20世紀(jì)數(shù)學(xué)研究的簡單回顧

記者:林先生,您好。首先我們非常感謝您在百忙之中抽出時(shí)間接受這次訪談,為全國中小學(xué)教師介紹有關(guān)數(shù)學(xué)學(xué)科前沿的一些基本情況?茖W(xué)研究跨入了新世紀(jì)的門檻,我們看到,各門學(xué)科一方面在回顧學(xué)科發(fā)展歷程,另一方面也在展望本學(xué)科的發(fā)展前景。

您從1956年進(jìn)入中科院正式從事數(shù)學(xué)研究工作,到現(xiàn)在已經(jīng)將近半個(gè)世紀(jì),在這半個(gè)世紀(jì)里,您一直奮斗在數(shù)學(xué)研究的前沿。您能根據(jù)您這么多年對數(shù)學(xué)的研究,回顧一下20世紀(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展歷程,在這個(gè)歷程中,數(shù)學(xué)研究有哪些重大進(jìn)展和重大成就?

 

林群:據(jù)您所說的,站在數(shù)學(xué)內(nèi)部看,上個(gè)世紀(jì)的數(shù)學(xué)必須歸結(jié)到1900年8月6日,在巴黎召開的第二屆國際數(shù)學(xué)家大會代表會議上,38歲的德國數(shù)學(xué)家希爾伯特(Hilbert, 1862--1943)所發(fā)表的題為《數(shù)學(xué)問題》的著名講演。他根據(jù)過去特別是十九世紀(jì)數(shù)學(xué)研究的成果和發(fā)展趨勢,提出了23個(gè)最重要的數(shù)學(xué)問題。這23個(gè)問題通稱希爾伯特問題。這一演說成為世界數(shù)學(xué)史發(fā)展的里程碑,為20世紀(jì)的數(shù)學(xué)發(fā)展揭開了光輝的一頁。在這23個(gè)問題中,頭6個(gè)問題與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有關(guān),其他17個(gè)問題涉及數(shù)論、不定積分、二次型理論、不變式理論、微分方程、變分學(xué)等領(lǐng)域。 

到了1905年,愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對論(事實(shí)上,有兩位數(shù)學(xué)家,龐加萊和洛倫茲也已經(jīng)走到了相對論的門口),1907年,他發(fā)現(xiàn)狹義相對論應(yīng)用于物理學(xué)的其他領(lǐng)域都很成功,唯獨(dú)不能應(yīng)用于萬有引力問題。為了解決這個(gè)矛盾,愛因斯坦轉(zhuǎn)入了廣義相對論的研究,并很快確立了“廣義相對論”和“等效理論”,但數(shù)學(xué)上碰到的困難使他多年進(jìn)展不大。大約在1911年前后,愛因斯坦終于發(fā)現(xiàn)了引力場和空間的幾何性質(zhì)有關(guān),是時(shí)空彎曲的結(jié)果。因此愛因斯坦應(yīng)用的數(shù)學(xué)工具是非歐幾何。1915年,愛因斯坦終于用黎曼幾何的框架,以及張量分析的語言完成了廣義相對論。

還有您講的德國女?dāng)?shù)學(xué)家諾特(1882~1935)發(fā)表的論文《環(huán)中的理想論》標(biāo)志著抽象代數(shù)現(xiàn)代化開端。她教會我們用最簡單、最經(jīng)濟(jì)、最一般的概念和術(shù)語去進(jìn)行思考:如同態(tài)、理想、算子環(huán)等等。

還有其它許多數(shù)學(xué)大成果。偷懶一點(diǎn)說,20世紀(jì)近50名菲爾茲數(shù)學(xué)獎(jiǎng)得主的工作都是數(shù)學(xué)內(nèi)部的大成果。但從數(shù)學(xué)以外,或從推動(dòng)社會發(fā)展這個(gè)角度來看,也許與計(jì)算機(jī)的算法研究有關(guān)的數(shù)學(xué),更有影響。這種研究發(fā)生在第二次世界大戰(zhàn)前后,有三位數(shù)學(xué)家圖靈、哥德爾、馮.諾依曼,而不是工程師,由于對于計(jì)算機(jī)的誕生、設(shè)計(jì)和發(fā)展起了奠基和指導(dǎo)的作用,因此被列入20世紀(jì)“百年百星”的名單中。

另外兩位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的純數(shù)學(xué)家康托洛維奇、納什也是與算法研究或軍事數(shù)學(xué)有關(guān),后者被拍成電影,剛獲得奧斯卡獎(jiǎng)。我國首屆國家最高科技獎(jiǎng)(不是數(shù)學(xué)獎(jiǎng))得主吳文俊的工作也包括了算法的研究。有一次在中國十大科技進(jìn)展中有一項(xiàng)數(shù)學(xué)家堵丁柱的工作,也是有關(guān)算法的。值得注意的是,這些人都沒有獲得菲爾茲獎(jiǎng)。

與算法研究(或軍事數(shù)學(xué))有關(guān)的,還有籌學(xué)、密碼學(xué)以及大規(guī)?茖W(xué)工程計(jì)算等等。我怎么會有一個(gè)模模糊糊的感覺(被吳文俊感染的?),好象二十世紀(jì)中,以算法為主干的數(shù)學(xué)研究對于外部世界,科技和軍事,有相當(dāng)直接的影響。本世紀(jì)(信息、材料、生物)是否還會如此?等著瞧!

二、數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域的重大難題

記者:剛才林院士為我們勾勒了二十世紀(jì)數(shù)學(xué)研究的圖景。應(yīng)該說在20世紀(jì),無論是經(jīng)典的數(shù)學(xué)分支,還是新興的數(shù)學(xué)分支,都取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。然而我們也看到,在數(shù)學(xué)研究的歷程中,存在諸多遺憾,有多難題至今沒有解決,或者沒有得到完美的解決。林先生,在數(shù)學(xué)研究當(dāng)中,您認(rèn)為在數(shù)學(xué)領(lǐng)域存在著哪些重大難題?

林群:至于難題,應(yīng)該說解決需要很大的決心,我以為我們科研工作者能做好自己的本職工作,上個(gè)世紀(jì)沒有解決的難題,這個(gè)世紀(jì)也未必可以解決。應(yīng)該說二十世紀(jì)是數(shù)學(xué)大發(fā)展的世紀(jì)。從報(bào)道上看,數(shù)學(xué)的許多重大難題得到了解決,如費(fèi)爾瑪大定理的證明,有限單群分類工作的完成等,從而使數(shù)學(xué)的基本理論得到空前發(fā)展。 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是20世紀(jì)數(shù)學(xué)發(fā)展的重大成就,同時(shí)極大推動(dòng)了數(shù)學(xué)理論的深化和數(shù)學(xué)在社會和生產(chǎn)力第一線的直接應(yīng)用;厥20世紀(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展,象您所說的,數(shù)學(xué)家們深切感謝20世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)大師大衛(wèi)·希爾伯特。正如我們在開始談到的,希爾伯特在1900年8月8日于巴黎召開的第二屆世界數(shù)學(xué)家大會上的著名演講中提出了23個(gè)數(shù)學(xué)難題。希爾伯特問題在過去百年中激發(fā)數(shù)學(xué)家的智慧,指引數(shù)學(xué)前進(jìn)的方向, 其對數(shù)學(xué)發(fā)展的影響和推動(dòng)是巨大的,無法估量的。效法希爾伯特,許多當(dāng)代世界著名的數(shù)學(xué)家在過去幾年中整理和提出新的數(shù)學(xué)難題,希望為新世紀(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展指明方向。

數(shù)學(xué)領(lǐng)域其他的難題可以說層出不窮,根據(jù)您提供的信息,簡單的至少有以下幾個(gè): 

第一個(gè)是哥德巴赫猜想 

第二個(gè)是連續(xù)統(tǒng)之謎

第三個(gè)是四色問題

第四個(gè)是幾何的三大問題 

第五個(gè)是費(fèi)馬最后定理

第六個(gè)是七橋問題(一筆畫問題) 

七、我國數(shù)學(xué)研究現(xiàn)狀與對遠(yuǎn)程教育的看法

記者:目前,我國基礎(chǔ)教育正在進(jìn)行課程改革和全力推行素質(zhì)教育,您認(rèn)為我國中小學(xué)數(shù)學(xué)教育存在什么問題,應(yīng)該如何解決? 

林群:數(shù)學(xué)是個(gè)繼承的學(xué)問,最主要的部分是小學(xué)的數(shù)學(xué),是我們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。中學(xué)把算術(shù)提升到代數(shù),來求解方程,并且出現(xiàn)了幾何,具有了數(shù)形,這樣就有了初等的數(shù)學(xué)的雛形,初等數(shù)學(xué)研究固定不變的東西,然而我們的世界是變化的,高等數(shù)學(xué)研究變化的東西,在研究方法上,以不變求萬變。把變化的東西瞬間凍結(jié)起來,就變成不變的東西。歸根結(jié)底,我們要把變化東西變成不變的東西,再利用初等數(shù)學(xué)的方法去研究,所以中小學(xué)數(shù)學(xué)太重要了。

笛卡爾(偉大的哲學(xué)家,數(shù)學(xué)家)曾經(jīng)說過,拿一個(gè)復(fù)雜的問題不能接受,除非能分解成很多簡單的問題,而每個(gè)問題又能夠容易解決。然后再組裝起來。在我們中國有個(gè)老話:化整為零,各個(gè)擊破。創(chuàng)新應(yīng)該是繼承下的創(chuàng)新,不能一步登天。中小學(xué)教育非常要緊。而現(xiàn)在的一些中小學(xué)教師不知道中小學(xué)和大學(xué)在什么地方接軌,只知道讓學(xué)生解各式各樣的題目,無的放矢。所以教師水平必須提高。我認(rèn)為教師隊(duì)伍以碩士為主,是我國教育的必行之路。

必須要有高素質(zhì)的教師隊(duì)伍,好的教師就有好的教法,教師是非常神圣的事業(yè)。希望廣大教師朝這個(gè)目標(biāo)走,現(xiàn)在很多政策影響我們年輕教師,超級提拔起了很壞的影響。年輕教師必須有幾年積累。數(shù)學(xué)是積累第一,天才第二。所有教師要努力,提高素質(zhì),教科書改好了,如果沒有高素質(zhì)的教師,也沒有太大的用處。 

  我認(rèn)為可以把數(shù)學(xué)的一些基本的問題放到中學(xué)中去。應(yīng)該說“傻瓜數(shù)學(xué)”極其重要,數(shù)學(xué)應(yīng)該被大多數(shù)人所掌握,而不是少數(shù)人掌握。比如牛頓積分公式,在古代阿基米德有很多技巧解決微積分上的一些基本問題。世上的人都很崇拜他,認(rèn)為他很了不起,但是牛頓發(fā)現(xiàn)了積分公式,積分便為大多數(shù)人所掌握。這個(gè)公式便是一個(gè)“傻瓜化”的過程,使大多數(shù)人只要知道這個(gè)公式,經(jīng)過一定的訓(xùn)練,便能夠做解決很多積分上的問題。計(jì)算機(jī)上的算法就是解題傻瓜化。在每個(gè)領(lǐng)域經(jīng)過訓(xùn)練就能夠被掌握,為社會服務(wù)。

數(shù)學(xué)除了需要依靠嚴(yán)密的邏輯推理,還有一個(gè)發(fā)明和實(shí)驗(yàn)的過程。好的教師除了會證明,還有學(xué)會發(fā)明。教會學(xué)生去發(fā)明,不是僅僅教會證明。證明三角形內(nèi)角和 ,是作一條平行線,但是我們事先怎么知道三角形的內(nèi)角和是 呢?原來是先觀察矩形,矩形的四個(gè)角是直角,所以矩形的內(nèi)角和為 ,矩形能分成兩個(gè)相同的直角三角形,所以每個(gè)直角三角形的內(nèi)角和為 ,因?yàn)槊總(gè)三角形可以分成兩個(gè)直角三角形,這兩個(gè)直角三角形排除兩個(gè)直角,剩下的就是這個(gè)三角形的內(nèi)角和,為 。

記者:林先生對遠(yuǎn)程教育和教師還有什么建議和期望? 

林群:遠(yuǎn)程教育方向特別好,是未來教育的發(fā)展方向,代表著時(shí)代的潮流,畢竟我們很多地方不能聽見很優(yōu)秀的教師的講課。如果遠(yuǎn)程教育能夠完整建立,那么就數(shù)學(xué)而言,大部分人都能聽見諸如吳文俊先生的講課,對我們的未來的發(fā)展相當(dāng)有益,這樣我們能節(jié)約很多人力資源,這些人有更充分的時(shí)間作科學(xué)研究。但是還有很多問題沒有解決,比如傳輸數(shù)據(jù)的問題,面對面交流的問題,疑難解答的問題等等,如果這些問題解決了,那么我們的遠(yuǎn)程教育將有相當(dāng)大的優(yōu)勢。 

中小學(xué)是我們培養(yǎng)人才的基石。所以我們必須建設(shè)好這一塊,我們的中小學(xué)教師默默工作在教育的最前線,成就十分偉大,為中國和世界提供很多人才,我們應(yīng)該尊重教師的成果,為中國教師有這樣偉大的成就而自豪。

  但是我國的中小學(xué)教師還有不足,自己的學(xué)術(shù)視野不夠?qū)掗煟瑢σ恍┛茖W(xué)的知識背景不了解,還有待于提高,希望我們共勉之。一起為祖國的教育事業(yè)而努力。