寻天人乐处,拓万古心胸 ——CCTV4《华人故事》“丘成桐求真六十年”观感
作者:陶臻
丘成桐,一位伟大的数学家,早已听说过。但对他的经历、成就、人格品质知之甚少。特别是“求真”两个字引起了我的共鸣和联想。它切入时弊,威力无穷,意义深远!观看了CCTV4《华人故事》“丘成桐求真六十年(上、下集)”我十分震撼,敬佩万分!由于不懂深奥的高等数学,我一个字一个字将视频记录下来,怀着强烈学习、了解的欲望和对“卡拉比猜想”等神秘数学迷宫的好奇,用我学习“量子力学”的方法和毅力,走进丘成桐,走进他的数学世界。
我的观后感,尽量用视频和我收集到的原汁原味的原话,这样会更自然,更贴切,也会更亲切!
生平和经历
丘成桐(Shing-Tung Yau),1949年4月出生于广东汕头,祖籍梅州蕉岭,美籍华裔数学家,菲尔兹奖首位华人得主,美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士、中国科学院外籍院士、中央研究院院士、香港科学院荣誉院士,哈佛大学数学系和物理系荣休教授,香港中文大学博文讲座教授兼数学科学研究所所长、清华大学讲席教授、丘成桐数学科学中心主任、清华大学求真书院院长。
丘成桐1966年香港中文大学崇基学院数学系,本科三年获得学士学位;1969年加州大学伯克利分校,1971年获博士学位;1972年纽约州立大学石溪分校助理教授;1974年斯坦福大学,历任副教授、教授;1979年普林斯顿高等研究院教授;1984年加州大学圣地亚哥分校教授;1987年哈佛大学,历任数学系教授、Higgins数学讲座教授、William Casper Graustein数学讲座教授;1994年创立香港中文大学数学科学研究所任所长;2003年起担任香港中文大学博文讲座教授;2008年—2012年哈佛大学数学系主任;2009年起清华大学数学科学中心主任;2013年哈佛大学物理系教授;2014年哈佛大学数学科学与应用中心主任;2020年北京雁栖湖应用数学研究院院长;2021年清华大学求真书院院长;2022年清华大学讲席教授。
主要成就
丘成桐是公认的当代最具影响力的、顶尖的数学家之一。他的工作深刻变革并极大扩展了偏微分方程在微分几何中的作用,影响遍及许多学科。例如拓扑学、代数几何、表示论、广义相对论等众多数学和物理领域。他与中国现代数学之父华罗庚、微分几何之父陈省身一起,作为华人数学家列入世界伟大数学家的行列。
他最傲人的荣誉是在1982年到2023年里,获得了菲尔兹奖、克拉福德奖、沃尔夫奖、马塞尔。格罗斯曼奖和邵逸夫数学科学奖,成为迄今为止唯一一位囊括五项世界科技大奖的数学家。
2016年,丘成桐与霍金在哈佛大学数学科学与应用中心(CMSA)
他最傲人的成就是开创了数学中的几何分析学科,影响了物理学、工程学等领域,推动了计算机科学、人工智能、金融工程等前沿科技的发展。是他提供了一系列“猜想”的数学支持,例如证实真空里的引力的存在的,解决六维空间的卡拉比猜想。他与霍金合作,得到了黑洞必然产生的条件等等。
科学家认为,爱因斯坦的相对论,跟量子力学联系不上,唯一可以有联系的就是玄理论。所以玄理论是可以解释宇宙的。几何学怎么能对宇宙的物理特征的认识做出贡献呢?需要多点笔墨解释一下。玄理论认为宇宙是十维的时空结构,其中,四维是我们熟悉的,比三维度多了一个维度,也就是时间轴,而剩下的六维则当时还找不到理论根据。卡拉比—丘流形正是关于六维空间的数学描述。他对于理解宇宙的基本结构和规律具有重要意义,就像DNA记录了人体的秘密一样。有学者认为宇宙的密码也许就写在卡拉比—丘空间的几何性质中。正是几何学对探索宇宙的重要贡献。它已经成为构建时空的基础结构。数学之美,不仅在于它形式的简洁和逻辑的深邃,更在于它能作为一把钥匙,解锁大自然的语言。
他最深谋远虑的杰出的奉献和伟大的传承精神,是在数学顶尖人才教育领域开创性的进行了重大的学科和教育改革。
在做学问方面,他结合物理学的新发现,从数学上来论证、支持这个物理特征的成立,他和他的同事作了许多前人未做过的开创性的工作。其具体表现在把许多猜想变成了现实、定理和法则。例如,证实真空里的引力的存在性,解决六维空间的卡拉比猜想;证明实了Monge-Ampère方程解的存在性的閔科夫斯基問題;开创了将极小曲面方法应用于几何与拓扑研究的先河的正能量定理;证明任意紧致凯勒流行上稳定丛的埃爾米特-愛因斯坦度量的存在性的埃爾米特-愛因斯坦度量;解决紧致正曲率凯勒流形与複射影空间双全纯同构的弗蘭克爾猜想;解决三維流形極小曲面一个著名的问题的史密斯猜想;证明弦论学家提出的镜像对称猜想,用公式给出了有理曲线数目的显式表达的镜像对称猜想;证明曲线模空间上各种几何度量的等价性的刘孙丘度量等等。
本文想着重谈谈从卡拉比猜想,发展到卡拉比—丘定理的学习心得。那么什么是卡拉比猜想?卡拉比猜想是有意大利裔著名几何学家卡拉比在1954年国际数学大会上提出的。之后的数十年间,没有人解开这个难题。
六维空间的卡拉比猜想
在丘成桐的书桌上放着一个卡拉比—丘,丘成桐空间的流行模型,是一个六维空间,所以称之谓卡拉比—丘丘成桐空间。它是指一个蜷缩的高维空间,在不同的方向看,它有不同的很复杂的投影。当人们最初看到这个猜想是,几乎都认为不可能,包括丘成桐本人。因为卡拉比空间具有极高的复杂性和多变形,其几何形态犹如迷宫错综复杂,令人叹为观止。卡拉比--丘”空间迂回曲折且扭曲,没有直线,无法使用传统的欧几里德几何描述,它们只遵循一种更为抽象的几何学。
科学家们认识到这些多出来的维卷曲在一种叫做“卡拉比-丘成桐”的空间结构里,“卡-丘”空间的半径小于亿亿亿亿分之一米,只有质子和中子半径的亿万分之一。的确,要描述“卡-丘”空间几乎是不可能的,因为它有六个维度。所以人们认为这个理论是科学家猜测出来的一个理论,没办法用仪器进行观测。面对几乎不可能的猜想,丘成桐经历了三年的反例论证,又三年的成立论证。他从卡拉比-邱流行(空间)上的这些几何图形,计数出基本粒子的种种不同得现象。六维空间的确很难想象。现在宇宙有十维空间,我们一般人的思维确实想不出来,就假设它存在于思维空间吧!期待丘成桐创立的几何分析学能算出来。
在办学方面,自2009年,建立清华大学数学科学中心以来,在数学顶尖人才教育领域进行了一次大胆的尝试。丘成桐说,一个高考,一个中考,为了准备考试,不停地刷题,学生以考试为主,对学问本身的兴趣不大了。于是,进行了招生改革,招收对数学有兴趣,有发展潜力的学生,不考试,直接升学,学士、硕士和博士连读的衔接培养。是他创办了这所特殊的学校,亲自制定“数学领军人才计划”,经常与同学们一起吃饭,一起谈心,亲自讲数学发展史。他认为,“人才是整个做学问的最重要部分,没有人的话,这个机械式地办大学做不成功。”他反复强调,“做学问,要有热情和兴趣,否则,坚持不下来”。其实,他说的是要把做学问看着是人生的一大乐趣,而不是受苦受累的苦差事。只有这样,才能迎难而上,以解题为乐。如今,他把整个精力都投入到教学第一线,从科学家,转行为教育家!
清华从2009年的QS排名第96位,到2024年排名21位,这是他全职进入清华工作的实效,他用自身的影响力,用他创办的求真书院,他的以身作则的带动作用,帮助清华大学数学学科排名上升了75位。
丘成桐的科研和办学思想和他的奋斗不止的进取精神无不鼓舞着清华大学的师生们。他认为,“数学家的研究方向一定要开阔,学生需要对数学的潮流和古今中外的发展要足够地了解。学习数学史能够打开视野,同时,能看到历史上伟大的数学家们,是如何走出自己的路的”。他对院训“寻天人乐处,拓万古心胸”作了精辟地解释。他说:“对我们来讲,要了解自然,所以我就讲,‘寻天人乐处‘,从了解里面能够找到它的快乐的地方,能够觉得高兴,才能够做学问。假如你作学问不高兴得话,你做了一次以后,就不可能再做下去了。’拓万古心胸‘,就很明显,就是我们做学问能够传给后边。我们有这个心胸,有这个想法,才能做出第一流的学问。”看来做学问是科学研究,同时也是心灵的拷问。像丘成桐那样做一个德艺双馨的人!
平凡而伟大的人格
用视频里的话,用他自己的话,用我收集的他和同事、学生的话,因为这些闪光的金句最能展显他平凡而伟大的人格。这些摘录虽然是他言谈和文字的沧海一粟,也涉及到了人和社会的方方面面,可以说是我们做人做事的信条。
丘先生大多数时间就在清华大学.静斋,他一件简朴的羊绒衫,是日常最爱的穿搭,一杯清茶伴随一天的工作。他不喝咖啡,整天喝茶,尤其是中国茶。
一顿午餐就在电脑前,用盆饭快速解决,简单得令人感到意外。但丘先生不以为然。他关注在数学世界里,沉浸在研究中,享受思考的乐趣。
在三年反证卡拉比猜想后,意识到猜想可能成立时,他说:有错一定改正,同时要勇于解释为什么错了。于是两个星期不离办公桌,找出错误所在。
大量前人从未解过的方程式,成为丘先生逐级攀登的阶梯。他走路想,开车也想,回去赶快用笔写下来。失败至少十几次,最后终于同事一起开拓了一个崭新的领域---几何分析。
他总是在废寝忘食,不断推导数学公式。
我还记得后来找工作的时候,也是和丘先生一起在车上聊天。他说做数学,证明一定要做得滴水不漏,他用英文讲是“air tight”。
他跟年轻学生,一块吃饭,讨论将来的发展,怎么可以为国家做贡献。
下午讨论班结束后,丘成桐先生经常和我们一起打打沙滩排球。这时候的丘成桐先生十分平易近人,容易开玩笑。被球砸到,就和我们一起笑。
他总是抱着更远大、长期的目标来指导学生,这是他作为数学大家的一个特点。
丘成桐先生曾经说,“我对数学的兴趣源于人类智能足以参悟自然的欣喜。”我跟随他学习,算是很幸运的。
他始终最感兴趣的是学问,并不抱着什么功利的目的。这一直让我敬佩有加,引以为傲!
功名对我没有困扰,主要是学问上的成就。对我来讲,我看的比较重要,所以在数学上面,能够感觉得很好,同时,也喜欢去做学问。完成一个好的学问,比拿一个大奖有意义得多。
我的父亲有浓郁的家国情怀,生前常常教导吾辈,作为中国人,有机会要为国家多做点事。我一直铭记于心并倾力而为。作为华人科学家,我40多年来矢志不渝推进中国科学尤其是数学迈向世界前沿。为此,我充分利用自己的国际学术影响力,汇聚国际高端学术资源,在内地、香港和台湾先后成立了8个研究所。
我做某一方面的工作,是因为对我而言,它呈现出来的美是让我感受最深的。
教授不担心衣食住行,才能做好学问。好的学问基本上还是在经费充裕的情况下才能做出来
我们不能因为不知道会产生什么样的现象就不去做实验,我们要开辟一条别人没走过的路,这才是创新精神。
在清华大学丘成桐的数学和科技中心的团队,流传着一个说法,找七个人跟着丘先生,都不一定能应付得了他的工作量和高要求,大小事他必躬亲。
他确实是这种性格,什么事情赶快做,另外,他个人有这个情怀。就是做些事情,做大事情。
作为科学家,完全没有天分也不大可能,因为你至少要了解前沿的科研成果,不仅要知道,还要理解它具体和深刻的意义,这是学习的过程,再进一步也要看你的文化、思想、与人交流的能力。但是,像电影和小说里讲的那些“天才”是不存在的。数学有两千多年的发展历史,中间出现了多少天才,伟大的数学家可能有好几百个,他们累积下来的这么多的学问,经过不断的修改,去粗取精才留到了现在,要想不经过太多的学习,仅凭“天分”就能超越他们,是不大可能的。好的科学家要有文化,有思想,有兴趣,去深入地思考,这样才能完成大的事业。
我们要了解一个事物,就要先建立一个框架。怎么建立框架呢?也跟这个人对事物的看法和感受有关。曹雪芹写《红楼梦》,他写了一百二十回,结构是很严格的。他为了有条有理地描写贾府的兴盛和衰落,每部分的安排都很严谨。我们做数学、物理也一样,想要了解某一件事,需要先建立一个框架,然后再做里面小的零件,这是做大学问所需要的。怎么挑选好的问题,怎么建立框架来深刻地了解大自然,这一点跟作画、写作都有相似的地方。
他敢于直言,不讲情面。丘成桐在深圳一所高校演讲时指出,中国学术机制的大环境以物质奖励为主,年纪大的人掌握相关评比,青年学者无法专注于研究领域,这种状况导致中国的数学发展水平落后美国八十年。
中国目前教育不可能出一流人才。
丘先生对我,对很多他的学生最大的影响,就是他的爱国情怀。这可以解释为什么他的学生很多回到了中国。
感同身受
综上所述,我的观感也是多方面去的。有些也正是我多年思考的问题,所以有感同身受的感觉。
1.现今的教育、科研和教师包括学生、科研人员包括院士,医生,艺术包括演员,金钱气太浓,一切向钱看的风气使得有关事业的发展遭逢困境。
2.教育、科技、艺术、医疗等等领域的改革不能停,但要朝着有利于民生、强国的方向发展。
3.人才是科技发展的根本。丘成桐的数学尖子班,是尽快出顶尖人才的好办法,其他行业也可以借鉴。
4.丘成桐的成就,无人可比,但他心怀若谷,不固步自封,而是献身教育的传承事业。现在有些院士,功成名就,就躺在“院士”这个名利兼有的“聚宝盆”上,贪钱贪名,颐养天年。
5.教育是一个大问题。应试教育一定要改。要提倡理解,而不是死记;要提倡举一反三,活学活用,而不是读死书,做考题,一切为考试、考分;要提高自学能力、适应与时俱进的科技变化环境,要把部分考试变成读书心得,实验报告、科普报告,甚至是小实验,小科技论文。美国“Science”课程,从小学三年级起,就开始搞创新,搞实验,办展览。我参加过多次。特别感叹小学生的想入非非,胡思乱想的活力、广阔的视野和没有想像到的表达能力。美国科技创新事业后继有人。
6.“求真”,这抓住了当前“假大空”的要害。“真”是一切事物的基础和根本。否则,就是空中楼阁,水中捞月,自欺欺人。
7.新闻报道,树典型,立标兵,一定要实事求是,注意一种倾向掩盖着的另一种倾向。丘成桐不仅是科技成就显赫,他的人格、品德,做学问的态度都是人间楷模。
少有的好节目
我看了这个视频有许多与其它节目不同的感觉,总觉得耳目一新,科技含量丰富,人物描写生动,语言朴实,证据确实,论述有理有情有生活气息有人情味。而且还引用了大量的丘成桐先生的原汁原味的朴实生动的口语话的语言,引用了周围同事对丘成桐先生走心的真实情感。从形式上来看,不像是常规的通讯报道,而是人物访谈,比较自然,比较灵活,比较亲切。
从内容上来看,这是难的好素材,无论是人和事都会大大地吸引人们的眼球。因为它与人们从心底里崇拜的科技和科学家的情怀紧紧相连。难度是科技太深奥了,大家基本不懂。
面对这些难度极大的科技前沿课题,视频用同俗的明确的语言做了一篇很好的科普文章,可以说,这个视频是近年来,科技含量最高,而且说的最透彻的。可以看出编导的良苦用心,他们下了大功夫,当了小学生,可能是一字一句去地学习理解。也是像丘成桐先生做学问那样,求真求实,排除万难,把深奥变成通俗。当我观看视频时,时时都在敬佩你们的付出!难为了这些文科生。
丘成桐先生之所以能有这样伟大的成就,是与他的高尚品德分不开的。视频着重表现他的人格魅力。视频没有用高大上的虚词,而是用大量的扑实的百姓口头语言来表述,既生动,又贴切,很有感召力。特别是“求真”两个字选的好,切入时弊,威力无穷,意义深远!因为丘成桐先生不求名,不图利,把做学问看的比天大。他的实话实说,胜过无数的华而不实的词藻。
视频针对性很强,意义非凡。视频所折射出的情理,表现出来的高贵情操正是当前科技界,甚至整个社会所缺乏的。所以视频的意义重大而深远。
可以毫不夸张地说,整个视频就是一部地地道道的“求真务实”的作品,字字句句都是大实话!我为编导点一个大赞,为近年来的这么好的作品而欢心鼓舞,看来,只要求真,作品一定有感染力,一定受大家的欢迎!
我的有感而发,说出了我的所思所想。也是在你们的作品的感召下所诱发的思考。我收益非浅,也从另一个方面说明了你们作品的现实意义,感动了我,也感动了整个社会。
文章要结尾了,我想用丘成桐先生写的求真书院的院训来表达我对丘成桐先生敬佩之情,感谢之意和我的感同身受!
丘成桐先生在求真书院的院训写道:
《数学家盼望的不是万两黄金,也不是千年霸业,必竟这些都会成为灰烬。我们追求的是永恒的真理。我们热爱的是理论和方程。它比黄金还要珍贵和真实。因为它是大自然表达自己的唯一方法;他比诗章还要华美动人,因为当真理赤裸裸的呈现时,所有颂词都变得渺小,它可以富国强兵,因为它是所有应用科学的泉源,它可以安邦定国,因为它可以规划现代社会经络。》
当我的观感与央视《华人故事》栏目记者交流时,对“求真”的含义和意义有了出奇的一致。她说:“看来您学到了求真的精神”。我说:“是的,我这一辈子最看重的是真心、真实、真情、真才、真相,真正的伟大人格,真正的大家!无论才高或学浅,只要真诚,就是可敬可爱的人”!她回答说:“我也认为,真实是一切的基础”。
我想这个不约而同的共识,也是绝大多数人走心的结论。近期,我们社区华人团体组织的“凤凰城初代华人和他们的普鲁斯特问卷”的一系列报道中,当问到:”作为朋友的话,你最看重的是什么样的特点?异口同声地回答是:真诚、真心、真情,都离不开一个闪光的金字---“真”!