒發(fā)的國家最高科學技術獎。
一個沉默寡言的人引起了“拓撲學的地震”
吳文俊談笑風生,性格開朗?蓞窍壬f他從少年時代起,很多年一直是個沉默寡言的人,甚至可以整天不說一句話?墒,這樣一個人卻有著別人所不及的數(shù)學天資。
吳文俊先生的青少年時代是在抗戰(zhàn)的炮火中度過的。1940年他從上海交通大學數(shù)學系畢業(yè),到處奔波才在郊區(qū)的中學找到了一個位置。此后整整五年,沒有接觸數(shù)學研究。抗戰(zhàn)勝利后,吳先生由親友推薦結識了陳省身先生。此時,拓撲學正在興起,被稱為現(xiàn)代數(shù)學的王后,陳省身先生把他引上了拓撲學的正途。在陳省身身邊一年多的時間里,吳文俊展露了穎異的才華,極受陳先生賞識。
1946年,吳文俊考取了留學生,來到法國,兩年之后獲得法國國家科學博士學位。法國是拓撲學的中心,吳文俊在這里御風而飛,漸入境界。1950年, 吳文俊提出“吳示性類” 和“吳公式”,將拓撲學中示性類的概念由繁化簡,由難變易,并給出了示性類之間明確的關系和可以計算的公式。吳文俊抓住本質的鮮明工作,如同撥云見日,為拓撲學開辟了新的天地,被稱為 “拓撲學的地震”。 1951年吳文俊回到祖國,繼續(xù)拓撲學方面的研究,又作出了“吳示嵌類”的發(fā)現(xiàn)。
因在拓撲學方面的重要成就,吳文俊獲得了1956年度的第一屆國家自然科學獎一等獎,1957年當選中國科學院學部委員。這一年他38歲,是當時最年輕的中科院學部委員。1958年,吳文俊應邀在世界數(shù)學家大會做示嵌類方面的報告,這在數(shù)學界被認為是很高的榮譽。
拓撲學至今仍是數(shù)學的主流之一,并有著廣泛的應用。而吳文俊的成果成為影響深遠的經典性成果,引發(fā)了大量的后續(xù)研究,其中一些至今仍居世界領先地位。許多著名的科學家從他的成果中受到啟發(fā),或直接以他的成果為研究的起始點。
五十年代從事拓撲學研究 (《人民畫報》1957年第4期) 攝影 錢浩
連接古代與未來——開辟數(shù)學機械化的新領域
數(shù)學機械化思想的提出和成果鑄就了吳文俊數(shù)學人生的第二塊里程碑。
這源于兩次偶然的機遇。一次是在無線電廠的勞動,一次是對中國古代數(shù)學的重新認識。
“文革”期間吳文俊在北京無線電一廠勞動,但這里并不做無線電,而是轉向制造計算機,在這里吳文俊第一次了解了計算機,并感到了計算機的巨大威力,認為計算機是一個了不起的工具。
1974年,吳文俊開始涉足中國古代數(shù)學史,漸漸地深入進去,他對中國古代數(shù)學有了一個重要發(fā)現(xiàn),就是貫穿中國古代算術的思想是機械化的思想,是非常符合現(xiàn)代計算機的思想。這促使他想二者合一,解決一些數(shù)學問題。他開始選擇了初等幾何定理證明作為嘗試。經過試驗—失敗—再試驗—再失敗的艱苦工作,機器證明定理終于取得了成功。
1984年,年輕的中國數(shù)學家周咸青去美國丹佛參加“全美定理機器學術會議”,在會上他提交了一篇《用吳方法證明幾何定理》的論文,同時在現(xiàn)場用電腦進行演示,短短的十幾分鐘證明了幾百條幾何定理,整個會場頓時嘩然。
“吳方法”的神奇之處在于,可以讓電腦代替人腦去進行幾何定理的證明,這樣對于人腦來說,原本很復雜和繁瑣甚至不太可能的計算和推理就變得輕而易舉了。把這一方法運用到各種科研和技術領域中,就能顯著提高工作效率。
后來,吳文俊在他的閱讀中零星地讀到,在他之前,世界上也有數(shù)學家提出過減輕繁重腦力勞動的想法,像解析幾何的發(fā)明者笛卡爾等,但他們或是沒有進行過嘗試,或是迷失了路徑。而吳文俊以他敏銳的目光在世界電腦發(fā)展初露端倪之時,立即把電腦與自己所研究的中國古代算術思想聯(lián)系起來,開辟了一條與西方迥然不同的數(shù)學機械化道路,開創(chuàng)了機器定理證明的時代,國際上稱為“吳文俊方法”和“吳消元法”。吳文俊的名聲又一次鵲起,1986年,吳文俊第二次應邀在世界數(shù)學家大會上介紹這一發(fā)現(xiàn)。
這里不應該忽略的是吳文俊對中國古代數(shù)學史的貢獻,西方人一直對中國古代數(shù)學存有偏見。他對古代數(shù)學史進行了整個檢查后,卻有了一個重要發(fā)現(xiàn):就是中國古代數(shù)學自成一體,不僅與西方理論是完全不同的兩套思路,而且對現(xiàn)代數(shù)學也有啟迪。1977年,吳文俊發(fā)表了《中國古代數(shù)學對世界文化的偉大貢獻》,明確指出近代數(shù)學之所以能發(fā)展到今天,主要是靠中國(式)的數(shù)學而非希臘(式)的數(shù)學,決定數(shù)學歷史發(fā)展進程的主要是靠中國(式)的數(shù)學而非希臘(式)的數(shù)學。1987年,他發(fā)表了更加重要的《中國傳統(tǒng)數(shù)學的再認識》,引起了數(shù)學界的極大興趣。這是對數(shù)學史正本清源的研究。據(jù)說,一向謙虛謹慎的吳文俊也口吐“狂言”:“我是真正理解中國古代數(shù)學的第一人。”
老當益壯,寧移白首之心
已年逾八旬的吳文俊先生至今仍活躍在數(shù)學機械化研究的第一線,他主要的精力是致力于數(shù)學機械化的應用。
在吳文俊的培養(yǎng)帶領和影響下,中國有了一支高水平的數(shù)學機械化研究隊伍,在國際上被稱為“吳學派”。
目前,“吳方法”已經在高科技領域開始了成功的應用。運用“吳方法”,北京大學的科學家使得可視電話的傳輸效果比傳統(tǒng)傳輸方法大大改善;而正在研制的新一代數(shù)控機床將更加精巧、靈便,可加工更為復雜的曲面,被科學家稱為“21世紀的機床”。北京理工大學的科研人員已經將“吳方法”成功應用到一種常見的機械結構“四連桿”的設計制造中,現(xiàn)在已經可以向工廠推廣進入產業(yè)化階段了。
吳先生說,數(shù)學機械化的研究目前僅僅處于起步階段,主要局限于代數(shù)幾何、微分幾何等領域,如何擴大數(shù)學機械化的范圍,將是今后需要長期探索的問題。
采訪結束,問及吳先生為何如此高壽,仍精力過人,答曰:沒有心理負擔,沒有煩惱。
而他的學生對此解釋有二:一為家族遺傳,一應歸結為吳先生個人修養(yǎng)。吳先生摯愛數(shù)學,一心只在學術,一生淡泊名利,不計成敗得失。雖為學術大家,但謙虛謹慎,毫無霸氣,為人正直,平易近人,而且不失天真之心,令人可親可敬。
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