| 丘成桐: 我的數學之路 |
| 送交者: 1eon 2004年03月26日15:16:27 於 [教育學術] 發送悄悄話 |
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二零零四年三月二十日 我在香港的郊區──元朗和沙田──長大。 那裡沒有電,也沒有自來水。小時候就在河中洗澡。家中有八兄弟姐妹,食 我只能上一所小小的鄉村學校。那裡有很多來自農村的粗野小孩。受到這些 家父是位教授。他教了我不少中國文學。可是,他並不知道我曾曠課好一段 政府允許這些落在分界線上的學生申請私立中學,並提供學費。我進入了培 我熱中於養蠶、養小魚,到山上去捉各種小動物。沙田的風景美麗清新,在 當時武俠小說盛行,我很喜歡讀這些小說,沒有錢去買,就向鄰居借。父親 父親從我小學五年級教我詩詞、古文和古典小說如三國演義、水滸傳、紅樓 但是真正對我有影響的卻不是武俠小說。中國古典文學深深影響了我做學問 我們家中常有父親的學生來訪,往往興高采烈的談學問。他們討論時常常談 我開始研讀史學名著史記和左傳。對史記尤其着迷。這不僅是由於其文字優 在當時讀這些文章,大多部份不能夠領會,尤其困難的是讀馮友蘭寫的新原 晉朝陶淵明好讀書,不求甚解,每有會意,便欣然忘食。 其實在做科學時,也往往有同樣的經驗,讀書只要有興趣,不一定要全懂, 這是古人的經驗,陶淵明的古文和詩有他的獨特氣質,深得自然之趣,我們 在以後的日子裡,我都以此作為原則,以研讀學問為樂事,不以為苦。在父 到如今,我讀史記至以下一段時,仍然使我心志清新︰司馬遷孔子世家贊天 假如我們追求的永恆的真理,即使一時的挫折,也不覺灰心。 韓愈苟余行之不迷,雖顛沛其何傷。 我讀左傳,始知有不朽的事情。 左傳叔孫豹論三不朽太上有立德,其次有立功,其次有立言,雖久不廢,此 以前我以為立德跟立言沒有關係,但是數十年的觀察才知道立德的重要性。 我有一個學生在南京大學電視台訪問自炫︰「會當凌絕頂,一覽眾山小」, 在培正的第二年,我多言多動,老師要記我小過。她是我的班主任,責任心 就在這年,我們開始學習平面幾何。 同學對抽象思維都不習慣。由於在家中時常聽父親談論哲學,對利用公理進 學習幾何後,我對父親的講話,又多明白了幾分。利用簡單的公理,卻能推 對幾何的狂熱,提高了對數學──包括代數──的鑑賞能力。當你喜歡某科 我對歷史也甚有興趣。它培養我對事物要作一整體觀。 事件是如何發生的? 到底是甚麼原故? 將來會如何? 就在這時,父親完成了他的西方哲學史。他跟學生談話,總是說應整體地看 這種想法,在往後的日子中,指引我去尋找研究項目。 父親的書對我有很深的影響。 書中第一頁的引言︰文心雕龍諸子身與時舛,志共道申。標心於萬古之上,而 這是何等的胸襟。 哲學史的目的有三,一曰求因,哲學思潮其源甚伙,必先上溯以求之。 二曰明變,往昔哲學思想交纏屈結,故重理其脈絡,是為要務。 三曰評論,所有思潮及其流派,皆一一評論,作警策精闢之言。 這三點和自然科學的研究有密切的關係,再加上創新,則可以概括研究的方 十四歲時,父親便去世了。這或許是我一生中最大的打擊。在一段頗長的日 家中經濟,頓入困境,我們面臨輟學。幸得母親苦心操持,先父舊交弟子的 家中遽變,令我更成熟堅強。困境中人情冷暖,父親生前的教導,竟變得真 我花了整整半年,研習古典文學和中國歷史,藉此撫平繃緊的心弦。典麗的 我閱讀了大量數學書籍,並考慮書中的難題。當這些難題都解決掉後,我開 由個人去創造問題此後變成我研究事業中最關鍵的環節。學校的課本已經不 我花了許多時間打書釘,閱讀那些買不起的書本。我讀了華羅庚先生寫的很 打從十五歲起,我開始替低年級學生當家教,以幫補家計。我找到一些巧妙 我積累了教導年青人的經驗,同時也體會到教學相長的道理。 我們的數學老師十分好。他教授的內容,比課程要求來得艱深,但我覺得絲 近代數學的教學方法,恐怕適得其反,取法乎其中,得乎其下。 當時我們的物理老師不太行,對此不無失望。中學時養成不了物理上的基本 國文老師卻是無懈可擊。他是我的父執輩。 他教導我們思想要不落俗套。 國文教師說思惟要自出機杼,讀好書之餘,爛書也無妨一讀,以資比較。因 作文堂的一個典型題目︰豬的哲學觀於是大伙兒興高采烈,自由發揮。 在班裡我並非名列前茅,數學科的等級也不見得最高。但我比同班諸子想得 中學讀書,除數學外,真正對我前途有影響的是國文和歷史。 現在來談談中學國文和歷史對我的影響。最重要的是立志,覺得做學問是一 典論論文曹丕蓋文章,經國之大業,不朽之盛事。年壽有時而盡。榮樂止乎 立志之後,必需培養興趣,而做習題和思考是不二法門︰論語學而時習之, 學而不思則罔,思而不學則殆。 楚辭路曼曼其修遠兮吾將上下而求索 做學問要有興趣,才能深入,但追求學問的道路曲折有致,必須要有毅力, 楚辭亦余心之所善兮雖九死其猶未悔抽思惟郢路之遼遠兮魂一夕而九逝 在中學和大學的教育中最重要的一環是︰培養氣質孟子︰我知言,我善養吾 曹丕︰譬諸音樂,曲度雖均,節奏同檢,至於引氣不齊,巧拙有素,雖在父 岑參︰性靈出萬象。 但是師友和讀書的環境卻足以轉變人的情懷雅志。 汪中︰撫弦動曲,乃移我情。 做學問,無論是自然科學或文學都有氣質的問題,從文章中,往往可以看出 古代注重音樂,從樂聲中可以看見國家的盛衰,也是同樣的道理。 季札觀樂﹙左傳﹚吳公子札來聘,請觀於同樂,使工為之歌周南召南。曰美 為之歌鄭,曰美哉,其細已甚。民不堪也,是其先亡乎。 為之歌齊,曰美哉,泱泱乎,大風也哉。表東海者,其太公乎…… 為之歌大雅,曰廣哉,熙熙乎,曲而有直體,其文王之德乎。 在培養氣質上,師友的關係至為重要。 韓愈師者,傳道授業解惑者也。 論語三人行,必有我師焉。 在與師友相交之際,言必及義,而最重要的善於發問。 善問者如叩鐘,問之大者則大鳴,問之小者則小鳴。 中國科學家最欠缺的是發問的精神。歷史上最著名的是屈原的天問篇︰遂古 以後的學者很少有這種精神,可能是科學不發達的一個原因。 善於發問後,才能尋找到自己志趣所在,才能夠擇善而固執之。 楚辭民生各有所樂兮余獨好修以為常雖體解吾猶未變兮豈余心之可懲涉江苟 很多同學開始時讀書讀得很好,以後就灰心了,不求上進,一方面是基礎沒 離騷何昔日之芳草兮,今直為此蕭艾也。 豈其有他故兮,莫好修之害也。 以下引韓愈作文的態度實在值得各人去參考︰韓愈答李翊書始者非三代兩漢 其觀於人也,毀之則以為喜,譽之則以為憂,以其猶有人之說者存也。如是 一九六六年我進了中文大學。雖然對歷史抱着濃厚的興趣,我還是選擇了數 就在這時,中學時念的高等數學漸漸消化,開始時還不大懂,但一下子全都 大學的數學使我大開眼界。連最基本的實數系統都可以嚴格的建立起來,着 一位剛從柏克萊畢業的博士來了香港,他名叫史提芬色拉夫﹙Stephen Salaff 另外一位老師布狄﹙Brody ﹚來自普林斯頓。他有一套獨特的教學法。他找 這是讓我們不要盲目依賴書本的良方。同時也訓練了我對書本上定理採取存 我有時將某些定理推廣了,在課堂上說出來,他聽了很高興。 這些教導的重要性在於──培養成獨立思考的習慣──在人前表達數學同時 這不論對自己或對自己日後的教學都十分要緊。 古人說學無常師,其實教亦無常法,有之,因人而施教也。 孔門弟子問仁,孔子對每個人有不同的回答方法,而孔門弟子因此各有所長。 孔子教學有禮樂射御書數。 西方Plato 教學有幾何、數論、天文和音樂,合稱數學。 古今中外都以培養通材為訓練領袖的主要過程。 現代社會需要政界和工商業的領袖,也需要大量的工人、會計師、律師等的 但是有一點很重要的︰作為一個知識分子必需要具有推理的能力。 自古以來最要緊和最富用途的就是三段論證方法。 在學校學習邏輯方法最好的莫過於平面幾何的公理系統。熟習證明使我們思 良好的中學教科書,必需要包含公理系統的學習。平面幾何的本身可能沒有 正如朱自清寫的荷塘月色的內容可能不重要,但我們要學他的文字的應用, 學習需要融匯貫通,更需要博聞強記。 有些人以為數學每一步都可推理,不宜強記,這是極為可笑的說法,我還沒 往往記熟某一門技巧後,我們會突然融匯貫通,所以多做習題是很緊要的事, 學生既要強記,亦要貫通,兩者能混而為一乃是絕妙之處。 同一個問題,可能有超過很多個不同的解法,學生能用不同的方法解題,值 數學既可以實用,亦獨立為一至為美麗的學科,習題可以重視實用,但絕對 數學家和數學是分不開的,能夠多談數學歷史和數學家的經歷,會對培養學 一本數學教科書能夠引導學生的興趣是一本最成功的教科書,可以講故事﹙ 能使學生以學數學為樂乃是成功的教科書。 雖然只讀了三年大學,已經完成了大學的課程。在色拉夫教授的幫助下,我 在香港時我醉心於極度抽象的數學﹙當然我的分析功夫也很紮實﹚,覺得數 到柏克萊後,認識不少卓越的學者,我的看法改變了。 我如饑似渴地從他們處學習不同的科目。從早上八時到下午五時我都在上課 學拓樸時,發現跟以前學的完全不同。班上五十人,每個人看來都醒目在行, 於是我埋首做好功課,不久之後,我發現自己畢竟也不賴。關鍵是做好所有 我讀了約翰米拿﹙John Milnor ﹚的一本書,對裡面講到的曲率的概念深深 我開始思考與這書有關的問題,並大部分時間呆在圖書館。當時研究生並沒 在柏克萊的第二個學期,我漸漸能證出一些不簡單的定理。這些定理與群論 縱然如此,對這些工作我倒不覺得怎樣。摩里教授﹙Charles B. Morrey ﹚ 他的書也佶屈聱牙。但我隱隱感覺到他發展的技巧十分深奧,對未來幾何學 完成幾篇文章後,陳教授到處說我是何的出色,雖然他對我的工作認識不深。 這年夏天老友鄭紹遠從香港來了,我們在校園旁租了一所〝柏文〞,心情更 就在這個夏天,我請求陳教授當我的論文導師,他答應了。約一個月後,他 就這樣,在第二個學年中我學了不少復幾何及拓樸。陳師對我期望甚殷,他 代而之者,我嘗試去了解空間的曲率。我確認卡拉比﹙E. Calabi ﹚在五十 我漸漸養成把分析作為工具引進幾何中的志趣。在此之前,曾有人把非線性 由於摩里教授及陳師對極小曲面的興趣,我亦對這項目深深着迷。對調和映 我對幾何中的所有分析內容都感興趣。簡而言之,就是要把非線性微分方程 畢業時我得到幾份聘書。陳師提議我到高等研究所,那兒的薪水不及哈佛提 由於簽證的問題,我到了紐約石溪分校。當時石溪是尺度幾何的重鎮,事實 一年後我到了史丹福,當時那裡並沒有幾何學者。 史丹福環境安寧,非線性偏微分方程很出色。在那裡我碰見好友李安西門及 晉‧;陶淵明久在樊籠里,復得返自然。 我剛到史丹福時,一個幾何大會正在舉行。 有位物理學家應邀就廣義相對論發言。 當時我對物理還不算在行。但對他提及有關相對論的一個幾何問題卻一見傾 這問題當時對我而言,還是遙遠不可及。但我對它念念不忘。 在會議期中,我找到了一個辦法,去反證卡拉比的提議。我發表了我的想法, 兩個月後,卡拉比教授寫信給我,釐清了我的一些想法。 我在推理中找到一個嚴重的決口。在我的研究生涯中,這可說是最痛苦的經 差不多兩個星期都失眠,眼見名譽因犯錯﹙雖然我沒把想法成文發表﹚而毀 經過反覆仔細審閱每個步驟後,我相信問題反過來才對。為卡拉比猜想舉出 意識到卡拉比猜想是對的後,我便朝着正確的方向邁進。在準備最後的證明 屈原固余心之所善兮,雖九死而猶未悔。 新婚伊始,我找到完成卡拉比猜想的正確想法。 我終於掌握了凱勒﹙Kahler﹚幾何中的曲率了。 一些老大難的代數幾何問題,都因卡拉比猜想的證明而解決掉。 當時我認為我首先了解到Kahler幾何的曲率結構後,有物我相融的感覺︰落 紐約時報 2003 年9 月2 日宇宙一懸案眾人答案殊弦理論中的一個困難在於 完成卡拉比猜想的證明後,我看出自己建立了融合兩門重要科目──非線性 一九七六年我在UCLA碰見老友麥克斯﹙Meeks ﹚,他是我在研究院時的同學。 結果成績斐然。我們解決在這兩門科目中的兩個經典難題︰ 1. 當一塊肥皂 2.史密斯猜想的證明,這是與霍斯頓﹙Thurston﹚工作結合的成果。 一旦把方向校正了,很多古典問題便能迎刃而解。 次年,我回到柏克萊訪問,並組織了" 幾何上非線性問題" 的研討班。孫理 這道難題叫做正質量猜想,它在廣義相對論中占基本的地位。﹙只有當質量 一九七八年我又回到史丹福。和蕭蔭棠一起,我們利用極小曲面作為工具, 利用我們在廣義相對論的工作,孫理察和我研究了具正純量曲率的流形的結 一九七九年我們在高等研究所舉辦微分幾何年。差不多所有幾何學家都來了。 七十年代確是幾何學的豐收期。 到了七十年末期,我在數學界可說是略有名望。對於我解決的難題,媒體也 然而,認為我的奮鬥目標是獎項,是成名成家,那就不對了。這些都不是本 我對數學的興趣,源於人類智能足以參悟自然的欣喜。從幾何上看,大自然 與朋輩如孫理察、西門、鄭紹遠、麥克斯﹙Meeks ﹚、烏蘭貝克﹙K. Uhlenbeck 當幾個重要領域──幾何、非線性分析、代數幾何、數學物理──自然地融 但是幾何學實在超越了科學家的想象,它日新月異,觀念層出不窮,偉大的 " 竊意以為幾何之本,其真偽實非人類心智所能證明,亦非人類心智所能理 在過去十年間,我和合作夥伴正在致力研究基本物理在幾何中的作用。為了 其中重要的概念是所謂對偶性。 對偶性這概念,優美典雅。它指出在某理論中的強作用等同於另一理論中的 這與中國道家或陰陽有不少共通之處。但對偶性嚴格得多,同時它是定量的。 為數學而數學,實屬顯然,何須三思。 於無用諸物理學之種種數學理論,均需一視同仁,與其它理論無分軒輊。 - 彭加箂 使余復稚年,童蒙初習,則願從柏拉圖之教晦,自數學始。 - 伽里略 關於香港數學課程的評論,在上述個人的經歷中,我已經指出我在香港受到 一方面注重普及教育,在有意和無意間,將有興趣和有意義的數學教育忽略。 但是這三年來香港學生開始對學問又重新拾起興趣,但是太過注重普及教育, 數學裡面種種的分枝,如概率論、線性方程組、微積分、代數和它們在物理 Thank you all ! |
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