为何丘成桐说数学是唯一与时不变的真理

周劼资深媒体人

清代大学者纪昀将知识分为两类:“五谷”之学和“药饵”之学,前者是生活的必需品,须臾不可离,固本培元;后者是纾危解困的好手段,危难之时显身手,解决卡脖子。而两者的关系,更像是华山派“气宗”的路径:以气驭剑,内功深厚才能招式精妙。

数学其实不是关于自然的科学,它更像是人类思维能力深广与缜密的极限探索,所以无论怎么归类,它都属于“五谷”这样的“主粮”之学,以数学“驭”其他科学,丹田护住一口真气在,大施拳脚自然见招拆招。有人理解,任何科学得到成果和结论,必须诉诸数学的形式来表达,这是数学的事后之用;也有人理解,很多科学难以用日常形象化的语言来描述,不得不以数学的形式来记录,这是数学的事中之用;可能很少有人理解,数学的推论和证明常常是其他科学突破与进展的“先声”。

年夏末,普朗克研究黑体辐射,他将之前两个不完备但很有用的数学公式合在一起,不断变化,得到一个更简单的公式:普朗克方程。普朗克方程与黑体辐射的实验观测数据严丝合缝,无疑是巨大的成功,但它的获得纯粹依靠数学技巧,本身没有物理基础。为了解释这个数学公式的物理意义,他不得不生造一个“量子”的概念,但至死也没明白“量子”的含义——这就是改变现代物理学走向的“量子力学”的诞生。也就是说,普朗克的发现“运气”,是一位数学家的训练有素,而非物理学家的洞若观火。数学比物理学更先理解“量子”,难怪惠勒调侃说,普朗克发现了量子,却没想到,它意味着偶然。

普朗克的例子其实是科学中的常态。数学之用,更全面的说法应该是,数学总结已有的科学成果,推动正在进行的科学研究,预示将要突破的科学方向。数学覆盖了科学的全领域、全过程,可谓科学之魂。数学底蕴深厚,科学自然“有待”,事半功倍,“水击三千里,抟扶摇而上者九万里”;数学不济,整个科学不免要失魂落魄,事倍功半,“不过数仞而下,翱翔蓬蒿之间”。用丘成桐的话说,“数学是唯一与时不变的真理,数学的美和真将引领百科,带动科学走向世界的最前沿”(《清华大学讲席教授就职演说》)。

两弹一星元勋、物理学家彭桓武的老师薛定谔——就是那个以要死不死之“猫”出名的大物理学家——晚年在爱尔兰都柏林大学任教,彭桓武回忆说,很多学生想来他那儿进修,时不时向他讨教该做什么课题,薛定谔说,第一年,除了数学什么也不做;第二年,还是数学;第三年,你可以过来和我谈谈了。

题外插一句,这其实是另一位大物理学家索末菲名言的折中版。索末菲说,想要成为物理学家,必须做三件事:第一,学习数学;第二,更多地学习数学;第三,重复前两步。

两则轶事可作为丘成桐话的注解。

在演讲中,丘成桐紧接着承转了一句:“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的经络。”从这个角度来说,数学也影响着一个国家某一时期的科技强弱,关乎国家科学的“粮食安全”,囤多少数学家,对华为而言是生命线,对国家而言也是战略资源。

丘成桐全职回国,一位卓越的数学家回国,一位了不起的数学教育家回国,他的一个明确的目的就是“同心戮力,同兴中国筹学大业”“对于中国来讲,这是一个黄金时段。我希望能趁这个机会,帮助中国在基础科学上成为世界一流。”

站在国家战略的角度思考数学,就是数学之大用,大概也就是数学家的意义所在,还要加上一条,数学教育家的意义。

丘成桐作为数学家,73岁,可能已经过了做出重大原创成果的黄金期,但作为数学教育家,“怎得参天三千尺,一分勤劳一分才”(华罗庚诗语),正当时。数学家丘成桐一枝独秀,数学教育家丘成桐桃李芬芳,“他喜欢与年轻人来往。年轻人能够集中精力,但经验不足、眼光不远,他恰好可以帮忙。”

丘成桐全职回国的新闻下,总有那么一些人酸调苦腔地留言说着“回来晚了”“最好的年华不在国内”之类的话,同样的话,当年杨振宁回国时也曾听到。客气点儿说,这些人只了解数学家、科学家的意义,根本不懂数学、科学教育家的意义。

丘成桐就职演说里特别提到了数学史和外尔。正好伟大的数学家外尔的一大癖好是给学生上数学史课程,他说:

只有经由综览整个领域及其历史发展,才能看清其中的缺陷,找出值得从事新研究的地方。

这层意思被后人总结为两句话:最好的教学来自于研究,而最好的研究来自于教学。

丘成桐也喜欢讲授数学史,他现在每周一,给求真书院的学生讲数学的历史。“这门课,他讲过很多次,课前依旧花相当多的时间查找资料、准备内容”;也喜欢参加讨论课,“每天参加三四个线上、线下讨论班,与世界各地的学生、朋友讨论数学问题”。

数学是一个有旧学有新知的学问,慎思独想不如讨论辨难,“旧学商量加邃密,新知培养转深沉”,这个过程中,教育、传承是最好的途径。有名师当前,指点方向,切中关键,激发灵感,一位数学家就能够化身千百数学家,如一位学生写道:“丘先生对于当代中国青年有一种殷切的希望,他特别急切地想把一身本领向下一代传递。我想,这才是大先生的风范。”

20年来,我们从杨振宁先生的身上看到了这一点,也从十几年来丘成桐身上看到了这一点。

为祖国育人才,跟年龄无关,什么时候都不晚。

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