Friday, August 18, 2006

Chinese at ICM2006

查了一下,icm2006上仍然有中国人做报告,可惜的是他们现在都在美国落户了。
具体有

一小时报告
Terence Tao(陶哲轩) UCLA 华裔 这个tao实际上是土生土长的外国华裔。下面是他的个人主页http://www.math.ucla.edu/~tao/
陶哲轩(Terence Tao,小名Terry,1975年7月17日生于澳大利亚阿德莱德),是中国裔数学家,主要研究调和分析、偏微分方程、组合数学、分析数论和表示论。从1992年至1996年,他是普林斯顿大学研究生,指导教授是埃利亚斯·施泰因(Elias Stein)。他现在为加洲大学洛杉矶分校的终身数学教授,并与妻子劳拉(Laura)和儿子威廉(William)在洛杉矶居住。
在1986年、1987年、1987年和1988年,陶哲轩是国际数学奥林匹克最年轻的参赛者,依次赢得铜牌、银牌和金牌。他未到13岁已赢得金牌,这纪录还没有人打平。
他在2000年获颁塞勒姆奖(Salem),2002获颁博谢纪念奖(Bôcher),和在2003年获颁克雷研究奖,以表扬他对分析学的贡献,当中包括挂谷猜想和wave map。在2005年,他获得利瓦伊·L·科南特奖(Levi L. Conant)(获奖者还有艾伦·克努森(Allen Knutson))。 在2004年,本·格林(Ben Green)和陶哲轩发表一篇论文预印稿,宣称证明存在任意长的素数等差数列

45分钟报告

(Geometry)
Xiaobo Liu ,University of Notre Dame, Notre Dame, USA
http://www.nd.edu/~mathwww/faculty/liu.shtml
Associate Professor
B.S., Tsinghua University, 1987
Ph.D., University of Pennsylvania, 1994

(Operator Algebras and Functional Analysis)
Guoliang Yu Vanderbilt University, Nashville, USA
http://sitemason.vanderbilt.edu/site/jeMHDy
Professor
Ph.D., SUNY (Stony Brook), 1991

(Probability and Statistics)
Jianqing Fan 范剑青 Princeton University, Princeton, USA
http://www.orfe.princeton.edu/~jqfan/ Professor
B.S. (1982), Fudan University, Shanghai, China;
M.A. (1985), Academia Sinica, Beijing, China;
Ph. D. (1989), University of California at Berkeley.

(Numerical Analysis and Scientific Computing)
Zhiming Chen 陈志明 Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
http://lsec.cc.ac.cn/~zmchen/index-c.html
研究员 中国科学院数学与系统科学研究院 计算数学和科学工程计算研究所
B.Sc. Department of Mathematics, Nanjing University, Nanjing (China), July 1986
M.Sc. Institute of Mathematics, Chinese Academy of Sciences, Beijing (China), July 1989
Ph.D. Institute of Mathematics, University of Augsburg, Augsburg (Germany), February 1992

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Tuesday, August 15, 2006

二十世纪的数学 by Michael Atiyah

谢谢邀请我来这里参加这个活动.当然,如果有人想谈论一个世纪的终结以及下一个世纪的开始,那么他有两个具有相当难度的选择:一个是回顾过去百年的数学;另一个是对未来百年数学发展的预测,我选择了前面这个比较困难的任务,任何人都可以预测未来而且我们并不能判定是对还是错.然而对过去的任何评述,每个人都可以提出异议.

我在这里所讲的是我个人的观点.这个报告不可能包含所有内容,特别是,有一些重要的内容我不准备涉及,一部分是因为我不是那些方面的专家,一部分也是出于它们已经在其他地方被评述过了.例如,我不会去谈论那些发生在逻辑与计算领域内的著名事件,这些事件往往是与像Hi1bert,Gödel,Turing这些伟大的名字相关的,除了数学在基础物理中的应用之外,我也不会谈论太多数学的其他应用,这是因为数学的应用太广泛了,而且这需要专门的论述.每一个方面都需要一个专门的报告.也许大家在这次会议的其他报告中会听到很多关于这些内容的演讲.另外,试着罗列一些定理,甚至是列出在过去一百年的著名数学家的名字也是毫无意义的,那简直是在做枯燥的练习.所以,代替它们的是,我试着选择一些我认为在很多方面都是很重要的主题来讨论并且强调围绕这些主题所发生的事情.

首先我有一个一般性的说明.世纪是一个大约的数字概念.我们不会真地认为在过整整一百年的时候,有些事情会突然停下来,再重新开始,所以当我描述二十世纪的数学时,有些内容实际上可能是跨世纪的,如果某件事件发生在十九世纪九十年代,并持续到二十世纪初,我将不去计较这种时间方面的细节.我所做的就象一个天文学家,工作在一个近似的数字环境中.实际上,许多东西始于十九世纪,只不过在二十世纪才硕果累累.

这个报告的难点之一是很难把我们自己放回到1900年时作为一位数学家的位置上,这是因为上个世纪的数学有非常多的内容已经被我们的文化和我们自己吸收掉了.难以想象人们不用我们的术语来思考的那个时代是什么样子的.实际上,如果现在有人在数学上有一个真正重要的发现,其后他也一定会与之一起被忽略掉了!他会完全地被融入到背景之中,于是为了能够回顾过去,我们必须努力去想象在不同时代,人们用不同方式思考问题时的情景.



从局部到整体

作为开始,我准备列一些主题并且围绕它们来讨论.我谈论的第一个主题概括地讲,就是被大家称为从局部到整体的转变.在古典时期,人们大体上已经研究了在小范围内,使用局部坐标等等来研究事物.在这个世纪,重点已经转移到试图了解事物整体和大范围的性质.由于整体性质更加难以研究,所以大多只能有定性的结果,这时拓扑的思想就变得非常重要了.正是Poincaré,他不仅为拓扑学发展作出先驱性的贡献,而且也预言拓扑学将成为二十世纪数学的一个重要的组成部分,顺便让我提一下,给出一系列著名问题的Hilbert并没有意识到这一点.拓扑学很难在他的那些问题中找到具体体现.但是对Poincaré而言,他相当清楚地看出拓扑学将成为一个重要的内容.

让我试着列一些领域,然后大家就能知道我在想什么了.例如,考虑一下复分析(也被称为“函数论”),这在十九世纪是数学的中心,也是象Weierstrass这样伟大人物工作的中心.对于他们而言,一个函数就是一个复变量的函数;对于Weierstrass而言,一个函数就是一个幂级数.它们是一些可以用于写下来,并且可以明确描绘的东西或者是一些公式.函数是一些公式:它们是明确可以用显式写下来的.然而接下来Abe1,Riemann和其后许多人的工作使我们远离了这些,以至于函数变得可以不用明确的公式来定义,而更多地是通过它们的整体性质来定义:通过它们的奇异点的分布,通过它们的定义域位置,通过它们取值范围.这些整体性质正是一个特定函数与众不同的特性.局部展开只是看待它们的一种方式.

一个类似的事情发生在微分方程中,最初,解一个微分方程,人们需要寻找一个明确的局部解!是一些可以写下来的东西.随着事物的发展,解不必是一个显函数,人们不一定必须用好的公式来描述它们.解的奇异性是真正决定其整体性质的东西.与发生在复分析中的一切相比,这种精神是多么的类似,只不过在细节上有些不同罢了.

在微分几何中,Gauss和其他人的经典工作描述了小片的空间,小块的曲率以及用来描述局部几何的局部方程.只要人们想要了解曲面的整体图象以及伴随它们的拓扑时,从这些经典结果到大范围的转变就是很自然的了.当人们从小范围到大范围时,最有意义的性质就是拓扑的性质.

数论也有一个类似的发展,尽管它并不是很明显地适用于这一框架.数论学家们是这样来区分他们称之为“局部理论”和“整体理论”的:前者是当他们讨论一个单个的素数,一次一个素数,以及有限个素数时;后者是当他们同时讨论全部素数时.这种素数和点之间,局部和整体之间的类似性在数论发展过程中起了很重要的作用,并且那些在拓扑学发展中产生的思想深深地影响了数论.

当然这种情况也发生在物理学中,经典物理涉及局部理论,这时我们写下可以完全描述小范围性质的微分方程,接下来我们就必须研究一个物理系统的大范围性质.物理学涉及的全部内容就是当我们从小范围出发时,我们可以知道在大范围内正在发生什么,可以预计将要发生什么,并且沿着这些结论前进.



维数的增加

我的第二个主题有些不同,我称之为维数的增加.我们再次从经典的复变函数理论开始:经典复变函数论主要是详细讨论一个复变量理论并加以精炼.推广到两个或者更多个变量基本上发生在本世纪,并且是发生在有新现象出现的领域内.不是所有的现象都与一个变量的情形相同,这里有完全新的特性出现,并且n个变量的理论的研究越来越占有统治地位,这也是本世纪主要成就之一.

另一方面,过去的微分几何学家主要研究曲线和曲面,我们现在研究n维流形的几何,大家仔细想一想,就能意识到这是一个重要的转变.在早期,曲线和曲面是那些人们能真正在空间里看到的东西.而高维则有一点点虚构的成分,在其中人们可以通过数学思维来想象,但当时人们也许没有认真对待它们.认真对待它们并且用同样重视程度来研究它们的这种思想实际上是二十世纪的产物.同样地,也没有明显的证据表明我们十九世纪的先驱者们思考过函数个数的增加,研究不单单一个而是几个函数,或者是向量值函数(vector-valued function).所以我们看到这里有一个独立和非独立变量个数增加的问题.

线性代数总是涉及多个变量,但它的维数的增加更具有戏剧性,它的增加是从有限维到无穷维,从线性空间到有无穷个变量的Hilbert空间.当然这就涉及到了分析,在多个变量的函数之后,我们就有函数的函数,即泛函.它们是函数空间上的函数.它们本质上有无穷多个变量,这就是我们称为变分学的理论.一个类似的事情发生在一般(非线性)函数理论的发展中.这是一个古老的课题,但真正取得卓越的成果是在二十世纪.这就是我谈的第二个主题.



从交换到非交换

第三个主题是从交换到非交换的转变.这可能是二十世纪数学,特别是代数学的最主要的特征之一.代数的非交换方面已经极其重要,当然,它源自于十九世纪.它有几个不同的起源.Hamilton在四元数方面的工作可能是最令人惊叹的,并且有巨大的影响,实际上这是受处理物理问题时所采用的思想所启发.还有Grassmann在外代数方面的工作,这是另一个代数体系,现在已经被融入我们的微分形式理论中.当然,还有Cayley以线性代数为基础的矩阵方面的工作和Galois在群论方面的工作等.

所有这些都是以不同的方式形成了把非交换乘法引入代数理论的基石,我形象地把它们说成是二十世纪代数机器赖以生存的“面包和黄油”.我们现在可以不去思考这些,但在十九世纪,以上所有例子都以各自不同的方式取得了重大的突破,当然,这些思想在不同的领域内得到了惊人的发展.矩阵和非交换乘法在物理中的应用产生了量子理论.Heisenberg对易关系是非交换代数在物理中的一个最重要的应用例子,以至后来被von Neumann推广到他的算子代数理论中.

群论也是在二十世纪占重要位量的理论,我稍后再回来谈它.



从线性到非线性

我的下一个主题是从线性到非线性的转变.古典数学的大部分或者基本上是线性的,或者即使不是很精确的线性,也是那种可以通过某些扰动展开来研究的近似线性,真正的非线性现象的处理是非常困难的,并且只是在本世纪,才在很大的范围内对其进行了真正的研究.

我们从几何开始谈起:Euclid几何,平面的几何,空间的几何,直线的几何,所有这一切都是线性的.而从非欧几何的各个不同阶段到Riemann的更一般的几何,所讨论的基本上是非线性的.在微分方程中,真正关于非线性现象的研究已经处理了众多我们通过经典方法所看不到的新现象.在这里我只举两个例子,孤立子和混沌,这是微分方程理论两个非常不同的方面,在本世纪已经成为极度重要和非常著名的研究课题了.它们代表不同的极端.孤立子代表非线性微分方程的无法预料的有组织的行为,而混沌代表的是无法预料的无组织的行为(disorganized behavior).这两者出现在不同领域,都是非常有趣和重要的,但它们基本土都是非线性现象.我们同样可以将关于孤立子的某些工作的早期历史追溯到十九世纪下叶,但那只是很少的一部分.

当然,在物理学,Maxwell方程(电磁学的基本方程)是线性偏微分方程.与之对应的是著名的Yang-Mills方程,它们是非线性方程并被假定用来调控与物质结构有关的力.这些方程之所以是非线性的,是因为Yang-Mills方程本质上是Maxwell方程的矩阵体现,并且由矩阵不可交换这一事实导致方程中出现非线性项.于是在这里我们看到了一个非线性性与非交换性之间的有趣的联系.非交换性产生一类特殊的非线性性,这的确是很有意思和很重要的.



几何与代数

至此我谈的是一些一般性的主题,现在我想谈论一下数学中的一个二分叉现象,它来回摇摆却始终伴随着我们,这就给了我一个机会来做一些哲学上的?#####骱退得鳎?我指的是几何和代数之间的二分法,几何和代数是数学的两个形式支柱,并且都有悠久的历史.几何学可以追溯到古希腊甚至更早的时期;代数学则源于古阿拉伯人和古印度人.所以,它们都已经成为数学的基础,但它们之间有一种令人感到不太自然的关系??br />
让我首先由这个问题的历史开始.Euc1id几何是数学理论中最早的一个例子,直到Descartes在我们现在称为的笛卡儿平面中引入代数坐标之前,它一直是纯几何的.Descartes的做法是一种将几何思考化为代数运算的尝试.从代数学家们的角度来讲,这当然是对几何学的一个重大突破或者说一次重大的冲击,如果我们来比较Newton和Leibniz在分析方面的工作,我们会发现他们属于不同的传统,Newton基本上是一个几何学家而Le1bniz基本土是一个代数学家,这其中有着很深刻的道理.对于Newton而言,几何学,或者是由他发展起来的微积分学,都是用来描述自然规律的数学尝试.他关心的是在很广泛意义下的物理,以及几何世界中的物理.在他看来,如果有人想了解事物,他就得用物理世界的观点来思?#####?,用几何图象的观点来看待它.当他发展微积分的时候,他想要发展的是微积分的一种能尽可能贴近隐藏在其后的物理内蕴的表现形式.所以他用的是几何论证,因为昭?可以与实际意义保持密切关系,另一方面,Leibniz有一个目标,一个雄心勃勃的目标,那就是形式化整个数学,将之变成一个庞大的代数机器.这与Newton的途径截然不同,并且二者有很多不同的记号.正如我们所知道的,在Newton和Leibniz之间的这场大争论中,Leibniz的记号最后得胜.我们现在还沿用他的记号来写偏导数.Newton的精神尚在,但被人们埋葬了很长时间.

在十九世纪末期,也就是一百年前,Poincaré和Hilbert是两个主要人物.我在前面已经提到过他们了,并且可以粗略地讲,他们分别是Newton和Leibniz的传人.Poincaré的思想更多的是几何和拓扑的精神,他用这些思想作为他的基本洞察工具.Hilbert更多的是一个形式主义者,他要的是公理化,形式化,并且要给出严格的,形式的描述.虽然任何一个伟大的数学家都不能轻易地被归到哪一类中去,但是,很清楚地,他们属于不同的传统.

当准备这个报告的时候,我想我应该写下我们目前这一代中能够继承这些传统的具有代表性的人的名字.谈论还健在的人是十分困难的――谁该放在这张名单上呢?接着我又暗自思忖:有谁会介意被放在这么一张著名的名单的哪一边呢?于是我选择了两个名字Arnold Bourbaki,前者是Poincaré-Newton传统的继承人,而后者,我认为,是Hilbert最著名的接班人.Arnold毫不含糊地认为:他的力学和物理的观点基本上是几何的,是源自于Newton的;以为存在处于二者之间的东西,除了象Riemann(他确实跟两者都有偏离)等少数人之外,都是一种误解.Bourbaki努力继续Hilbert的形式化的研究,将数学公理化和形式化推向了一个令人瞩目的范围并取得了一些成功.每一种观点都有它的优点,但是它们之间很难调和.

让我来解释一下我自己是如何看待几何和代数之间的不同.几何学当然讲的是空间,这是毫无疑问的.如果我面对这间房间里的听众,我可以在一秒中内或者是一微秒内看到很多,接收到大量的信息,当然这不是一件偶然的事件.我们大脑的构造与视觉有着极其重要的关系.我从一些从事神经生理学的朋友那里了解到,视觉占用了大脑皮层的百分之八十或九十.在大脑中大约有十七个中枢,每一个中枢专门用来负责视觉活动的不同部分:有些部分涉及的是垂直方向的,有些部分与水平方向有关,有些部分是关于色彩和透视的,最后有些部分涉及的是所见事物的具体含义和解说.理解并感知我们所看到的这个世界是我们人类发展进化的一个非常重要的部分.因此空间直觉(spatial intuition)或者空间知觉(spatial perception)是一种非常强有力的工具,也是几何学在数学上占有如此重要位置的原因,它不仅仅对那些明显具有几何性质的事物可以使用,甚至对那些没有明显几何性质的事物也可以使用.我们努力将它们归结为几何形式,因为这样可以让我们使用我们的直觉.我们的直觉是我们最有力的武器.特别是在向学生或是同事讲解一种数学时可以看得很清楚.当你讲解一个很长而且很有难度的论证,最后使学生明白了.学生这时会说些什么呢?他会说“我看到了(我懂了)!”在这里看见与理解是同义词,而且我们还可以用“知觉”这个词来同时形容它们,至少这在英语里是对的,把这个现象与其他语言作对比同样有趣.我认为有一点是很基本的:人类通过这种巨大的能力和视觉的瞬间活动获取大量的信息,从而得以发展,而教学参与其中并使之完善.

在另一方面(也许有些人不这样认为),代数本质上涉及的是时间.无论现在做的是哪一类代数,都是一连串的运算被一个接着一个罗列出来,这里“一个接着一个”的意思是我们必须有时间的概念.在一个静态的宇宙中,我们无法想象代数,但几何的本质是静态的:我可以坐在这里观察,没有什么变化,但我仍可以继续观察.然而,代数与时间有关,这是因为我们有一连串的运算,这里当我谈到“代数”时,我并不单单指现代代数.任何算法,任何计算过程,都是一个接着一个地给出一连串步骤,现代计算机的发展使这一切看得很清楚.现代计算机用一系列0和1来反映其信息并由此给出问题的答案.

代数涉及的是时间的操作,而几何涉及的是空间.它们是世界互相垂直的两个方面,并且它们代表数学中两种不同的观念.因此在过去数学家们之间关于代数和几何相对重要性的争论或者对话代表了某些非常非常基本的事情.

当然只是为了论证是哪一边输了,哪一边胜利了,这并不值得.当我考虑这个问题时,有一个形象的类比:“你愿意成为一个代数学家还是一个几何学家?”这个问题就象问:“你愿意是聋子还是瞎子?”一样.如果人的眼睛盲了,就看不见空间;如果人的耳朵聋了,就无法听见,听觉是发生在时间之中的,总的来说,我们还是宁愿二者都要.

在物理学,也有一个类似的、大致平行的关于物理概念和物理实验之间的划分.物理学有两个部分:理论――概念,想法,单词,定律――和实验仪器.我认为概念在某种广义的意义下是几何的,这是因为它们涉及的是发生在真实世界的事物.另一方面,实验更象一个代数计算.人们做事情总要花时间,测定一些数,将它们代入到公式中去.但是在实验背后的基本概念却是几何传统的一部分.

将上述二分叉现象用更哲学或者更文学的语言来说,那就是对几何学家而言,代数就是所谓的“浮士德的奉献”.正如大家所知道的,在歌德的故事里,浮士德通过魔鬼可以得到他所想要的(就是一个漂亮女人的爱),其代价是出卖他的灵魂,代数就是由魔鬼提供给数学家的供品.魔鬼会说:“我将给你这个有力的机器,它可以回答你的任何问题.你需要做的就是把你的灵魂给我:放弃几何,你就会拥有这个威力无穷的机器”(现在可以把它想象成为一台计算机!).当然我们希望同时拥有它们,我们也许可以欺骗魔鬼,假装我们出卖灵魂,但不真地给它.不过对我们灵魂的威胁依然存在,这是因为当我们转入代数计算时,本质上我们会停止思考,停止用几何的观念来考虑问题,不再思考其含义.

在这里我谈论代数学家的话重了一些,但是基本土,代数的目标总是想建立一个公式,把它放到一个机器中去,转动一下把手就可以得到答案.也就是拿来一个有意义的东西,把它化成一个公式,然后得到答案.在这样的一个过程中,人们不再需要思考代数的这些不同阶段对应的几何是什么.就这样,洞察力丢掉了,而这在那些不同的阶段都是非常重要的.我们绝不能放弃这些洞察力!最终我们还是要回到这上面来的,这就是我所谈到的浮士德的奉献.我肯定这种讲法尖锐了一点.

几何和代数的这种选择导致能融合二者的一些交叉课题的产生,并且代数和几何之间的区别也不象我讲的那样直截了当和朴实无华.例如,代数学家们经常使用图式(diagram).而除了几何直觉,图式又能是什么呢?



通用的技术

现在我不想再谈论太多就内容来划分的主题,而想谈谈那些依照已经使用的技术和常见方法所确定的主题,也就是我想描述一些已经广泛应用于众多领域的常见方法.第一个就是:

同调论

历史上同调论是作为拓扑学的一个分支而发展起来的.它涉及到以下情形.现有一个复杂的拓扑空间,我们想从中得到它的一些简单信息如计算它的洞或者类似事物的个数,得到某些与之联系的可加的线性不变量等.这是一种在非线性条件下关干线性不变量的构造.从几何的角度来看,闭链可加可减,这样就得到了所谓的一个空间的同调群.同调论,作为一种从拓扑空间获取某些信息的基本代数工具,是在本世纪上半叶发现的.这是一种从几何中获益匪浅的代数.

同调概念也出现在其他一些方面.其另一个源头可以追溯到Hilbert及其关于多项式的研究中,多项式是非线性的函数,它们相乘可以得到更高次数的多项式.正是Hilbert那伟大的洞察力促使他来讨论“理想”,具有公共零点的多项式的线性组合.他要寻找这些理想的生成元.生成元可能有很多.他审视它们之间的关系以及关系之间的关系.于是他得到这些关系的一个分层谱系,这就是所谓的“Hilbert合系”.Hilbert的这个理论是一种非常复杂的方法,他试图将一个非线性的情形(多项式的研究)化为线性情形.本质上来讲,Hilbert构造了一个线性关系的复杂体系.能够把象多项式这样的非线性事物的某些信息纳入其中.

这个代数理论实际上是与上述拓扑理论平行的,而且现在它们已融合在一起构成了所谓的“同调代数”.在代数几何学中,本世纪五十年代最伟大的成就之一是层的上同调理论的发展及在解析几何学中的扩展,这是由Leray,Cartan,Serre和Grothendieck等人组成的法国学派取得的.从中我们可以感受到一种既有Riemann-Poincaré的拓扑思想,又有Hilbert的代数思想,再加上某些分析手段的融合,

这表明同调论在代数的其它分支也有着广泛的应用.我们可以引入同调群的概念,它通常是与非线性事物相关的线性事物.我们可以将之应用于群论,例如,有限群,以及李代数:它们都有相应的同调群.在数论方面,同调群通过Galois群产生了非常重要的应用.因此在相当广泛的情形下同调论都是强有力的工具之一,它也是二十世纪数学的一个典型的特征.

K-理论

我要谈的另外一个技术就是所谓的“K-理论”.它在很多方面都与同调论相似,它的历史并不很长(直到二十世纪中叶才出现,尽管其起源的某些方面也许可以追溯到更早一些),但它却有着很广泛的应用,已经渗透进了数学的许多部分.K-理论实际上与表示理论紧密相联,有限群的表示理论,可以讲,起源于十九世纪.但是其现代形式――K-理论却只有一个相对较短的历史.K-理论可以用下面的方式来理解:它可以被想成是应用矩阵论的一种尝试.我们知道矩阵的乘法是不可交换的,于是我们想构造矩阵可换的或是线性的不变量.迹,维数和行列式都是矩阵论中可换的不变量,而K-理论即是试图处理它们的一种系统的方法,它有时也被称为“稳定线性代数”.其思想就是,如果我们有很多矩阵,那么把两个不可换的矩阵A和矩阵B放在不同块的正交位置上,它们就可换了,因为在一个大的空间里,我们可以随意移动物体.于是在某些近似情况下,这样做是很有好处的,足以让我们得到一些信息,这就是作为一个技术的K-理论的基石.这完全类似于同调论,二者都是从复杂的非线性情形获取线性的信息.

在代数几何中,K-理论是由Grothendieck首先引入的,并且取得了巨大的成功,这些与我们刚刚谈到的层理论密切相关,而且也和他在Riemann-Roch定理方面的工作有紧密联系.

在拓扑学方面,Hirzebruch和我照搬了这些思想并且将它们应用到一个纯粹的拓扑范畴内.从某种意义下来说,如果Grothendieck的工作与Hilbert在合系方面的工作有关,那么我们的工作更接近于Riemann-Poincaré在同调方面的工作,我们用的是连续函数,而他用的是多项式.K-理论也在椭圆算子的指标理论和线性分析的研究中起了重要作用.

从另外一个不同的角度,Milnor,Quillen和其他人发展了K-理论的代数方面,这在数论的研究中有着潜力巨大的应用.沿着这个方向的发展导致了许多有趣问题的产生.

在泛函分析方面,包括象Kasparov在内的许多人的工作将连续的K-理论推广到非交换的C*-代数情形.一个空间上的连续函数在函数乘积意义下形成一个交换代数.但是在其他情形下,自然地产生了类似的关于非交换情形的讨论,这时,泛函分析也就自然而然地成为了这些问题的温床.

因此,K-理论是另外一个能够将相当广泛的数学的许多不同方面都能用这种比较简单的公式来处理的领域,尽管在每一个情形下,都有很多特定于该方面且能够连接其他部分的非常困难的,技巧性很强的问题.K-理论不是一个统一的工具,它更象是一个统一的框架,在不同部分之间具有类比和相似.

这个工作的许多内容已经被Alain Connes推广到“非交换微分几何”.

非常有趣的是,也就是在最近,Witten通过他在弦理论方面(基础物理学的最新思想)的工作发现许多很有趣的方法都与K-理论有关,并且K-理论看起来为那些所谓的“守恒量”提供了一个很自然的“家”.虽然在过去同调论被认为是这些理论的自然框架,但是现在看起来K一理论能提供更好的答案.

李群

另一个不单单是一项技术、而且是具有统一性的概念是李群.现在说起李群,我们基本上就是指正交群,酉群,辛群以及一些例外群,它们在二十世纪数学历史中起了非常重要的作用.它们同样起源于十九世纪.SophusLie是一位十九世纪的挪威数学家.正如很多人所讲的那样,他和Fleix Klein,还有其他人一起推动了“连续群理论”的发展.对Klein而言,一开始,这是一种试图统一处理Euclid几何和非欧几何这两种不同类型几何的方法.虽然这个课题源于十九世纪,但真正起步却是在二十世纪,作为一种能够将许多不同问题归并于其中来研究的统一性框架,李群理论深深地影响了二十世纪.

我现在来谈谈Klein思想在几何方面的重要性.对于Klein而言,几何就是齐性空间,在那里,物体可以随意移动而保持形状不变,因此,它们是由一个相关的对称群来控制的.Euclid群给出Euclid几何而双曲几何源于另一个李群.于是每一个齐性几何对应一个不同的李群.但是到了后来,随着对Riemann的几何学工作的进一步发展,人们更关心那些不是齐性的几何,此时曲率随着位置的变化而变化,并且空间不再有整体对称性,然而,李群仍然起着重要的作用,这是因为在切空间中我们有Euclid坐标,以至于李群可以出现在一种无穷小的层面上.于是在切空间中,从无穷小的角度来看,李群又出现了,只不过由于要区分不同位置的不同点,我们需要用某种可以处理不同李群的方式来移动物体.这个理论是被Eile Cartan真正发展起来的,成为现代微分几何的基石,该理论框架对于Einstein的相对论也起着基本的作用.当然Einstein的理论极大地推动了微分几何的全面发展.

进入二十世纪,我前面提到的整体性质涉及到了在整体层面上的李群和微分几何.一个主要的发展是给出所谓的“示性类”的信息,这方面标志性的工作是由Borel和Hirzebruch给出的,示性类是拓扑不变量并且融合三个关键部分:李群,微分几何和拓扑,当然也包含与群本身有关的代数.

在更带分析味的方向上,我们得到了现在被称为非交换调和分析的理论.这是Fourier理论的推广,对于后者,Fourier级数或者是Fourier积分本质上对应于圆周和直线的交换李群,当我们用更为复杂的李群代替它们时,我们就可以得到一个非常漂亮、非常精巧并且将李群表示理论和分析融为一体的理论.这本质上是Harish-Chandra一生的工作.

在数论方面,整个“Lang1ands纲领”,现在许多人都这样称呼它,紧密联系于Harish-Chandra理论,产生于李群理论之中.对于每一个李群,我们都可以给出相应的数论和在某种程度实施Langlands纲领.在本世纪后半叶,代数数论的一大批工作深受其影响.模形式的研究就是其中一个很好的例证,这还包括Andrew Wiles在Fermat大定理方面的工作.

也许有人认为李群只不过在几何范畴内特别重要而已,因为这是出于连续变量的需要.然而事实并非如此,有限域上的李群的类似讨论可以给出有限群,并且大多数有限群都是通过这种方式产生的.因此李群理论的一些技巧甚至可以被应用到有限域或者是局部域等一些离散情形中.这方面有许多纯代数的工作,例如与George Lusztig名字联系在一起的工作.在这些工作中,有限群的表示理论被加以讨论,并且我已经提到的许多技术在这里也可以找到它们的用武之地.

有限群

上述讨论已把我们带到有限群的话题,这也提醒了我:有限单群的分类是我必须承认的一项工作.许多年以前,也就是在有限单群分类恰要完成之时,我接受了一次采访,并且我还被问道我对有限单群分类的看法,我当时很轻率地说我并不认为它有那么重要.我的理由是有限单群分类的结果告诉我们,大多数单群都是我们已知的,还有就是一张有关若干例外情形的表.在某种意义下,这只不过是结束了一个领域.而并没有开创什么新东西,当事物用结束代替开始时,我不会感到很兴奋.但是我的许多在这一领域工作的朋友听到我这么讲,理所当然地会感到非常非常不高兴,我从那时起就不得不穿起“防弹衣”了.

在这项研究中,有一个可以弥补缺点的优点.我在这里实际上指的是在所有的所谓“散在群”(sporadic groups)中,最大的被赋予了“魔群”名字的那一个.我认为魔群的发现这件事本身就是有限单群分类中最叫人兴奋的结果了.可以看出魔群是一个极其有意思的动物而且现在还处于被了解之中.它与数学的许多分支的很大一部分有着意想不到的联系,如与椭圆模函数的联系,甚至与理论物理和量子场论都有联系.这是分类工作的一个有趣的副产品.正如我所说的,有限单群分类本身关上了大门,但是魔群又开启了一扇大门.



物理的影响

现在让我把话题转到一个不同的主题,即谈谈物理的影响.在整个历史中,物理与数学有着非常悠久的联系,并且大部分数学,例如微积分,就是为了解决物理中出现的问题而发展起来的.在二十世纪中叶,随着大多数纯数学在独立于物理学时仍取得了很好的发展,这种影响或联系也许变得不太明显.但是在本世纪最后四分之一的时间里,事情发生了戏剧性的变化,让我试着简单地评述一下物理学和数学,尤其是和几何的相互影响.

在十九世纪,Hamilton发展了经典力学,引入了现在称为Hamilton量的形式化.经典力学导出现在所谓的“辛几何”.这是几何的一个分支,虽然很早已经有人研究了,但是实际上直到最近二十年,这个课题才得到真正的研究.这已经是几何学非常丰富的一部分.几何学,我在这里使用这个词的意思是指,它有三个分支:Riemann几何,复几何和辛几何,并且分别对应三个不同类型的李群.辛几何是它们之中最新发展起来的,并且在某种意义下也许是最有趣的,当然也是与物理有极其紧密联系的一个,这主要因为它的历史起源与Hamilton力学有关以及近些年来它与量子力学的联系.现在,我前面提到过的、作为电磁学基本线性方程的Maxwell方程,是Hodge在调和形式方面工作和在代数几何中应用方面工作的源动力.这是一个非常富有成果的理论,并且自从本世纪三十年代以来已经成为几何学中的许多工作的基础.

我已经提到过广义相对论和Einstein的工作.量子力学当然更是提供了一个重要的实例.这不仅仅体现在对易关系上,而且更显著地体现在对Hilbert空间和谱理论的强调上.

以一种更具体和明显的方式,结晶学的古典形式是与晶体结构的对称性有关的.第一个被研究的实例是发生在点周围的有限对称群,这是鉴于它们在结晶学中的应用.在本世纪中,群论更深刻的应用已经转向与物理的关系,被假设用来构成物质的基本粒子看起来在最小的层面上有隐藏的对称性,在这个层面上,有某些李群在此出没,对此我们看不见,但是当我们研究粒子的实际行为时,它们的对称性就显现无遗了.所以我们假定了一个模型,在这个模型当中,对称性是一个本质性的要素,而且目前那些很普遍的不同理论都有一些象SU(2)和SU(3)那样的基本李群融入其中并构成基础的对称群,因此这些李群看起来象是建设物质大厦的砖石.

并不是只有紧李群才出现在物理中,一些非紧李群也出现在物理中,例如Lorentz群.正是由物理学家第一个开始研究非紧李群的表示理论的.它们是那些能够发生在Hilbert空间的表示,这是因为,对于紧群而言,所有不可约表示都是有限维的,而非紧群需要的是无穷维表示,这也是首先由物理学家意识到的.

在二十世纪的最后25年里,正如我刚刚完成阐述的,有一种巨大的从物理学的新思想到数学的渗透,这也许是整个世纪最引人注目的事件之一,就这个问题本身,也许就需要一个完整的报告,但是,基本上来讲,量子场论和弦理论已经以引人注目的方式影响了数学的许多分支,得到了众多的新结果、新思想和新技术.这里,我的意思是指物理学家通过对物理理论的理解已经能够预言某些在数学上是对的事情了.当然,这不是一个精确的证明,但是确有非常强有力的直觉、一些特例和类比所支持.数学家们经常来检验这些由物理学家预言的结果,并且发现它们基本上是正确的,尽管给出证明是很困难的而且它们中的许多还没有被完全证明.

所以说沿着这个方向,在过去的25年里取得了巨大的成果.这些结果是极其细致的.这并不象物理学家所讲的“这是一种应该是对的东西”.他们说:“这里有明确的公式,还有头十个实例(涉及超过12位的数字)”.他们会给出关于复杂问题的准确答案,这些决不是那种靠猜测就能得到的,而是需要用机器计算的东西,量子场论提供了一个重要的工具,虽然从数学上来理解很困难,但是站在应用的角度,它有意想不到的回报.这是最近25年中真正令人兴奋的事件.

在这里我列一些重要的成果:SimonDona1dson在四维流形方面的工作;Vaughan-Jones在扭结不变量方面的工作;镜面对称,量子群;再加上我刚才提到的“魔群”

这个主题到底讲的是什么呢?正如我在前面提到过的一样,二十世纪见证了维数的一种转换并且以转换为无穷维而告终,物理学家超越了这些,在量子场论方面,他们真正试图对广泛的无穷维空间进行细致的研究,他们处理的无穷维空间是各类典型的函数空间,它们非常复杂,不仅是因为它们是无穷维的,而且它们有复杂的代数、几何以及拓扑,还有围绕其中的很大的李群,即无穷维的李群,因此正如二十世纪数学的大部分涉及的是几何、拓扑、代数以及有限维李群和流形上分析的发展,这部分物理涉及了在无穷维情形下的类似处理.当然,这是一件非常不同的事情,但确有巨大的成功.

让我更详尽地解释一下,量子场论存在于空间和时间中.空间的真正的意义是三维的,但是有简化的模型使我们将空间取成一维.在一维空间和一维时间里,物理学家遇到的典型事物,用数学语言来讲,就是由圆周的微分同胚构成的群或者是由从圆周到一个紧李群的微分映射构成的群.它们是出现在这些维数里的量子场论中的两个非常基本的无穷维李群的例子,它们也是理所当然的数学事物并且已经被数学家们研究了一段时间.

在这样一个1+1维理论中,我们将时空取成一个Riemann曲面并且由此可以得到很多新的结果.例如,研究一个给定亏格数的Riemann曲面的模空间是个可以追溯到上个世纪的古典课题.而由量子场论已经得到了很多关于这些模空间的上同调的新结果.另一个非常类似的模空间是一个具有亏格数g的Riemann曲面上的平坦G-丛的模空间.这些空间都是非常有趣的并且量子场论给出关于它们的一些精确结果.特别地,可以得到一些关于体积的很漂亮的公式,这其中涉及到Zeta函数的取值.

另一个应用与计数曲线(counting curve)有关.如果我们来看给定次数和类型的平面代数曲线,我们想要知道的是,例如,经过那么多点究竟有多少曲线,这样我们就要面临代数几何的计数问题,这些问题在上个世纪一直是很经典的.而且也是非常困难的.现在它们已经通过被称为“量子上同调”的现代技术解决了,这完全是从量子场论中得到的.或者我们也可以接触那些关于不在平面上而在弯曲族上的曲线的更加困难的问题,这样我们得到了另一个具有明确结果的被称为镜面对称的美妙理论,所有这些都产生于1+1维量子场论.

如果我们升高一个维数,也就是2-维空间和1-维时间,就可以得到Vaughan-Jones的扭结不变量理论.这个理论已经用量子场论的术语给予了很美妙的解释和分析.

量子场论另一个结果是所谓的“量子群”.现在关于量子群的最好的东西是它们的名字.明确地讲它们不是群!如果有人要问我一个量子群的定义,我也许需要用半个小时来解释,它们是复杂的事物,但毫无疑问它们与量子理论有着很深的联系它们源于物理,而且现在的应用者是那些脚踏实地的代数学家们,他们实际上用它们进行确定的计算.

如果我们将维数升得更高一些,到一个全四维理论(三加一维),这就是Donaldson的四维流形理论,在这里量子场论产生了重大影响.特别地,这还导致Seiberg和Witten建立了他们相应的理论,该理论建立在物理直觉之上并且也给出许多非同寻常的数学结果.所有这些都是些突出的例子.其实还有更多的例子.

接下来是弦理论并且这已经是过时的了!我们现在所谈论的是M一理论,这是一个内容丰富的理论,其中同样有大量的数学,从关于它的研究中得到的结果仍有待于进一步消化并且足可以让数学家们忙上相当长的时间.



历史的总结

我现在作一个简短的总结.让我概括地谈谈历史:数学究竟发生了什么?我相当随意地把十八世纪和十九世纪放在了一起,把它们当做我们称为古典数学的时代,这个时代是与Euler和Gauss这样的人联系在一起的,所有伟大的古典数学结果也都是在这个时代被发现和发展的.有人也许认为那几乎就是数学的终结了,但是相反地,二十世纪实际上非常富有成果,这也是我一直在谈论的.

二十世纪大致可以一分为二地分成两部分.我认为二十世纪前半叶是被我称为“专门化的时代”,这是一个Hilbert的处理办法大行其道的时代,即努力进行形式化,仔细地定义各种事物,并在每一个领域中贯彻始终.正如我说到过的,Bourbaki的名字是与这种趋势联系在一起的.在这种趋势下,人们把注意力都集中于在特定的时期从特定的代数系统或者其它系统能获得什么.二十世纪后半叶更多地被我称为“统一的时代”,在这个时代,各个领域的界限被打破了,各种技术可以从一个领域应用到另外一个领域,并且事物在很大程度上变得越来越有交叉性.我想这是一种过于简单的说法,但是我认为这简单总结了我们所看到的二十世纪数学的一些方面.

二十一世纪会是什么呢?我已经说过,二十一世纪是量子数学的时代,或者,如果大家喜欢,可称为是无穷维数学的时代.这意味着什么呢?量子数学的含义是指我们能够恰当地理解分析、几何、拓扑和各式各样的非线性函数空间的代数,在这里,“恰当地理解”,我是指能够以某种方式对那些物理学家们已经推断出来的美妙事物给出较精确的证明.

有人要说,如果用天真幼稚的方式(naive way)来研究无穷维并问一些天真幼稚的问题,通常来讲,只能得到错误的答案或者答案是无意义的,物理的应用、洞察力和动机使得物理学家能够问一些关于无穷维的明智的问题,并且可以在有合乎情理的答案时作一些非常细致的工作,因此用这种方式分析无穷维决不是一件轻而易举的事情.我们必须沿着这条正确的道路走下去.我们已经得到了许多线索,地图已经摊开了:我们的目标已经有了,只不过还有很长的路要走.

还有什么会发生在二十一世纪?我想强调一下Connes的非交换微分几何.Alain Connes拥有这个相当宏伟的统一理论.同样,它融合了一切.它融合了分析、代数、几何、拓扑、物理、数论,所有这一切都是它的一部分.这是一个框架性理论,它能够让我们在非交换分析的范畴里从事微分几何学家通常所做的工作,这当中包括与拓扑的关系.要求这样做是有很好的理由的,因为它在数论、几何、离散群等等以及在物理中都有(潜力巨大的或者特别的)应用.一个与物理有趣的联系也刚刚被发现.这个理论能够走多远,能够得到什么结果,还有待进一步观察.它理所当然地是我所期望的至少在下个世纪头十年能够得到显著发展的课题,而且找到它与尚不成熟的(精确)量子场论之间的联系是完全有可能的.

我们转到另一个方面,也就是所谓的“算术几何”或者是Arakelov几何,其试图尽可能多地将代数几何和数论的部分内容统一起来.这是一个非常成功的理论.它已经有了一个美好的开端,但仍有很长的路要走.这又有谁知道呢?

当然,所有这些都有一些共同点.我期待物理学能够将它的影响遍及所有地方,甚至是数论:Andrew Wiles不同意我这样说,只有时间会说明一切.

这些是我所能看到的在下个十年里出现的几个方面,但也有一些难以捉摸的东西:返回至低维几何.与所有无穷维的富有想象的事物在一起,低维几何的处境有些尴尬.从很多方面来看,我们开始时讨论的维数,或我们祖先开始时的维数,仍留下某些未解之谜.维数为2,3和4的对象被我们称为“低”维的.例如Thurston在三维几何的工作,目标就是能够给出一个三维流形上的几何分类,这比二维理论要深刻得多.Thurston纲领还远远没有完成,完成这个纲领当然将是一个重要的挑战.

在三维中另外一个引人注目的事件是Vaughan-Jones那些思想本质上来源于物理的工作.这给了我们更多的关于三维的信息,并且它们几乎完全不在Thurston纲领包含的信息之内.如何将这两个方面联系起来仍然是一个巨大的挑战,但是最近得到的结果暗示两者之间可能有一座桥,因此,整个低维的领域都与物理有关,但是其中实在有太多让人琢磨不透的东西.

最后,我要提一下的是在物理学中出现的非常重要的“对偶”.这些对偶,泛泛地来讲,产生于一个量子理论被看成一个经典理论时有两种不同的实现.一个简单的例子是经典力学中的位置和动量的对偶.这样由对偶空间代替了原空间,并且在线性理论中,对偶就是Fourier变换.但是在非线性理论中,如何来代替Fourier变换是巨大的挑战之一.数学的大部分都与如何在非线性情形下推广对偶有关.物理学家看起来能够在他们的弦理论和M一理论中以一种非同寻常的方式做到了这一点.他们构造了一个又一个令人叹为观止的对偶实例,在某种广义的意义下,它们是Fourier变换的无穷维非线性体现,并且看起来它们能解决问题,然而理解这些非线性对偶性看起来也是下个世纪的巨大挑战之一.

我想我就谈到这里.这里还有大量的工作,并且我觉得象我这样的一个老人可以和你们这么多的年轻人谈谈是一件非常好的事情;而且我也可以对你们说:在下个世纪,有大量的工作在等着你们去完成.

Monday, August 14, 2006

The Poincare Conjecture:a rieview

To icm2006!
Huai-Dong Cao and Xi-Ping Zhu published their paper A Complete Proof of the Poincare Conjecture and Geometrization Conjectures - Application of the Hamilton-Perelman Theory of the Ricci Flow in the June issue of the Asian Journal of Mathematics. The paper is 328 pages of dense mathematics understandable only by experts. However, the title of the paper is electrifying to those with some familiarity with The Poincare Conjecture, for it has been one of the most famous unresolved problems of mathematics since first proposed by Henri Poincare at the beginning of the Twentieth Century. The Clay Mathematics Institute will award a million dollars to any person who proves it.

The Poincare Conjecture is stated as the following:

Every simply connected closed 3-manifold is homeomorphic to a 3-sphere.

3-manifolds and 3-spheres are objects in four dimensional space so it requires some tricks to imagine them. The analogues in three dimensions are the 2-sphere, the surface of a ball, and 2-manifolds, which also exist in three dimensional space. Two objects are homeomorphic if they can be stretched, without tearing, to look like each other. So, crudely, the Poincare Conjecture asks whether all simply connected closed 3-manifolds can be stretched to look like the 3-sphere, which is the surface of a four dimensional ball.

To arrive at a proof of the Poincare Conjecture one can prove the Geometrization Conjecture proposed by William Thurston. This conjecture says that there only certain distinct geometries that 3-manifolds can have. The Geometrization Conjecture implies the truth of the Poincare Conjecture as a special case. Richard Hamilton pioneered a technique called Ricci Flows to attack the Geometrization Conjecture and made significant progress towards its proof. In 2003, Russian mathematician Grisha Perelman published three papers on the Internet that seemed to have finished the proof of the Geometrization Conjecture, and thusly the Poincare Conjecture. Perelman extended the use of Ricci Flows to arrive at his results. His work has withstood the scrutiny of experts in the field and the paper cited at the beginning puts Q. E. D. to the proof.

In fact, on page 320, the authors state:

Thurston’s geometrization conjecture is true.

Now, we see (kind of) the meaning of the paper cited at the beginning of this post.

A headline in a recent issue of Nature claims that Perelman may get the Nobel Prize for his work. (I don’t have a subscription so I have not read the article.) The Nobel does not have a category for mathematics, so I assume he will get it for physics. Why physics?

To the extent that the space in which we live is some kind of 3-manifold in four dimensional space, the Geometrization Conjecture says that there are only certain shapes it can have. This means that scientists measuring the shape of the universe have a limited set of choices as to its geometry.

As for the Clay Mathematics Prize, it requires that a proof must be published in a refereed mathematics journal and withstand two years of scrutiny by the mathematics community. Perelman is reported to be reclusive, even though he gave a set of lectures in the US in 2004, and has not published his papers other than on the Internet. One wonders if the Clay Math Institute might not bend the rules in his case if he should receive a Nobel for his work.

Jeffrey R. Weeks has written an outstanding book called The Shape of Space covering a lot of ideas about 3-manifolds. He claims in the preface that the interested high school mathematics student should be able to understand the book. He delivers on that promise. The challenge of the book is to use one’s imagination to understand what 3-manifolds look like. He gently guides the reader, via pictures, through some very interesting mathematics without all the formalism of a mathematics text. He connects the topology and geometry to the physics at the end of the book.

I am sure we will see many good books published within the next couple of years about the history and mathematics of the Poincare Conjecture. It is that exciting and interesting. Under the hand of the able writer, its importance will be made accessible to the interested lay reader.

ps:We also found Ricci Flow and the Poincare Conjecture by John Morgan and Gang Tian via Ars Mathematica. This is a complete proof of the Poincare Conjecture.

Sunday, August 13, 2006

Comment about Poincare Conjecture on Notice

作者仍然是老牌的Allyn Jackson,有人也许还会记得他曾经写过亚历山大格罗腾递克的一篇文章(as if summoned from the void)(仿佛来自虚空). 下载地址是:http://www.ams.org/notices/200608/comm-perelman.pdf

下面是从博讯转载的原文翻译:
不再是猜想了吗? --- 对庞加莱与几何化猜想的证明正在形成一致意见
作者:艾琳·杰克逊(Allyn Jackson 注一)
庞加莱猜想和瑟斯顿(Thurston)几何化猜想被证明了吗?
自从格利高里·佩雷尔曼(Grigory Perelman)在互联网上发表了他的现已非常著名的文章以来,这个问题就萦绕在数学家们的脑海中已逾三年。2006年仲夏,马德里举行的国际数学家大会脚步声近,而关于菲尔兹奖的谈论也不绝于耳,一些在过去三年里发言谨慎的专家们看起来越来越有信心:猜想终于要屈服了。特别是,很多人相信庞加莱猜想如今已然是真正的定理。几何化猜想这件事还没有那么清楚,但许多人对于这个结果很快会被确认也表示乐观。
奖金与盛誉
对数学家来讲,克莱数学研究所(CMI)为庞加莱猜想的解决而提供的百万美元奖金不过是蛋糕上的糖衣。真正的奖励是解决一个在超过一世纪的时间内令数学家们为之颠倒的难题而带来的殊荣。这个命题上溯至1904年,亨利·庞加莱猜想:正是简单连通这一性质在拓扑上把三维球面和其他三维流形区分开来。自此,许多人企图证明庞加莱猜想都以失败告终,这中间包括了一些知名数学家,如Edwin Moise, Christos Papakyriakopolous, Valentin Poenaru, 和Colin Rourke。最近的一次不正确的证明是由南安普顿大学的马丁·邓武迪(Martin Dunwoody)在2002年提出的,比佩雷尔曼贴出他的第一篇论文早了六个月。关于邓武迪证明的新闻故事(2002年四月纽约时报的一篇文章题为“联合王国数学奇才也许解决了问题”)刚出现,几乎同时这个证明便瓦解了。
事实上,正因有太多关于庞加莱猜想的错误证明以至于加州伯克利大学的约翰·斯托林斯(John Stallings)在他的网页上发表了其在1966年写的文章“怎样不去证明庞加莱猜想”,那里讲述了他自己的失败尝试以告诫他人切勿重蹈覆辙。大部分失败的努力有一个共同的特征就是它们都依赖于拓扑推理。而哥伦比亚大学的约翰·摩根(John Morgan)注意到“看起来那种类型的论证对这个问题行不通。”反之,他说,要解决这个拓扑问题,人们需要拓扑学之外的,从几何到分析的工具。
与那些多次对庞加莱的失败尝试形成对照的是,在佩雷尔曼的工作问世以前,似乎没有人宣称可以解决整个瑟斯顿几何化猜想。事实上,这是一个比庞加莱猜想更为深远的命题,它包含了庞加莱猜想做为一个特例。现任康奈尔大学教授的威廉·瑟斯顿(William Thurston)于1970年首次提出的几何化猜想,提供了区分所有三维流形的方法。瑟斯顿的了不起的洞察力在于,他看到了如何利用几何来理解三维流形的拓扑。几何化猜想宣称任意三维流形可以一种本质唯一的方式分解成一些片,每一片都具有一种特别的几何结构,而总共有八种这样的几何结构。这个猜想在佩雷尔曼的工作之前并不是毫无进展;它在很多情形下已被确立了。瑟斯顿自己对于一大类流形证明了猜想。集多个数学家的贡献,在只涉及八种几何中的六种的情况,猜想被证明。剩余的两种是球面几何和双曲几何,其度量分别具有正的和负的常曲率。庞加莱猜想就在那个具有正常曲率的度量的情形里面。(参见[Milnor],这是一个出色的历史陈述。)
在这样的背景下,当佩雷尔曼把他的文章贴到数学文献库里的时候,其中第一篇在2002年十月,第二篇在2003年三月,第三篇在2003年七月[Perelman1-3],数学家们自然有所怀疑。但是,他的努力从一开始就被认真对待。一个原因是佩雷尔曼是颇受尊敬的数学家,他在几何分析上做出过杰出贡献。他是1994年苏黎世国际数学家大会的受邀演讲者,当时他在几何组做了关于曲率有下界的空间的报告。在1996年他作为十位得奖者之一获得了每四年一次的欧洲数学会颁发的杰出青年数学家奖(佩雷尔曼拒绝了接受此奖)。
另一个佩雷尔曼的工作被认真对待的原因是它正和一个广为人知的用瑞奇流(Ricci flow)来证明几何化猜想的纲领相符合。这个纲领的创始人是目前在哥伦比亚大学的理查德·汉密尔顿(Richard Hamilton),他将要在马德里的2006年国际数学家大会上成为大会演讲者之一。据汉密尔顿的演讲稿摘要, 瑞奇流是由他本人和哈佛大学的丘成桐发展起来的。在汉密尔顿的1982年的文章 [Hamilton] 中首次披露的这个思想,是利用瑞奇流这样一个热方程的非线性版本的偏微分方程,来同化三维流形的几何以证明它们确实符合瑟斯顿分的类。人们大抵相信,从原理上讲,汉密尔顿的方法应该奏效。这个信念随着汉密尔顿和其他人做出了许多必需的分析工作而增强了。 但最困难的障碍是处理那些可能随瑞奇流演化出来的奇点。佩雷尔曼征服的正是这一障碍,他把深入而新颖的思想引入到几何分析中,产生了奇妙的效果。(关于瑞奇流的一个很好的记述见[Anderson]。)
注目佩雷尔曼
2003年春季,当他的前两篇论文出现在网上之后,佩雷尔曼在美国的包括哥伦比亚,麻省理工学院和普林斯顿在内的几所大学演说,并在石溪分校做了一次系列讲座。不久后他回到圣彼得堡的老家,自此他只做了这个话题上的很少几次演讲。他曾通过电子邮件回答数学问题,但是一些数学家报告说后来他甚至连那种交流方式也停止了。我们不清楚佩雷尔曼怎样看待伴随他的成就而来的欢呼。很多关于他的工作的文章出现在通俗媒体上,尽管他看来从不接受记者的采访。 当数学家们开始认真阅读这些论文时,他们却是举步维艰。“当人们意识到他用了相当少的篇幅却开辟了这么多的新天地,我们不得不承认佩雷尔曼的文章是极其精心写就的”,密执安大学的约翰·洛特(John Lott)解释说,“然而,文章的写法不能让人们可以坐下来轻易地决定他的论证是否完备。”摩根评论说佩雷尔曼省略了一些平常但是颇需技巧的技术细节。摩根还说,有时一些论证被指出与先前陈述过的论证相类似,但先前的论证具体如何也适用于此并不总是非常清楚。在这些困难之外,论文中还有些直接的错误,但都不是实质性的。看起来佩雷尔曼没有把他的论文投给期刊。如果他那样做了,它们大概要经过相当多的修改才会被接受。
佩雷尔曼的论文出现在网上不久之后,数学家们着手努力来理解和验证它们。在2003年六月,洛特和现在耶鲁大学的布鲁斯·克莱纳(Bruce Kleiner)建立了一个网页,在那里他们介绍随着细查论文而不断增加的关于佩雷尔曼工作的注释。2003年末,帕洛阿图的美国数学所和伯克利的数学科学研究所联合举办了针对佩雷尔曼第一篇论文的研讨会;另一个关于佩雷尔曼第二篇论文的研讨会于2004年夏在普林斯顿大学召开。克莱数学研究所显然很想知道佩雷尔曼的工作是否正确,它为普林斯顿研讨会提供了资金,另外它还资助了2005年夏在数学科学研究所(MSRI)举办的一个月的暑期学校。除此之外,克莱数学研究所给了克莱纳和洛特一些资助,他们正继续在网上公布他们的注记;同时也资助摩根和普林斯顿大学的田刚,他们正在合著一本关于佩雷尔曼解决庞加莱猜想的工作的书。
2005年六月,格勒诺布尔大学的杰拉尔德·贝松(Gérard Besson)做了一次关于佩雷尔曼工作的布尔巴基讲座,该讲义将于2006年九月在Astérisque系列里出版。2005年秋,中山大学的朱熹平在哈佛大学做了六个月的系列演讲,描述了他和里海大学的曹怀东合写的、发表于在2006年六月号的《亚洲数学月刊》的一篇文章的内容。 还有其他关于这个课题的研讨会和暑期学校,更不必说各数学系和会议里的众多讲演。包括中、法、德、美在内的几个国家里都组成了阅读佩雷尔曼论文的学习组。
尽管佩雷尔曼的论文似乎没有以传统的方式被评审,自出现在互联网上起的三年半时间里它们经受了惊人的详尽检验。至少对众多非专家来说,随着时光流逝而没有任何人发现他的工作中有要紧错误这个简单事实,已使人深信他的工作必定是正确的。例如,东北大学的藤原耕二并非这领域的专家,但他有两个理由相信佩雷尔曼的工作是对的。“假如有任何原理上的问题使该方法不能生效,经过这三年那原理问题一定已被人找到了,”他推断说。第二,藤原说,佩雷尔曼是广为人知的瑞奇流方面的专家,他从前的论文都是可靠的,没有被发现过含有错误。当然,这类自信是非专家的特权。专家还要更加努力。
填补证明细节
“他们应该为解决庞加莱猜想而授予[佩雷尔曼]菲尔兹奖”, 约翰·摩根(John Morgan)在2006年5月的访谈中声称。“我相信他的逻辑是正确的,我认为凡是认真读了他的证明的人也都那么想。。。。这很显然是过去四年里数学世界发生的最振奋人心的事”,上一次颁发菲尔兹奖是在四年前。摩根说,由他和田刚合著将在2007年初出版的书,会提供一个对佩雷尔曼的庞加莱猜想证明的详尽阐释。(注二) 摩根说他绝不怀疑佩雷尔曼也可以证明几何化猜想,但是摩根并没有象他研究关于庞加莱猜想的工作一样亲自仔细检查那一部分(佩雷尔曼的关于几何化猜想的)证明。
事实上,相对几何化猜想的证明,很多数学家都对庞加莱猜想的证明更有信心。佩雷尔曼自己提供了证明庞加莱的捷径,而他的更大分量的工作是为整个几何化猜想的证明提供了必要工具。某些人认为保证庞加莱猜想已被证明的最好途径是确认几何化猜想的证明。那么几何化猜想的证明现况如何呢?
2006年5月,克莱纳与罗特在数学文献库里张贴了题为“佩雷尔曼论文注记 (Notes on Perelman’s papers)”的论文。他们说他们的论文,再加上2005年塩谷隆(T. Shioya)和山口孝男(T. Yamaguchi)的文章, 为佩雷尔曼几何化猜想的证明提供了细节。罗特警告说佩雷尔曼的工作在成为一致接受的结论之前还应由数学界进一步检验。克莱纳-罗特的工作是建立在他们从2003年夏季起即开始在网上公布的一系列注记的基础之上的。在克莱纳-罗特增进并公布这些注记的三年时间里,他们得到了很多数学家的纠误或评注。他们计划把他们的文章投到学术杂志上去。
2006年4月末,《亚洲数学杂志》在它的网页上宣布将要发表曹怀东和朱熹平的论文“庞加莱与几何化猜想的一个完全证明——汉密尔顿-佩雷尔曼的Ricci流理论的应用(A complete proof of the Poincaré and Geometrization Conjectures—Application of the Hamilton-Perelman theory of the Ricci flow)”。这个宣告包括了文章的摘要,其全部内容如下:“在本文中,我们给出庞加莱与几何化猜想的一个完全证明。这个工作是建立在过去三十年里众多几何分析学家不断积累的贡献基础之上的。这个证明应被看作关于汉密尔顿-佩雷尔曼的Ricci流理论的最高成就。”这篇330页的文章发表在《亚洲数学杂志》的2006年六月号。这一期的杂志并没有在网站上公布电子版,而只是印刷出来。曹-朱的文章也没有以预印本的形式流通,不过这项工作由朱熹平于2005-06年度在哈佛的讨论班上介绍过。
一些人注意到从曹-朱递交论文,即2005年12月12日,到论文被接受发表之日,即2006年4月16日,其时间间隔之短暂,于是怀疑这样一份超过300页的重要论文是否经过严肃的审查。在2006年五月的访谈里,丘成桐,也即《亚洲数学月刊》的主编之一,说这份草稿已在手边一年了,只是“我们很谨慎没有将之广为传播,这是为了保证付印之前一切完好。”当被问及该文是否象通常那样被审查,丘成桐说是的,且称《亚洲数学月刊》有很高的水准。
尽管尚没有足够的时间让曹朱的论文被数学界仔细推敲,这篇文章由于中国媒体在2006年六月的宣传已广为人知。“中国数学家破解世界难题”,新华通讯社2006年6月3日的一篇文章标题如此报导。文章首句说,“令全球科学家困扰上百年的难题已被两位中国数学家最终解决。”曹怀东将媒体对他与朱熹平工作的高度关注称之为“铺天盖地”。一些新闻文章被翻译成英文放在网上。在那些文章里,曹朱这两位中国数学家的成就得到强调,而佩雷尔曼的功绩则以不够显著的方式被提及。新华通讯社2006年6月21日发的一篇文稿里,佩雷尔曼的名字甚至根本没有出现。媒体报道是从丘成桐于2006年6月3日在北京召开新闻发布会开始的,当时丘宣布了曹朱的工作。丘成桐说他被某些媒体错误的引用了,故对那些话不负责任。在2006年6月30日,他在北京的中国科学院晨兴数学中心做了有关这个话题的公众讲演,讲稿的幻灯片可见中心的网站:http://www.mcm.ac.cn/Active/yau_new.pdf
分配奖金
众多竞争对手,谁会获得证明这些不朽成果的荣誉?这不是一个简单的问题。在数学里往往一个成果的荣誉归功于发现了决定性思想从而使证明成功的人,即使那个人不曾写下完整的证明。作为历史上的一个例子,加州伯克利大学的罗宾·科比(Robin Kirby)谈到了瑟斯顿的轨形定理(orbifold theorem)。瑟斯顿发表在《美国数学会通讯》上的论文[Thurston]以一种据科比说是“绝对简略”的方式描述了这一结果。轨形定理包含了当存在一个作用在有不动点的三维流形上的离散群时的几何化猜想,这涵盖了很多情形,尽管不包括庞加莱猜想。超过十二年过去了仍无完整的证明,科比于是把轨形定理加到他的著名拓扑难题的单子上,并宣布这是一个未决问题。不同的两组数学家分别独立做出了定理的完整证明(一组由Daryl Cooper, Craig Hodgson及Steven Kerckhoff组成,另一组是Michel Boileau, Bernhard Leeb和 Joan Porti)。“他们做了很多工作,瑟斯顿略述的一些内容被增强了,业内尊敬他们的工作,”科比说。“但是人们仍认为这是瑟斯顿的定理。”
数学世界期待着看佩雷尔曼是否会因为他的工作得到菲尔兹奖。菲尔兹奖委员会的传统规定是获奖者在得奖之年不能超过40岁。佩雷尔曼在2006年六月刚好40岁。一些人认为,即使抛开庞加莱和几何化猜想不论,佩雷尔曼也已做了足够的工作使他能得菲尔兹奖。“佩雷尔曼的工作所讨论的瑞奇流里的奇点演化是一个巨大的进展,仅这一贡献已使他成为菲尔兹奖的一个有分量的候选人”,摩根说。
庞家莱猜想是克莱数学研究所在2000年公布的七个千年大奖问题之一。在佩雷尔曼的工作之前,还没有人对其中任何一个问题提出可信的解决方案,所以奖金没有颁发过。大奖的规定说任何提出的解决方案必须在“具有世界声誉的同行审议的学术期刊”上发表,并且这个发表的解法必须经受两年的考验克莱数学研究所才会考虑颁奖。从规定的讲法来看,所考虑的得奖人并不必须就是发表解法的作者,克莱数学研究所所长吉姆·卡尔森(James Carlson)评论说。就他得奖这件事而言,“佩雷尔曼遵循了一条非正统的道路,张贴(他的论文)在网上而不是把它们投到期刊去这点本身并不是障碍”,卡尔森说。在适当的时间,他说,克莱研究所会考虑所有能得到的材料从而对庞家莱猜想的证明正确与否做出判断。只有在那之后才会考虑颁奖。克莱研究所面临的问题是,到底是把奖金全部授予佩雷尔曼一个人呢还是包括其他人作为共同的获奖者—---也许汉密尔顿? 卡尔森说现在考虑那些可能性还为时过早。
但是毫无疑问数学界将继续思索和讨论佩雷尔曼工作的不同寻常的传奇。有一件事很清楚:佩雷尔曼在这个领域做出了巨大贡献。他做的很多事情,如不向杂志投稿,不做很多演讲,彻底规避聚光灯,都不易被人理解。“佩雷尔曼是个特别天才而非凡的人,他选择了那样的方式”,卡尔森评论说。“我想最重要的一点是他写了那三篇论文并把它们贴在了数学文献库里,而那是送给数学家们的了不起的礼物,有大量的新思想和新东西需要我们去思考。”

参考文献
[Anderson] MICHAEL ANDERSON, Geometrization of 3-manifolds via the Ricci flow, Notices 2 (2004), 184–93.

[Besson] GÉRARD BESSON, Preuve de le conjecture de Poincaré en déformant le métrique par la courbure de Ricci, d’après G. Perel’man, Astérisque 307, Société Mathématique de France (to appear in September 2006).

[Cao-Zhu] HUAI-DONG CAO and XI-PING ZHU, A complete proof of the Poincaré and Geometrization Conjectures —Application of the Hamilton-Perelman Theory of the Ricci flow, Asian J. Math. 10 (2006), 145–492.

[Kleiner-Lott] BRUCE KLEINER and JOHN LOTT, Notes on Perelman’s papers, arXiv:math.DG/0605667, 25 May 2006.

[Hamilton] R. S. HAMILTON, Three-manifolds with positive Ricci curvature, J. Differential Geom. 17 (1982), 695–729.

[Milnor] JOHNMILNOR, Towards the Poincaré Conjecture and the classification of 3-manifolds, Notices 10 (2003), 1226–33.

[Perelman1] G. PERELMAN, The entropy formula for the Ricci flow and its geometric applications, http://arXiv.org/abs/math.DG/0211159, 11 November 2002.

[Perelman2] ———, Ricci flow with surgery on three-manifolds,http://arxiv.org/abs/math.DG/0303109,10 March 2003.

[Perelman3] ———, Finite extinction time for the solutions to the Ricci flow on certain three-manifolds, http://arxiv.org/abs/math.DG/0307245, 17 July 2003.[Shioya-Yamaguchi] T. SHIOYA and T. YAMAGUCHI, Volume-collapsed three-manifolds with a lower curvature bound, Math. Ann. 333 (2005), 131–55.

[Thurston] WILLIAM P. THURSTON, Three-dimensional manifolds, Kleinian groups and hyperbolic geometry, Bull. Amer. Math. Soc. (N. S.) 6 (1982), 357–81.
注一:艾琳·杰克逊是美国数学会会志的资深作家,代编辑。她的电子邮箱地址是:axj@ams.org
注二:2006年7月25日,摩根和田刚在“数学文献库”(arXiv)上载了一篇473页的关于Ricci流和庞加莱猜想的手稿,见http://arXiv.org/abs/math/0607607

(译者:许冲 邵振青)

Sunday, August 06, 2006

as if summoned from the void(2)

仿佛来自虚空(11)




停滞的精神


从1945年(我17岁的时候)到1969年(我42岁的时候),二十五年里我几乎将我的全部精力都投入到数学研究中。这自然是过多的投入了。我为此付出了长期的精神上的停滞的代价,这种停滞越来越“缺乏活力”,这些我在《收获与播种》中不止一次提到过。
《收获与播种》,第17页

在1960年代,哈佛大学的Barry Mazur和他妻子访问过高等科学研究所(IHES)。尽管那时候格洛腾迪克已经有了自己的家庭和房子,他仍然在Mazur居住的大楼里保留了一间公寓,并且常常在那里工作到深夜。由于公寓的钥匙不能开外面的门,而这道门到晚上11点的时候就锁上了,在巴黎度过一个晚上后回到大楼就会有困难。但是“我记得我们从来没有遇到过麻烦,”Mazur回忆道。“我们会乘末班火车回来,百分之百的确信格洛腾迪克还在工作,而他的书桌靠着窗。我们会扔点石子到他窗户上,他就会来为我们开门。”格洛腾迪克的公寓只是简单装修了一下;Mazur记得里面有一只电线做的山羊雕塑和一个装满西班牙橄榄的缸子。

这种格洛腾迪克在一间斯巴达式的公寓里工作到深夜的略显孤独的形象刻划了1960年代他的生活的一个方面。那个时候他不停地研究数学。他得和同事们讨论问题,指导学生们的学习,做讲座,和法国外的数学家们保持广泛联系,还得去撰写看上去没有尽头的EGA和SGA。毫不夸张地说他单枪匹马地领导了世界范围内代数几何里一个巨大而蓬勃发展的部分。他在数学外似乎没有多少爱好;同事们说他从来不看报纸。就是在数学家中间,他们习惯于诚实而且高度投入对待工作,格洛腾迪克也是一个异类。“整整十年里格洛腾迪克一周七天,一天十二个小时研究代数几何的基础,”他的IHES同事David Ruelle注意到。“他已经完成了这座一定得有10层高的楼房的-1层的工作,而正在第0层上工作…到一定时候很清楚你永远也盖不成这座大楼。”

格洛腾迪克醉心于数学研究如此极度是他在《收获与播种》里面提到的“精神上的停滞”的一个原因,这个接下来则是他在1970年离开他已经成为其中一个领袖人物的数学世界的一个原因。朝向他的离去迈出的一步是IHES内部的一次危机,此危机导致了他的辞职。从1969年末开始,格洛腾迪克卷入了和IHES创始人和所长Leon Motchane关于研究所来自军事方面的资助的冲突。如科学史家David Aubin于[Aubin]中所解释,在1960年代,IHES的经费很不稳定,有些年里研究所从一些法国军事机构获得它的一小部分预算,其额度从没有超过5%。所有IHES的永久教授们对于军事资助都有疑虑,在1969年他们坚持要Motchane放弃接受如此的资助。Montchane起初同意了,但是,Aubin注意到,他在数月后收回了他的话,当IHES的预算岌岌可危的时候,他接受了陆军部长一笔基金。格洛腾迪克感到非常愤怒,他徒然地劝说其他教授和他一起辞职但是没有人同意去做。不到一年前,很大程度上由于格洛腾迪克的推荐,Pierre Deligne作为永久教授加入IHES,格洛腾迪克劝说他这位新任命的同事和他一起辞职。Deligne也拒绝了。“因为我在数学上和他非常亲密,格洛腾迪克很惊讶而且深深失望这种数学思想上的亲密没有延伸到数学之外,”Deligne回忆道。格洛腾迪克的辞职信写于1970年5月25日。

他与IHES的决裂是格洛腾迪克生平所发生的意义深远的转向的最明显的标志。靠近1960年代末期的时候还有其他一些信号。有些很小。Mazur回忆道当他在1968年访问IHES的时候,格洛腾迪克告诉他自己去看电影了――这可能是10年里的第一次。有些则比较大。1966年当他在莫斯科国际数学家大会上荣获菲尔兹奖章的时候,格洛腾迪克拒绝参加来作为对苏联政府的抗议。1967年格洛腾迪克在越南旅行了3周,那里显然给了他留下很深印象。他关于越南之行的书面记述[Vietnam]描写了那些为数众多的空袭警报和一次让两位数学教师遇难的轰炸,以及越南人在他们的国度里培植数学生活的英勇行动。和一位叫Mitrea Dumitrescu的罗马尼亚外科医生的友谊让格洛腾迪克在1960年代后期做了一次相当严肃的学习生物学知识冒险。他还和Ruelle讨论过物理。

发生在不平凡的1968年的那些事情一定对格洛腾迪克也有影响。那一年里全世界范围内经历了学生的抗议示威和社会的剧变,以及苏联对“布拉格之春”的残酷镇压。在法国,1968年5月,大学生们罢课时运动达到了沸点,政府的政策造成了大规模的示威活动,而示威很快就演变成为**。在巴黎,成千上万的学生、老师和工人上街抗议警察的暴力,而法国政府,出于对革命的害怕,在城市周围驻扎了坦克。数百万的工人开始罢工,让整个国家瘫痪了两周时间。Karen Tate,她其时正和她当时的丈夫John Tate住在巴黎,回忆起当时无处不在的混乱。“铺路的石头,短棍和其它手边可以用来投射的东西在空中飞翔,”她说。“很快整个国家陷入了停顿。没有汽油(卡车司机在罢工),没有火车(火车工人在罢工),垃圾在巴黎市内堆积如山(环卫工人在罢工),商店架子上没有多少食品。”她和John逃到Bures-sur-Yvette,在那里她的弟弟Micheal Artin正在访问IHES。在这次冲突中许多巴黎数学家站在学生一边。Karin Tate说示威是统治她所知道的数学家之间交谈的话题,尽管她不记得是否和格洛腾迪克讨论过这个话题。

格洛腾迪克从IHES辞职后不久,他就投入了一个对他而言全新的世界,政治示威的世界。在1970年6月26日在巴黎南大学(Universite de Paris in Orsay)的讲演里,他没有说起数学,而是谈论了核武器不停增多对人类生存造成的威胁,并呼吁科学家们和数学家们不要以任何形式和军队合作。Nicholas Katz,他刚来IHES访问并惊讶地听到格洛腾迪克的辞职,参加了这次演讲,根据他的说法,演讲吸引了数百人,在一个非常拥挤的报告厅里举行。Katz回忆道在讲演中格洛腾迪克甚至说,考虑到这些对于人类迫在眉睫的威胁,数学研究实际上也是“有害的”。

这次讲演的一个书面版本,“当今世界学者的责任:学者和军事设备”,作为一个未发表的手稿在世上传播。在其中一个附录里描述了参加讲演的学生的敌意反应,他们散发些小纸条嘲弄格洛腾迪克。其中一个纸条在附录里复制了下来;是一个典型的口号:“成功,僵化,自我毁灭:如何成为一个由格洛腾迪克遥控的小概型”。很清楚他被认为是成功人士里令人憎恶的一员。

在这个手稿另一篇附录里,格洛腾迪克提议成立一个组织来为在环境恶化和军事冲突下人类的生存而战斗。这个名叫“生存”的组织在1970年7月成立,正值格洛腾迪克在蒙特利尔大学一个代数几何暑期学校上第二次做他的Orsay讲演的时候。“生存”的主要活动是出版与它同名的时事通讯,其第一期由格洛腾迪克用英文撰写,时间为1970年8月。这个时事通讯里描绘了一个雄心勃勃的日程,包括科学书籍的出版,以目标群为非专家的关于科学的公共课程的组织和对接受军事资助的科研机构的抵制。

第一期上刊登了这个组织成员的名字、职业和地址的名单,一共有25人。名单上有一些数学家、格洛腾迪克的岳母和他的儿子Serge。这个组织的主持人是格洛腾迪克和其他三位数学家:Claude Chevalley,Denis Guedj和Pierre Samuel(《收获与播种》,第758页)。“生存”是骚动的1960年代后涌现的许多左翼组织之一;在美国的一个类似组织是“数学行动组织”。由于太小而且成员散得很开而不能获得很大影响,“生存”在巴黎比在美国和加拿大要活跃些,主要归因于格洛腾迪克的存在。当他在1973年离开巴黎时,这个组织就逐渐消失了。

在1970年夏天尼斯的ICM大会上,格洛腾迪克试着为“生存”招募新的成员。他写道,“我预期有大量的入会登记――结果(如果我没记错的话),有两到三个人”(《收获与播种》,第758页)。然而,他的劝诱改宗引起了大量的注意。“首先,他是数学界那时候的世界明星之一,”参加了大会的IHES的Pierre Cartier说道,“而且,你应该记得那时候的政治气氛。”许多数学家反对越南战争并同情“生存”的反军队立场。Cartier说,在大会时,格洛腾迪克在展览区两家出版商摊位间偷偷地塞进一张桌子,并在他儿子Serge的帮助下,开始派发“生存”的时事通讯。这导致了他与老同事和朋友Dieudonne的激烈争吵,其时Dieudonne是1964年成立的尼斯大学理学院首任院长,并负责那里举行的ICM大会。Cartier说道他和别的一些人不成功地劝说Dieudonne允许这个“非官方摊位”。最终格洛腾迪克将桌子挪到大会举行的大厅前面的街上。但另一个问题出现了:在与尼斯市长棘手协商后,大会组织者承诺不会有街头示威。警察开始询问格洛腾迪克,最后警察首长也到了。格洛腾迪克被要求只要将桌子移后几码,让它不在行人道上就可以了。“他拒绝了,”Cartier回忆道,“他想被送到监狱去。他真的想被送到监狱去!”最后,Cartier说,他和一些其他人将桌子移后,足以让警察满意。

尽管格洛腾迪克投入政治很突然,他决不是孤独的。他的好朋友Cartier有着相当长的政治行动的历史。比如说,他是那些利用华沙1983年ICM大会召开的时机协商以致波兰150位政治犯获得释放的数学家之一。Cartier将他的行动主义归因于他的老师和(政治)导师Laurent Schwartz树立的榜样,他是法国政治声音最响亮、活动最积极的学术界人员之一。Schwartz是格洛腾迪克的论文导师。另一位格洛腾迪克熟悉的法国数学家Pierre Samuel是法国绿党的创始人之一。在法国以外,很多数学家政治上也很活跃。在北美最为人知的有Chandler Davis和Stephen Smale,他们都深入卷入了反对越战的示威。

但是尽管他的强烈信念,格洛腾迪克从来没有在真实世界的政治中留下过印象。“他内心里一直是个无政府主义者,”Cartier观察到,“在很多情况下,我的基本立场和他的立场相差不远。但他是如此天真以致在政治上和他做点事情根本不可能。”而且他还相当傲慢。Cartier回忆道,1965年法国一次不确定结果的总统大选后,报纸的头条是戴高乐还没有被选上。格洛腾迪克询问道这是否意味法国将不会有总统了。Cartier不得不向他解释什么叫重选。“格洛腾迪克是个政治文盲,”Cartier说。但他的确想帮助大家:给那些无家可归者或者其他需要的人士提供几周的住处对于格洛腾迪克并不是什么不寻常的事。“他非常慷慨,他一直非常慷慨,”Cartier说,“他记得他的少年时代,他困难的少年时代,那时候他母亲一无所有,他时刻准备着来给予帮助――但是这种帮助不是政治上的。”




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仿佛来自虚空(12)




疯狂的70年代


1970年我从一个环境进入到另一个环境――从“第一流”人士所处的环境来到“沼泽地”;突然间,我的大多数新朋友们是一年前这个地区中我还心照不宣地置之于无名无貌的那群人。这个所谓的沼泽突然间动了起来,从这些和我共同历险――另外一个历险――的朋友们的脸上展现出生命的迹象。
《收获与播种》,第38页


“荣誉勋位勋章(Legion d’Honneur)!荣誉勋位勋章!”格洛腾迪克从礼堂后部大喊,手里挥动着一张纸,上面描摹着荣誉军团十字勋章,由法国政府授予的殊勋。这个场景发生在一次关于模函数的暑期学校开幕当天,其于1972年夏天在安特卫普举行并得到北大西洋公约组织(NATO)的资助。格洛腾迪克长期以来的朋友,Jean-Pierre Serre,刚刚被授予荣誉勋位勋章,正在台上发表开幕演说。格洛腾迪克走近Serre问道:“你是否介意我到讲台上说点事情?”Serre回答说,“是,我很介意”然后离开了礼堂。格洛腾迪克走上讲台开始演说反对北约对这次大会的支持。别的一些数学家也同情这种观点:一个例子是Roger Godement,他于1971年4月发表了一封公开信来说明他拒绝参加这次会议的理由。

其时不为格洛腾迪克所知的是,Cartier和其他一些对于北约的资助感到不安的数学家已经做了详细的协商,请来一位北约代表与会和他们公开辩论。Cartier和其他人将格洛腾迪克劝下讲台,但是损失已经产生了:Cartier很快就收到这位北约代表打来的愤怒的电话,他已经听说了这次爆发而拒绝前来,深信作一次有序的辩论的条件已经被破坏了。“对于我来说,这是件很悲哀的事,因为就我的记忆,我认为听众中大多数人政治上站在格洛腾迪克这一边。”Cartier注意到,“就是和他的政治观点或者社会观点接近的人也反对他这种行为…他表现得就象个十几岁的野孩子。”

到安特卫普会议的时候,格洛腾迪克已经切断了很多曾经围绕着他的专注于数学的有序生活的联系。首先,他不再有一个永久职位。在他1970年离开IHES后,Serre给他在法兰西学院安排了一个为期两年的访问职位。这个精英学院和法国其他大学运作不一样(从这点来说,和别的任何地方都不一样)。学院里每一位教授必须提交他或者她这一年里计划讲授的课程的提纲,给由所有教授组成的大会上来获得批准。Serre回忆道格洛腾迪克提交了两个纲要:一个是关于数学的而另一个是关于“生存”组织所关心的政治主题。委员会批准了数学提纲而拒绝了另一个提纲。于是格洛腾迪克在数学讲演前会发表长篇政治演说。两年后,他申请法兰西学院一个由于Szolem Mandelbrojt的退休而空缺下来的永久职位。格洛腾迪克递交的CV(curriculum vitae,简历)中明白地表示他计划放弃数学而专注于那些他认为远比数学更紧急的任务:“生存的需要和我们星球稳定而人道的秩序的提倡。”学院怎么可能给一个人数学职位而他却申明自己不再做数学了呢?“他被很正确地拒绝了,”Serre说道。

也就是在格洛腾迪克离开IHES不久这段时期,他的家庭生活破碎了,他和妻子分居。在离开IHES两年内,格洛腾迪克花了很多时间在北美的大学数学系里讲演。他坚持只有也安排他作政治演说的时候他才会去作数学报告,通过这来传播他的“生存”信仰。在1972年5月一次这样的旅行中,他访问了Rutgers大学并遇见了Justine Bumby(那时候的姓是Skalba),她当时是Daniel Gorenstein的学生。被格洛腾迪克的个人魅力所俘虏,Bumby抛弃了她的研究生生活来追随他,先是陪他美国之行剩余的部分,然后来到法国,在那里她和他共同生活了两年。“他是我见过的最聪明的人,”她说道,“我非常敬畏他。”

他们的一起生活在某些方面象征了1970年代那些反文化的年代。有一次,在Avignon一次和平示威中,警察开始干预,骚扰并驱逐示威者。当他们开始对付格洛腾迪克的时候,他变得非常愤怒,Bumby回忆道。“他是个好拳击手,因此很敏捷,”她说,“我们看到警察向我们走来,大家都很害怕,接下去我们看到的是这两个警察已经躺在地上了。”格洛腾迪克独手打发了两个警察。其他警察将格洛腾迪克制伏后,Bumby和他被捆着放在一辆货车里送到警察局。当他的身份文件显示他是法兰西学院的教授后,他们俩被送去见警察局长,他和他们用英语交谈,因为Bumby不会说法语。一段短暂的谈话后,在其中警察局长表达了他希望避免教授和警察发生冲突的愿望,警方没有提起控诉而释放了他们俩。

Bumby来到法国和格洛腾迪克一起后不久,他在巴黎南面Chatenay-Malabry租下的一个大房子里组织了一个公社,他们一起住在那里。她说他在房子的地下室售卖有机蔬菜和海盐。这个公社是个忙乱的地方:Bumby说格洛腾迪克在里面开会来讨论“生存”组织提出的一些问题,会议的参加者可能达百人之多,也吸引了相当的媒体关注。然而,公社由于成员间相当复杂的个人关系而很快解散了。就在这个时候格洛腾迪克在法兰西学院的位置结束了,在1972年秋天他接受了巴黎南大学一个临时的为期一年的教学职位。这之后,格洛腾迪克得到了一个叫做professeur a titre personnel的位置,这个位置是为个人设立的而可以带到法国任何大学里去。格洛腾迪克将他的位置带到蒙彼利尔大学,在那里他一直呆到1988年退休。

1973年春天他和Bumby搬到法国南部一个叫Olmetle-sec的乡村村庄里。这个地区那时候是嘻皮士和其他那些在反文化运动中渴望回到一种靠近土地的简单生活方式中去的人的集中地。在这里格洛腾迪克又尝试开办公社,但是个人矛盾导致了它的失败。在不同的时候,格洛腾迪克的三个孩子在巴黎和在Olmetle开办的公社住过。后面这个公社解散后,格洛腾迪克和Bumby及他的孩子搬到不远处的Villeucun。Bumby注意到格洛腾迪克很难适应这些被吸引到反文化运动的人们的处事方式。“他数学上的学生都是很认真的,而且很有纪律,工作非常努力,”她说道,“在反文化运动中他则见到些整天晃荡听音乐的人。”曾经作为数学上无可置疑的领袖,格洛腾迪克发现自己正处在一个非常不同的环境里,在这里他的观点不是一直都被认真看待的。“在做代数几何的时候他习惯于别人认同他的观点,”Bumby评价道,“当他转向政治时,所有那些以前应该会同意他的人突然间和他意见相左了…这可不是他习惯的事。”

尽管格洛腾迪克大部分时候非常温情,非常有爱心,Bumby说,他有时候情绪会有激烈的爆发,接下去是一段时期内沉默冷淡。也有些时候在烦扰时他会用德语自言自语,尽管她不懂德语。“他会不停地说下去就当我不在那一样,”她说道,“这有点让人害怕。”他很节俭,有时候是强制性地节俭:一次,为避免将剩下的三夸脱的咖啡倒掉,他就喝了它――结果可想而知,他很快生了病。Bumby说她认为他的说德语和过度节俭在心理学上可能和他童年时遭受的困苦、特别是他和母亲在战俘收容所生活那段时期有关联。

格洛腾迪克可能曾经遭遇过某种形式的心理崩溃,如今Bumby还想知道当时她是否应该为他寻求治疗。他是否会去接受这样的治疗我们也不清楚。在他们的儿子约翰于1973年秋天降生后不久他们就分手了。在巴黎呆了一段时间后,Bumby搬回美国。她和Rutgers大学一位叫Richard Bumby,丧偶的数学家结婚,他们共同抚养约翰和Richard的两个女儿。约翰显示了相当的数学才能,他是哈佛大学数学专业的学生。最近他在Rutgers完成统计学博士学位学业。格洛腾迪克和他这个儿子没有联系。

在1970年代早期,格洛腾迪克的兴趣和他抛在脑后的那个数学世界的人们很不一样。但是那个世界在1973年夏天以一种高调的方式闯入了,此时在英国剑桥大学举行的向W.V.D. Hodge致敬的会议上,Pierre Deligne做了一系列的演讲,叙述他关于韦依猜想中最后也是最顽固的那个猜想的证明。格洛腾迪克以前的学生老耶律参加了会议并写信告诉他这个消息。出于想知道更多一些情况,格洛腾迪克由Bumby陪同在1973年7月访问了IHES。

1959年Bernard Dwork使用p-adic的方法证明了第一韦依猜想(它是说有限域上的代数簇的zeta函数是有理函数)。格洛腾迪克1964年的l-adic证明则更一般并引入了他的“六种运算的形式化”。在1960年代,格洛腾迪克也证明了第二韦依猜想(它是说代数簇的zeta函数满足函数方程)。去寻求方法来证明最后一个韦依猜想(有时候也叫“同余黎曼假设”)是他很多工作的主要推动力。他提出了他所谓的“标准猜想”,这些如果被证明了,则推出所有的韦依猜想。标准猜想在差不多同一时候也被Enrico Bombieri独立提出。到现在,标准猜想还是不可接近的。在证明最后的韦依猜想的时候,Deligne找到一个聪明方法让他可以绕过它们。他使用的一个主要思想来自R.A.Rankin一篇关于模形式经典理论的文章[Rankin]而格洛腾迪克不清楚这篇文章。如John Tate指出,“对于最后的韦依猜想证明,你需要另外一个更经典的成分。那是格洛腾迪克的盲点。”

当Bumby和格洛腾迪克那个夏天出现在IHES的时候,其中一个访问学者是明尼苏达大学的William Messing。Messing在1966年时首次见到格洛腾迪克,在他作为普林斯顿大学研究生参加格洛腾迪克在Haverford学院做的一系列报告的时候。这些报告给Messing留下了深刻印象,格洛腾迪克成为他非正式的论文导师。1970年Messing在蒙特利尔会议上“生存”组织成立的时候加入了组织。接下一年,当格洛腾迪克访问安大略省的Kingston大学(? 应该是Queens大学)时,他和Messing驾车去看望了Alex Jameson,一位住在纽约布法罗市附近保留地的印第安人活动家。格洛腾迪克正在追求一个堂吉柯德式的梦想来帮助印第安人解决关于土地条约的一个争端。

在1973年夏天,Messing住在Ormaille――为IHES访问者所提供的一组住房――的一个小单间里。在数学家中间弥漫着对于Deligne的突破产生的兴奋气氛。“格洛腾迪克正和Justine(Bumby)一起,”Messing回忆道,“他们过来吃晚饭,Katz和我花了整个晚上解释给格洛腾迪克在Deligne关于最后韦依猜想的证明中主要的新的和不同的东西。他相当兴奋。”同时,格洛腾迪克也显示出对证明绕开回答标准猜想是否正确这个问题的失望。“我认为他当然会非常高兴,如果他自己能够证明所有的韦依猜想,”Katz评价道,“但是在他脑子里,韦依猜想很重要是因为它们是那座反映了他想发现和发展的数学上的一些根本结构的冰山的一角。”标准猜想的证明则可以更加清楚地显示这些结构。

在这次访问中,格洛腾迪克后来也和Deligne本人见面来讨论这个证明。Deligne回忆道格洛腾迪克对这个证明的兴趣不如如果证明是用motive的理论引起的兴趣。“如果我使用motives证明了它,他一定会非常兴奋,因为这意味着motives的理论得到发展了,”Deligne评论道,“由于这个证明使用了一个技巧,他就不那么关心了。”为尝试发展motives的理论,格洛腾迪克遇到一个主要技术难题。“最严重的问题是,要让他关于motives的想法工作,一定得能够构造足够多的代数链,”Deligne解释道,“我想他一定很努力地尝试过但是失败了。而从此以后没有人获得成功。”根据Deligne的意思,发展motives理论遇到的这个技术障碍可能远比他不能够证明最后的韦依猜想更让格洛腾迪克感到沮丧。





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仿佛来自虚空(13)






遥远的声音


我在1970年离开数学的“伟大世界”…在从事数年反对军用和维持社会生态的如“文化大革命”形式的战斗后,关于这些毫无疑问你曾经在这儿或那儿听到过一些情况,我几乎从大家的视线里消失了,迷失在某个省份一所大学里,天知道是在哪里。谣言是说我去放羊和钻井来消磨时光。实际上我不是去从事许多其他的职业,而是勇敢地,如同任何人一样,去系里面教课(这是我起初赚取面包的方式,到现在还是这样)。
《收获与播种》,第L3页

当格洛腾迪克在1973年来到蒙彼利尔大学时,Yves Ladegaillerie,时年25岁,3年前刚从巴黎Poincare研究所获得博士学位,是那儿一位大学讲师。格洛腾迪克提议Ladegaillerie跟他在拓扑方面做these d’etat(第二论文,证明其可以从事某项职业),因此花了大量时间来指导这位年轻数学家适应他的观点和方法。在一个关于格洛腾迪克的简短回忆中,Ladagaillerie写道:“我在巴黎时候曾经有那个时代一些伟大数学家,从Schwartz到Cartan作为老师,但是格洛腾迪克完全不同,如同一个外星人。他不是去将事情翻译成另外一种语言,而是直接用现代结构数学的语言来思考和叙述,这种结构数学的建立他作出过很大贡献”[Ladegaillerie]。一次,为了验证某个关于辫子的代数计算,Ladegaillerie用线和一个带孔的小木版做了个小小模型。这个让格洛腾迪克开怀大笑:“那个时刻,他就象站在刚表演完戏法的巫师前面的一个孩子,他告诉我:‘我永远也不会想到这样去做’。”

格洛腾迪克在离蒙彼利尔35英里的Villecun一个没有电的老房子里面过着一种苦行僧式的的非传统的生活。Ladegaillerie记得在那看到过Justine Bumby和她的小婴儿,不过很快她就走了。许多朋友、熟人和学生去那里拜访过格洛腾迪克,包括那些在生态运动方面的人。1974年一位日本佛教传教团的领队去访问了格洛腾迪克,从那以后,很多佛教信徒造访过他家(《收获与播种》第759页)。有一次,招待一位旅行证件不完整的和尚后,格洛腾迪克成为法国历史上第一位由于1949年通过的一条不引人注意的法律:“免费给处于非正常状态的陌生人提供住处和食物”非法,而受到起诉的人(《收获与播种》,第53页)。作为一个整个一生没有国籍的人,格洛腾迪克非常愤怒,他试着发起一项运动来发对这项法律。他甚至去巴黎在一次布尔巴基讨论班上说起这个。他的运动成为了法国国家级报纸的头条新闻。最终他支付了罚金并受到一个缓期判决。

就是在这个时候格洛腾迪克学会了开车。他有部古老的雪铁龙,一个型号为2CV而以非正式地名称deux chavaux闻名的汽车。他的一个学生,Jean Malgoire,现在蒙彼利尔大学的讲师,回忆起一次和格洛腾迪克在倾盆大雨中开车的恐怖经历。除了是一位很蹩脚的司机外,格洛腾迪克更是集中精力向他的乘客论道而不是注意路况。“我确信我们不会活着到目的地的!”Malgoire说道。“我明白亚历山大和现实生活有着一种特殊联系…与其去适应那些实在的东西,他宁可相信现实会去适应他。”一次,在驾驶一辆机动脚踏两用车时,格洛腾迪克和一辆汽车面对面撞上了。根据Ladegaillerie的说法,他将目光从路上转到去从自己背后包里拿杏去了。尽管他一条腿骨折需要手术,他还是要求将针刺麻醉作为唯一的麻醉剂。只是在外科医生告诉他唯一的另一种选择是将断腿锯掉后他才同意使用抗生素。

在蒙彼利尔大学,格洛腾迪克有一个正式的教员职位并且在所有的级别上过课。尽管学生不如他以前在巴黎的学生那么强,他然而在教学上投入了大量的精力、热情和耐心。他有一种非传统式的教学方式。作为一次关于多面体的考试,他让学生提交用纸粘起来的模型,这让那些必须使用考试卷子来评分的人感到非常惊慌。一位曾经在蒙彼利尔上过他的大学课程的人是现在是斯坦福大学统计学家Susan Holmes(福尔摩斯)。“我发现他非常令人鼓舞,因为他对学生既不按传统办事,又很和蔼,他们真的一点也不知道他是一位伟大的数学家,”她回忆道。他穿着嬉皮士式的破烂服装来上课,并在班上分发他自家生产的有机苹果。“他的确没有用大学生适应的线性思维形式来解释问题,但是他的教学非常令人鼓舞,大家会得到某个奇妙而神秘的‘大图像’的印象。”Holmes说。

格洛腾迪克从来不是一个靠阅读来学习和理解数学的人。和别人聊天曾是他了解这个领域正在干什么的主要方式。在IHES时口头交流是他数学交流的主要模式,从那种热烈而富有刺激性的气氛中离去对他而言是个巨大的变化。与他1960年代保持的步伐比较,格洛腾迪克后来的数学工作是零星的。尽管他在蒙彼利尔有一些博士生,他没有建立过象IHES时期那样以他为首的兴旺发达的学派。他巴黎时代一些以前的学生和同事来过蒙彼利尔拜访他。所有来访者中最频繁的是Deligne,在整个1970年代他是让格洛腾迪克知晓最新数学进展的主要人物。

在蒙彼利尔,格洛腾迪克没有一个固定时间碰头的讨论班。他和Ladegaillerie,Malgoire还有其他一些他的学生组成了一个小的学习团体,但根据Ladegailleire的说法这个团体事实上从来没有活动过。在1980年到1981年,他组织了一个关于伽罗瓦群和基本群的关系的讨论班,其唯一的参加者是Malgoire。这个主题正是他1981年完成的1300页的手稿《通过伽罗瓦理论的长征》的主题。格洛腾迪克从来没有发表《长征》,但通过Malgoire的努力,它的一部分在1995年由蒙彼利尔大学出版[Marche]。那里也曾有过一个小型工作讨论班,Ladegaillerie在上面给了几次关于William Thurston在Teichmuller空间上的工作的报告,这激起了格洛腾迪克在这个学科的兴趣。

到1980年代,格洛腾迪克觉得他已经做了他所能做的事来试着激发蒙彼利尔这些不那么热心的学生,于是决定去申请科学研究国家中心(CNRS)的研究员职位。CNRS是一个法国政府机构,雇用数学家和科学家来做研究。CNRS的职位以大学或者研究所作基地,通常都无需教课。在1950年代,他去IHES之前,格洛腾迪克曾经有过CNRS的职位。在1970年代他申请过重新进入CNRS但被拒绝了。那时候,巴黎南大学的Michel Raynaud正在评价申请者的数学家委员会里。Raynaud说CNRS的管理部门很犹豫去将格洛腾迪克招募进来,争辩说不清楚他是否会继续数学研究。委员会不能反驳这个说法,于是申请被拒绝了。

当格洛腾迪克在1984年重新申请CNRS时,他的申请又一次具有争议性。Jean-Pierre Bourguignon,如今IHES的所长,是负责评价数学方面申请者的委员会的主席,其中一位申请者就是格洛腾迪克。根据Bourguignon的说法,在申请所要求的一封手写的信中,格洛腾迪克列举了一些他不会去执行的任务,比如指导学生研究。因为CNRS的合约要求研究人员履行其中某些任务,这封信被CNRS管理部门看作是格洛腾迪克不符合条件的证据。Bourguignon说他试着让格洛腾迪克去修改他的申请使得那些他拒绝执行的任务不要明显地写在那里,但是格洛腾迪克不愿意这样去做。在很多人的大量努力下,格洛腾迪克最终被放到一种叫做position asteriquee(“加星号的职位”)的特殊职位上,这样安排让他和CNRS都能够接受。CNRS实际上并没有雇用他而只是负责给他发薪水,而他仍保持他的大学雇用关系。因此1988年退休前在蒙彼利尔最后几年里,格洛腾迪克不用教课,他呆在大学里的时间也越来越少。

格洛腾迪克1984年CNRS申请的数学部分就是现在著名的手稿《一个纲领的提纲》(Esquisse d’un Programme)。在其中,他用某种神秘的但然而同时又很敏锐而具有远见的方式,略述了一个他称之为“anabelian代数几何”的新领域。他也思考了一般拓扑的不足而提出了一个以他称做是“驯顺拓扑”的形式出现的更新概念的想法。《提纲》也包括了他的关于dessins d’enfants(“儿童的想法”)的想法,这个想法他最初发展的时候是为了有个简单方式来给学生解释代数几何的一些概念,从那以后它已经激起了大量的研究。格洛腾迪克将他的《提纲》寄给了那些他认为可能会感兴趣的数学家,这个手稿多年里以未出版形式在专家手中传播。

巴黎六大的Leila Schneps是在1991年的时候读到《提纲》的。在此之前她是将格洛腾迪克和奠基性著作EGA和SGA等同起来,此时她发现《提纲》却完全不同。“这是数学想象力的狂热表现,”她回忆道:“我太喜欢它了。我被它击倒了,我希望马上在它上面工作。”她成为《提纲》上描述的研究纲领的热情的传道者,而她和其他人已经在其上做了相当大的进展。她说:“其中有些东西初次看上去甚至觉得没有意义,不过等你工作两年后再回去看看,你就会说,‘他知道这’。”她编辑了一本关于dessins d’enfants的书,其于1994年出版[Schnelps1],在1995年她和同属巴黎六大的Pierre Lochak一起组织了一个关于《提纲》的会议。《提纲》第一次以印刷形式出现在这次会议论文集上[Schneps2]。

除去《提纲》和《长征》外,格洛腾迪克在1980年代至少还写过另外一本数学著作。A la Poursuite des Champs(Pursing Stacks,《探索Stacks》),其长达1500页,开始于给牛津大学的Daniel Quillen的一封信。此书完成于1983年,勾画了格洛腾迪克关于同伦代数、同调代数和topos理论的整合的观点。《探索Stacks》在数学家手中广泛流传但从没有出版过。尽管它的主题是数学,《探索Stacks》的风格和他早先的数学写作风格完全不同。它写得象是数学发现旅程的“日志”,其中包括所有的错误开始、错误转向和突然而来的灵感,这些东西刻划了数学发现的历程但是在写好了的数学著作中经常被省略掉了的。当非数学的事情引起他的注意时,这些事情也成为了“日志”的一部分:比如,《探索Stacks》中就包含一段关于他一个孙子的出生的事。在1990年代,他写作了一本2000页长的名叫Les Derivateurs的关于同伦论基础的数学著作,他在1995年将此书交给Malgoire,现在它可以在网上获得[Deriv]。

当他在蒙彼利尔的时候,格洛腾迪克的不妥协,“反传统”的倾向看上去更明确了。Ladegaillerie的论文完成后,格洛腾迪克给Springer写信建议它发表在其Lecture Notes系列上。当他收到回信说起这个系列不再发表论文的时候非常的愤怒。不管怎样论文还是提交去发表了,但可想而知它被拒绝了。根据Lagegaillerie的说法,格洛腾迪克给同事写信,计划建立起一个抵制Springer的运动。Ladegallairie决定将论文作为几篇文章而不是作为一个整体发表,其中主要部分发表在Topology上。格洛腾迪克责备他将这个工作分切成可发表的部分。如Ladegaillerie指出,格洛腾迪克试着将他放到他“反对传统的战斗”的盟友名单上去。但是Ladegaillerie抵制了这个尝试,认为这样的战斗不合理也不会被证明是正确的。

“尽管如此意见不一,我们还继续是朋友,关系时好时坏,”Ladegaillerie说道。关于他和格洛腾迪克一起的工作,Ladegaillerie说,“和一个天才工作真让人入迷。我不喜欢用天才这个词,但对格洛腾迪克而言没有别的可能的词来形容…真的很迷人,但也很令人害怕。因为这个人不是普通人。”在煤油灯下与格洛腾迪克做数学工作直到深夜的记忆,是“我作为数学家的一生最伟大的记忆。”




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仿佛来自虚空(14)




收获与播种

在《收获与播种》里描述了很多事情,不同的人无疑会在里面看到许多不同的事情:过去发现的历险;对于存在的冥思;对于一个时代一个环境里精神的描绘(或者是对从一个时代到另一个时代的阴险而无情的变化的描绘…);一次侦查(在数学都市的薄弱部位里,有时几乎是侦探形式的而在别的时候则近乎于间谍小说方式的侦查);一次大型的数学漫游(这个会让很多读者感到难以理解…);应用心理学的实用读本(或者,如果你愿意,一本“心理分析小说”类别的书);自身知识的吹捧;“我的自白书”;一本私人日记;发现和创造的心理学;一次控诉(无情的但又是恰如其分的);甚至是和“精英数学世界”的清算(而且没有任何礼物)。
《收获与播种》,第L2页


在1983年6月到1986年2月间,格洛腾迪克写作了《收获与播种:一个数学家过去的回顾和证词》(Recoltes et Semailles: Reflexions et temoignage sur un passé de mathematicien)。 这部著作不是很好归类的。它的题目揭示这是部回忆录,但《收获与播种》包含比一本回忆录更多的东西。更多表现在它不仅包括他生平发生的事件的回忆,而且也包括对那些事件的道德和心理意义深入细致的分析和他用对自己和对世界的观点来调和那些意义的尝试。这些分析导致了他对于发现和创造在数学或者更一般意义上扮演的角色的哲学冥思。同时,《收获与播种》又比一般的回忆录少点东西,这个表现在它没有尝试去系统而全面地记述格洛腾迪克生平发生的事件。他不是为未来的传记作家或者历史学家来写作的,而主要是为了他自己。《收获与播种》是对最靠近他内心的事情的探查。他带给此书如他带给数学一样,是一种求索的好奇心,是一种到事情的最底部去寻求答案的方法。其结果是一部厚重而多层次的著作,它揭示了一个伟大而有时又令人恐怖的头脑在执行试图理解自己和世界的艰巨任务。

不需要多说,《收获与播种》不是容易阅读的,格洛腾迪克给他的读者们设了很多条件。书中很大一部分来自于他的日常感觉,在有些部分很明显他的想法是从一天演化到另一天时才固定下来。因此在一页纸内就可能会有突然的有时候甚至令人不安的情绪和主题的变化。书的组织很复杂。主要的内容分成数字标记的几节,每一节都有一个细心选定的引人注意的标题。在每一节内有到另外一节的交叉引用,还有众多的脚注,它们有一些相当长而且内容丰富,有时候甚至有脚注的脚注。来源范围很广的词汇量对那些母语不是法语的人是个很特别的挑战,同样造成挑战的是他习惯使用口头语,其中某些还很庸俗。自始至终格洛腾迪克写作得很细心、深具洞察力、清楚、带着一种辛辣而吸引人的方式。他常常成功地描绘出那些初看上去难以描述的事务。

《收获与播种》的结构复杂性和它的自发性的一个原因是由于格洛腾迪克写作的时候脑子里没有一个明确的计划。他开始写的时候是作为《探索Stacks》的导论,该书原本是标志着他的认真投入时间和精力研究和出版数学的回归。这个导论计划用来解释他研究中的新精神,它不再是专注于他早期工作中精确而详尽的基础建设,而是将读者带到新数学世界的“发现之旅”。格洛腾迪克预想《收获与播种》作为一个叫做《回顾》的系列里面的第一卷,这个系列将包含他对数学和其他方面事情的看法和回顾。第二卷会是《探索Stacks》,而《通过伽罗瓦理论的长征》和《一个纲领的提纲》也打算包含在这个系列里。

在《收获与播种》的第一部分,这个部分他标题为“满足与复兴”,在此格洛腾迪克对于他工作的数学界做了很多自我反省。在他1948年作为新来者加入数学界时受到的欢迎气氛开始消失了,他说道,由于数学家们开始利用他们的名声来将自己置于优势地位。数学成为获得权力的一种方式,而现在的精英数学家们成了一群自鸣得意、让人害怕的人,他们利用获得的权力来阻碍和鄙视别人,如果这样做符合他们的利益的话。他悔恨地回忆起在几个场合里他自己表现出的狂妄和傲慢的态度,意识到这样的态度已经成长为一种“好玩的”或者竞赛性的研究数学的方式,这种方式已经阻碍他将自己开放给数学对象的美丽的能力。

正是在完成“满足与复兴”后,他突然受到“这种关于我全部作品和与此同时我本人被埋葬的阴险现实,其在1984年4月19日突然间以一种不可抗拒的方式并且带着同样的名字‘葬礼’强加于我”的影响(《收获与播种》,第L8页)。在那一天他开始写作最终作为三部分组成的系列,名字就叫“葬礼”,其长度超过1000页。在其中他强烈攻击了他一些昔日的学生和同事,那些人他认为试图通过盗窃他的思想和不给予他应得的荣誉来将他的工作和他做数学的方式“埋葬”。他也称赞了Zoghman Mebktout的工作,他在1970年代发展了格洛腾迪克的一些想法而他的工作格洛腾迪克认为被不公平地边缘化和忽视了。“葬礼”中提出了六个数学领域,或者叫作“建筑工地”,他说这些当他1970年离开IHES后就被放弃了而他认为他的学生们本应该继续发展的。在“葬礼”这个系列,自始至终,他近距离地分析了他和Deligne的关系,其是所有他的学生中最杰出的而且和他有着最紧密的数学上的密切关系。

“葬礼(II),或言到阴和阳的钥匙”与“葬礼”其他两部分相当不同,它不是那么直接关于对“葬礼”的调查。这个第二部分,格洛腾迪克解释为《收获与播种》中最个人也最深刻的部分,包含了对于很分散的主题,例如创造性、直觉、暴力、冲突等的大范围思考。他使用“阴-阳”辩证法来分析做数学的不同方式,总结说他自己的方式是彻底的“阴”,也就是雌性的。他的这个方式记录在一个特别引人注目的章节,标题为“漫升的海洋…”。他将他研究数学的方式比喻为海:“海洋的前进无声无息,好象什么事情都没有发生,什么都没有被打搅,海水是如此之远人们几乎听不到它。但结果它却包围了最顽固的物体,其渐渐变成了半岛,然后是岛屿,然后是小岛,最终被淹没了,就好象被无边无际伸展的大洋溶解了一样。”(《收获与播种》第553页)。

在“葬礼”里他继续探索了一些在“满足与复兴”里已经建立的主题,即关于数学世界上层存在的竞争性和势利的态度。比如,他解释说他的大部分工作都标记着“服务的态度”:出于对数学界的服务而去写作清楚而又全面的著作使得根本而基础性的思想广泛流传。尽管他坦率承认他的自负有时也导致他精英式态度,他说,但是他从没有忘记自发的服务意识,“对所有和我一起迈入共同历险的人的服务”(《收获与播种》,第630页)。他认为,由于个人强化和排外的精英团体的形成成为现代社会的体制,数学界将服务意识丢失了。

除去“满足与复兴”和组成“葬礼”的三个部分外,《收获与播种》包含两卷引论,以及“到阴和阳的钥匙”的一个附录。大约200份复印件寄给了他的数学同事。尽管格洛腾迪克有意出版,《收获与播种》原本法文版从来就没有出版过,因为里面包含的强烈攻击可能有损名誉。然而,它被广泛流传。其复印件可以在世界各地、特别是法国的数学家的书架上,以及一些大学和数学研究所的图书馆里找到。Rennes大学的Alain Herreman已经采取行动将包含全部法语原文的html文件放在网上,而部分英语、俄语和西班牙语翻译也已经放置在那里[R&S]。《收获与播种》一大部分的日语翻译由通过“生存”组织而认识格洛腾迪克的Yuchi Tsuji完成,并在1990年代由数学出版商Gendaisugakusha出版。根据2001-2004年担任法国数学会(SMF)会长的巴黎六大的Michel Waldschmidt的说法,学会在他担任会长时曾考虑是否出版《收获与播种》。这个问题引起了支持和反对双方强烈的意见,Walschmidt说,最终法国数学会决定不予出版。

很多数学家,特别是一些格洛腾迪克从前的学生,被《收获与播种》里的指责震惊,并觉得很受伤。他们其中一个,巴黎南大学的老耶律曾经和另外一个昔日学生Jean-Louis Verdier谈论他们是否应该试着去和格洛腾迪克讨论这些指责。根据老耶律的话,1989年过世的Verdier觉得格洛腾迪克其时的想法不足以让讨论有个合理基础。但是,老耶律说:“我想,‘格洛腾迪克不可能变成这样。我会试着说服他,我会和他谈谈。或许我和他能够在他的一些正确观点和一些错误观点上达成一致。’最终,我们在一些非本质观点上达成一致,但真正的东西则不了了之,而他仍然确信所有的人都反对他。”

在《收获与播种》中,格洛腾迪克说,自从他在1970年离开数学世界后,他做数学的方式就被蔑视而他开拓的许多道路没有得到拓展。的确那个时代后,代数几何研究开始转向,将那种刻划他工作的高度一般化的方式和研究具体问题结合起来。Deligne对韦依猜想的证明,是1970年代最伟大的发展之一,其很大程度上是格洛腾迪克思想的功劳,但也融入了许多新的思想。伴随D-模理论和Deligne的混合Hodge理论的发展,更大的注意力开始集中在更多的具体问题上,比如代数簇的分类问题和低维代数簇的一些问题。还有,1972年安特卫普会议后,代数几何和表示论的合作开始增加,导致了自守形式理论和Langlands纲领的发展。如老耶律所指出,所有这些发展表明存在一个“相当程度上一般理论和具体例子间的相当自然的平衡,来丰富理论本身。”

《收获与播种》也包含了指控说格洛腾迪克的工作不是一直都正确归功的。确实他的工作如此广为人知而且如此根本,很多荣誉不是那么具体地给予了他。“例如,确实所有人都知道他发明了motives,或者l-adic上同调等等,因此没有必要每次使用它们的时候都去引用他的名字,”Jean-Pierre Serre评价说,“他的名字由于这个原因很少被人提到。但另一方面,众所周知这是归功于他。没有人说它归功于别人。”Serre解释说格洛腾迪克对缺乏足够荣誉的抱怨和他在1960年代的行为形成鲜明对照,在那时他非常大方地分享想法,甚至在某些时候将别人的名字附在他自己提出的想法上。“由于这个原因阅读《收获与播种》真是让人感到悲伤。”

就算承认存在着从格洛腾迪克式数学的转向和荣誉不是总具体的归功与他,从此到他声称发生的有预谋的“埋葬”还是有一个巨大的跳跃。“回过头来看,很少有数学思想曾经如格洛腾迪克的思想一样被广泛使用,”老耶律说道,“所有现在在做代数几何或算术几何的人使用格洛腾迪克的语言、思想、定理等等。他设想自己会被埋葬真是完全荒谬的。”毫无疑问,在格洛腾迪克1970年中止他的研究生涯时,数学蒙受了巨大的损失。但是数学没有停止;其他人继续工作,追随他们自己的想法和兴趣。在1986年2月,当收到一本《收获与播种》后,Serre给格洛腾迪克写信说:“你很惊讶而且愤怒你从前的学生们没有继续你已经开始而且几乎完成的工作。但你没有问这个最明显的问题,这个所有读者希望你回答的问题:而你呢,为什么你放弃你的问题中提起的那些工作?”[Corr]

尽管“葬礼”的指责恶名远扬,在《收获与播种》中有着更多的内容。那些曾经读过超过上述部分的人都被著作的美感和洞察力深深感动。格洛腾迪克对数学世界高度竞争的气氛如何导致了创造力的窒息和领域的更新的批评让很多人都认同。在《收获与播种》里,格洛腾迪克将促成创造的脉动诞生的这种天真的、如孩子般的好奇心赋予了最高的价值,他悲痛其被竞争及对权力和威望的渴求而惨遭蹂躏。

“我是相当可能是少数的那些认为《收获与播种》是一部不可思议的文献的人之一,”William Messing说道,“这不是说其中没有什么部分是过分的而且具有可能被认为是偏执狂的一些特征。但是非常令人震惊的是创作了EGA和SGA的人竟然会用这种形式来写作。这种系统而内省的方式是和他研究数学的方式一致的。那些真正读过它的人――和那些只是看了5页负面评价的人对比――更趋向认为它是一部很不寻常的文献。”





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仿佛来自虚空(15)




轻盈的降落


现在我不再,如我曾经那样,是繁重任务的囚徒,这些任务常常阻止我跳入到数学或者其他方面的未知世界里去。任务的时代对我而言已经结束了。如果说年纪带给我什么的话,那就是轻盈。
《一个纲领的提纲》


“科学职业(特别在数学家之中)的道德规范已经退化到如此地步以至于同事间纯粹或者简单的盗窃(特别是以那些无力保卫自己的人为代价的)几乎成为了一条普适法则而且无论怎样都为大家所容忍,即使在最明目张胆和最不公正的情形。”格洛腾迪克在1988年4月19日给瑞典皇家科学院拒绝接受1988年Crafoord奖的信中如此写道。他同时给皇家科学院寄去了《收获与播种》的引论卷。皇家科学院决定将这个大约20万美元的奖项授予他和Pierre Deligne。格洛腾迪克这封信在1988年5月4日Le Monde(《世界报》)上登出后广为人知。去加入这个接受奖项和荣誉的游戏,格洛腾迪克写道,就意味去合法化“科学世界的一种精神和一种变化,其在我看来非常的不健康,而且谴责它并希望它尽快消失,它是如此的自杀性,既在精神上,也在智力上和物质上。”很明显他的这种情绪和《世界报》许多读者有共鸣。这家报纸一位新闻编辑告诉Jean-Pierre Bourguignon报纸收到的对格洛腾迪克信的反馈比起它之前别的信都要多,而且大部分反馈对一位科学家终于站起来承认科学世界已经变得如此腐败表示支持。关于这封信的新闻出现在其他杂志和报纸上,在数学界它被热烈讨论过。它的一个英语翻译发表在Mathematical Intelligencer[Intell]上,其中一小部分发表在Notices上[Notices]。

在回绝Crafoord奖的同一年,他以60岁的年纪从蒙彼利尔大学退休。也是在那一年,6位数学家决定汇集一些文章来作为格洛腾迪克60岁的生日献礼(“Festshrift”)[Festschrift](K-Theory杂志上也有专门一期献给格洛腾迪克)。这个Festschrift看上去是和格洛腾迪克和好的一次尝试,而且用来证明他没有如他在《收获与播种》中声称的那样被“埋葬”。贡献文章的其中一些人是他曾经给予最强烈批评的。当Festschrift在1990年出版后,作为编者之一的老耶律给格洛腾迪克寄去一本,他的反应特别充满怨气。在给老耶律的信中,他强烈反对卷首简短的前言和他没有被早点告知这本书会出版这件事。他说他的工作如同“婚礼上的五彩纸屑”一样被使用,就象那亮亮的不值钱的辅币抛到空中去获得一种欢乐和庆祝的假象,而下面的不快则被忽视了。格洛腾迪克将这封信提交给法国数学会Bulletin发表。当法国数学会告诉他Bulletin只发表数学文章但这封信可以在法国数学会的Gazette上发表后,格洛腾迪克拒绝了。这封信从没有出版过。

他退休后,格洛腾迪克几乎不在蒙彼利尔大学呆,尽管他继续住在那个地区,一个叫Les Aumettes的村庄。在这个时候,Ladegaillerie说,格洛腾迪克似乎经历了很深的精神危机,写一些“使得我们对他的身体状况做最坏担忧”的信。在1987年到1988年期间,格洛腾迪克写作了《梦或者和好上帝对话的要旨》,其中表示他深信上帝的存在而且上帝从人的梦中和人说话。里面也包含了关于格洛腾迪克早期生活的大量材料。《梦的要旨》有大约300页长,并伴随着另外大约500页的笔记。根据Munster大学的Winfred Scharlau在2004年夏天的一次报告,格洛腾迪克将《梦的要旨》包括在他称作《深思》的一个作品集中,其中也包括构成《回顾》的那些材料,以及一本叫《乱伦的赞美》的诗集。这本诗集和《梦的要旨》都没有广泛散发。

格洛腾迪克的许多朋友和同事都知道了他对精神方面的日渐沉迷,当他们收到“一封带来好消息的信”的时候,这封信日期署为1990年1月26日,而他给大约250个人寄了信。信中宣称:“你是一群为数200到300的人中一员,每个人都亲自接触过我,其被上帝赋予了一个伟大的使命:宣布并且准备“新时代”(或者解放时代…)的到来,它将在“真理之日”,1996年10月14日开始。”他说上帝在1986年首次出现在他面前并和他通过梦境来联系。他也描述了遇到一位叫作Flora的神,她传授启示但也残酷考验他的忠诚。尽管信的内容不可理喻,但是它的书写却是完美般的清晰。三个月后格洛腾迪克寄来一个“更正”,宣称他自己不再确信“一封带来好消息的信”中描述的启示的真实性。他写道:“我是众多‘精神’(在他们中间我有限的能力无足轻重)中的一个的神秘举动的受害者,且被他将巨大的力量授予我的身体和心理,这件事情,我不再有最小的怀疑。”这两封信一起揭示了一种内心被深深打搅和备受煎熬的印象。

1990年7月,格洛腾迪克请求Malgoire包管他所有的数学文章,包括书籍、预印本、通信以及处于不同准备阶段的手稿。如Malgoire指出,格洛腾迪克想给自己“减轻”很多东西。他烧了很大一堆材料,大部分是非数学的,其中包括他父母在1930年代的通信。他给Malgoire看一个200升堆满灰烬的汽油桶,并估计说他大概烧了25000页纸。格洛腾迪克也将一些文章和别的东西,包括他母亲死时的面部模型,留给一位叫Yolande Levine的朋友,在过去十年里他们非常亲密。然后他就消失在比利牛斯山中,在完全的孤独中生活。一小部分人知道他在哪里,而他也指示他们不要将大学里送达给他的邮件传给他。Malgoire说即使今天,在格洛腾迪克隐居近15年后,大学里仍然收到大量寄给他的信。在1995年,格洛腾迪克正式将他数学著作的法律权益赠予Malgoire。

在近15年里格洛腾迪克几乎和数学家没有什么联系。在少数几个见到他的人中包括Leila Schneps和Pierre Lochak,他们在1990年代中期见过他。他们告诉了他关于他在《一个纲领的提纲》中勾画的纲领的进展情况,而他很惊讶大家仍然对他的工作感兴趣。他对物理学发生了强烈兴趣但是对那个领域严格性的缺乏表现失望。Lochak和Schneps和他交换了数次信并给他邮寄了几本他要求的物理书。在一封信里他问了一个毫无敌意的简单问题:米是什么?他的信件开始在温暖的友谊和冷淡的怀疑间摇摆,最终他断绝了和他们的所有联系。尽管和格洛腾迪克的友谊不能维持下去,Lochak和Shneps仍然对他和他的工作保持着一种炽热的景仰和深切的依恋。他们一起辛苦地将手写的《通过伽罗瓦理论的长征》的一大部分打成TeX。他们也启动了一个网址,the Grothendieck Circle,其中包含许多关于格洛腾迪克、他的生平和著作内容丰富的材料[Circle]。






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仿佛来自虚空(16,完毕)






跳舞之星

我告诉你们:一个人心中必有混沌,才能诞生跳舞之星。我告诉你们:你们心中也有混沌。
弗里德里希-尼采,《查拉斯图拉如是说》

亚历山大-格洛腾迪克的工作在现代数学上有着深远的影响,从更广范围说,它位列于20世纪人类知识最重要的进展之中。格洛腾迪克的地位可以和,比如说阿尔伯特-爱因斯坦的来相提并论。他俩中每一个都开启了革命性的新观点而改变了探索的领域,而且每一人都寻求现象间最根本的、统一的联系。格洛腾迪克研究数学对象如何相对地互相表现的习性回应着爱因斯坦提倡的相对论观点。格洛腾迪克的工作也和另外一个20世纪的伟大进展,量子力学有着平行联系,在量子力学中,它颠覆了传统概念,将点粒子用“概率云”来代替。“这些‘概率云’,其代替了以前可靠的物质粒子,很奇怪的提醒起我topos居于其上的那个难以描述的‘开邻域’,它好象容易消散的幻影,包围着想象中的‘点’,”他写道(《收获与播种》,第60页)。

然而,不管格洛腾迪克的成就多么杰出,他将自己的创造力归因于一些很卑微的东西:一个孩子的天真而热情的好奇心。“发现是这个孩子的特权,”他在《收获与播种》(第1页)里面写道,“他不会由于老是犯错、看上去象个傻瓜、不认真或者不象别人那样做事情而去害怕。”对于发现和创造的工作,格洛腾迪克将天资和技术能力放在孩子希望明了事务的单纯渴望次要的位置上。这个孩子存在于我们每个人身上,尽管它可能被边缘化、忽视或者淹没了。“我们每个人都可以重新发现发现和创造究竟是什么,而没有人可以发明它们”(《收获与播种》,第2页)。

这种孩子式的好奇心的一个方面是对于真理的严谨忠诚。格洛腾迪克教给他学生写数学文章时的一条重要戒律:永远不要说错误的东西。几乎或者本质上正确的陈述是不允许的。说不清楚可以接受,但在给出确切细节的时候,你就必须只说那些正确的东西。的确,格洛腾迪克的一生是对真理的不断追寻。从他的数学著作到《收获与播种》以至于“一封带来好消息的信”,格洛腾迪克都是以如孩子般不可动摇的诚实来写作的。他说真话――他自己的真话,如他所想的那样。甚至当他犯了实际错误或者被错误假定误导时,他也坦率说出他脑中所想。他从没有试着去隐瞒他是谁和他在想些什么。

格洛腾迪克对真理的追寻将他带到数学思想的最根源和人类心理感知的最远端。他有过长长的旅行。“在经历过所有这些的事情后,在比利牛斯山孤独的退休生活里,亚历山大-格洛腾迪克有权去休息了,”Yves Ladegaillerie 写道[Ladegaillerie],“他值得我们的景仰和尊敬,但最重要的,想到我们所亏欠他的,我们应该让他得到安宁。”

Saturday, August 05, 2006

as if summoned from the void(1)

仿佛来自虚空
――――亚历山大-格洛腾迪克的故事

每一门科学,当我们不是将它作为能力和统治力的工具,而是作为我们人类世代以来努力追求的对知识的冒险历程,不是别的,就是这样一种和谐,从一个时期到另一个时期,或多或少,巨大而又丰富:在不同的时代和世纪中,对于依次出现的不同的主题,它展现给我们微妙而精细的对应,仿佛来自虚空。
――《收获与播种》,第20页

亚历山大-格洛腾迪克是一位对数学对象极度敏感,对它们之间复杂而优美的结构有着深刻认识的数学家。他生平中的两个制高点――他是高等科学研究院(IHES)的创始成员之一,并在1966年荣获菲尔兹奖――就足以保证他在二十世纪数学伟人殿里的位置。但是这样的叙说远不足以反映他工作的精华,它深深植根于某种更有机更深层的东西里面。正如他在长篇回忆录《收获与播种》中所说: “构成一个研究人员的创造力和想象力的品质的东西,正是他聆听事情内部声音能力”(原书第27页)。今天格洛腾迪克自己的声音,
蕴含在他的著作中,到达我们耳中,就如来自虚空:如今76岁的高龄,他已经在法国南部的一个小村落里隐居十多年了。
用密歇根大学海曼-巴斯的话来说,格洛腾迪克用一种“宇宙般普适”的观点改变了整个数学的全貌。如今这种观点已经如此深入吸收到数学研究里面,以至于对新来的研究者来说,很难想象以前并不是这样的。格洛腾迪克留下最深印迹的是代数几何学,在其中他强调通过发现数学对象间的联系来理解数学对象本身。他具有一种极其强大、几乎就是来自另外一个世界的抽象能力,让他能够从非常普适的高度来看待问题,而且他使用这种能力又是完美无缺的精确。事实上,从二十世纪中叶开始,在整个数学领域里不断加深的一般化和抽象化的潮流,在很大程度上归功于格洛腾迪克。同时,那些为一般化而一般化,以至于去研究一些毫无意义或者没有意思的数学问题,是他从来不感兴趣的。
格洛腾迪克在二次世界大战期间的早期生活充满混乱和伤害,并且他的教育背景并不是最好的。他如何从这样缺乏足够教育的开始脱颖而出,成为世界上的领袖数学家之一,是一出精彩的戏剧――同样,在1970年,正当他最伟大的成就在数学研究领域开花结果,而且数学研究正深受他非凡个性影响的时候,他突然离开了数学研究,也是富有戏剧性。


1.早期生活


对于我来说,我们高中数学课本最令人不满意的地方,是缺乏对长度、面积和体积的严格定义。我许诺自己,当我有机会的时候,我一定得填补这个不足。
――《收获与播种》,第3页

2003年八月以八十岁高龄过世的普林斯顿高等研究院的阿曼德-波莱尔回忆起他在1949年11月在巴黎一次布尔巴基讨论班上第一次见到格洛腾迪克的情形。在讲座的空歇时间,当时二十多岁的波莱尔正与时年45岁,法国数学界那时的一位领袖人物查尔斯-爱尔斯曼聊天。波莱尔回忆说,此时一个年轻人走到爱尔斯曼面前,不作任何介绍,当头就问:“你是拓扑群方面的专家吗?”为了显示自己的谦虚,爱尔斯曼回答说是的,他知道一点点关于拓扑群的知识。年轻人坚持说:“可我需要一个真正的专家!”这就是亚历山大-格
洛腾迪克,时年21岁――性急,热情,确切说不是无礼,但对社交礼仪差不多一无所知。波莱尔记得格洛腾迪克当时问了一个问题: 每个局部拓扑群是否是整体拓扑群的芽?波莱尔自己恰好知道一个反例。这个问题表明格洛腾迪克那个时候就已经考虑用很普适的观点还考虑问题了。
1940年代末在巴黎度过的时期是格洛腾迪克首次和数学研究世界的真正接触。在此之前,他的生活――至少就我们所知道的情况而言――几乎没有什么可以预示他注定成为这个世界一位具统治地位的人物。大多关于格洛腾迪克的家庭背景和早期生活的情节都是粗略或者未知的。穆斯特大学的温弗雷德-沙劳正在撰写一部格洛腾迪克的传记,因而对他的这段历史作了详细研究。下面我对格洛腾迪克生平的简略描述的大部分信息来自于对沙劳的一次访谈或者来自于他收集的关于格洛腾迪克生平的资料。
格洛腾迪克的父亲,其名字或许叫亚历山大-沙皮诺,于1889年10月11日生于乌克兰诺夫兹博科夫的一个犹太人家庭。沙皮诺是一个无政府主义者,参加过20世纪早期沙皇俄国多次暴动。在17岁的时候他被捕,尽管成功逃脱死刑的判决,但是数次越狱又被抓获,让他一共在狱中呆了大约10年时间。格洛腾迪克的父亲,有时候常常被人混淆为另外一个更有名的亚历山大-沙皮诺,他也参加过了多次政治运动。那位沙皮诺,曾在约翰-里德的名著《震撼世界的10天》里面出现过,移民去了纽约并于1946年去世,那时候,格洛腾迪克的父亲已经过世4年了.另外一个关于格洛腾迪克父亲的显著特征是他只有一只手。根据贾斯汀-巴姆比(她在1970年代曾经与格洛腾迪克生活过一段时间,并且和他育有一个儿子)的话来说,他的父亲是在一次逃避被警察抓获而尝试自杀的行动中丢失他的一只胳膊的。格洛腾迪克本人可能不知情地帮助造成这两个沙皮诺的混淆:举个例子,高等科学研究院的皮埃尔-卡迪耶尔提到格洛腾迪克坚持里德的书里面一个人物是他父亲。
1921年,沙皮诺离开俄国,从那时起,终其一生他都是一个无国籍人。为了隐瞒他的政治过去,他获得了一份名叫亚历山大-塔纳洛夫的身份证明,从此他就用这个新的名字。他在德国,法国和比利时都呆过一段时间,和无政府主义者和其他革命团体均有联系.在1920年代中期一个激进份子圈子里面,他认识了格洛腾迪克的母亲,琼娜(汉卡)-格洛腾迪克.她于1900年8月21日出生在汉堡一个中产阶级路德教徒家庭里。出于对她所受的传统教育的反叛,她被吸引来到柏林,当时那里是先锋派和社会革命运动的温床。她和沙皮诺都渴望成为作家。他从没有发表过什么东西,而她在报纸上发表过一些文章;特别的,在1920年到1922年间她为一家左翼报纸Der Pranger写稿,当时它正在调查生活在汉堡社会底层的妓女们卖淫的真正原因。很久以后,在1940年代,她写了一本自传小说Eine Frau(《一个小女人》),不过从未发表。
在他一生的大部分时间,塔纳洛夫是一位街头摄影师,这项工作让他可以独立生活,又不用违背自己的无政府主义信仰去被人雇佣。他和汉卡曾经都结婚过,而且都各有一个前次婚姻所生的孩子,她有个女儿而他有个儿子。亚历山大-格洛腾迪克于1928年3月28日出生于柏林,其时他们家由汉卡,塔纳洛夫,汉卡的女儿、比亚历山大大四岁的麦娣组成。他被家人和后来的密友们叫做舒瑞克;他父亲的昵称叫萨沙。尽管他从来没有见到过他的同父异母哥哥,格洛腾迪克将他在1980年代完成的手稿A La Poursuite des Champs(《探
索Stacks》)献给了他。
1933年,纳粹上台后,沙皮诺从柏林逃到了巴黎。同年12月,汉卡决定追随丈夫,于是她将儿子留在汉堡附近布兰肯尼斯的一个寄养家庭里面;麦娣则留在柏林一个收养残疾人的机构里,尽管她并不是残疾人(《收获与播种》,472-473页)。这个寄养家庭的家长是威尔海姆-海铎,他的不平凡的一生在他的传记Nur Mensch Sein里面得到详细描述;同书里面有格洛腾迪克1934年的一张照片,而且在书中他被简要提起。海铎曾经是路德教会牧师和军官,随后他离开教会,成为小学教师,同时是一位Heipraktiker(这个词现在可 以粗略翻译为“另类医学的从业者”,江湖医生)。1930年他创立了理想主义政党人道主义党,此党后来被纳粹认定为非法。海铎自己有4个孩子,他和妻子代格玛,出于他们信仰的基督教义务,又收养了好几个孩子,他们都由于在二战前那段混乱日子不得不与自己的家庭分开。
格洛腾迪克从5岁到11岁,在海铎家里呆了5年多,并且开始上学。代格玛-威尔海姆在回忆录里面说小亚历山大是一位非常自由,特别诚实,毫无顾忌的小孩。在他生活在海铎家这几年里,格洛腾迪克只从他母亲那里收到几封信,他父亲根本就没有给他写过信。尽管汉卡仍然还有些亲戚在汉堡,从没有人来看过他。突然和父母分离,对格洛腾迪克是非常伤心的事情,这可以从《收获与播种》书中看出(473页)。沙劳认为小亚历山大可能在海铎家里过得并不愉快。从两个无政府主义者作家长的不受拘束的家里出来,海铎家里的
比较严肃的氛围可能比较让他觉得郁闷。事实上,他和海铎家附近其他一些家庭更亲近些,成年以后他仍然多年坚持给他们写信。他也给海铎家写信,并且数次回来拜访汉堡,最后一次是在1980年代中期。
1939年,战争迫在眉睫,海铎夫妇所承受政治压力也越来越大,他们不能够再抚养这些孩子了。格洛腾迪克这个情况更困难些,因为他看上去就象犹太人。尽管他父母的确切地址不为人知,但是代格玛-海铎写信给法国驻汉堡领事馆,设法给时在巴黎的沙皮诺和时在尼姆兹的汉卡带去消息。联系到他父母以后,11岁的格洛腾迪克被送上从汉堡到巴黎的火车。1939年5月他和父母团聚,他们在一起度过了战前的短暂时光。
目前我们并不确切知道当格洛腾迪克在汉堡的时候,他的父母干了些什么的细节,但可以肯定他们政治上仍然很活跃。他们跑到西班牙参加了西班牙内战,当佛朗哥获胜后又逃回法国。由于他们的政治活动,汉卡和她的丈夫在法国被当作危险的外国人。格洛腾迪克回到他们身边不久,沙皮诺就被送入Le Vernet的国际集中营,此地是所有法国集中营中最糟糕的.很可能从那以后他再也没有看到他的妻子和儿子了。1942年8月,他被法国政府驱逐到奥斯维辛,在那里他被杀害。麦娣那段时期如何度过我们并不清楚,但最终她和一位美国士兵结婚,并移居美国;她于几年前过世。
1941年汉卡和她的儿子被送入Mende附近Rieucros的战俘收容所。就战俘收容所而言,Rieucros的这个算比较好的,格洛腾迪克被允许到Mende去读高中。然而,这种生活被剥夺了自由,又很不确定。他告诉巴姆比说,他和他母亲时常被那些不知道汉卡是反对纳粹的法国人故意躲开。有一次他从收容所跑了出去,想去刺杀希特勒,但他很快就被抓获,送了回来。“这很可能让他丢了性命的”,巴姆比说。格洛腾迪克一生以来都很强壮,是一个很优秀的拳击手,他将此归功于这段时期,因为他常常是被伏击的对象。
2年后,母子俩又分开了:汉卡被送到另一个战俘收容所,而她的儿子则最终送到小镇Chambon-sur-Lignon。安德烈-特洛克姆,一位新教徒牧师,将这个山区休假胜地Chambon镇变成了反抗纳粹占领的据点和犹太人及其他被战争危及生命的人们的避难所。在那里格洛腾迪克被送到由一个瑞士组织成立的儿童之家.他在Chambon镇专门为年轻人的教育而设立的Cevenol学院上学并得到业士学位(即通过中学毕业会考)。Chambon人的英雄行为给了逃难者安全,但是生活却是很不稳定的。在《收获与播种》里,格洛腾迪克提到当时周期性的抓捕犹太人的行动迫使他和其他同学在森林里躲藏好几天(第2页)。
在此书中,他也提到些对Mende和Chambon上学情况的回忆。很显然,尽管少年时遇到的诸多困难和混乱,他从很小的时候起就有很强的内在理解能力。在他的数学课上,他不需要老师的提示就能区分什么东西是深层的、什么是表面的,什么是正确的、什么是错误的。他发现课本上的数学问题老是重复,而且经常和那些可以赋予它意义的东西隔离开。“这是这本书的问题,不是我的问题”,他写道。当有问题引起他注意时,他就完全忘我的投入到问题中去,以至于忘记时间(第3页)。


2.从蒙彼利尔到巴黎到南锡


我的微积分老师舒拉先生向我保证说数学上最后一个问题已经在二三十年前就被一个叫勒贝格的人解决了。确切地说,他发展了一套测度和积分的理论(真是很令人惊讶的巧合!),而这就是数学的终点。
《收获与播种》,第4页

1945年5月欧战结束的时候,亚历山大-格洛腾迪克17岁。他和母亲居住在一蒙彼利尔郊外盛产葡萄地区的一个叫Maisargues的村子里。他在蒙彼利尔大学上学,母子俩靠他的奖学金和葡萄收获季节打零工来生活;他母亲也做些清扫房屋的工作。不久以后他呆在课堂的时间就越来越少,因为他发现老师全是照本宣科。根据让-丢多涅的话来说,那是的蒙彼利尔是"法国大学里面教授数学最落后的地区之一"。
在这种不那么令人激昂的环境下,格洛腾迪克将他在蒙彼利尔三年的大部分时间放在弥补他曾经觉察到的高中教科书上的缺陷,即给出令人满意的长度、面积和体积的定义。完全靠自己的努力,他实际上重新发现了测度论和勒贝格积分的概念.这个小故事可以说是格洛腾迪克和阿尔伯特-爱因斯坦两个人生平中几条平行线之一:年轻的爱因斯坦根据自己的想法发展了统计物理理论,后来他才知道这已经由约舒亚-维拉德-吉布斯发现了!
1948年,在蒙彼利尔完成理学学士课程后,格洛腾迪克来到了巴黎,法国数学的主要中心。1995年,在一篇发表于一法文杂志上关于格洛腾迪克的文章中,一位名叫安德烈-马格尼尔的法国教育官员回忆起格洛腾迪克的去巴黎求学的奖学金申请。马格尼尔让他说明一下在蒙彼利尔干了些什么。"我大吃一惊,"文章引用马格尼尔的话说,"本来我以为20分钟会面就足够了,结果他不停的讲了两个小时,向我解释他如何利用现有的工具,重新构造前人花了数十年时间构建的理论。他显示出来非凡的聪慧。"马格尼尔接着说:"格洛
腾迪克给了我这样的印象:他是一位才气惊人的年青人,但是所受的苦痛和自由被剥夺的经历让他的发展很不均衡。"马格尼尔立刻推荐格洛腾迪克得到这个奖学金。
格洛腾迪克在蒙彼利尔的数学老师,舒拉先生推荐他到巴黎去找他以前的老师嘉当。不过到底是父亲,时年快八十的埃里-嘉当,还是他的儿子,四十多岁的亨利-嘉当,格洛腾迪克并不知道(《收获与播种》,第19页)。在1948年秋天到达巴黎后,他给那里的数学家看在蒙彼利尔自己做的工作。正如舒拉所说,那些结果已经为人所知,不过格洛腾迪克并不觉得沮丧。事实上,这段早期孤独一人的努力可能对他成为数学家起了至关重要的作用.在《收获与播种》中,格洛腾迪克谈到这段时期时说:"在根本不知情的情况下,我在孤独工作中学会了成为数学家的要素--这些没有一位老师能够真正教给学生的。不用别人告诉我,然而我却从内心就知道我是一位数学家:也就是说,完全从字面上理解,做数学的人--就好像人们做爱一样。"
他开始参加亨利-嘉当在高等师范学校开设的传奇性的讨论班。这个讨论班采用了一种格洛腾迪克在以后的职业生涯更严格化的模式:每一年所有的讨论围绕一个选定的主题进行,讲稿要系统的整理出来并最终出版。1948-1949年嘉当讨论班的主题是单形代数拓扑和层论--当时数学的前沿课题,还没有在法国其他地方讲授过。事实上,那时离让-勒雷(Jean Leray)最初构想层的概念并没有多久。在嘉当讨论班上,格洛腾迪克第一次见到了许多当时数学界的风云人物,包括克劳德-夏瓦雷(Claude Chevalley),让-德尔萨(Jean
Delsarte),让-丢多涅(Jean Dieudonne),罗杰-苟德曼(Roger Godement),洛朗-施瓦兹(Laurent Schwartz)和安德烈-韦依(Andre Weil)。其时嘉当的学生有让-皮埃尔-塞尔(Jean-Pierre Serre).参加嘉当讨论班以外,他还去法兰西学院听勒雷开设的一门介绍当时很新潮的局部凸空间理论的课程。
作为几何学家埃里-嘉当的儿子,自己本人又是一位杰出的数学家,并且又是巴黎高师的教授,从多个方面来看亨利-嘉当都是巴黎精英数学家的中心。而且他还是战后少数几位努力创造条件与德国同行们交流的法国数学家之一,尽管他自己很清楚战争带给的惨痛:他的弟弟参加了抵抗德国占领的地下运动,结果被德国人抓获并斩首。嘉当和当时的许多一流数学家--比如爱尔斯曼,勒雷,夏瓦雷,德尔萨,丢多涅和韦依--都有一个共同的背景,他们是"高师人",即为法国高等教育的最高学府巴黎高等师范学校的毕业生。
当格洛腾迪克加入嘉当讨论班的时候,他还是个外来人:这不仅仅是说他居住在战后法国而又讲德语,而且因为他与其他参加者比较起来显得特别贫乏的教育背景。然而在《收获与播种》里,格洛腾迪克说他并不觉得象是圈子里面的陌生人,并且叙述了他对在那受到的"善意的欢迎"的美好回忆(第19-20页)。他的坦率直言很快就引起大家的注意:在给嘉当100岁生日的颂词中,Jean Cerf回忆说,当时在嘉当讨论班上看到"一个陌生人(即格洛腾迪克),此人从屋子后部随意向嘉当发话,就如同和他平起平坐一样"。格洛腾迪克问问题从不受拘束,然而,他在书上写道,他也发现自己很难明白新的东西,而坐在他旁边的人似乎很快就掌握了,就象"他们从摇篮里就懂一样"(第6页)。这可能是其中一个原因,促使他在嘉当和韦依的建议下,于1949年10月离开巴黎的高雅氛围去了节奏缓慢的南锡。另外,如丢多涅所言,格洛腾迪克那时候对拓扑线性空间比对代数几何更感兴趣,因此他去南锡恰当不过了。


南锡的学习生涯


(我在这里受到的)欢迎弥漫开来… 从1949年首次来到南锡的时候我就受到这样的欢迎,不管是在Laurent和Helene Schwartz的家(那儿我就好像是一个家庭成员一样),还是在Dieudonne的或者Godement的家(那里也是我经常出没的地方之一).在我初次步入数学殿堂就包容在这样挚爱的温暖中,这种温暖虽然我有时易于忘记,对我整个数学家生涯非常重要。
《收获与播种》,第42页

1940年后期,南锡是法国最强的数学中心之一;事实上,虚构人物尼古拉-布尔巴基据说是“Nancago大学”的教授,就是指在芝加哥大学的韦依和在南锡大学的他的布尔巴基同伴.此时南锡的教员包括德尔萨,Godement,Dieudonne和Schwartz。格洛腾迪克的同学包括Jacques-Louis Lions和Bernard Malgrange,他们和格洛腾迪克一样均是Schwartz的学生;以及Paulo Ribenboim,时年20岁,差不多与格洛腾迪克同时来到南锡的巴西人。
根据现在是(加拿大)安大略省Queens大学名誉教授Ribenboim的话来说,南锡的节奏不象巴黎那么紧张,教授们也有更多时间来指导学生。Ribenboim说他感觉格洛腾迪克来到南锡的原因是因为他基础知识缺乏以致很难跟上Cartan的高强度讨论班。这不是格洛腾迪克出来承认的.“他不是那种会承认自己也会不懂的人!”Ribenboim评论说。然而,格洛腾迪克的超凡才能是显而易见的,Ribenboim记得自己当时将他作为完美化身来景仰。格洛腾迪克可能会变得非常极端,有时候表现得不太厚道。Ribenboim回忆说:“他不是什么卑鄙的人,只是他对自己和别人都要求很苛刻.”格洛腾迪克只有很少几本书;他不是从读书中去学习新的知识,而宁愿自己去重新建构这些知识。而且他工作得很刻苦。Ribenboim还记得Schwartz告诉他:你看上去是个很友善、均衡发展的年轻人;你应该和格洛腾迪克交个朋友,一起出去玩玩,这样他就不会整天工作了。
其时Dieudonne和Schwartz在南锡开设了关于拓扑线性空间的讨论班。如Dieudonne在[D1]所说,那时候Banach空间及其对偶已经理解得很清楚了,不过局部凸空间的概念当时刚刚引入,而关于他们的对偶的一般理论还没有建立起来。在这个领域工作一段时间后,他和Schwartz遇到了一系列的问题,他们决定将这些问题交给格洛腾迪克。数月之后,他们大吃一惊地得知格洛腾迪克已经将所有的问题都解决了,并在继续研究泛函分析的其他问题。“1953年,应当给予他博士学位的时候,有必要在他写的六篇文章中选取一篇做博士
论文,可每一篇都有好的博士论文的水准,”丢多涅写道。最后选定作为论文的是“拓扑张量积和核空间”,这篇文章显示出他的一般性思考的初次征兆,而这将刻划格洛腾迪克的整个数学生涯。核空间的概念,在目前已经得到了广泛应用,就是首先在这篇文章里面提出的。Schwartz在巴黎一次讨论班上宣传了格洛腾迪克的结果, 其讲稿“格洛腾迪克的张量空间”发表于1954年[Schwartz]。此外,格洛腾迪克的论文作为专著1955年在美国数学会的Memoir系列出版;此书[GThesis]在1990年第七次重印。
格洛腾迪克在泛函分析方面的工作“相当出色”,加州大学洛山矶分校的Edwards E. Effors评论说.“他可能是第一个意识到二战后迅猛发展的代数和范畴工具可以用来研究如此高度解析的数学分支泛函分析的人了。”从某些方面来说,格洛腾迪克走在他的时代的前面,Effors注意到至少花了15年时间,格洛腾迪克的工作才结合到主流的Banach空间理论中去,这其中部分原因是大家对采用他的更代数的观点不积极。Effors还说道,近年来由于Banach空间理论的“量子化”,而格洛腾迪克的范畴论的方法特别适用于这种情况,他的工作的影响进一步得到加强。
尽管格洛腾迪克的数学工作已经得到很有前途的开始,他的个人生活还没有安定下来。在南锡他和母亲住在一起,根据Ribenboim的回忆,她由于肺结核偶尔会卧床不起。她是在收容所染上这种疾病的。就在这时候她开始写自传《小女人》的。格洛腾迪克和管理他和他母亲寄住的公寓的一位年老妇人的关系让他有了第一个孩子,一个名叫塞吉的儿子:塞吉主要由母亲抚养。完成他的博士学位后,格洛腾迪克找到永久职位的希望很小:他是无国籍人,而那时在法国非公民很难找到永久工作。想成为法国公民就得去参军,而格洛腾
迪克拒绝这样做。从1950年起他通过国家科学研究中心(CNRS)有个职位,不过这个职位更象奖学金,而不是永久性的。有段时间他甚至考虑去学做木匠来赚钱谋生(《收获与播种》,第1246页)。
Laurent Schwartz于1952年访问了巴西,给那里的人说起他这个才华横溢的学生在法国找工作遇到的麻烦。结果格洛腾迪克收到圣保罗大学提供给他的访问教授职位的提议,他在1953年和1954年保持了这个职位.根据当时为圣保罗大学学生、现在是Rutgers大学名誉教授的Jose Barros-Neto的话来说,格洛腾迪克(和大学)做了特别安排,这样他可以回巴黎参加那里秋天举行的讨论班。由于巴西数学界的第二语言是法语,教学和与同事交流对格洛腾迪克来讲是件很容易的事情。通过去圣保罗,格洛腾迪克延续了巴西和法国的科
学交流的传统:Schwartz之外,韦依、丢多涅和德尔萨都在1940和1950年代访问过巴西。韦依1945年一月到圣保罗,在那里一直呆到1947年秋天、他转赴芝加哥大学的时候。法国和巴西的数学交流一直延续到现在。里约热内卢的纯粹与应用数学研究所(IMPA)就有一个促成许多法国数学家到IMPA去的法-巴合作协议。
在《收获与播种》一书中,格洛腾迪克将1954年形容为“令人疲倦的一年”(163页)。整整一年时间,他不成功地试图在拓扑线性空间上的逼近问题上获得一些进展,而这个问题要到整整20年后才被一种和格洛腾迪克尝试的办法完全不同的方法解决。这是“我一生唯一一次感觉做数学是如此繁重!”他写道。这次挫折给了他一个教训:不管何时,要有几个数学“铁器在火中”,这样如果一个问题被发现很难解决,就可以在别的问题上下功夫。
现在为圣保罗大学教授的Chaim Honig,当格洛腾迪克在那儿的时候是数学系的助教,他们成了好朋友.Honig说格洛腾迪克过着一种斯巴达式的孤独生活,靠着牛奶和香蕉过日子,将自己完全投入到数学中.Honig有次问格洛腾迪克他为什么选择了数学。格洛腾迪克回答说他有两个爱好,数学和音乐,他选择了数学是因为他觉得这样可能更容易谋生些。他的数学天赋是如此显而易见,Honig说,“我当时相当惊讶他竟然在数学和音乐间犹豫不决。”
格洛腾迪克计划和当时在里约热内卢的Leopoldo Nachbin一起合写一本拓扑线性空间的书,不过这本书从来没有实质化过。然而,格洛腾迪克在圣保罗教授了拓扑线性空间这门课程,并撰写了讲义,这个讲义后来由大学出版了。Barros-Neto是班上的学生,他写了讲义上的一个介绍性章节,讲述一些基本的必需知识。Barros-Neto回忆说当格洛腾迪克在巴西的时候说起过要转换研究领域。他“很雄心勃勃,”Barros-Neto说道,“你可以感觉到这个行动――他应该做些很根本、重要而又基础的东西。”


新星升起


这个最本质的东西就是每次塞尔会强烈感觉到某个陈述下隐含着的丰富意义,而这个陈述在字面意义上讲,无疑让我既不感到兴奋,也不觉得无味――而且他可以“传输”这种对如此内蕴丰富、实在而又神秘的实质的感知――这种感知在同一时候就是理解这个实质的渴望,以至看透它的本质。
《收获与播种》,第556页

格勒诺贝尔大学的Bernard Malgrange 回忆起当格洛腾迪克写完论文后,他宣称自己不再对拓扑线性空间感兴趣了。“他告诉我,‘这里面不再有东西可做了,这个学科已经死了’”Malgrange回忆道。当时学生按要求需要准备一份“第二论文”,此文不必包含原创性的工作,其用意在于让学生展示对和自己博士论文研究相隔很远的一门数学领域的理解深度。格洛腾迪克的第二论文是关于层论的,这个工作或许埋下了他对代数几何的兴趣的种子,而这将是他做出最伟大成就的地方。在巴黎完成格洛腾迪克的论文答辩后,Malgra
nge记得他自己、格洛腾迪克和亨利-嘉当挤在一辆出租车上去Laurent施瓦兹家里吃午饭。他们坐出租是因为Malgrange在滑雪的时候摔断了腿.“在车上,嘉当告诉格洛腾迪克他叙述层论时犯的一些错误,”Malgrange回忆说。
离开巴西后,格洛腾迪克1955年在堪萨斯大学度过,可能是受到N. Aronzajn的邀请[Corr]。在那里格洛腾迪克开始投入到同调代数研究中去.正是在堪萨斯他写了“关于同调代数的若干问题”这篇文章,此文在专家圈子里面被非正式地称为“Tohoku文章”,由于此文发表在The Tohoku Mathematical Journal(《东北数学期刊》)上.此文是同调代数的经典,发展了嘉当和Eilenberg关于模的工作。也是在堪萨斯的时候,格洛腾迪克写了“带结构层的纤维空间的一般理论’一文,此文作为国家科学基金(National Science Foundation, NSF)的一个报告发表。这个报告发展了他关于非交换上同调的初步想法,此领域在后来他会在代数几何的架构下再次触及。
就是在这时候,格洛腾迪克开始和法兰西学院的让-皮埃尔 塞尔通信。他起初和塞尔在巴黎相识,而后来在南锡时又见过面。他们信件的精选在2001年出版了法文原版,在2003年出版了法英对照版[Corr]。这是一段长期而又硕果累累的交流的开始。这些信件显示了两个非常不同的数学家的深厚而又充满活力的数学联系。格洛腾迪克表现出天马行空般的想象力,而它又常常被塞尔的深刻理解和渊博知识带回到地面。有时候在信中格洛腾迪克会表现出很令人惊讶的无知:比如说,有一次他询问塞尔黎曼zeta函数是否有无穷多零点
([Corr],第204页)。“他的经典代数几何知识实质上等于零,”塞尔回忆说,“我自己的经典代数几何知识比他稍微好点,但好得不多,但是我试着去帮助他。可是…有这么多未解决的问题,所以这不是很重要。”格洛腾迪克不是那种了解最新文献的人,很大程度上他依靠塞尔来了解目前数学界正在干些什么。在《收获与播种》里,格洛腾迪克写道,他学习到的大部分几何知识,除去他自学的外,全学自于塞尔(第555-556页)。不过塞尔不仅仅是教给格洛腾迪克知识;他能够将要点融会贯通,然后用一种格洛腾迪克发现非常具有说服力的方法叙述出来。格洛腾迪克将塞尔叫着“引爆器”,一个提供火花,将导火索点燃,促使观点大爆炸的人。
确实,格洛腾迪克将他工作的许多中心主题都归因于塞尔。比如说,就是塞尔在1955年将韦依猜想用上同调的语言介绍给格洛腾迪克――这种语言在韦依最初提出猜想的时候是没有明显给出的,而它却正是可以吸引格洛腾迪克的地方(《收获与播种》,840页)。通过对韦依猜想做“凯莱”类比的想法,塞尔也促使了格洛腾迪克的所谓“标准猜想”的提出,此猜想更加一般化,而韦依猜想只是其中一个推论(《收获与播种》,第210页)。
在堪萨斯呆了一年后,格洛腾迪克在1956年回到法国的时候,在CNRS谋得了一个位置,大部分时间里他呆在巴黎。他和塞尔继续通信,并且经常通电话讨论问题。就在此时格洛腾迪克开始更深入地研究拓扑和代数几何。他脑子里“充溢着想法,”阿曼德-波莱尔回忆说,“我很确定某些一流的工作必将出自于他。不过最后(从他那里)出来的比我想象的甚至还要高出很多.这就是他的Riemann-Roch定理,一个相当美妙的定理。它真是数学上的一个杰作。”
经典形式的Riemann-Roch定理在19世纪中叶得到证明.它讨论的问题是:在一个紧致黎曼曲面上,由那些极点在给定的有限多个点上,且具有最多给定次数的阶的亚纯函数构成的空间的维数是多少?问题的答案就是Riemann-Roch公式,它将维数用曲面的不变量来表达――从而提供了曲面的解析性质和拓扑性质的丰富联系。弗里德里希-赫兹布鲁克(Friedrich Hirzebruch)在1953年做出了一个巨大的进展,其时他将Riemann-Roch定理推广到不仅适用于紧致曲面,而且适用于复数域上的射影非奇异簇的情况。整个数学界都在欢呼
这项伟业,它可能是这个问题的盖棺之语了。
“此时格洛腾迪克走了出来,说道:‘不,黎曼-洛赫定理不是一个关于簇的定理,而是一个关于簇间态射的定理’,”普林斯顿大学的尼克莱斯-卡兹说,“这是一个根本性的新观点…整个定理的陈述完全改变了。”范畴论的基本哲学,也就是大家应该更加注意的是对象间的箭头(态射),而不是对象自身,才刚刚开始在数学上取得一点影响。“格洛腾迪克所做的事情就是将这种哲学应用到数学上很困难的一个论题上去,”波莱尔说,“这真的很符合范畴和函子的精神,不过人们从没有想过在如此困难的论题上使用它…如果人们已经知道这个陈述,并且明白它在说什么,可能别的某个人可以证明这个陈述。不过单单这个陈述本身就已经领先别的任何人10年时间。”
这个定理,其后也被Gerard Washnitzer[Washnitzer]在1959年证明,不仅适用于复代数簇――基域特征零的情况――而且也适用于任何本征光滑代数簇而不必在乎基域是什么。赫兹布鲁克-黎曼-洛赫定理即作为特殊情况推出。1963年黎曼-洛赫定理一个影响深远的推广出现了,它就是Michael Atiyah和Isadore Singer证明的Atiyah-Singer指标定理。在证明的过程中,格洛腾迪克引入了现在叫作格洛腾迪克群的概念,这些群本质上提供了一类新型拓扑不变量。格洛腾迪克自己将它们叫做K-群,他们提供了由Atiyah和Hirzebr
uch所发展的拓扑K理论的起点。拓扑K理论接着又提供了代数K理论的源动力,这两个领域从此均是研究很活跃的领域。
Arbeitstagung,字面意思即是“工作会议”,是由赫兹布鲁克在波恩大学所发起的,其作为数学前沿研究的论坛已经有四十多年历史了。正是在1957年7月首次Arbeitstagung上格洛腾迪克讲述了他在黎曼-洛赫问题上的工作。不过令人好奇的是,这个结果从没有在他名字下发表;它出现在波莱尔和塞尔的一篇文章[BS]上(这个证明作为一个报告,后来也出现在SGA6中)。正当他在1957年秋访问IAS(高等研究院)的时候,塞尔收到格洛腾迪克的一封信,里面包含了格洛腾迪克证明的概要([Corr]中日期为1957年11月1日的信).
他和波莱尔组织了一个讨论班来试着理解这个定理。因为格洛腾迪克正在忙很多别的事情,他建议他的同事们将讨论班记录下来发表。不过波莱尔推测可能有别的原因让格洛腾迪克对将证明写下来不感兴趣。“格洛腾迪克主要的哲学思想是数学应该被简化为一系列很小而又很自然的步骤,”波莱尔说,“只要你还不能这么做,就说明你还没有理解里面真正的含义…他的黎曼-洛赫证明使用了一个小窍门,une atuce。因此他不喜欢这个证明,所以也就不想发表它。正好他有别的很多事情要做,他对将这个窍门写下来没有兴趣。”
这并不是格洛腾迪克最后一次革命化一个学科研究问题的观点。“这样的事情是一次又一次不停地发生,他会去考虑有些别人已经花了很久时间、在某些情况下甚至是100年的时间研究过的问题… 最后他完全转变了人们当初认定的这个学科告诉我们的东西.”卡兹评论道。格洛腾迪克不仅会去解决很困难的问题,他还会去继续研究引起这些问题的问题。


新世界大门开启


(我最后终于)意识到这种“我们,伟大而高贵的精神”思维方式,在一种特别极端和恶意的形式下,从我母亲的孩提时代开始,就让她情绪易于激动,并支配着她和别人的关系,让她总是居高临下,带着常常是倨傲甚至于轻蔑的怜悯来看待别人。
《收获与播种》,第30页

根据Honig的说法,格洛腾迪克的母亲在他呆在巴西的时候,至少有部分时间也在那里,尽管Honig说自己从没有见过她。我们不清楚她是否跟随儿子去了堪萨斯。当1956年格洛腾迪克回到法国的时候,他们可能就没有住在一起了。在1957年11月于巴黎写给塞尔的信中,格洛腾迪克询问塞尔他是否可以租下塞尔正要搬出的一间巴黎公寓。“我想给我母亲租住这个公寓,她在Bois-Colombes过得不怎么好,而且觉得特别孤独,”格洛腾迪克这样解释[Corr]。事实上,他母亲在这年底就去世了。
格洛腾迪克的朋友们和同事们都说当他谈及父母双亲的时候总是充满景仰,几乎到了吹捧的地步。在《收获与播种》一书中,格洛腾迪克也表达了对他们的深厚的孺慕之情。多年里他在办公室里挂了张很醒目的他父亲的肖像,此画是Le Vernet集中营里的难友描绘的。据Pierre Cartier的描述,这幅肖像画描绘了一个剃着光头、双目“炯炯有神”的男人[Cartier1];很多年里格洛腾迪克自己也剃光头。根据Ribenboin的话,汉卡-格洛腾迪克对她的杰出儿子感到非常骄傲,反过来他也有一种对母亲特别深厚的依赖。
她过世后,格洛腾迪克经历了一段时间来寻找自我,期间他停止了所有的数学活动,还想过去成为一位作家。数月后,他决定重返数学,去完成和一些他已经开始发展的想法相关联的工作。这一年是1958年,根据格洛腾迪克的话,这一年“可能是我数学生涯最多产的一年。”(《收获与播种》,第24页)这个时候他开始和一位叫Mireille的妇女同居,他将在数年后与她结婚,并育有三个孩子:乔安娜, 马修和亚历山大。Mireille和格洛腾迪克的母亲曾经过往甚密,并且据熟悉他俩的人说,她比他大了不少。
得克萨斯大学奥斯汀分校的约翰-特德(John Tate)和他当时的妻子凯伦-特德(Karen Tate)1957-1958学年在巴黎度过,在那儿他们首次见到格洛腾迪克。格洛腾迪克根本就没有表现过那种他归因于母亲的倨傲。“他很友好,同时相当天真和孩子气,”John Tate回忆道,“很多数学家都相当孩子气,有时不通世务,不过格洛腾迪克犹有甚之。他看上去就那么无辜――不工于心计,不伪装自己,也不惺惺作态.他想问题的时候相当清晰,解释问题的时候非常有耐心,没有自觉比别人高明的意思。他没有被任何文明、权力或者高人一等的作风所污染。”Karin Tate回忆说格洛腾迪克乐于享受快乐,他很有魅力,并喜欢开怀大笑。但他也可以变得很极端,用非黑即白的眼光来看待问题,容不得半点灰色地带.另外他很诚实:“你和他在一起的时候总知道他要说的是什么,”她说,“他不假装任何事情。他总是很直接。”她和她的弟弟,麻省理工学院的迈克尔-阿廷(Michael Artin)都觉察到格洛腾迪克的个性和他们的父亲埃米尔-阿廷(Emil Artin)很相似。
格洛腾迪克有着“令人难以置信的理想主义想法”,Karin Tate回忆说。比如说,他不允许在他屋子里有地毯,因为他坚信地毯只是装饰用的奢侈品罢了。她还记得他穿着轮胎做的凉鞋。“他认为这妙极了,”她说,“这些都是他所尊敬的事务的象征――人需要量体裁衣,量力而行。”在他的理想主义原则下,有时候他可能变得特别不合世宜。在格洛腾迪克和Mireille1958年首次访问哈佛之前,他给了Mireille一本他喜欢的小说让她来提高她相当贫乏的英语水平。这本小说就是Moby Dick。



新几何的诞生


按照三十年后的后见之明,现在我可以说就是在1958年,伴随着两件主要工具,概型(scheme,它代表旧概念“代数簇”的一个变形)和拓扑斯(toposes,它代表空间概念的变体,尽管更加复杂)的苏醒,新几何的观点真正诞生了。
《收获与播种》,第23页

1958年8月,格洛腾迪克在爱丁堡举行的国际数学家大会上作了一个大会报告[Edin]。这个报告用一种非凡的先见之明,简要描述了许多他将在未来12年里工作的主题。很清楚这个时候他的目标就是要证明Andre Weil的著名猜想,其揭示了代数簇构成的离散世界和拓扑形成的连续世界的丰富联系。
在这个时候,代数几何的发展非常迅猛,很多未知问题并不需要很多背景知识。起初的时候这个学科主要是研究复数域上的簇。在20世纪初叶,这个领域是意大利数学家,诸如Guido Casternuovo,Federigo Enriques和Francesco Severi等的专长。尽管他们发展了很多的独创思想,但他们的结果不都是通过严格证明得来的。在1930和1940年代,其他一些数学家,包括范德瓦尔登、安德烈-韦依和奥斯卡-察里斯基,打算研究任意数域上的簇,特别是特征p域上的簇,其在数论上很重要。但是,由于意大利代数几何学派严谨性的
匮乏,有必要在此领域建筑新的基础。这就是韦依在他1946年出版的《代数几何基础》中所做的事情(Foundations of Algebraic Geometry, [Weil1])。
韦依的猜想出现在他1949年的文章[Weil2]中。由数论中某些问题的启发,韦依研究了一类其一些特殊情况是由Emil Artin引进的zeta函数;它被叫做zeta函数则是因为它是通过和黎曼zeta函数作类比定义得来的。给定定义于特征p的有限域上的一个代数簇V,则可以计算V上在此域上有理点的个数,以及在其每个有限扩域上有理点的个数。将这些数放入一个生产函数中,就得到V的zeta函数。韦依证明了在曲线和Abel簇两种情况下,zeta函数满足三条性质:它是一个有理函数;它满足函数方程;它的零点和极点有某种特定的形式。这种(特定的)形式,经过换元后,恰好和黎曼假设相对应。韦依更进一步观察到,如果V是由某个特征零簇W模p得到的,那么当V的zeta函数表示为有理函数时,W的Betti数就可以从V的zeta函数上读出.韦依猜想就是问,如果在射影非奇异代数簇上定义这样的zeta函数,是否同样的性质还是正确的。特别地,象Betti数这样的拓扑量是否会在zeta函数里面出现?这种猜想中的代数几何和拓扑的联系,暗示当时的一些新工具,比如说为研究拓扑空间而发展出来的上同调理论,可能适用于代数簇。由于和经典黎曼假设的类似,韦依猜想的第三条有时也叫作“同余黎曼假设”;这个猜想后来被证实是三个中最难证明的。
“韦依猜想一经问世,很显然它们会由于某种原因而将扮演一个中心角色,”Katz说道,“这不仅因为它们就是作为‘黑盒子’式的论断也是令人惊异的,而且因为看上去很清楚要解决它们将需要发展很多不可思议的新工具,这些工具它们自身将由于某种原因具有不可思议的价值――这些后来都被证明是完全正确的.”高等研究院的皮埃尔-德林(Pierre Deligne)说(韦依猜想)吸引格洛腾迪克的地方正是代数几何和拓扑的猜测联系。他喜欢这种“将韦依的这个梦想变成强大的机器”的想法,Deligne评论道。
格洛腾迪克不是由于韦依猜想很有名、或者由于别人认为它们很难而对韦依猜想感兴趣的。事实上,他并不是靠对困难问题的挑战来推动自己。他感兴趣的问题,是那些看上去会指向更大而又隐藏着的结构.“他目标在于发现和创造问题的自然栖息之家,”Deligne注意到,“这个部分是他感兴趣的,尤甚于解决问题。”这种方式和同时代另外一位伟大数学家约翰-纳什(John Nash)的方式形成鲜明对照。在他的数学黄金时代,Nash喜欢找那些被他同事们认为是最重要、最有挑战性的问题来做。“Nash象一个奥运会的运动员,”密歇根大学的Hyman Bass评论道。“他对众多的个人挑战感兴趣。”如果Nash不算是一个善于解决问题的理想范例,格洛腾迪克绝对算是建构理论的完美范例。Bass说,格洛腾迪克“有一种关于数学可能是什么的高屋建瓴般的观点。”
1958年秋,格洛腾迪克开始了他到哈佛大学数学系的多次访问的第一次。Tate其时正是那里的教授,而系主任是奥斯卡-察里斯基。那时候格洛腾迪克已经用新发展的上同调的方法,重新证明了连通性定理,Zariski最重要的成果之一,于1940年代首次被其证明。根据当时是Zariski学生,现在布朗大学的大卫-曼福德(David Mumford)的话,Zariski自己从没有学会这些新方法,但是他明白它们的能力,希望他的学生们受到新方法的熏陶,因此他邀请格洛腾迪克来访问哈佛。
Mumford注意到察里斯基和格洛腾迪克他们相处得很好,尽管作为数学家他们是完全不同的。据说察里斯基如果被一个问题难住的时候,就会跑到黑板前,画一条自相交曲线,这样可以帮助他将各种想法条理化。“谣传他会将这画在黑板的一个角落里,然后他会擦掉它,继续做代数运算。”Mumford解释说,“他必须通过创造一个几何图像、重新建构从几何到代数的联系来使自己思维清晰。”根据曼福德的话,这种事格洛腾迪克是绝对不会做的;他似乎从不从例子开始研究,除那些特别简单、几乎是平凡的例子外。除去交换图表
外,他也几乎不画图。
当格洛腾迪克首次应邀到哈佛的时候,他和察里斯基在访问前通过几次信,曼福德回忆道。这时离众议院非美活动委员会的时代不久,得到签证的一个要求是访问者宣誓自己不会从事推翻美国政府的活动。格洛腾迪克告诉察里斯基他拒绝做这样的宣誓。当被告知他可能会因此进监狱时,格洛腾迪克说进监狱可以接受,只要学生们可以来探访他而且他有足够多的书可用。
在格洛腾迪克哈佛的讲座上,曼福德发现到抽象化的跃进相当惊险。有一次他询问格洛腾迪克某个引理如何证明,结果得到一个高度抽象的论证作为回复。曼福德开始时不相信如此抽象的论证能够证明如此具体的引理。“于是我走开了,将它想了好几天,结果我意识到它是完全正确的。”曼福德回忆道,“他比我见到的任何人都更具有这种能力,去完成一个绝对令人吃惊的飞跃到某个在度上更抽象的东西上去…他一直都在寻找某种方法来叙述一个问题,看上去很明显地将所有的东西都从问题里抛开,这样你会认为里面什么都没有了。然而还有些东西留了下来,而他能够在这看上去的真空里发现真正的结构。”


英雄岁月


在IHES(高等科学研究所)的英雄岁月里,Dieudonne和我是所里仅有的成员,也是仅有的可以给它带来信誉和科学世界听众的人… 我觉得自己和Dieudonne一起,有点象是我任职的这个研究所的“科学”共同创始人,而且我期望在那里结束我的岁月!我最终强烈地认同IHES…
《收获与播种》,第169页

1958年6月,在巴黎索邦举行的发起人会议上,高等科学研究所(Institut des Hautes Scientifiques, IHES)正式成立。IHES的创始人Leon Motchane,一位具有物理博士学位的商人,设想在法国成立一个和普林斯顿的高等研究院类似的独立的研究型学院。IHES的最初计划是集中做三个领域的基础研究:数学,理论物理和人类科学方法论。尽管第三个领域从来没有在那立足过,在10年时间里,IHES已经建设成为世界上最顶尖的数学和理论物理中心之一,拥有一群为数不多但素质一流的成员和一个很活跃的访问学者计划。
根据科学史家David Aubin的博士论文[Aubin],就是在1958年爱丁堡数学家大会或者可能更前的时候,Motchane说服Dieudonne和格洛腾迪克接受新设立的IHES的教授职位。Cartier在[Cartier2]中说Motchane起初希望聘用Dieudonne,而Dieudonne则将格洛腾迪克的聘请作为他接受聘请的一个条件。因为IHES从一开始就是独立于国家的,聘请格洛腾迪克不是一个问题,尽管他是无国籍人。两位教授在1959年3月正式上任,格洛腾迪克在同年5月开始他的代数几何讨论班。Rene Thom,1958年大会菲尔兹奖章获得者,在1963年10月加入,而IHES的理论物理部随着1962年Louis Michel和1964年David Ruelle的任命开始进行活动。就这样到1960年代中期,Motchane就已经为他的新研究所招募了一群杰出的研究人员。
到1962年的时候,IHES还没有永久的活动场所。办公场所是从Thiers基金会租用的,讨论班也在那里或巴黎的大学里举行。Aubin报道说一位叫Arthur Wightman的IHES早期访问学者就被希望在他的旅馆房间里工作。据说,当一位访问学者告之图书馆资料不足的时候,格洛腾迪克回答说:“我们不读书的,我们是写书的!”的确在最初几年里,研究所的很多活动是围绕“Publications Mathematiques de l’IHES”进行的,它的起初几卷包括奠基性著作Elements de Geometrie Algebrique,其以起首字面缩写EGA而闻名于世.事实
上EGA的撰写在Dieudonne和格洛腾迪克正式于IHES上任前半年就已经开始了;[Corr]里提及最初写作的日期是1958年的秋天。
EGA的著述者通常认为是格洛腾迪克,“与Jean Dieudonne的合作”.格洛腾迪克将笔记和草稿写好,这些然后由Dieudonne充实和完善。根据Armand Borel的解释,格洛腾迪克是把握EGA全局的人,而Dieudonne只是对此有逐行的理解。“Dieudonne将它写得相当繁琐,”Borel评论说。同时,“Dieudonne当然又有令人难以置信的高效。没有别的人可以将它写好而不严重影响自己的工作。”对于当时那些想进入这个领域的人来说,从EGA中学习是一件令人望而生畏的挑战。目前它很少作为这个领域的入门书,因为有其他许多更容易入
门的教材可供选择.不过那些教材并没有做EGA打算做的事,也就是完全而系统地解释清楚研究概型所需要的一些工具。现在在波恩的马克斯-普朗克数学研究所的Gerd Faltings,当他在普林斯顿大学的时候,就鼓励自己的博士研究生去学EGA。对很多数学家而言,EGA仍然是一本有用而全面的参考书。IHES的现任所长Jean-Pierre Bourguignon说每年研究所仍然要卖掉超过100本的EGA。
在他1958年爱丁堡数学家大会的报告中,格洛腾迪克已经概述了他关于对偶理论的想法,但由于他在IHES讨论班中正忙着别的一些主题,没有时间来讨论它。于是Hartshorne提出自己在哈佛开一个关于对偶的讨论班并将笔记记录下来。1963年夏天,格洛腾迪克给了Hartshorne大约250页的教案(prenote),这将成为Hartshorne这年秋天开始的讨论班的基础。听众提出的问题帮助Hartshorne发展和提炼了对偶理论,他并开始将它系统记录下来。他会将每一章都寄给格洛腾迪克来接受批评,“它回来的时候整个都布满了红墨水,”Hartshorne回忆道,“于是我将他说的都改正了并即给他寄新的版本。它被寄回时上面的红墨水更多。”意识到这可能是个无穷尽的过程后,Hartshorne有天决定将手稿拿去出版;此书1966年出现在Springer的Lecture Notes系列里[Hartshorne]。
格洛腾迪克“有如此多的想法以至基本上他一个人让那时候世界上所有在代数几何上认真工作的人都很忙碌,”Hartshorne注意到。他是如何让这个事业一直运行下来的呢?“我认为这没有什么简单答案,”迈克-阿廷回答说。不过显然格洛腾迪克的充沛精力和知识宽度是一些原因。“他非常的精力充沛,而且他涵盖很多领域,”阿廷说。“他能够完全控制这个领域达12年之久真是太不寻常了,这可不是个懒人集中营。”
在他IHES的岁月里,格洛腾迪克对数学的奉献是完全的。他的非凡精力和工作能力,以及对自身观点的顽强坚持,产生了思维的巨浪,将很多人冲入它的奔涌激流中。他没有在自己所设的令人畏惧的计划面前退缩,反而勇往直前地投入进去,冲向大大小小的目标。“他的数学议程比起一个人能做的要多出很多,”Bass评价道。他将其中很多工作发包给他的学生们和合作者们来做,而自己也做了很大一部分的工作。给予他动力的,如他在《收获与播种》里所解释,就只是理解事情的渴望,而确实,那些知道他的人证明他不是由于
什么形式的竞赛来推动自己的。“在那时,从没有过这样要在别人之前证明某个东西的想法,”塞尔解释道。而且在任何时候,“他不会和别的任何人竞赛,一个原因是他希望按他自己的方式来做事情,而几乎没有别的人愿意也这样做。完成它需要太多工作了。”
格洛腾迪克学派的统治地位有些有害的效果.甚至格洛腾迪克IHES的杰出同事,Rene Thom也感到有压力。在[Fields]中,Thom写道与其他同事的关系比较起来,他与格洛腾迪克的关系“不那么愉快”。“他的技术优势太有决定性了,”Thom写道。“他的讨论班吸引了整个巴黎数学界,而我则没有什么新的东西可供给大家。这促使我离开了严肃数学世界而去处理更一般的概念,比如组织形态的发生,这个学科让我更感兴趣,引导我走向一个很一般形式的‘哲学’生物学。”
在他1988年的教材《本科生代数几何》最后的历史性评论中,Miles Reid写道:“对格洛腾迪克的个人崇拜有些严重的副作用:许多曾经花了一生很大一部分时间去掌握韦依的代数几何基础的人觉得受到了拒绝和羞辱…整整一代学生(主要是法国人)被洗脑而愚蠢地认为如果一个问题不能放置于高效能的抽象框架里就不值得去研究。”如此“洗脑”可能是时代时尚无法避免的副产品,尽管格洛腾迪克自己从来不是为抽象化而追求抽象化的。Reid也注意到,除去少数可以“跟上步伐并生存下来”的格洛腾迪克的学生,从他的思想里得益最多的是那些在一段距离外受影响的人,特别是美国,日本和俄国的数学家。Pierre Cartier在俄国数学家,如Vladimir Drinfeld,Maxim Kontsevich,Yuri Manin和Vladimir Voevodsky的工作中看到了格洛腾迪克思想的传承。Cartier说:“他们抓住了格洛腾迪克的真正精神,但他们能够将它和其他东西结合起来。”


一种不同的思考方式


对发现工作而言,特别的关注和激情四射的热情是一种本质的力量,就如同阳光的温暖对于埋藏在富饶土壤里的种子的蛰伏成长和它们在阳光下柔顺而不可思议的绽放所起的作用一样。
《收获与播种》,第49页

格洛腾迪克有他自己一套研究数学的方式。正如麻省理工学院的Michael Artin所言,在1950年代晚期和1960年代“数学世界需要适应他,适应他抽象化思维的力量”。现在格洛腾迪克的观点已经如此深入地被吸收到代数几何里面,以至于对现在开始这个领域研究的研究生而言它是再正常不过的了,他们中很多人没有意识到以前的情形是相当不一样的.Princeton的Nicholas Katz说在他作为一个年青数学家首次接触到格洛腾迪克思考问题的方式时,这种方式在他看来是与以前完全不同的全新的方式。如Katz所指出,这种观念的转换是如此的根本和卓有成效,而且一旦得到采用后是如此完全的自然以至于“很难想象在你这样考虑问题之前的时代是什么样子的”。
尽管格洛腾迪克从一个非常一般化的观点来研究问题,他并不是为了一般化而这样做的,而是因为他可以采用一般化观点而成果丰硕。“这种研究方式在那些天赋稍缺的人手里只会导致大多少人所谓的毫无意义的一般化,”Katz评价说,“而他不知何故却知道应该去思考哪样的一般问题。”格洛腾迪克一直是寻找最恰好的一般情形,它正好能够提供正

Friday, August 04, 2006

一个数学家的辩白(下)

(续上)
§19

我 现在必须回到我的小津讲演上,对在§6小尚未谈及的问题作一些说明。从以上论述中者可以看到,我只对把数学当作一种创造性艺术感兴趣,但有很多问题还值得 考虑,尤其是数学的“实用性”,它曾引起许多争议。此外还有必要检查一下数学是否真如我在牛津演讲中提到的那样“百利而无一害”, 如果科学或艺术的发展能增加资源、方便人类,或增加人们情感上的愉悦,那么我们就可以认为它们是“有用”的。医学和生理学能减轻病痛,所以是有用的;工程 设计能建筑高楼、桥梁,从而提高生活水平(当然工程设计也会带来害处,但此处暂不涉及),所以也是有用的。依此来看,数学也必然是有用的,工程师如没有数 学基础是无法进行工程设计的,数学也正开始运用于生理学中。因此我们有为数学作辩护的依据,虽说并不完备,但值得去钻研。数学应用的更高层次,即运用于各 种创造性艺术中,将与我们的研究无关。数学如同诗歌、音乐一样,能训练并陶冶人的性情,所以对数学家或数学爱好者来说,沉迷于其中,其乐也融融。不过,如 从这方面去论证数学的用处,只不过是更为详尽地重复我的老话,而现在要考虑的应是数学的原始的应用。


§20

这 一切似乎是不言而喻的,但就这样也有不少争议,因为大多数“有用”的学科对我们中的多数人来说往往是学而无用的。生理学家和工程师对社会功用不小,但对常 人来说,生理学和工程学并无多大用处(尽管他们的学习也许会基于其他原因),就我自己来说,我从未发现我拥有的纯数学之外的科学知识给我带来过些微的益 处。

事实上我们不得不诧异,科学知识给普通人带来的实用价值是如此之小,如此乏味,而且毫无特色,其价值似乎与其在外的功 用名声成反比。如果在简单的算术上反应快,是会很有用的;懂一点法语、德语,懂一点历史、地理或经济学知识也会是有用的;但仅懂一点化学、物理或生理学, 在日常生活中却毫无用处。不用知道气体的组成我们便可以知道它会燃烧;汽车坏了我们自然送到修车厂去;胃不舒服会去看医生或去药店买药。我们的生活要么自 有其规律操纵,要么需要各行各业人的帮助。

然而,这只是枝节问题,一个教育的问题,只有教师们对它感兴趣,因为他们必须说 服那些为自己孩子的“有用的”教育而喋喋不休的父母们。当然,我们说生理学有用,并非鼓吹大多数人去学习生理学,但如有一定数量的专家致力于生理学的发 展、研究,将会使绝大多数人受益。重要的问题是,数学的有用性究竟能延及多远?哪些数学领域有用性最强?怎样才能仅仅以这种“有用性”为理由,来为认真的 数学研究,即数学家们所理解的数学研究进行辩护?


⑦见《原本》第九章第二十节。很多定理的真正作者在《原本》中未注明,但似乎没有特别的理由否认这是欧几里得自己发现的定理。
⑧证明也可以不用归谬法,一些学校的逻辑学家则更钟爱归谬法。
⑨传统上这一证明归功于毕达哥拉斯,但可以肯定这是他的学派的一个成果。欧几里得提出这个定理时,其形式更一般(《原本》第十章第九节)。
⑩欧几里得,《原本》,第一章第四十七节。
㈠见哈代和赖特的《数的理论导引》(Introduction to Theory of Numbers)第四章,那里讨论了毕达哥拉斯定理的不同的推广形式,以及有关泰特托斯的历史悬案。
㈡第11版,1939(H·S·M·柯斯特修订)。
㈢《科学与现代世界》,33页。
㈣《科学与现代世界》,44页。
㈤《科学与现代世界》,46页。
㈥据推论宇宙的质子数大约为 10的80次方 。如果将 10的10次方的10次方 写出来,将占据50 000本一般篇幅的书。
㈦我在§14中已提到过,小于1 000 000 000的素数数量是50 847 478个,但这只是我们确实所知的范围。
㈧我相信,如果所考虑的问题中,一个类型有形形色色的变化,那么列举证明现在也认为有其价值。


§21

我 将作出的结论到这里似乎是显而易见的了,所以我先武断地将它表述出来,再对之详述。不可否认,初等数学中的很大一部分――我用的“初等”一词是职业数学家 使用的那种意思,它包括诸如有关微积分等应用知识――是具有一定使用价值的。数学中的这些部分整体来说是比较枯燥的,它们是最乏美学价值的部分。“真正” 的数学家所研究的“真正”的数学,如费马、欧拉、高斯和阿贝尔所研究的数学,几乎是完全“无用”的。(这一点对“实用”数学和“纯”数学来说都是如此。) 以“实用性”为标尺来衡量一个天才数学家的工作是不可能的。

但是这里我要纠正一个错误概念。有人认为纯数学家以其工作的无用 性为荣㈨,并宣称他们的工作没有实际应用价值。这种念头是基于高斯的一句不谨慎的话,其大意是:如果数学是科学中的皇后,那么数论由于其极端无用性而成为 数学中的皇后――我从没能找到这话的确切引用。我敢肯定高斯的原话(如果真的是他说的)被很粗鲁地曲解了。如果数论能够被应用于任何实用的、显赫的目的, 如果它能像物理甚至化学那样直接增加人类的欢乐和减少人类的痛苦,那么高斯或其他数学家决不会愚蠢到为这种应用哀叹或后悔。但是科学可为善服务,也可为恶 助纣(特别是在战争时期),这样高斯和另一些数学家就应该庆幸有一种科学,就是他们的科学,由于其远离人类日常的活动而保留了其纯洁性。

§22

还有一个错误概念需要反驳。人们很自然地认为“纯数学”和“应用数学”的实用性有很大差别,这是一个假象:这两种数学之间有很大的差别(这一点我将在下面详述),但并没对它们的实用性有很大影响。

纯数学和应用数学的区别在哪里?对于这个问题数学界有统一而明确的答案,在我的答案中丝毫没有有悖于正规的说法,但有一些需要事先阐明。

下面的两节可能带有一些哲学味,但不会很深,且对我的论点也不是必不可少的。但我在叙述中将常用到一些词,这些词有明显的哲学含义,如果我不解释为什么及怎么用这些词的话,读者也许会感到困惑的。

我经常用到“真正的”这个形容词,就像日常生活中用到它一样。我说到过“真正的数学”、“真正的数学家”,就像我会说“真正的诗”和“真正的诗人”一样,而且会继续这么用它。但我将会用到另一个词“实在”(reality),它却有两个含义。

首先,我将谈到“物理实在”,这里我用的是一般意义上的词义。对于物理实在我指的是物质世界,昼与夜,地震和日食,也就是物理科学所描绘的世界。

我 敢说直到现在,没有读者会对我的语言感到困难,但我马上要进入困难的领域了。有另一种实在性,我把它叫做“数学实在”,对于它的本质在数学界和哲学界都没 有统一的认识。一些人认为它是“精神”的,某种意义上我们构造了它;另一些人则认为它是外在的,独立于我们。一个人如果能对数学实在给出一个令人信服的解 释,他将可以解决形而上学中大多数难题。如果他的解释中也包括了物理实在,这些难题就都解决了。

即使我有这个能力,我也不愿在 这里讨论这个问题。但为了避免小误解,我还是要申明一下我的立场。我相信数学实在存在于我们之外,我们的任务是去发现或观察它,并且,我们所证明的定理, 我们夸耀称之为“创造物”的,只不过是我们观察记录而已。自柏拉图以来很多享有盛誉的哲学家都持有此观点,虽然形式各异。我采用的语言对持有这种看法的人 来说是很自然的,读者若不喜欢这种哲学概念可改变这种语言,这对我的结论影响甚微。

§23

纯数学 和应用数学间最大的差异也许表现在几何学方面。纯几何学㈩包括很多分支,如射影几何、欧几里得几何、非欧几何,等等。每一种几何都是一种模型,即概念构成 的造型,应该按照各个独特造型的意义和美加以鉴别。几何是一幅图像,是很多方面的合成品,也是数学实在的一部分,并且是一个不完全的复本(然而,在其范围 内又是准确的复本)。但是现在对我们最重要的一点是:纯几何学无论如何也不能描写物理世界的时空实体,因为地震和日食不是数学概念。

这些话对于外行来说可能有点矛盾,但对于一个几何学家来说则是真理,我可以举一个形象的例子来加以说明。假如我作一个有关几何学的讲座,例如普通的欧几 里得几何,我会在黑板上画一些图形,一些直线、圆或椭圆的草图来激发听众的想象。显然,我画图的质量不会对我所证明的定理有什么影响,图形的作用只是将我 的意思明白地传达给听众,如果我已做到这一点,那么让技巧高超的画师来重画一遍是毫无必要的,它们只是辅助教学的工具,不是讲座的实质内容。

让 我们再进一步。我讲课的教室是物理世界的一部分,有其固定的形状。对于这种形状以及对于物理世界的一般形状的研究本身就是科学,可称之为“物理几何”。假 设现在有一个高功率的发电机,或一个巨大的引力体搬进教室,物理学家就会告诉我们教室的几何结构已改变,它的整个物理造型已经轻微但确实被改变了。那么我 所证明的定理是否也变得错误了?我的求证当然是没受影响的,这就像莎翁的剧作不会由于读者不小心将茶泼在某一页上而改变一样。剧本是独立于所印刷的纸张 的,“纯几何”也是独立于教室或物理世界的其他部分的。

这是纯数学家的观点。应用数学家、数学物理学家自然是另一种看法,因为 物理世界(含有其结构和形状)已经在他脑中先人为主了,对于这种形状我们不能像描述纯几何学那样确且描绘,但是我们能说出几点名堂来。我们可以精确或粗略 地描绘出它的组成部分之间的关系,并把这种关系与某些纯几何体系的组成间精确的关系作一个比较,这样我们也许可以找出两种关系间的相似之处,那么我们面前 就会有一幅“符合物理世界的事实”的图来。几何学家给物理学家提供了一整套可供选择的图形,这当中可能某一幅图比其他的更符合事实,于是提供这幅图的几何 学就成了应用数学家最重要的几何学。我可以补充一句,即使是纯数学家也会对这种几何学更加欣赏,因为还没有哪个数学家纯到对物理世界毫无兴趣的地步。但 是,一旦他屈服于这种诱惑,他就放弃了他纯数学的立场。

§24

这里自然会使人想起我的另一番议论, 物理学家会觉得它是自相矛盾的,尽管这种自相矛盾比起18年前已轻微得多。我将用我在1922年于英国科学促进协会A组讲演中几乎一样的语言来描述它,那 时我的听众绝大多数是物理学家,为此我的话可能带有一点挑衅的意味,但我还是坚持了我的立场。

我一开始就说数学家和物理学家之 间见解的差异也许并不如一般人认为的那么大。我认为最重要的一点是,数学家与实在的联系更直接一些。这似乎是自相矛盾的,因为正是物理学家们在研究所谓 “实在”的那些客体,但人们稍加思索就能说明:物理实在,不管它是什么,很少或没有一般意义上被本能地赋予实在的属性。一把椅子也许是一堆旋转电子的集合 体,也许是上帝脑海中的一个想法,这两种描述都有可取之处,但没有一种是与通常意义下的实在完全相符。

我接着说道,无论物理学 家还是哲学家都未曾对“物质实在”作出有说服力的解释,也没有解释物理学家如何从大量混乱的事实或感觉开始来建造他所称的“实在”的物体结构的。我们并不 能说我们知道物理的研究题材是什么,但这并不妨碍我们大致理解一个物理学家想干什么:他想用一些确定的、有序的抽象关系系统,来将他面临的原始的、无条理 的事实现象重新联系起来,而这种系统他只能从数学家那里获得。

另一方面,数学家也在研究他自己的数学实在,对这种“实在”,正 如我在§22节中所说,我持“实在论”而非“唯心论”观点。在任何情况下(这是我主要的观点)这种数学的实在论观点比物理实在似乎更合理一些,因为数学的 客体更接近他们所被看到的。一把椅子或一颗星星一点都不像它们看起来的那样,我们对之想得越多,感觉的迷雾就越会使它的轮廓模糊不清。但是“2”和 “317”与感觉无关,我们观察得越仔细,它们的性质就越清晰。也许现代物理学最适合于唯心主义哲学框架――我不相信这一点,但有些著名的物理学家是这么 说的。纯数学在我看来倒是唯心主义的绊脚石:317是个素数,并不因为我们是这样认为,或是我们的思想是以某种特定的方式形成,而是因为它原本如此(“原 本如此”有着重号),因为数学实在就是这样建立的。


§25

纯数学和应用数学的这些差异对它们本身很重要,但与我们关于数学“实用性”的讨论毫无关系。我§21中曾谈到过费马和其他一些伟大的数学家的“真正的”数 学,具有永恒美学价值的数学,如最好的希腊数学。它们之所以永恒,是因为其中的精华就像文学中的精英部分,在几千年后还能引起千万人强烈的满足感。这些数 学家基本上都是纯数学家(当然那时候两者的差异要比现在小得多),但我考虑的不仅是纯数学方面。我把麦克斯韦、爱因斯坦,《Eddington》和迪拉克 都算在“真正的”数学家之列。现在应用数学最伟大的成就就是相对论和量子力学,而这些领域现在无论在哪方面都几乎像数论一样是“无用”的,在应用数学中像 在纯数学中一样,或多或少地有用的恰恰是其中最令人乏味的和最基本的部分。时间会改变这一切。无人预见到矩阵、集合论和其他纯数学理论在现代物理学中的应 用,也许一些“高雅”的应用数学会以“想不到”的方式变得“有用”,但是迄今为止,无论在哪一学科,实际生命是由平凡和枯燥组成的。

我 还记得 6 顿举的一个有关“有用”的科学不吸引人的有趣例子。英国科学促进协会在利兹举办过一个会议,举办者以为会员们可能会想听一些科学在“厚毛纺”工业方面的应 用,但出于这个目的的讲座和展示都彻底失败了。看起来与会者(无论是否利兹居民)都想得到娱乐,但“厚毛纺”完全不是一个有趣的话题。这些讲座参加者寥寥 无几,而有关相对论或素数的理论却受到了听众的欢迎。

§26

数学中的哪些部分是有用的?

首先,中小学里大部分数学是有用的,如算术、初等代数、初等欧氏几何、初等微积分计算。但“专家”所学的一部分数学应排除在外,如投影几何。在应用数学中,力学基础是有用的(中学所教的电学应归于物理学)。

其 次,大学数学中相当一部分是有用的,它大部分实际上是中学数学更完备的发展,一部分物理化的学科如电学和流体力学也是有用的。同时我们必须认识到知识的储 备总是好事情,最实际的数学家的知识如果仅限于对他有用的那一点点的话,可能会遇到严重障碍,因此我们各方面都应懂一些。但我们总的结论是,这种数学只是 当一个高级工程师或一个现代物理学家需要时才会有用,也就是说,这些数学没有特别的美学价值。欧几里得几何中那些死板乏味的部分是有用的――我们并不想要 平行公理,或比例理论,或正五边形的构造。

于是我们得到一个很有趣的结论,就是纯数学整体上明显比应用数学有用。纯数学家似乎在实用方面和美学方面都占优势。最有用的是技术。而数学技术主要是通过纯数学来传播的。

我 希望我不需要表白我不是在贬低数学物理,它是一门辉煌的、也有许多问题的学科,充满了最棒的想象。但一个普通的应用数学家的处境不是有点可怜吗?如果他想 “有用”些,他就不得不单调乏味地工作,也不能够给他的想象力以充裕的空间。“想象”的宇宙比这个构造拙劣的现实世界美丽得多,而且一个应用数学家的想象 力创造出的最精美的产品往往一出来就被否定了,理由粗鲁而充分:它们不符合事实。

总结论已经明白无误了。如果我们暂时同意 说,有用的知识就是现在或不远的将来对人类的物质享受有贡献的知识,而与纯粹的智力满足无关,那么高等数学的大部分就都是无用的了。现代几何、现代代数、 数论、集合论、函数论、相对论、量子力学――没有一样能达到这个标准,也没有一个数学家的价值可以以此标准衡量。如果以此为标准,那么阿贝尔、黎曼、庞加 莱都虚度此生,他们对人类享乐毫无建树,没有他们地球依然是个乐园。

§27

也许有人反对说我关于 “用处”的概念太狭窄,我只将其定义为“快乐”和“舒适”,而忽略其“社会”效应,而后者是近年来一些作者抱着各不相同的观感都非常强调的问题。如怀特海 说到“数学知识在人们生活中,在日常工作中,在社会组织中的巨大作用”,霍格本(他对我和其他数学家所说的数学是无动于衷的,不像怀特海那样心领神会) 说:“如果没有数学这种大小和次序的规则,我们就不可能建造一个充满快乐、无人受穷挨饿的合理社会。”

我买在不能相信这种辫辞 会给数学家们带来多大的安慰。这两位作者的语言都过于夸大其词了,而且,他们俩也都忽视了非常明显的区别。由于霍格本被公认不是一名数学家,所以上述情况 对他是很自然的。他指的“数学”,实质上是他所理解的数学,我们将这种数学称之为“中学”数学。这种数学有许多用处,我承认这些用处,而且,如果我们高兴 的话,也可以称之为数学的“社会性”。霍格本将许多令人感兴趣的魅力用于数学发现的历史。正是这一点使这本书获得声望。因为正是这本书才使霍格本帮助了许 多从来不是,而且将来也不会成为数学家的人。读者搞明白了数学中还有他们未曾料到的东西。但是,霍格本对于“真正”的数学几乎一窍不通(这一点凡是阅读过 霍格本对毕达哥拉斯的定理,或欧几里德以及因斯坦的有关论述的任何人也能马上这么说),更不用说什么心领神会了(这一点他不辞劳苦地要表现)。“真正的” 数学对他来说仅仅是一个让人瞧不起的科目。

数学家怀特海的问题倒不是他不了解或不赞同这一有关数学的概念,但是在他对数学的狂 热中却忽略了他所十分了解的那些特征。那种对“人们的日常爱好”和“社会体制”有巨大影响的不是怀特海的数学,而是霍格本的数学。而由一般人用于平常事物 的数学是微不足道的,经济学家或社会学家们所利用的数学根本够不上“学术水准”。怀特海的数学也许深深影响了天文学和物理学,而且对哲学的影响也是相当可 观的(一种有价值的思想总会影响另一种有价值的思想)。然而对于别的东西几乎没什么影响了。这种巨大影响一般并不是对普通人而言,而是对像怀特海本人那样 的人而言的。

§28

有两类数学,即真正数学家的数学和我将称之为“不重要的”数学。我之所以这样称 谓,是没有比这更合适的词了。这种不重要的数学由推崇它的霍格本及其学派中的其他作者提出许多论据加以辩护。而真正的数学却得不到这样的辩护,而且,对这 样的数学要是能够给予辩护的话,也是被当作一门艺术来加以辩护的。这种观点丝毫没什么荒谬或不寻常,因为它是数学家们所普遍认同的。

但 是我们仍有另外一个问题要考虑。我们已得出结论,那就是,大体说来,不重要的数学是有用的,而真正的数学基本上不是有用的;从某种意义上来说,不重要的数 学的确“有益”,而真正的数学却不然。但是,我们仍需问:是否两种数学中有一种有害?如果认为任何一种数学在和平时期有许多危害,这也许是令人感到不合情 理,所以我们不得不考虑数学对战争的影响,现在,辩论这些问题很难不带偏见,所以我本不想谈的,然而,有些讨论看来是在所难免的,幸而这种讨论没必要搞很 长时间。

有一个令人欣慰的结论让一个真正的数学家坦然,那就是,真正的数学对战争没有影响。迄今尚未有人发现数论或相对论 用于任何战争目的,而且看来今后许多年也不大可能有这种情况。确实,应用数学有许多分支。例如弹道学和空气动力学。这类学科是因为战争而特发展起来的,它 们需要相当精密的技术,也许这样一来,就很难将它们视为“不重要的”数学,但它们全都不可能拥有“真正的”数学那样的头衔。它们令人厌恶,而且极其枯燥, 即使是利特伍德也不可能使弹道学成为让人崇敬的学科,别人就更无能为力了。因此,一个真正的数学家是问心无愧的;他的工作的价值是无可非议的。正如我在牛 津大学曾讲述的那样,数学研究是一个“无害而清白的”职业。

在另一方面,不重要的数学在现代战争中有许多应用。例如:枪支专家和飞机设计师在工作中是离不开数学的。而这些应用所产生的一般影响是清清楚楚的。数学(假如不像物理和化学那样明显)对现代化、科学化的战争起了推波助澜的作用。

由 于对现代化、科学化战争存在着两种截然相反的观点,数学的作用并不像人们想象的那么简单。首要的也是最明显的观点是,科学对战争的影响是:它加剧了战争的 恐怖性。从前只有少数参战的人会领略到战争所带来的痛苦,而现在这种痛苦殃及其他的群体。而霍尔丹却在他的著作《化学战争的防御》⑴中阐述了另外一种截然 相反而又无懈可击的观点。他认为现代战争不像科学发展以前时代的战争那样恐怖。他认为原子弹可能比刺刀更仁慈,催泪瓦斯和芥子气也许是军事科学所设计出的 最人道的武器。他还认为:传统的看法只是缺乏深思熟虑的“感情用事”⑵而已。还应强调,由科学所带来的风险的平等性可能体现在长远的利益中,也就是说一个 文官的生命与一名土兵的生命是等价的,女人与男人的生命也是等价的。什么都比将凶残行为集中到一个特殊群体要好。总之,战争全面展开得越快越好。

我并不清楚以上的观点中哪一个更接近于真理,这是一个急需解决而又令人兴奋的问题。但我没有必要在这里来阐明,这一问题只与“不重要的”数学有联系,捍卫它是霍格本的事,而不是我的事。这个问题对霍格本的数学也可能是点麻烦,而对我的情况却毫无影响。

实 际上,不管怎么说,因为真正的数学在战争中总有用武之地,所以还有更多情况要阐述。当世界疯狂时,一个数学家可以在数学中发现一种无与伦比的镇定剂。在所 有的艺术和科学之中,数学是最严肃而且也是最细微的。同时,数学家在所有的人里应该是最容易超脱于人世的。正如罗素曾说过的那样:“至少一种冲动与不安可 以从沉闷而乏味的现实中得以解脱。”很遗憾,这里必须提出一个非常严格的限制条件――这样一位数学家一定不能太老了。因为数学是一种创造性学科而不是默想 的学科。没有任何人在他失去能力或者不再有创造愿望时还可以从数学这一学科中获得慰藉。而这种失去能力与创造愿望的情况可能会很快地在一个数学家身上发 生。这是很可悲的,但在这种情况下,他也就不是什么重要的角色了,也用不着为他操心了。

§29

在这里我愿意用更具个性的方式来概括我的结论。开始我就说过,任何一个为自己的主张辩护的人都会发现他是在为自己辩护。因此作为一名职业数学家,我自然也是在为自己作某种辩护,而这一结论部分可称为我的自传的一部分。

我 从不记得除了曾经想成为一名数学家以外,还想做什么。很显然,我的才能是在这一方面的。而且我的父母也从不怀疑我在这方面的天赋。我不记得在孩提时代对数 学有过强烈的爱好,这种数学家的素质我也许具备,但我并不觉得十分惊人。我对数学的兴趣是基于应付考试和争取奖学金的需要,我必须战胜其他同学!这似乎成 了我决策的动力。

我的思想抱负发生急剧变化是在15岁的时候(这种变化方式很特别)。有一本名叫《三一学院成员》的书,作者是 “阿伦·圣·奥宾”⑶,是一套有关剑桥生活丛书中的一本。这本书写得并不好。我认为这本书写得比玛丽·科雷利(Marie Corelli)所写的大部分书都差。但由于它是一本能激起一个聪明男孩想象力的书,所以也算不得一本完全坏的书。书中有两名主人公。第一主人公名叫费劳 尔斯,他几乎是完美的化身。第二主人公布朗,很有些女人气质。费劳尔斯和布朗在大学生活中遇到很多妨碍学习的危险情况,其中最糟糕的是贝伦敦 (Bellenden)姐妹在切斯特顿⑷开设的一家赌场。这对姐妹年轻迷人且又极端邪恶。费劳尔摆脱了所有这些麻烦,成为数学学位考试的第二名和年级第一 名,自然得到了一个奖学金(假如我当时所假设的那样);而布朗则失败了,辜负了父母的期望,开始酗酒。有一次,在暴雨中他处于醉酒后的狂乱状态,被牧师的 祈祷文拯救出来。他连普通学位都难以拿到,最后成为一名传教士。这些不愉快的事情并没有影响他们间的友谊,当布朗第一次在高级职员休息室喝着葡萄酒、吃着 核桃仁的时候,费劳尔斯对他的行为大惑不解,但却充满着爱怜之情。

现在弗劳尔斯是一个非常正直的研究员(迄今为止“阿伦·圣· 奥宾”所能找到的一个)。然而,就连我这个思想单纯的人也不认为他是聪明人。如果他能作出这些成绩,我为什么不能?给我印象最深的是休息室的最后一幕,它 使我着了迷,从那时起,直到我得到三一学院成员资格为止,对我来说,数学就等同于三一学院成员资格。

进入剑桥大学以后,我立刻 发觉,学位奖学金意味着“创造性的工作”,而我每形成一种确定的研究思想都要花很长时间。像每一个未来数学家一样,我在读中学时,就觉得自己常常可以比老 师做得更好;甚至在剑桥大学时,我也觉得有时能比老师做得更好一些,当然不像在中学叫那么经常罢了。但是,尽管当时我获得了剑桥的荣誉学位,对于我花费很 大精力所研究的学科,我确实是无知的;而且我仍认为从根本上来讲,数学是一门“竞争”的学科。我的眼界最初是由乐甫教授打开的,他只教了我几个学期的课, 却使我对分析的严醛概念有了最初的了解。我从乐甫教授处获益最大的是他建议我读乔丹的著名的《分析教程》 (Cours d’analyse)。我永远也不会忘记这部著作所给予我的震撼,不会忘记那本书对我这一代数学家的激励。读了这部著作我才第一次懂得了数学的真谛;也是 从那时起我走上了一个真正的数学家的道路,对数学树立了正确的目标,对数学有了真正的热情。

在这以后的十年里,我写了大量论 文,但都无足轻重。在我的记忆中,我所满意的只不过四五篇。我的真止的职业危机是在后来的10年或12年出现的。在1911年我与利特伍德开始进行长期的 合作。再是在1913年,我认识了拉曼纽扬。从那时起,我的所有成就便注定与他们不可分割,而且很明显,我与他们的合作是我一牛中有决定意义的事件。当我 失望地却又不得不听那些浮夸而令人厌倦的谈话时,我就会对自己说:“我做了件你们从未曾做过的事.那就是与利特伍德和拉曼纽扬在某种平等条件下的合作。” 与他们相比我显得尤其不成熟。当我成为牛津大学教授时,我处于四十刚出头的最佳时期。但就是从那时起,我的命运每况愈下,这种情况在老年人尤其是老年数学 家当中是常见的。一个数学家也许可以在60岁时依然胜任上作,但不能指望他们产生创造性的思想。

坦率地说,我的有价值的生活已 经结束,而且我小再可能做出什么事来有意识地增加我的生活价值。要沉住气是很困难的,但我认为这是一种“成功”。我已获得了与我的能力相匹配的人所应得到 的奖励。我拥有了一系列令人欣慰而高贵的职位。对于大学里的较为单调乏味的生活,我并不感到烦恼,虽然我讨厌“教书”,但还是从事少量的教学工作,这种工 作几乎完全是在指导我的研究工作。我喜欢演讲,而且曾经为一些出类拔萃的班级做了很多讲座。我始终都有闲暇来进行研究工作,这些研究已成为我一生中永恒的 享受。我感到自己很容易与他人合作,而且已与两个很特殊的数学家进行了多方面的合作,这使我为数学作出的贡献大大超出了我本来的期望。像其他数学家一样, 我也曾遭到许多次失败,但没有哪一次失败是过分严重而令我感到特别沮丧的。假如在我只有20岁时,让我过这种淡泊的生活,我也会毫不犹豫地接受它的。

听 起来也许很可笑,我认为自己可以“做得更好”。我没有语言和艺术方面的才能,而且对于科学实验也不太感兴趣。也许我本来可以成为一个说得过去的哲学家,但 绝不会是那种具有创新头脑的哲学家。我自认为我或许可以成为一名好律师;可新闻业只是一种职业,它不属于哪种学术领域,而我对自己在学术领域的机会是充满 着信心的。所以,如果以人们一般所说的成功来作为评判适合什么职业的标准的话,那么我正适合做一名数学家。

如果我想要的是一种 相当舒适和快乐的生活,那么我的选择就是正确的。但是那些律师、证券经纪人和出版商们常常也过着舒适而愉快的生活。要搞明白更富的人们生存的世界是怎样 的,这是很困难的。那么是否可以说我的生活比他们的生活更有意义呢?对我来说,可能答案是惟一的,那就是:是的。如果答案是惟一的,那么答案的理由也是惟 一的。

我从未做过任何一件“有用的事”。我的新发现未曾,且将来也不大可能为世界增加哪怕是最小限度的舒适感,不论是直接的还 是间接的,也不管是善意的还足恶意的,都做不到这一点。我也曾培训过其他数学家,但这些人与我是同样类型的数学家,他们所做的工作也同我做的工作一样没有 用处。若是以实用的标准来作评判的话,我的数学生命的价值是零;从数学之外看来,我的价值无论如何也是微不足道的。我只有一种机会免被判断为完全微不足 道,那就是人们可能判定我已做出了一些有创造价值的工作.我不否认,我已做了一些创造性的工作,问题是它们的价值怎样。

对于我 的一生,或者说任何一个与我类似的数学家的情况是:我所做的工作扩充了知识,并且帮助他人在这座知识的大厦上添砖加瓦;而这些添加部分与伟大的数学家们的 创新,或任何其他大大小小艺术家们的作品的价值的不同仅仅在于程度而不在于种类。这些数学家和艺术家都在死后留下了某种纪念物。


㈨我曾经因有这种观点而被指责。我有一次曾说“一种科学只有当它强调社会财富的不均衡性,或直接促使人类生活的毁灭,才是有用的”,这句话写于1915年,几次被别人引用(或由于反对我)。这句话显然是有意识的夸大其词,尽管当时就可能言之成理的。
㈩为了讨论的目的,我们必须把数学家所谓的“解析”几何称做纯几何。
⑴J·B·C霍尔丹,Callinicus:化学战争的防御(1924)。
⑵我并不想通过这个滥用的词来揭示这个问题;这个词在描述感情不平衡的特定状态也许会
很有用。当然,许多人都把“感情用事”当作骂人话来错误地指责宽宏大量的情感。而把“
实事求是”当作借口,用来掩饰自己的蛮不讲理。
⑶阿伦·圣·奥宾就是弗朗西丝·马歇尔夫人,马修·马歇尔的妻子。
⑷实际上切斯特顿缺少形象生动的特征。

后 记

布劳德教授和斯诺博士都曾对我说过,假如我能在科学所引发的益处和邪恶之间找到平衡的话,我就不再会为科学对战争的影响而苦恼。这样一来,当我想到数学 影响时,除了想到那些纯粹是毁灭性的影响外,我还必须记住科学还有着许多重要的有益影响。所以(为了写后边这一点)我必须记住:

(a)只有通过科学方法,全人类的战争组织才可能形成;
(b)科学大大加强了战争的宣传威力,这一威力全是用于邪恶的。
(c)科学使“中立”成为不可能或失去意义,因此战争爆发后,不再可能存在充满安宁的“世外桃源”。

当然,所有这些观点都是倾向于反对科学的,另外一方面,即使我们把这种观点最大限度地压缩,也几乎难以支持以下的观点:由科学带来的恶肯定不重于善。比 方说,假如每场战争中有一千万人丧生的话,那么科学的作用仍然是:它可以使人的平均寿命延长。总而言之,我写的§28节,是过于“多愁善感”了。

我并不想反驳这些批评的公正性。但是因为我在序言中所陈述过的那些理由,在我的书中不会再遇到这些批评了,对此我感到满意。

斯诺博士也对§8所谈的内容作了有趣的论证。即使我们承认下述观点:“阿基米德将被人们记得,而埃斯库罗斯却被人们遗忘。”难道我们不觉得数学的声誉是 否仍然太微不足道了?我们仅仅从埃斯库罗斯(当然还有莎士比亚或托尔斯泰)的著作中,可以对作家本人的情况有所了解,然而阿基米德和欧多克斯留给后人的只 是他们的名字而已。

当我们在特拉法尔加广场路过 尔逊将军纪念碑时,J·M·洛马斯(Lomas)先生更加形像地阐述了这一观点,假如真的能把我的雕像塑在伦敦纪念碑上的话,我是希望这座碑高耸入云, 以至于人们见不到雕像了呢,还是希望纪念碑矮得可以使人们对雕像一目了然呢?我会选择前一种,而斯诺博士可能会选择后一种。




英国数学家(G·H·哈代(1877―1947)是本世纪最伟大的“数学思想家”,素数理论的绝对权威。作为数学知识和思想的传授者,哈代也是剑桥大学最受听众欢迎的数学教授。
《一个数学家的辩白》成书于哈代自称“才思枯竭之下只好向旁人讲述数学发明的魅力和乐趣”之际。然而评论家公认该文是“用最优雅的语言对数学真谛最完美的揭示”。
为该文作序者C·P·斯诺博士以《两种文化与科学革命》享誉学术界。他认为科学与文化是相通的,不同的知识领域是完全可以交流的,斯诺笔下的哈代就是一位举止古怪,但在不同领域均有不凡建树的天才。

Thursday, August 03, 2006

一个数学家的辩白(上)

假如真的能把我的雕像塑在伦敦纪念碑上的话,我是希望这座碑高耸入云,以至人们见不到雕像呢,还是希望纪念碑矮得可以使人们对雕像一目了然呢?我会选择前一种,而斯诺博士可能会选择后一种。

序 言

我感谢C·D·布劳德(Broad)教授和C·P·斯诺博士对我提出的许多宝贵的批评。他们读过我的初稿。我已将他们提出的所有建议的内容实质差不多都写入了我的书中,同时删除了许多生硬晦涩的词语。
但 是有一种情况我是以不同的方式处理的,那就是§28。这一章节是在我的一篇短文的基础上撰写的。那篇短论文是在年初我投稿到《我发现了》(此杂志是由剑桥 阿基米德协会主办的学术刊物)的。对这篇不久前我曾以非常认真的态度写出的东西加以修改,我的确感到为难。再说,假如真要我设法接受这些批评(即严肃地看 待这些重要的评论),那我就只得将这章节大大扩展,直至完全破坏这篇论文,使其面目全非。鉴于此,我就没改动它,而是把批评家对我论文所作的评论的要点之 简述以脚注的形式加在文章最后。

G·H·哈代
1940年7月l8日
§1

如果一个数学家发现自己在写关于数学的东西,他会感到很忧伤的。因为数学家的工作是做实事,比如证明新定理,使数学有所发展,而不是谈论自己或别的数学家干了些什么。

政治家蔑视时事评论家;画家蔑视艺术评论家;生理学家、物理学家或数学家一般都有类似的感觉。做事者对评论者的蔑视是最深刻的,总的来看也是最合理的。解释、评论、鉴赏是次等工作。

我曾与豪斯曼(Housman)有过几次认真的交谈,我能记得其中有一次我们争论过上述看法。豪斯曼在他所作的题为《诗歌的名与实》的报告中,曾非常坚决 地否定他是个批评家。而在我看来,他的这种否定方式是异常偏执的。在报告中,他还表达了对文学批评的赞赏态度。这些都令我大惑不解。

在此报告的开头,他引用了22年前在一次演讲中的一段话:
我 不能说文学批评是否为上帝从他的珍宝库中拿出来赐予我们的最好礼物,但是,好像上帝是这样认为的。因为在赠送这一礼物时,上帝的态度肯定是极为审慎、郑重 的。与遍地丛生的草莓相比,演说家和诗人……是稀罕的;但与哈雷彗星的回归相比,他们就平常得多。而文学评论家可就不那么平常了。
接着他写道:在这22年中,我在一些方面取得了进步,而在另一些方面退步了。但是,我的进步还没使我达到成为一名文学评论家的程度,而我的退步也没有使我幻想自己已经成了一名文学评论家。
我 曾认为,一位伟大学者和高雅诗人写出这些话来未免可悲。过了几个星期,我在餐厅见他就在我身旁时,便大胆地跟他说了自己的想法。我问他,他的意思是否真的 希望人们非常认真地对待他说的话。我还问他,在他看来评论家与学者及诗人的生活是否可以相提并论。整个晚餐时间我们都在争论这些问题。我认为最终他还是赞 成了我的看法。看来对这样一个不再反驳我的人,我没必要宣扬我所获得的胜辩。但是最后,他对第一个问题的回答是“也许不完全是”,而对第二个问题的回答则 是“大概不是”。

对豪斯曼的感觉或许尚有令人怀疑之处,而且我也并不希望宣称他是站在我这边了。然而作为科学家的感觉是毋庸置 疑的,我有着完全一致的感觉。假如那时我发现自己正在写的不是数学,而是“有关”数学的什么东西,那就是在声明弱点,为此我理所当然地会受到更年轻、更富 有朝气的数学家的蔑视。现在我写书来谈论“关于”数学的问题,是因为我也和其他的年过六十岁的数学家一样,不再有新思想,也不再有精力和耐心来继续有效地 进行自己的专业工作。

§2

我建议对数学进行辩解。也许有人会跟我说这根本没必要,因为,不论原因如 何,目前还没有哪一种学科被公认为比数学更有用、更值得称颂的。这或许是真实的。实际上,由于有了爱因斯坦的惊人成就,星体天文学与原子物理学可能已成为 普遍高度评价的科学。数学家现在不必认为自己在自卫,因为他不会遭到像布拉德雷(Bradley)在他的值得钦佩的形而?

学辩护词中所描绘的那种对抗的处境,那次卓有成效的捍卫使一部介绍形而上学的书《现象与实在》(Appearence Reality)得以完成。

布 拉德雷说,有人会对一个形而上学家说,形而上学知识整体而言是不可能的;即使在某种程度上是可能的,实际上它也决不是名副其实的知识。形而上学家还会听人 说:“同样的问题,同样的争论,同样的彻底失败。为什么还不放弃这种知识?难道再也没有别的事值得你付出劳动丁吗?”没有人会愚蠢到用同样语言讨论数学问 题。数学的大部分真理都是显而易见的;数学的实际运用,如在桥梁、蒸汽机和发电机等正冲击着人们迟钝的想象。没有必要说服公众让他们相信数学是有用的。

这一切都以其独特的方式让数学家感到欣慰,而真正的数学家几乎不可能对此感到满足。任何一个真正的数学家一定会体会到,数学的真正 美名并不是基于这些粗略的成就,数学之所以享有普遍的美名很大程度上是基于无知与混乱,因此,仍有必要对它进行更合理的辩解。不管如何,我有意来试试。我 想这种辩解比起布拉德雷的艰难的辩白来,任务该会简单些。

接着我要问:“数学为什么值得人们进行认真的研究?一个数学家用一生 的时间从事这些工作的充足理由是什么?”像人们希望一个数学家所回答的那样,在多数情况下,我会这么回答:我认为数学研究值得做,而且以数学家为职业的理 由是充分的。但是同时我也要说:我对数学的辩护也是为我自己辩护。我的辩解在一定程度上是利己的。因为假如我真的把自己看作是一名失败的数学家,我就不认 为对自己所研究的学科进行辩解是件值得做的事了。

在辩护中带着某种程度的利己主义的态度是难免的,我想,对这一点是用不着辩解 的。我认为“谦卑”的人做不出优秀的工作。比方说,在任何一个学科里,教授的首要职责之一就是对自己这一学科的重要性以及自己本人在这一学科的重要性进行 一点夸大。假如一个人总在问自己:“我所做的事是值得做的吗?”以及“我做这个合适吗?”这都会使自己永远无能而且也让别人泄气。这种人该把眼睛闭上一会 儿,更多地考虑自己的学科和自己本人的情况,而不是更多地考虑学科与自己所应得的报酬。这不太困难,因为更加困难的是依靠紧闭眼睛来使自己的学科与自己本 人不受他人所嘲笑。



§3

一个人在开始为自己的生活和活动的合理性进行辩解时,必须要认清两个问题。 第一是他所做的工作是否值得做;第二则是他为什么要做这一工作,而并不在乎其价值。第一个问题常常很难且答案让人失望。而大多数人会觉得回答第二个问题却 是十分容易的。如果这些人是诚实的话,他们通常会采取两种形式中的一种。第二种形式仅仅是第一种形式的更简略的变形。而第一种形式是我们需要考虑的惟一形 式。

我之所以做我的事,因为这事是,而且是惟一的一件我完全可以做好的事。我是个律师,或者是一个股票经纪人,或者是一个职 业板球手,这都是因为我对这一特别的工作有些真正的才能。我做律师,是因为我伶牙俐齿,而且对法律之微妙感兴趣;我做股票经纪人,是因为我对股市行情的判 断迅速而准确;我做职业板球手,是因为我挥拍非同一般地好。有人说,我做个诗人或数学家也许更好,但不幸的是,我并没有才能做这样的工作。

我 并不认为大多数人能够做出上述那样的辩解,因为多数人什么工作也做不好。可是只要这种辩解说得振振有词,它就很难反驳,事实上只有少数人能进行这样的辩 解:也许只有5%或 10%的人可做得不错。而只有极少数人可做得真正好。而能做好两件事的人只有寥寥无几的了。假如一个人有真正的才能,他就应该乐于牺牲几乎所有的一切,以 充分发挥自己的才能。

约翰逊(Johnson)博士赞成这一观点,他说:当我告诉他,我看过约翰逊(与他同名的人)骑在三匹马上,他说:“先生,这样的人应得到鼓励,因为他的表演显示了人类的能力限度……”

同 样地,他会赞扬登山者,海 泅渡者,闭目下棋者。至于我的?法,我也是将这些能力统统视为非常不一般的成绩。我甚至还称道魔术家和口技者;当阿廖欣(Alekhine)和布拉德曼 (Bradman)在决定破记录时,假如他们失败了,我会极为失望的。在这种情况下,约翰逊博士同我与公众的感觉是一样的。正像W·J·特纳 (Turner)曾说过的一句实话那样:只有那些自以为“博学”的人(令人产生不悦之感之称谓),才不去赞扬“真正的名家”。

当 然我们不能不考虑到以上两种工作之间价值上的不同。我宁愿做一个小说家或画家,而不愿成为政治家或诸如此类的人物。事实上,尽管有很多成名之路,但我们大 部分人会因其甚为有害而宁可拒绝走这样的路。但是这种价值的不同,很少会改变一个人的择业范围,因为这种职业的选择是受着人们生就的能力限度的制约的。诗 集比板球更有价值,但假如布拉德曼放弃板球去写二流小诗(我想,他不大可能会写得更好)的话,他一定是个傻瓜。假如他的板球打得并不那么超众,而诗歌却还 写得好些,那么对他来说选择就更加困难了。我不知道自己是成为特朗普尔(Trumper)①还是布鲁克(Brooke)②。值得庆幸的是像这种左右为难的 情况很少出现。

我还想补充说一点,他们特别不可能指望自己成为数学家。人们常常过分夸大数学家与其他人的思维过程的不同。但不 容否认的是,对一个数学家来说,他的天赋是他诸多特殊才能中的一方面。数学家们作为一个阶层,并不因一般的能力和多才多艺 而格外超群出众。假如一个人成为任何意义上的真正的数学家,那么,可以说他的数学百分之九十九会比他能做的任何其他事都好得多。而假如他为了做其他领域的 普通工作,而放弃了任何一次发挥自己才能的适宜的机会,那么他就是愚蠢的。这样的牺牲,只有在经济需要或年龄条件变化的情况下才是情有可原的。

§4

在这里,我最好还是谈谈年龄问题,这是因为对数学家来说,年龄问题格外重要。数学家们都不应该忘记这一点:比起其他技艺或科学,数学更是年轻人的工作。举一个相对低微阶层的例子来作个浅显的说明:皇家学会的人选者的平均年龄以数学家为最小。

当然,我们还会找到比这更有力的实例。比如,我们可以考察作为世界最著名的三大数学家之一的牛顿的经历。牛顿是在 50岁时放弃数学的。其实,在这之前很久他就已经对数学失去了热情。40岁时,他已毫不怀疑地认识到他的富有创新精神的时期已经过去了。他所有的最伟大的 思想,包括流数术和万有引力原理是他在1666年建立的学说,而当时他只有24岁。正如他曾叙述的:“在那些日子里,我处于富有创造力的最初期,那时比以 后的任何时期都更加一心一意地把数学和哲学挂在心上。”在 40岁以前他有过不少重大发现(“椭圆形天体运行轨道”就是他在37岁时发现的)。而其后,他再没有作出过什么发现,而只是对原有的论文做些润色工作,使 之完美化而已。

伽罗瓦21岁去世,阿贝尔27岁去世,拉曼纽扬33岁去世,黎曼40岁去世。也有些人确实是在较晚时取得伟大成 就的,高斯就是在55岁时才发表了他的微分几何学的重要论文(但在十年前他就已经形成了他的基本思想)。我还不知道有哪一个重要的数学进展是由一个年过半 百的人创始的。假如一个年长的人对数学不感兴趣而放弃了它,这种损失不论对数学本身还是他本人来说,都不十分严重。

另一方面, 如果这样的人不放弃数学,那么所获得的利益也并不可能更富有实质性的意义。有关一些数学家放弃数学以后的情况记录都不特别令人欣慰。牛顿成了一个能干的造 币厂主 (这时他没与任何人吵架)。班乐卫(Painleve)是个不成功的法国总理。拉普拉斯(Laplace)的政治生涯却是极不光彩的,他的情况几乎算不上 是一个合适的实例,因为他在政治生涯中的坏名声不是他的无能,而是因为他不诚实所造成的,而且他也向来没真正地“放弃”数学。的确很难找到一例事实来说明 一个放弃了数学研究的一流的数学家却又在别的什么学科领域里取得了一流成就――帕斯加(Pascal)看来是最好的一例。也许会有这样一些年轻人,放弃了 数学研究之后又东山再起成为一流数学家了,可惜我还从未听说过这样的真正可信的实例。而上述一切,全都产生于我的十分有限的经历。我所认识的每个有真才实 学的年轻数学家都是潜心于数学研究的,他们忠诚于数学研究,也不乏雄心壮志,只是缺少充实的数学知识;他们已全部认识到:假如有什么通往能带来任何殊荣的 人生之路的话,这条路就是数学研究之路。

§5

另外还有一种形式的回答,即我所称之为标准辩解的“低调变辞”。我可能会只用几句话来简略表述它。

“没 什么事我可以做得格外地好。我之所以做我的事,是因为它进入了我的生活之路,我的确从来未有机会做别的什么事”。我也把这一辩解看作是重要的辩解而接受。 确实,大多数人什么事也做不好。因此,他们选择什么职业也无关紧要。这确实没什么更多好说的。这是个最终的明确回答,但这几乎不可能是一个具有自尊心的人 所作的回答;我想象得出我们没有一个人会对这样的回答感到满意。

§6

现在应该考虑在§3我所谈到的问题了。这个问题比第二个问题难得多。数学,即我和其他的数学家所认为的数学这一学科,是否值得研究?假如值得,理由是什么?

我一直在回顾着我的一篇讲稿的头几页(那是我于1920年在牛津大学就职时的首次演讲)。在那几页中我写到了有关对数学进行辩解的要点。这种辩解是不够 的(只写了不足两页纸),而且其文体风格现在看来并不使我感到特别自豪(我想,这可能是我用当时想象为“牛津”风格写成的第一篇论文)。但是我仍然觉得, 不论它需要怎样改进,它还是包含了问题的实质。这里我愿重新把原来说过的话拿来作为全面讨论的前言。

(1)首先我要强调数学的“无害性”。也就是说,“即使数学研究无利可图,但它也绝对是无害而清白的职业”。我坚持这一点,当然它需要大量的扩展和解释。

数 学真的是无利可图吗?显然,在某种意义上并非如此。比如,它为不少的人带来了很大的快乐。然而我是从更狭隘的意义上来考虑所谓“利益”的。数学是否有用, 是否像化学和生理学等其他科学那样有直截了当的用途?这并不是一个容易回答或无可争议的问题。尽管有一些数学家和大多数外行会毫无疑问地作出肯定的回答, 但我最终的回答还会是否定的。那么数学是“无害”的吗?对此,回答也是不确定的。在某种意义上我宁可回避这个问题。其理由是它提出了科学对战争的影响问 题。例如,化学在这方面显然是有害的,那么是否可以说数学在同样的意义上是“无害”的?以后我一定回头再来谈这两个问题。

(2) 当时我还接着说“宇宙的范围很大,所以,如果我们在浪费着自己的时间,那么浪费大学里几位名家、教授的生命决不会带来了不起的大灾大难”。这里我或许像是 要采取或故意装出虚伪的谦卑态度,而这种态度是我刚刚所反对的。我确信,这种态度并不是我真正意愿中的态度,我是企图用一句话把我在§3里所谈的冗长的内 容概括出来。我在想,我们这些名家、教授确实没有多少才能,而我们应尽可能地充分发挥运用这些才能才是。

(3)最后(以一些 对我来说如今读起来仍感夸张的修辞),我强调了数学成就的持久性―即使 我们所做的工作也许很少,但都有着某种持久性的特点;我们所完成的任何事 情,无论是一本诗集还是一条几何定理,只要能引起哪怕是最微小的但却是永久的兴趣,也就意味着已经做出了完全超出大部分人的能力的事情。

我还写道――在古代与现代研究有冲突的今天,对于某一门研究来说,一定存在某些值得一谈的东西,而这种研究并非始于毕达哥拉斯,也不会止于爱因斯坦,但它却是所有研究学科中最古老的,也是最早轻的。

所有这一切都是“言过其实”的,但在我看来,其实质仍包含着真理,对此,我可以马上进行扩展,同时又不致过早涉及我所留下的其他没有回答的问题。

§7

我会设想我是在为那些现在和过去都满怀雄心壮志的人写这本书的。一个人的首要任务,进一步说,一个年轻人的首要任务是能显示雄心壮志。雄心是一种可以合 情合理地以许多形式表现出的一种宏大高尚的志向。阿提拉(Attila)和拿破仑的野心中就有某种高尚的志向,但最高尚的雄心壮志是在自己身后留下某种永 存的价值――

这平坦的沙滩上,
海洋与大地间,
我该建起或写些什么,
来阻止夜幕的降临?
告诉我神秘的字符,
去喝退那汹涌的波涛,
告诉我时间党 潜ぃ?
去规划那更久的白昼。

雄 心是世上几乎所有最佳工作成果的驱动力。特别要指出的是:实际上,一切为人类谋幸福的重大贡献都是由具有雄心壮志的人所作出的。举两个著名的例子吧,利斯 特(Lister)和巴斯德(Pasteur)不就是这样的有雄心壮志的人吗?还有,不像以上两位那么显赫的另外几位,吉勒特(Gillette)和威利 特 (Willett),近期有谁比得上他俩对人类所作的贡献呢?

生理学为我们提供的实例特别适宜,原因就在于这门学科对于人 类所具有的益处是如此显然。我们必须提防一种在科学辩解者中所常见的谬论,那就是认为从事着对人类有益的工作的人,在做这项工作时一直想着自己的工作对人 类有益。比方说,生理学家有着特别高尚的精神。事实上,一个生理学家可能确实乐意记得他的工作是为人类造福的,但是使之产生力量,受到鼓舞去做这项工作的 动机与那些一流学者与数学家进行研究工作时的动机是没什么区别的。

有很多高尚的动机驱使人们进行某项研究。在这些动机中,最为重要的有三种。首先(因此必一事无成)是理智的好奇心,也就是对了解真理的渴望。其次是对自己专业工作的自豪?

, 只有工作才能使自己得以满足的那种渴望。任何自尊的数学家,当他的工作与其才能不相称时,耻辱感会压倒一切。最后一个就是雄心壮志,期望得到名声、地位甚 至随之而来的权力和金钱。当你的工作为他人造了福,又解脱了别人的痛苦时,你可能会自我感觉良好,但这不会是你为什么做那个工作的原因。所以,假如一个数 学家,或者一个化学家,或者甚至是一个生理学家真的对我说他的工作的动力是缘于要为人类造福的愿望,我不会相信他 (假使我真的相信他也并不会认为他真的有什么了不起)。在他的动机中居支配地位的就是我已叙述过的。而且可以肯定,任何一个体面的人都没有必要为有这些动 机而感到耻辱。

§8

假如理智的好奇心、对专业工作的自豪感和雄心壮志是在研究工作中占支配地位的动 机的话,那么,毫无疑问,没有哪个人比一个数学家有更好的机会来满足这些条件了。数学家的研究学科是所有学科中最令人好奇的。没有哪门学科中的真理会像数 学那样奇异。数学是最精细与最富有魅力的技艺,而且数学研究提供了展示真正的专业技能的机会。最后我还要说的是,正如历史所充分证明的那样,不论数学内在 的本质价值何在,其成就是一切成就中最持久的。

我们可以从半古文明中看到这一点。巴比伦和亚述的文明已毁灭,汉谟拉比 (Hammurabi)、萨尔贡(Sargon)和尼布甲尼撒 (Nebuchadnezzar)也都空有其名了,但巴比伦数学依然令人感兴趣。巴比伦的60进制仍用于天文学中。当然希腊的情况是更有说服力的例证。

对我们来说希腊人是最早而且至今仍是“真正的”数学家。东方的数学可能是满足兴趣和好奇,而古希腊的数学则是实实在在的。希腊人率 先使用了能被现代数学家所理解的数学语言。正如利特伍德曾对我说过的,希腊数学家们在校时并不是聪明的乖学生,也不是“奖学金的候选人”,而是“另一所学 院的研究员”。因而希腊数学是“不朽的”,甚至比希腊的文学还要持久。当爱斯奇里斯(Aeschylus)被遗忘时,阿基米德仍将为人们铭记,因为语言文 字会消亡,而数学的思想却永不会死亡。“不朽”这个词可能不太高明,不过也许数学家与它的含义最投缘了。

数学家不必因将来会对 其不公而煞有介事地忧心仲忡。不朽通常很荒唐,也很残酷:我们中很少有人愿意选择做奥格 (Og)③、安厄尼厄斯(Ananias)④、加利奥(Gallio)⑤。甚至于在数学界,历史有时也会开奇怪的玩笑:罗尔(Rolle)在初等微积分学 教科书中很有名气.倒好像罗尔是位与牛顿齐名的数学家;法里(Farey)弄不懂14年前由哈罗斯(Haros)论证得天衣无缝的定理,然而他却永垂不 朽;五位可敬的挪威人的名字至今仍长存于阿贝尔的《生活》一书中,仅仅是因为一种对他们国家最伟大的人物造成了伤害的愚蠢的尽职行为。不过,就总体而言, 科学史还是公平的,数学史尤其如此。没有任何其他学科像数学那样形成了清楚而一致的评判标准。为人们所铭记的数学家中绝大多数足名剐其实的。如果能用现钞 评估的话,数学的名誉将是最稳定义最可靠的投资。

§9

所有这些都使大学教师们深感宽慰,对数学教授们来说更足如此。律师、政客、商人们有时声称,学术生涯大多为那些谨小慎微、胸无大志的人所从事,这些人在乎的主要是舒适和稳定,这种责备毫无道理。大学教师们舍弃了许多东西,特别是舍弃了赚大钱的机会――
一 个教授一年很难挣上2000英镑;工作的稳定性自然是决定舍弃赚大钱机会的因素之一,但这并不是豪斯曼不愿成为西蒙(Simon)爵士或比 布冉克(Beaverbrook)贵族的原因。豪斯曼拒绝些职业是因为他理想远大,是因为他不屑于成为一个20年后就被人遗忘的人。

然 而,牺牲所有这些利益,一个人会感到多么痛苦。我仍记得伯特兰·罗素(Bertrand Russell)曾对我讲述过一个骇人的梦;他正在大学图书馆的最高一层,一个图书管理员正在书架间走来走去,提着一个巨大无比的桶,把书一本又一本地拿 下,扫一眼,然后重新放回书架,或是丢进桶里。最后他发现了三卷书,辨认出是《数学原理》最后残存的复印本。他拿下其中一卷,翻了几页,似乎被那些怪异的 符号迷惑了片刻,然后合上书,在自己手上掂掂,迟疑不决……

§ 10

数学家,就像画家、诗人一样, 都是模式的创制者。要说数学家的模式比画家、诗人的模式更长久,那是因为数学家的模式由思想组成,而画家以形状和色彩创制模式,诗人则以言语和文字造型。 一幅画或许蕴含着某种“意境”,但通常是平凡而无关紧要的;比较之下,诗意要重要得多,不过,像豪斯曼坚持认为的那样,人们习以为常地夸大了诗意的重要 性。他说:“我难以确信存在诗意之类的东西……诗歌并不在于表述了什么,而在于怎样表述。”

倾江海之水,
洗不净帝王身上的膏香御气。

还能有比这更好的诗句吗?但就诗意而言,还能有比这更平庸、荒唐的吗?意境的贫乏似乎并不影响言辞这种模式的优美,另一方面,数学家除了思想之外别无他物,因而数学家的模式更能持久,因为思想不会像语言那样快地变成陈词滥调。

正 像画家和诗人的模式一样,数学家的模式也必须是优美的;正像色彩和文字一样,数学家的思想也必须和谐一致。优美是第一关:丑陋的数学在世上无永存之地。此 处我不得不提到一个错误的概念,一个至今仍广泛传播的概念(尽管比 20年前情况要好些),这就是怀特海德所称的“书呆子”,即热爱数学,并欣赏数学美,这是“每代人中只局限于几个怪人的偏执狂”。

如 今很难找到一个对数学的美学魅力无动于衷的知识分子了。可能很难定义数学的美,但任何一种美都是如此――我们也许不甚明了所谓一首诗歌的优美,但这并不妨 碍我们在阅读中鉴赏。霍格本(Hogben)教授极力贬低数学美,但即便是他也不敢冒然否认数学美这一事实。“毫无疑问,数学对于某些人有一种淡然的非自 然的吸引力……这种数学中的美学魅力对于这些寥寥无几的人来说,很可能是真实的。”不过,他同样指出,这些人是“寥寥无几”的,而且他们感到“淡然”(他 们的确相当可笑,在小小的所谓大学城里住着,避开广阔的部空间的清新的微风),在这些话中,霍格本此话只不过在附和怀特海所称的“书呆子”了。

然 而事实却是:没有比数学更为普及的学科了。所有的人都有一些数学鉴赏力,正如所有的人都能欣赏一首悦耳的曲调;对数学真正感兴趣的人很可能比对音乐感兴趣 的要多。表面看来可能与此相反,但解释起来毫不费劲。音乐可以刺激大众的感情,而数学无能为力;不懂音乐只是有些掉面子,而所有的人都如此害怕数学这个名 称,以至于每个人都由衷地强调自己没有数学细胞。

一个小小的反驳就足以揭示“书呆子”的荒谬。每一个文明国度都有成千上万的棋 手(俄国,这部分人是受教育群体的全部);每个棋手都能品味、欣赏一场棋赛或一个棋类布局.然而,一个布局问题简而言之就是一次纯数学的练习(整场比赛可 能不是,因为心理也会起作),每一个赞叹棋类布局的人,实际上是在为数学的美而喝彩,尽管这种优美相比而言是较低档次的。棋类布局问题是数学的赞美曲。

再降低一点,不过面向更广泛的大众,我们可以从桥牌,或更低一些,从通俗报刊上的智力游戏中学到同样的内容,几乎所有这类游戏的空前流行,都归功于基础数学的吸引力。
优秀的智力游戏创制者,像杜德尼(Dudeney)和卡里班(Caliban)所用的技巧除此之外别无其他。他们清楚自己的业务,公众需要的无非是小小的智力“刺激”,别的任何东西都没有数学那样的刺激性。

还 要补充一点,世上没有什么事情比发现或再发现一条真正的数学定理更能使知名人士(和那些轻视数学的人)快乐得多。H·斯潘塞在他的自传中重新发表了一条他 20岁时证明了有关圆方面的定理(他却不知道柏拉图在2000多年前就已论证了该定理),索迪(Soddy)教授 是新近更惊人的例子(不过他的定理倒真正是他自己的)。⑥

①特朗普尔;澳大利亚板球运动员。
②布鲁克:英国诗人。
③奥格:《圣经》中的Bashan之子,在位六十余年。
④安厄尼厄斯:《圣经》中人物。
⑤加利奥:罗马官员,政治家,哲学家,作家塞内加的长兄。
⑥见他关于六球链(Hexlet)的通信,《自然》,137~139卷,(1936~1937年)。


§ 11

尽 管棋类布局问题是真正的数学,但一定程度上它仅是“琐碎”的数学,尽管棋类布局充满机智,复杂诱人,尽管棋的走步富有创意,又出人意料,但它还是缺少了某 些必要的东西。棋类布局问题无足轻重,最好的数学不仅仅优美,而且严肃――或者说“重要”,不过这个词有些模棱两可,而“严肃”恰巧更好地表达了我想指明 的东西。

我并未考虑到数学的“实用”效果,稍后我将回到这一论题。目前,我只想说,从粗俗的意味上讲,棋类布局问题“毫无用 处”,同样地,大多数最好的数学也是如此;数学极少有实用价值,而这实用的极少数,相对来讲还较乏味。数学定理的严肃性不在于其通常微不足道的实用效果, 而在于它涉及的数学概念的意义。可以粗略地说,如果一数学概念同大量形形色色的其他数学概念有一种自然而鲜明的联系,那么这种数学概念便是有意义的,这 样,一条严肃的数学定理,即一条与有意义的概念相联系的定 理,很可能引发数学本身甚至其他学科的大步前进。没有一个棋类布局问题能影响科学思想的普遍发展;毕达哥拉斯、牛顿、爱因斯坦都改变了各自所处时代的整个 科学的前进方向。

当然,一个定理的严肃性并不在于其后果,后果不过是其“严肃性”的证据。莎士比亚对英语语言的发展产生了巨大 的影响,而奥特维(Otway)的影响几近于无,但这并不能说明?什么莎士比亚是比奥特维更好的诗人。莎士比亚更好,是因为他写下了更多更好的诗篇。就像 奥特维的诗劣于莎士比亚的诗一样,棋类布局问题地位较数学低,不是因为其后果,而在于其内容。

还有一点我稍后将阐明。倒不是因 为这点没有趣味,而是因为它较难,也因为讨论美学的严肃性我还不够格。数学定理的美很大程度上依赖于其严肃性,而诗句的优美在某种程度上还依赖于诗歌所含 思想的重要性。上文中我曾摘引了莎翁的两行诗来例证词语格律的纯粹的优美;不过下面这一行可能更优美:结束了生命的热浪,他安然地进入梦乡。

格调完美,主题明确,音调铿锵,因而我们的情感被更深地激荡了。既然在诗歌中,意境对造型的确至关重要。自然地,数学更是如此,这个问题不再详究。

§12

行 文至此,要想再有所进展,我就必须提供为每个数学家公认为第一流的“真正的”数学定理的例证,然而此处,我却因我写的东西产生的种种约束被缚住了手脚。一 方面,例子必须非常简单,没有专门数学知识的读者也能读懂,无需预先解释,读者就能跟得上清楚的阐述,跟上例子。这些限制就排除了数学中许多最优美的定 理,像费马(Fermat)的“二平方”定理或二次互反律。另一方面,我的例证必须来源于“纯正”的数学,也就是专职数学家所从事的数学,这一限制又排除 了大量的相对易于理解的定理,因为这些易于理解的定理虽易懂,却与逻辑和数学哲学相涉。

别无选择,我只得又回到希腊数学,这里 我将阐述并证明两条著名的希腊数学定理。这两条定理从思想到运算都很简单,同时,毫无疑问,又是最高层次的。每一条定理都如同刚发现之日一样清新,一样举 足轻重――2000年来它们一直保持着青春。再次,稍有理解力的读者可以在一小时之内掌握全部的论述和证明。

1.其中第一个是欧几里得(Euclid)⑦关于存在无限多个素数的证明。素数,或称质数是指下列数字:

2,3,5,7,l1,13,17,19,23,29… (A)

这些数字不能再分解为更小因子的整数,如37和317是素数。所有整数都由素数相乘而得,

666=2×3×3×37

任何一个本身不是素数的数(非质数)至少可以被一个素数 (通常可被分解为几个素数) 整除。要证明素数无穷尽,也就是要证明数列(A)无穷。
先假设(A)是有限的,且
2,3,5…P

是全部素数的序列(P是最大的素数);在这一假设下,让我们来考察数Q,Q定义为
Q=(2×3×5×…×P)+l
显然Q不能被2,3,5,…P中的任何数整除,因为相除时余数为 1。由于不是素数的数总能被某一素数整除,而Q不能被任一素数整除,所以Q是素数。因而,总有一个素数(可能就是Q)任一素数大,这与P是最大的素数的假 设相矛盾,因此原假设不成立,即没有比P更大的素数的假设不成立。

这种证明方法称为归谬法,这一为欧几里得甚爱的归谬法⑧,是数学家们最好的武器之一。这一着比象棋中开局舍子的任何一种着数高明得多:棋手或许会牺牲一卒或一个棋子,
而数学家舍掉的是整局。

§13

2. 第二个例子是毕达哥拉斯⑨关于 根2 (√2) 的“无理性”的证明。

“有理数”是一个分数a/b,其中a、b均为整数。我们假定a和b没有公因子,如果有的话,我们可以把它消掉。根2 是“无理数”,也可以表述为“2不能以(a/b)平方的形式表示”,也就是说,方程
a2 = 2b2 (B)
不能被两个没有公因子的整数a、b所满足。这是一个纯算术运算定理,无需任何“无理数”方面的知识,也不依赖于有关无理数性质的任何理论。

再用归谬法来证明。先假设上式(B)成立,a和b是没有公因子的整数。根据(B)式,a方应是偶数(因为2b方能被2整除),因此a也是偶数(因为奇数的平方是奇数)。如果a是偶数,那么

a = 2c (C)

其中c为整数,因此有

2b2 = a2 = (2c)2 = 4c2

b2 = 2c2
因此b方是偶数,b也是偶数(理由同上)。这就是说,a和b都是偶数,因此有公因子2,这与假设矛盾,所以假设不成立。

从毕达哥拉斯的定理可推出正方形的对角线与边长不可通约(也就是说对角线与边之比不是有理数,或者说,没有一个公共的单位,使对角线和边长可同为其整数倍)。若以边长作为长度单位,对角线的长度没为d,则由毕达哥拉斯的勾股定理⑩

d2 = 12 + 12 = 2

故d不是有理数。

还 可以从任何人都能理解其含义的数学理论中引用许多精彩的定理。例如一个所谓“算术基本定理”:任一整数都可以惟一方式分解为素数的乘积,名副其实。如 666=2×3×3×37,此外没有别的分解方式了:666不可能等于2×11×29,或者等于 l3×89,或等于17×73(不用相乘其结果也显而易见)。这一定理是高等算术的基础,证明过程虽不困难,却需要一定的功底,而且非职业数学家读起来可 能会感到乏味。
另一著名的优美的定理是费马的“二平方”定理。素数(特殊素数2除外)可以归为两组数.一组为

5,13,17,29,37,41…

这些数被4相除时余数为1;另一组为

3,7,11,19,23,31…

这些数被4相除时余数为3。

任一属于第一组的素数都可表示成两个整数的平方和。如

5 = 12 + 22 13 = 22 + 32
17 = 12 + 2 29 = 22 + 52

而3,7,11,19都不能表示成如上形式(读者可自己检验),这就是费马定理,非常公正地被视为最完美的定理之一。可惜,没有相当专业数学知识的人难以理解其论证过程。

“集 合论”中也有许多优美的定理,像康托(Cantor)的连续的“不可数”定理。这里的困难是相反的,只要掌握了所使用的语言,证明并不困难,但必须进行适 当的解释,才能把这条定理的意思弄明白。不必再赘述更多的例子了,上文给出的例子是些测试,对上述例子不能理解的读者很可能难以欣赏任何数学的东西。

我 认为数学家是概念的造型者,美和严肃是评价其造型的标准。难以相信,能理解上述两个定理的人会否认它们符合美与严肃的标准。拿上述例子与杜德尼最机智的智 力游戏或与象棋大师们编排出的最妙的棋类布局问题相比,本文例子在美与严肃两方面的优势是一目了然的:毋庸只置疑,其间有层次的差别――它们更加严肃,也 更加美丽。我们能否更准确地说明它们的优势所在吗?

§ 14

首先,这两个数学定理在严肃性方面的优 势是显而易见、绝对的。象棋布局问题是把一些想法巧妙但很有限度地交织而成的结果,它们在根本上差别不大,而且对外几乎没有任何影响:即使象棋没有发明, 我们也会产生同样的思想方法。而欧几里德和毕达哥拉斯的定理影响很大,甚至在数学之外,也对人们的思想产生了深刻的影响。

欧几里德定理对算术的整个结构都至关重要。素数是算术组成的原料;欧氏定理确保了这种原料的充足性,但毕氏定理有更广泛的运用,它也提供了更好的课题。

首 先,我们应看到毕达哥拉斯的论证有深远的扩展性,可以在不作原则性改变的基础上适用于“无理数”的范畴。我们可以用类似泰特托斯(Theaetetus) 的方法证明 根3,根5,根7,根11,根13,根17是无理数,或者超过他的方法证明 4根3 和 4根7是无理数㈠。

欧氏定理告诉我们,有足够多的材料对整数构造一个条理分明的算术体系。毕氏定理及其扩展则告诉我们,即使我们构造出这种算术体系,也不能满足我们的需要,还会有许许多多的量要我们考虑,而这些量是整数的算术无法度量的,最明显的例子就是正方形的对角线
。 这个发现的极端重要性立刻被希腊数学家注意到了,他们起初假设(我猜想是按惯例)同种类的量都是可以公度的,例如任何两个长度都是某一共同单位的倍数。他 们由此建立了一个基于此种假设基础上的比例理论。毕氏的发现暴露这个理论基础的薄弱性,从而使欧多克斯(Eudoxus)建立了更深刻的理论。这个理论在 《原本》的第五章中有详细叙述,被许多现代数学家誉为希腊数学的最优秀成就。这个理论在数学思维上是很前沿的,可以称作无理数理论的先河,它导致了数学分 析的革命,对近代哲学也有很大影响。

两个定理的“严肃性”是毫无疑问的。所以值得一提的是二者都不具实用性。在实际运用中我们只会用到相对小的数,只有天文学和量子物理涉及到大数。它们即使与最抽象的纯粹数学相比,实用性也大不了多少。我不知道工程师通常要求的最高精度是多少,10位数恐怕会太高。那么

3.14159265(π值保留8位小数)是两数之比,即

(314 159 265) / (100 000 000)

也 才9位数。小于1 000 000 000的素数有50 847 478个,这对工程师来说也太多了,即使不要其他素数,他也满足了。欧氏定理先谈到这里。而就毕氏的理论来说,我们都知道,显然工程师们对无理数不感兴 趣,因为他们工作中只涉及近似值,而所有的近似值都是有理数。


§15

一个“严 肃”的定理是一个包含着“有意义的”概念的定理,因此我有必要进一步分析一下数学概念有意义的特性。这项工作有些难度,而且很难说我作的分析有价值。当目 睹一个“有意义的”概念时,我们是一眼能识别的,就像看我的那两个标准定理中的“有意义的”概念一样。但具备这种识别能力需高深的数学知识和长期从事数学 研究工作的经验。因此我必须尝试一些数学分析,也应该有可能发掘一些具有说服力的成果。至少有两个特性是至关重要的,即一定的“普遍性”和一定的“深刻 性”。但何为“普遍”、何为“深刻”还不能明确给出解释。

一个有意义的数学概念,一条严肃的数学定理从下述意义上被认为是 “普遍的”。数学概念应该是许多数学构造的要素,应能应用于许多不同种定理的证明。这种定理即使一开始是以相当特殊的形式提出(如毕氏定理),它也应能被 广泛地扩展,成为与其同类型定理的典型。证明中所揭示的关系本来应该联系着许多不同的数学概念。所有这一切都还比较模糊,存在许多疑点。但显而易见的是, 如果一个定理明显缺乏这些特征,这个定理就不可能是严肃的。为说明我的观点,我只需从浩瀚的代数海洋中抽取几例。下面是从劳斯·鲍尔的《数学游戏》 (Mathematical Recreations)㈡摘取的两例。

(a)只有8712和9801是能表示成它们的“反置数”的整数倍的四位数。

8712=4×2178, 9801=9×l089

小于10000的其他数不具有这个性质。

(b)大于1的数中只有四个数等于它们组成数字的立方和,这四个数是153、370、37l、4
07。

153 = 13 + 53 + 33 370 = 33 + 73 + 03
371 = 33 + 73 + 13 407 = 43 + 03 + 73

这些实例看来多少有点奇怪,也只有外行或业余爱好者对此有兴趣。对一个数学家来说,它毫无价值,它的证明既不难懂,也不有趣,只是需要花许多时间去尝试。这些定理是不严肃的,其原因之一(也许不是重要原因)是因为其表达和证据都太局限,不具有明显的普遍性。

§16

“普遍性”是一个模糊而又危险的词,我们得留心不要让其占据太多的篇幅。它广泛应用于数学及有关数学的著作中。其中有一种特别的情形,它虽与我们今天的论题无关,但逻辑学家对它推崇备至。从这个意义上说,所有的数学理论都同等地和完全地是“普遍的”。

怀特海曾说:“数学的确定性取决于它完全抽象的普遍性。”㈢当我们假设2+3=5时,就假设了一种存在于三种事物间的关系。这些事物并不是苹果或便土,或 者任何一种特定的东西,而只是“事物”,任何事物都行。这种表达式的意义完全独立于具体事物的个别性。在完全抽象意义的基础上,所有的数学“对象”、“实 在”、“关系”,如“2”,“3”,“5”,“+”,“=”或所有包含它们的数学命题,在完全抽象的意义下都是普遍的。实际上怀特海的话未免多余,因为在 此意义上讲,普遍性就是抽象性。

普遍性的意义举足轻重,逻辑学家强调它不无道理。因为它传达的是一个真理,很多本该清楚了解它 意义的人却常常忘记。如经常有天文学家或者物理学家宣称他发现了证明物理世界必须以一种特殊方式运行的“数学证据”。所有这些言论,只从字面理解,绝对是 无稽之谈。就像不可能用数学去证明明天会发生日食一样。因为日食以及其他的物理现象并不是数学世界的组成部分。我想所有的天文学家该不会否认这一点吧?但 是另一方面他们也确实可能正确预测日食的发生。

很明显,这种“普遍性”与我们的讨论无关。我们要寻找的是存在于各种数学定理之 间的普遍性上的差别。在怀特海看来,普遍性是相同的。所以本书§15中的(a)和(b)这种小定理也和欧几里德、毕氏定理一样“抽象”和“普遍”,所以也 等同于象棋布局。对象棋来说,不管棋子什么颜色、什么形状,棋手们都不会认为有什么不同,只有外行才会考虑到与棋盘的搭配问题。棋盘和棋子只是用来刺激我 们思维的工具,与真正的下棋对奕相比,就好比黑板、粉笔之于数学课中的定理关系。

我们现在要寻找的并不是这种存在于所有数学定 理中的“普遍性”,而是在§15中提及的更晦涩难懂的那种普遍性。对此种“普遍性”也不宜强调过分(像怀特海一样的逻辑学家们倾向于这样做)。现代数学的 卓越成就并不仅仅是“普遍性的微妙的堆砌”㈣,虽然这种堆砌是现代数学的巨大成就。在任何一种高水平的定理中,都存在一定的普遍性。但如果普遍性太泛也就 会导致枯燥乏味,那就成了“每个事物都是它而不是别的”。其实事物间的区别与其共性一样使人着迷。我们选择朋友并不是因为他们具备人类的所有优点,而是因 为他们有其本身的特点。在数学中道理亦然。因此我可以毫不夸张地引用怀特海的话来证明我的观点:“被适当的特殊性所制约的广泛的普遍性,才是富有成果的概 念。”㈤

§17

一个有意义的定理必须具备的第二个特性就是“深刻性”。其概念也不易定义,它与“难 度”有关,深刻的思想往往难以掌握,但二者也并不完全一样。毕氏定理及推广所蕴含的概念有一定的深度,但现代数学家绝不会认为它难懂。相反,一个定理可能 极为肤浅,但却难以证明――如丢番图(Diophantus)的有关求方程整数解的定理。
数学理论好像分层分布,每一层的内部以及与上下层之间由错综复杂的关系网连接起来。层越往下,理论就越深,也就越难懂。因此“无理数”概念比“有理数”深,同样,毕氏定理比欧氏定理深刻。

如 果注意整数之间或者任何一特定层次上的其他一些对象集合之间的关系,就会发觉有些关系一目了然,如,不需下一层次概念的任何知识,我们就可以识别并证明整 数的性质。因此证明欧氏定理只用整数就行了。但整数有些定理是不能一眼看清的,还得通过挖掘和考虑深一层次的知识才能证明。

我们在素数理论中容易发现这种例子。欧氏定理重要但不深刻,我们不需用任何比“可除性”更深刻的概念证明素数无限。

当 取得了答案后,心中又不免萌生新的问题。素数无穷,但这种无穷的素数究竟如何分布?假定有一个很大的数N,如10的80次方 或 10的10次方的10次方 ㈥,其中有多少个小于N的素数㈦。当我们问这些问题时,就发现自己的思维处在不同的层次了。我们可以用超出想象的精确性来回答这问题,只是要深入一步,不 用整数,而用现代函数理论的最有力武器来解决。所以回答我们这个问题的定理比欧氏定理深刻得多。

例子是不胜枚举的。但“深刻性”甚至对一个能识别它的数学家来说也是不易说清的,因此我也不妄想还有什么妙语能解开读者的迷惑。

§18

在§ 11节中我对比了象棋和“真正的数”问题,其中有一点尚未涉及。如今我们想当然认为真正的数学定理就实质内容、严肃性与重要性而言,是无与伦比的。对训练 有素的天才来说,事物的“美”中也无不蕴含数学的奥妙,只是这种奥妙更难于言传。由于棋类布局问题的主要缺点就是“微不足道”,而这方面的对比交织着一些 美学上的评价,同时也使这种评价受到妨碍,在欧几里得和毕达哥拉斯的定理中我们能如何区分出“纯美学”特征呢?我不敢妄加评论,只略述一下我的观点。

在 两个定理中(当然也包括证明),有一种高度的意外性、必然性和有机性。证明形式颇为奇怪,使用的工具与之达到的结果相比显然过于简单。但结论中没有任何疏 漏,证明中的细节也不繁琐,一行一个个步骤。许多只有专职数学家。才能理解的更难的定理,其证明也一样简明。在证明数学定理时不需要很多“情况”,因为 “列举情况”实际是数学论据的较为呆板的形式。数学证明应当如星座般清晰、明了,而不应像银河里的星束分散而模糊。

棋类布局问 题也有意外性和一定的有机性。当然至关重要的是走棋要出奇制胜,每一颗棋都应尽其用。美学的效应是累积的,出了关键一着,下一着应变化多样,且每个变化都 应有相应的反应(除非问题很简单,不是真正引人人胜)。“如果P-B5(5下标),那么Kt(t下标)-R6(6下标);如果……那么……;如果……那 么……”,如果没有多种不同的答案?

其美中效果将会是单调、乏味的。这些都是地地道道的数学,有其自身的优点,但它仅仅是“列举证明”(而且这些情况之间并没有根本的不同)㈧,真正的数学家对此往往不屑一顾。

我 想用棋子自身的感受来加强我的论证。必庸置疑,一个象棋大师,一个重大游戏、比赛的参与者,从心理上是很鄙视用纯粹的数学知识去下棋的,他们积累了不少经 验,在紧要关头总能显露身手,“不管他怎么走,我头脑里已储存了对付的方法”。象棋首先是心理上的较量,而不仅仅是一些数学小定理的积累。