我的數學 1 對 1 老師,是菲爾茲獎得主

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1. 各自遠揚

我的數學 1 對 1 老師,是菲爾茲獎得主

故事主人公許俊近照

“你有多少年沒去見你師傅了?”

“快 5 年了吧。”

“放棄恩師畢生的研究道路,自己找到新團隊合作研究一個新方向,你有什麼感覺?”

“嗯...”

在普林斯頓高等研究院的咖啡館裡,在許俊毫無防備時,我問了他這些問題。

坐在一條黑色皮椅上,許俊抿著嘴,目視前方,很少眨眼。十指交叉緊握,他的雙手舒服地架在雙膝。腳上的棕色紐巴倫鞋看起來有些老舊。

與學術路上與恩師分道揚鑣,是怎樣一種體驗?在問題的刺激下,一件件往事在許俊腦海中浮現。

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許俊夫婦與廣中教授的合影


1983 年出生的許俊是一名大器晚成的韓國數學家。

他本科學的不是數學,卻硬申美國的數學博士。最終,他收到了 10 多封拒信。還好,有一所大學願意錄取他。

但就是這樣一位頂多算半路出家的數學研究者,卻在博士一年級時,證明了一個困擾了數學界數十年的難題。

現在,許俊的頭銜有:1) 普林斯頓大學數學講師和 2) 普林斯頓高等研究院研究員。

普林斯頓高等研究院從落成起,就是學者開展純學術研究的天堂。愛因斯坦、馮諾伊曼、哥德爾、楊振寧等科學家和數學家,都曾在此取得劃時代的學術成就。

34 位諾貝爾獎得主,42 名菲爾茲獎獲得者,普林斯頓高等研究院星光熠熠。

說句題外話。雖然這所研究院的名字裡有普林斯頓這四個字,但它並不隸屬於普林斯頓大學。它倆只是同樣位於普林斯頓這座小城,並且有學術合作。


2. Poet and Quant

一個溫暖的早春清晨,拿著剛買好的早飯麵包,許俊正在尋找麥克唐奈禮堂——他將要講課的地方。

作為高等研究院的研究員,他其實沒有教學義務,但他還是在本科生院開了門叫《交換代數》的課。

”你為什麼要分心去做教學呢?“ 我問許俊。

”如果你講一天課,你至少教書育人了,你至少為世界做了貢獻。但如果你做一天數學研究,你通常做不出任何貢獻。“ 許俊如是說。

在這節交換代數課上,許俊帶著學生們證明了希爾伯特的一條數學定理。

學生們的領會能力很強,畢竟,能被普林斯頓錄取,又願意一大早跑來上一門艱深的數學課,這些學生本來是一個自我篩選的群體。

學生時期的許俊也曾這麼認真地聽過一門課數學課。

那門課的老師叫廣中平祐 (Heisuke Hironaka) 。廣中平祐是日本家喻戶曉的數學家。他是哈佛大學的數學博士,更是 1970 年菲爾茲獎得主。

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少年時的廣中平祐


出生在日本小城山口,廣中平祐是在一個有 17 口人的家中長大——14 個兄弟姐妹,他自己,還有爸媽。

小學時,廣中平祐立志成為說書人,也想過要成為鋼琴家。但遇到數學後,他意識到這個抽象的學術事業才是他的最愛。

平祐在童年經歷了很多磨難。他有兩個兄弟在年少時離世。中年連喪兩子的父親被擊垮了,灰心的他賣掉了本就經營艱難的紡織廠。

平祐在這麼多孩子中是年齡較大的一位,因此他很早就學會了照顧自己的兄弟姐妹。

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中年時的廣中平祐


功成名就後,廣中平祐很樂意啟發和提攜年輕人。


他開辦數學興趣夏令營,連續 20 多年為日本和美國的中學生和大學生講數學課。在多所大學任教期間,他也培養了許多當代的數學家。

這其中就包括我們故事的主人公許俊。廣中平祐對許俊的幫助絕對是拯救級。

故事得從許俊的小學時說起。

許俊小學時的數學成績很差,但他很要強。於是,他通過寫詩來證明自己的才智。

很多家長讀者應該很熟悉這種自我奮鬥的方向。在上世紀 80, 90 年代的中國,許多青年男女都以寫詩為榮。能創作出優美動聽的詩歌,在當時,是智慧的象徵。

不過,隨著鄧公南巡講話的深入人心,經濟發展成為國家的第一要務,許多年輕人的自我奮鬥目標也變得更務實:找個好工作,賺錢養家。

於是,許多人放棄了詩歌事業。

詩人許俊最終也停更了,因為沒有出版社願意接受他的作品。他終於接受了自己是平庸詩歌愛好者的現實。

於是,考進國立首爾大學的他,選擇了天文物理專業,致力成為一名科學記者。什麼是科學記者呢?以中國為例,科學記者就是為諸如《科學畫報》等科普雜誌供稿的記者。

在許俊大四時,廣中平祐應邀到國立首爾大學授課一年。他開了門全年的課叫代數幾何。簡單來說,代數幾何是一門這樣的學問:用代數的工具證明幾何的猜想。這樣的證明方法會更嚴謹,也能避免大腦中幾何直覺的干擾。

拿了菲爾茲獎,寫了多本暢銷書的廣中平祐在日本和韓國都是學術名人。名氣大致相當於丘成桐在中國。

努力成為科學記者的許俊嗅到了採訪的良機。於是,他選了這門課,雖然他並不具備聽懂這門課的數學先修知識。

這門課開課時共有 100 多個學生,其中有不少都是學術追星者。很快,到課人數就跌至個位數。許多數學專業的學生也因為覺得課程太難,自己學不到東西,就退課了。

但許俊選擇留守。


3. 我的老師拿過菲爾茲獎

不過,許俊堅持聽課,是因為他對課程內容本身的期待值很低。偶爾能聽懂廣中教授講的一個例子,他就覺得賺到了。

下課後,許俊常找廣中教授吃午飯,慢慢地,教授也開始重視這位”好學“的韓國學生。

在吃飯時,許俊常問教授一些他個人生活的問題,畢竟,這些內容才是大眾科普雜誌讀者最感興趣的(和最可能讀懂的)。

但廣中教授說著說著總是會說回他自己的數學研究。雖然幾乎聽不懂任何一句話,但許俊依舊敬業地扮演一個”數學愛好者“。

許俊演得太像了。

多年之後,廣中教授回憶起這段時光,表示自己當時完全沒看出許俊是數學小弱。

裝懂,直到真懂 (fake it until you make it) 。許俊做到了。

廣中教授對數學研究的熱情感染了許俊。他決定放棄科學記者的職業規劃,留校讀研,這回,他選擇了數學專業,而他的碩士導師正是廣中教授。

在碩士的兩年中,廣中教授幫許俊補了很多數學基礎,他的講法很有效,他首先給許俊講很多的例子,幫許俊建立清晰正確的直覺,然後再講這些例子背後共同的數學概念。

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菲爾茲獎獎章


在這種”我的數學 1 對 1 輔導老師是菲爾茲獎得主“的頂級學習環境中,許俊的數學水平突飛猛進。

兩人的友誼也因此越來越深厚。廣中教授帶許俊認識了自己的妻子,還多次邀請許俊去自己日本京都家中,參加家庭聚會。

在京都休假期間,他倆經常一起散步,邊走邊聊各種數學難題。

有一天,教授很嚴肅地找到許俊,表示自己已經老了,希望許俊能沿著自己在奇點理論 (singularity theory) 的研究路線,自己往下探索。

篇幅所限,我無法為大家詳解奇點理論。我簡略講講什麼是數學上的奇點。你小時候肯定學過,在分數中,分母不能為 0 。如果你在黑板上寫一個 7/0 這樣的數,老師會告訴你,這個數不存在 (undefined) ,沒有這個值。

但這個值其實存在,你可以把它簡略理解為奇點的一種。

說回我們的故事。廣中教授希望許俊能成為自己學派的接班人,這是何等的欣賞和信任。

不過,可能廣中教授還是被友誼干擾了判斷。

雖然許俊的數學水平有了長足的進步,但畢竟他本科時的數學基礎有限,所以,他在研究生時期也沒做出像樣的數學研究成果,甚至都沒能取得高 GPA 。

這樣來看,許俊離成為一個數學家都還有很長的一段路要走,更別提成為廣中平祐的合格接班人了。

但廣中教授就是認為這個學生有別人看不到的數學天賦,他就是對許俊有“迷之自信”。在 2009 年,在廣中教授的強烈要求下,許俊開始申請美國大學的數學博士項目。


4. 人生逆轉游戲

最後,只有伊利諾伊大學香檳分校 (UIUC) 這一所大學看在廣中的教授的面子上,決定賭一把,接受了許俊。

在許俊到了 UIUC 後,只在電影裡發生的情節,在現實中發生了。在他的博士一年級時,他就應用廣中教授的奇點理論,證明了一個困擾了很多數學界很多年的難題:裡德猜想 (Read’s Conjecture) 。

裡德猜想屬於一個叫圖論 (Graph Thoery) 的領域,這是一個許俊在讀博前很陌生的領域,所以,他對於這個領域的研究者通常會用什麼方法證明猜想,一無所知。

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圖書館挑書中的許俊


許俊以前的圖論研究者根本沒想過應用奇點理論,一種代數幾何中的工具,因為圖論和代數幾何是兩個不同的領域。

但許俊沒有這種思維定式,而且,他能熟練掌握的數學工具也不多,在他有限的幾種能應用的高級數學工具中,奇點理論是最強大的,也是他最常用的。

當一個人手裡只有一把錘子時,他看這個世界上的任何一個東西都覺得像釘子。


因此,許俊才不管什麼什麼圖論學界共識這種陳規,他大膽地用奇點理論,解決了困擾了圖論領域幾十年的裡德猜想。

如果你不知道許俊的這個數學成就有多驚人,我可以給你一個體育界的類比。如果有個 18 歲才開始學習乒乓球的普通外國人,通過兩年的練習,在奧運會上戰勝了所有參賽的中國選手,拿到了金牌,你說這樣的成就可不可怕?

許俊解決裡德猜想的難題,論成就,超越了上面這位假想外國人。

好事一件接著一件。

許俊把裡德猜想的研究成果寫成了論文。密歇根大學安娜堡分校敏銳發現了這篇論文的價值,他們邀請許俊來辦講座,分享自己的研究成果。


5. 功成名就

在許俊講座的那天,臺下坐滿了來自密大和多所其他大學的數學教授和研究者。有趣的是,一年前拒絕過許俊博士申請的大學,基本都派了代表到場。

始於一個奇點理論激發的靈感,許俊抓住了圖論研究的重大機會,不斷深度思考和推演,並把自己的想法寫成了嚴謹的論文。

其實許多人都有過靈感迸發的瞬間,但他們往往在瞬間的激動後,就重新回到了之前的生活狀態,彷彿靈感從沒來過。

在密歇根安娜堡,許俊的成果分享會震撼了在場的學者,密歇根大學當即決定邀請許俊轉學,許俊當即同意了。

轉學到密歇根讀博期間,許俊在圖論所屬的組合數學 (Combinatorics) 領域取得了更大的突破。

最終,在 2015 年,他證明了比裡德猜想更難的羅塔猜想 (Rota Conjecture) 。

這個成就不僅為他贏得了普林斯頓高等研究院的研究員職位,也讓他成為菲爾茲獎的熱門候選人,一個他的恩師廣中平祐曾拿到過的數學界最高榮譽。

現在看來,廣中平祐對許俊無條件的信任和支持,讓世界沒有埋沒一個頂尖的數學人才。

可是,許俊功成名就時,也是他與恩師分道揚鑣的時刻。


6. 一個數學家的辯白

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國立首爾大學的一角


早在 2012 年,剛剛證明了裡德猜想的許俊回到自己的母校國立首爾大學,分享了自己的研究成果。臺下的聽眾中就有他的恩師廣中平祐。

雖然廣中教授很為自己徒弟的成就而自豪,但他也隱約感覺到,許俊可能已經失去了純研究奇點理論(代數幾何領域)的興趣。他只會把這個理論當成一個工具來用,不打算接自己研究的班。

分享會後,師徒寒暄中,廣中平祐略帶焦慮地問許俊,你打算放棄奇點理論的研究了嗎?

”不,不,沒有放棄,我還會繼續研究。“ 許俊對恩師這樣說,但他難掩言語中的勉強。

2015 年,許俊證明了羅塔猜想後,就徹底告別了奇點理論(屬於代數幾何領域)的研究,他把全部的研究精力都投入到了組合數學領域中。

2012 年首爾一別,師徒兩人便天各一方,廣中平祐再也沒有見到過許俊。

今天,88 歲的廣中教授已經退休,但依然在孤獨地堅持自己的奇點理論研究。2017 年,廣中教授發表了一篇論文,稱自己已經證明了困擾奇點理論領域的一個世紀難題。

許俊和其他數學家看完了論文後,既沒認同,也沒否認廣中教授的結論。

廣中教授的身體狀況意味著他已不再適合長途旅行,但他還是期望能再次見到自己的愛徒。

”我只在網上讀到他的新聞,但已經很久沒見到他了。“ 廣中教授表達了自己的思念。

但許俊已經在大洋彼岸的美國開闢了屬於自己的新天地,他在空間上和精神上與恩師的距離,已越拉越大,大到無法彌合。

”我很內疚,但我需要一個屬於自己的學術空間才能自由地思考。“ 許俊也道出了自己的難處。

學術界每年都在見證類似的撕扯和離別。這個現象殘酷且真實。

2017 年 3 月,又是普林斯頓美麗和靜謐的一個早晨,許俊快步走進麥克唐奈禮堂,消失在路人的視野中。


| 全文完 |


對了,我們近期的一個大型有獎活動:


3 月 14 日 π 節,參與活動贏大獎!




我是本文編譯者小薩。本文主要編譯自以下幾篇文章和視頻:


[1] https://www.quantamagazine.org/a-path-less-taken-to-the-peak-of-the-math-world-20170627/


[2] http://www.ams.org/notices/200509/fea-hironaka.pdf


[3] https://www.youtube.com/watch?v=0pIRibivolA


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