| 數學與科技 |
| 送交者: 丘成桐 2004年08月11日19:36:16 於 [教育學術] 發送悄悄話 |
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由於促進中國與其它國家的科技交流而得到中國政府的表揚,本人深感榮幸。 我生於汕頭, 長於香港,接受的是英國式的殖民地教育。可幸先父重視中國文化,把我送到中文中學就讀。其後我肄業於香港中文大學。相對而言,在那裡學到的數學和科學知識並不算很多,但卻對中國文化有了一個比較全面的了解。 中國文化博大精深,對我有很大的影響。我引以自傲的是,祖國淵源流長、迄今猶自欣欣向榮的文明。我雖然畢生研究基礎科學,但亦以推廣、普及科學為己任,對與祖國有關的工作,尤其珍惜。 1969年離開香港時,我並沒有拿任何護照。當時中國政府是否會和美國修好,還是一個謎。尼克松訪華,我在電視上看到了,感到十分高興。1979年華羅庚教授邀請我訪問中國科學院。早在中學時,我已經讀過不少華先生的著作,獲益良多,他是我敬佩的人物。他的來函,令我有受寵若驚之感。 甫出機場,以手接觸到首都的泥土,回到了祖國母親的懷抱,使我心潮澎湃,激動萬分。回想獲頒數學上的菲爾茲獎時,我並無持有任何國家的護照,因此我是以堂堂正正中國人的身份去領獎的。 我為中國數學的發展出了不少力。不無遺憾的是,至今我尚未能回國定居。當然,我對中國數學的貢獻,與在此間土生土長,或自海外歸來,長期工作的同行相比,是微不足道的。 海外學者對國家發展種種意見,雖然每有精警之言,但也不必奉之為金科玉律,全盤接受。故此,本人謹就親眼所見,親耳所聞,略抒管窺之見,如有一二中的,則於願足矣。 我國自從孔子開始,便建立了完整的教育體系,這是大家都知道的。從此教育不再是貴族的專利,這可是件石破天驚的大事。 及至漢代,地方舉薦賢良文章之士於廟堂,於是鄉黨小子,亦有望大用於朝廷。這種頗為公允的做法,無遠弗屆,整個國家大一統的局面,或多或少亦由此而維繫。值得一提的是,甚至外國人也曾在朝廷供任高職。 這種制度逐漸演變, 最後便形成考試制度了。在這種制度的早期──例如唐代──考試的範圍還是頗為廣泛的, 數學也包括在內。但在過去四百年間, 考試的範圍便大大地縮窄了。大家以為熟讀四書五經, 便足以治國平天下。因此,考試的知識面變得異常狹窄,國人思想上的原創力在這種鉗制下,遂變得奄奄一息了。 重要的是,孔子以為知識是一種美德: 大學之道,在明明德,在新民,在止於至善。 雖然如此,孔子也傳授實際的學問。他的門人當中,有的當上外交官,有的做生意,有的做了將軍。希臘哲人Socratos(蘇格拉底)也以知識為善。追求真善美乃是希臘教育的宗旨。在無畏的新時代(daunting new world)里,知識乃是人類通往幸福的鑰匙。任何大國都必須長期投資於教育,不這樣做,社會的進步只能是空談。知識必須建基於1.道德倫理2.人文知識3.基礎科學4.應用科學 自十九世紀中葉鴉片戰爭失敗後,中國便深深感受到技術落後的弱點,嘗試改革、現代化也不只一次了。當時主要的做法是造船、築鐵路、開礦、生產武器等等。經過了差不多兩個世紀的努力與失誤,到了今日,我們終於看到了中華民族復興的契機。當前我國經濟迅速發展,是近代史上空前的。但是,我們必須牢牢記住,汲取知識和應用知識,才是現代化的真正動力。 然而,發展中國家往往以為知識只指應用科學而言,人們追求立竿見影的效果,忽視長期的利益。我們必須認識到,只有基礎科學,才是現代科技之母。中國的現代化,必須要意識到基礎科學的重要性。 阿提亞教授(Michael Atiyah) 擔任英國皇家學會會長時,曾對我說了這番話: 中國既望躋身經濟大國之列,就必須雄心萬丈,志不在小。日本維新之初,一意仿效西洋,但旋即改變方向,致力發展基礎研究。美國雖是當今經濟最強體,但它依然大力注資於科研。我想中國要與日本、美國分庭抗禮,就必須在各方面與它們並駕齊驅。 在這個世紀,有幾門科技會發揮根本的作用,它們包括:信息技術、生命科學、能源科學、材料科學、環境科學、經濟與金融、社會科學這幾門學科互相滲透,它們同樣依賴於基礎科學的發展,因為後者指出了事物的根本原理。回顧歷史,科技領域互相依賴,屢見不鮮。兩門看似無關的領域,其中的概念一旦能成功地融合,肯定會產生燦爛的火花。 在十九世紀,人們看到了電學與磁學的結合;在二十世紀,人們看到了量子力學在化學上的應用,同時也看到了數學和物理如何應用於現代計算機,使之成為所有科學技術中不可或缺的工具。當前人們正在見證物理科學應用於生命科學。凡此種種,都是人類文明的偉大成就。 學科之間的融合,始於其基礎部分。當融合完成之時,往往導致技術上的突破。對於帶動或支持這些發展的國家,其在經濟上的利益,是不可低估的。 在過去的兩個世紀,歐洲各國因科學及技術而累積了大量的財富。二次世界大戰導致大量科學家及工程人員移民美國。當今之世,美國的影響力可說是無遠弗屆。它空前的繁榮,實歸功於技術工藝的進步,而後者多少源自其在基礎科學的投資。美國公司和院校所擁有的大量專利權,都拜基礎科學研究之賜。 一個國家的國力是否強盛,表現於其國民的科學知識水平,以及其吸引外來精英的能力。就以美國為例,很多在美國工作的海外人材,連英語都說不好。我認為中國應吸引非華裔人材來華工作,不管他們是否認識中國,畢竟科學是沒有疆界的。只有不分中外,兼收並蓄,我們才能取得成功。在二十一世紀,數學會成為最基本的學科。數學會成為所有科學的框架,它不但是科學的語言,還有其本身的價值。 一.數學是基本語言 時空的語言是幾何,天文學的語言是微積分,量子力學要透過算子理論來描述,而波動理論則靠Fourier分析來說明。數學家研究這些科目,最先都由於其本身之美所感召,但最後卻發現這些科目背後,竟有些共通的特性。這個事實說明了看起來並不相關的科目,它們之間有甚多交纏互倚的地方。 語言是一種符號,用以傳情達意,但是我們感情竟由於語言的不同而有不同的發展。舉例來說:中國詩與西洋詩不同之處,在於前者着重每個單字的用法,每個單字都具有不同的意義。然而,就算在中國詩內,字體的多寡也左右了要表達的感情。古詩較隨意,漢詩以五言為主,唐代則重七言,到了宋代,流行的便是長短句——詞了。不同的體裁,微妙地反映和影響了不同朝代文人的感受。 因之,數學這個科學語言的研究改變了科學發展的航道。舉例而言,對付立葉分析的理解越深入,我們就更能理解波的運動及圖像的技巧。反之,現實世界也左右了數學的發展。波運動及其譜所顯示的美,乃是這些科目發展的原動力。這些學科對現代技術及理論科學的影響極其深遠。沒有微積分這種起源於亞基米德的偉大語言,很難想象牛頓能發展古典力學。 毫無疑問,法拉第精通電學和磁學。但電磁學的完整理論要歸功於麥克斯維方程。電磁學對光、無線電波和現代科學的研究是極為重要的。 二.數學是秩序的科學 除了作為一種語言,以及一門純美的學科外,數學還是秩序的科學 (a science of order)。我們引一段美國數學學會前會長、哈佛教授格臣 (Andrew Gleason) 的說話: 數學乃是秩序的科學,它的目的是發現、刻劃、了解外觀複雜情況的秩序。數學中的概念,恰好能夠描述這些秩序。數學家花了幾百年來尋找最有效地描述這些秩序的精微曲折處。這種工具可用於外在世界,畢竟現實世界是種種複雜情況的縮影,其中包含大量的秩序。 由是觀之,數學能大用於經濟學,是毫不奇怪的。好幾個諾貝爾經濟學得獎者,其工作皆與數學有關。 三.作為工具的數學 大量重要的數學,原意是為解決工程上的問題。比如,維納(N. Wiener) 及其弟子,是訊息科學的先驅。他們發展出來的如隨機微分方程、維納測度淪、熵論等,最終都遠遠超出它們原來的動機。Bucy-Kalman濾子理論在現在控制論中舉足輕重,而衝擊波則在飛機設計起着關鍵的作用。 四.數學作為純美的學科 最純粹的數學,要算是數論了。其根源可以追溯到古代巴比倫、希臘及其它國度。它精美絕倫,沒有大數學家不曾為其傾倒。在過去二十年間,我們看到了數論在保安問題上的重要應用。解碼學依賴於大量與因子分解為質數的問題。自我修正數碼也依賴於代數幾何學。 幾何來源自土地測量及航海。雖然它確實解決了有關的問題,但它的功能遠遠超出了兩者,它演變成為時空物理的基石。 差不多所有原先為追求純美而發展的數學分枝,都在現實世界中找到重要的應用。 五.數學在工業中的應用 1995年工業與應用學會發表了一項報告。他們透過電話訪問了工業界的七十五位經理。差不多有一半﹙49%﹚指出數學是他們必需的背景或工具。這些受訪者的教育背景如下: 專業 博士 碩士 數學 16% 11% 工程 13% 6% 物理 13% 3% 統計/生物統計 9% 5% 商業/管理 0% 11% 計算機 0% 6% 化學/生物 0% 3% 這份報告也指出:數學的應用 代數與數論 解碼學 計算流體力學 飛機及汽車設計 微分方程 空氣動力學、滲流、金融 離散數學 通訊及訊息保安 形式系統及邏輯 計算保安、驗算 幾何 計算機工程及設計 最優化 資產投放、形狀及系統設計 並行計算 天氣預告模式、仿真 統計 試驗設計、大量資料的分析 隨機過程 訊號分析 六.中國數學概觀 中國認識到現代科技的重要,這點是不容置疑的。過去十年間我國科技的驚人發展,就論文的數量而言,十分可觀。單就數學一項,從下表可見,中國人發表文章的百分率,就從6%上升到10%﹙必須指出,所謂中國人包括居於世界各地的中國數學家,在美國僑居者不少﹚。 下面的表中所列的是美國數學會數學出版的《數學評論》上統計的中國數學家於1990年-2002年發表論文的數量及在所有數學論文中所占的比例: Numbers of Papers -- Percentage within all published papers 1990 3472 6.1% 1991 3499 6.9% 1992 4158 7.1% 1993 4458 7.9% 1994 4654 8.1% 1995 5201 8.5% 1996 5369 8.6% 1997 5800 8.8% 1998 6399 9.6% 1999 6587 9.5% 2000 6677 9.6% 2001 6845 9.9% 2002 7239 10.4% 誠然,論文的多寡,可以視為研究頻繁疏落的指標。然而細心審視下,可以看到發表於一流期刋的文章,畢竟只屬少數。故此當務之急是提升論文的水平。國人工作能開拓一領域,或指出一重要方向者,寥若晨星。過份重視文章的數量,對研究有負面的效果。 我國數學家才華縱橫,兼擅獨造。早在五十年代末期,華羅庚教授及馮康教授已開拓了某些領域,走在世界的前沿。當時比較封閉的環境, 不但沒有妨礙其工作,還使他們走出自己的道路。 政府過份依賴海外的學者,以他們馬首是瞻,會對國內的才俊帶來心理的包袱。試舉一例子: 去年數學界宣傳的大事,要數是拓樸學中的彭加萊猜想可望解決了。解決的方案基於對理察漢密爾頓(R. Hamilton)方程的研究。方案是Hamilton提出的,而可望由俄國人普雷爾曼(Perelman)完成。他對此問題苦思七年,但並沒有引起人們的注意。 理察漢密爾頓與我份屬老友。早在1996年,我就了解到他工作的重要性了。於是我跑回來,跟這裡的同行說明了這方程的價值,並指出順藤摸瓜,碩果纍纍,因此必須開展這方面的工作。我還讓兩位在香港的博士生,專程跑到北京來組織有關的研討班。 意想不到的是,在北京的專家,卻聽從了旅美數學家﹙其中一位是我的學生,當時已是麻省理工的名教授﹚的意見,說漢密爾頓的文章太難懂,念後不划算,不顧一些優秀青年學者的意願,硬要研討班轉到別的方向去。 順便說一下,中國該領域的專家八十年代時是在我的指導下研習幾何分析的(與哈密爾頓工作密切相關的領域)。事實上,他們八十年代在美國為我和舒恩的一些演講作記錄。該書的中文版比英文版早十年面世。一大群中國數學家閱讀了此書,並撰寫了大量論文。然而,由於炮製論文的驅動,他們僅研讀了此書中的易懂部分,他們這行的帶頭人尚需探求中國自己的研究方向。 幸好在南方的人沒受到北方的影響。中山大學的朱教授當時正在香港中文大學訪問,他接受了挑戰,開展了這方面的研究,深入地探討這條方程式,最後得到一流的成果。遺憾的是,他尚未得到北方的認同。前年國際數學家大會在北京召開時,中國數學會推舉了一名1小時報告者和六名45分鐘的報告者,朱教授這五年來的工作不遜於作1小時的報告者(我從前的學生)而未被選取,可見在中國評審人才的困難。 我深信新世紀必有新學問,而數學亦會是其主要工具。我國數學家在其中會扮演關鍵的角色。我們要勇闖新天地,一旦決定自以為重要的方向時,便一往無前,不管能否發表大量的論文。 當今中國數學界面對的大難,便是缺乏領導者。陳省身老師德高望重,是國內僅存的世界級大師,但他已經年過九十了。為了解決這個問題,很多大學向海外招手,聘任一些訪問教授,每年回來工作一兩個月,而支付大量的薪酬。 我覺得學術上的帶頭人應該讓國內的學者來當。當下許多大學競相招攬名教授,並以此自炫。其實,這些名教授大都任教於海外,他們不可能全心致力於中國的學術發展。兼之,他們的學術成就,亦往往受到其國內同行的誇大。這種合作的模式,並不如外界看到的那樣成功。不過,話說回來,我還是認為國際合作對中國是相當重要的。 中國可嘗試邀請那些與中國並無淵源的學者來華定居。一種真正的國際化氣氛,會把中國的科學提升到新的境界。 一個可行的辦法,就是成立普林斯頓高等研究所式的機構。當年愛因斯坦及其他偉大的理論科學家,便是在普林斯頓進行研究,終其一生的。這個所必須具有崇高的使命,並面向全世界。在其中長期任職的,必須是學術上的殿堂人物,受到政府的尊敬。他們自然也不必局限於中國人。我希望中國能在短期內成為研究大國。 科學是堆磚頭,數學家將之變成華廈。──彭加萊 誠然,沒有磚頭或有關的磚頭的知識,便不可能有成功的設計。惟有數學家與其它科學家的緊密合作,才能為科學打下基礎。我們應該鼓勵數學家與其它科學家合作。數學的本性決定了,它會隨着科學研究的需求而拓寬自身的領域,並會隨着綜合分析而更為深入。因此,在這個新世紀,數學將成為所有科學的中心。 |
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