中国现代数学的复兴
一个本土传统中断数百年的文明,如何在两代人内从翻译教科书走到世界前沿?这条线从李善兰的译笔出发,经过华罗庚、陈省身、丘成桐,终点落在张益唐的素数间隔——一部现代数学「回家」的接力史。
译名:先把语言接回来
断层之后重新入场,第一道障碍不是难题,而是语言。明末徐光启译出《几何原本》前六卷后,汉译中断了两百余年;直到 1859 年李善兰与传教士伟烈亚力(Alexander Wylie)合译《代微积拾级》,解析几何与微积分才一并落地——「代数」「函数」「微分」「积分」,机器学习文献里天天出现的这批词,正是李善兰那几年译笔定下的。但起点本身就是差距:微积分发明权之争落幕已一个半世纪,中国古代数学的算法化传统断了香火,中国人接手的教科书,比世界前沿落后整整两个时代。
第一代:从翻译知识到生产知识
译名解决的是输入,数学却是活的技艺——得有人把「做研究」这件事本身带回国内。庚款留学与留日留欧潮送出第一代:陈建功以三角级数成名、苏步青攻射影微分几何,两人先后在东北帝国大学获学位,回国同在浙江大学办讨论班,抗战西迁贵州湄潭也不停;熊庆来在法国学函数论,回国主持清华算学系,又从一篇纠错的来稿里发现了金坛小店员华罗庚。建系、开课、带学生——中国第一次有了「数学家」这个职业。
华罗庚:数论开路,数学下厂
第一代人搭好的系,很快就能出人才,华罗庚就是证明。他从清华半工半读起步,1936 年赴剑桥,在 G. H. Hardy 的圈子攻解析数论——Euler 十八世纪用与素数倒数级数起头的那条路(欧拉与十八世纪分析)。战时昆明写就的《堆垒素数论》把他推到堆垒问题的核心,也训练出中国第一批数论人才。晚年他把黄金分割法简化成「0.618 优选法」与统筹法,跑遍全国的工厂车间——最优化方法史 从最小二乘到随机梯度的实用谱系在特殊年代的中国变奏,也让「最优化」进入一代工程师的词汇。
陈省身与丘成桐:几何成为通用语言
数论之外,二十世纪数学更大的主战场在几何与拓扑,而中国人在这条线上做的不是「跟上」,是铸造语言。陈省身给出 Gauss–Bonnet 定理的内蕴证明,随之定义 Chern class:复向量丛的示性类。此后从 Atiyah–Singer 指标定理到物理规范场论,底座都是它。陈类活在流形上——正如机器学习把数据集看作流形,现代几何把一切几何对象看作流形上的丛。他的学生丘成桐 1976 年解决 Calabi 猜想,证明紧 Kähler 流形上 Ricci-flat 度规的存在性,1982 年成为首位华人菲尔兹奖得主,开创几何分析学派;四十年后,Calabi–Yau 度规的数值逼近,正被交给神经网络。
吴文俊:转身面向自己的过去
几何高歌猛进的年代,吴文俊走了第三条路。他五十年代以示嵌类、吴类立足于拓扑,七十年代却扎进数学史,得出论断:中国古代数学是与 古希腊数学 证明的发明 的公理化演绎并行的算法化传统,其价值要在机器上才能完全兑现。由此开创的数学机械化——吴方法把几何定理证明化作多项式方程组的机器运算——成为自动推理与符号计算的奠基工作之一。绕了几百年,算法精神经由计算机回到了世界数学现场。
陈景润与张益唐:素数前线的两次冲刺
机械化之外,华罗庚开出的数论前线在两个极端年代各结一果。哥德巴赫猜想至今最好的成绩仍是陈景润的 1+2:1966 年宣布、1973 年发表,每个充分大的偶数都是一个素数与一个至多两个素数之积的和,筛法威力用到极限;徐迟的报告文学让「六平方米小屋里的演算」成为一代人的精神符号。四十年后,张益唐在截然相反的处境里冲刺另一个素数问题:蛰伏二十余年、58 岁仍是讲师,2013 年证明相邻素数之差无穷多次小于——孪生素数猜想第一次被逼近到有限距离,随后 Maynard 与 Polymath 把界压到 246。
从「学进来」到「出题目」
回看全程,前半程是「学进来」:译名、留学、建系;后半程是「出题目」:Chern class 与几何分析成了别人必须沿用的语言,张益唐一文让全世界的解析数论学家接着他往下跑。知识在文明间接力本是常态——印度与阿拉伯数学 零与代数的传承那一棒送走了中世纪,这一棒,现代中国把数学接回它最早的故乡之一,并开始出题。