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  • 發布時間:2010-08-06 00:00 原文鏈接: 丘成桐:重大工程技術難題突破期待理論數學新進展

      “據說,英女王維多利亞曾詢問科學家電磁學有何用處,她得到的回答是:陛下,以后帝國的主要稅收都會與電磁學有關。”著名數學家、哈佛大學教授丘成桐8月3日應邀到山東大學講授《幾何學在理、工、醫各科的妙用》,指出數學與物理學、工程學與美學有著直接關系。

      那么,數學是不是科學?報告后,《科學時報》記者請丘成桐回答這一學界長久爭論的問題,并請他歸納報告中講述的數學對科學研究與工程技術的作用;還就美國前些年提出“競爭力計劃”,強化教育對學生科學、技術、工程、數學等4方面素質培養的問題,征詢丘成桐有些什么建議。

      數學研究大自然的真與美

      “數學是科學。”丘成桐微笑著肯定地說。他強調,同其他科學一樣,數學也是研究大自然的真與美。然而,他解釋說,科學探索成果稱“發現”、技術創新成果稱“發明”,而數學非常奇妙——其研究成果稱“發明”。譬如“哥德巴赫猜想”,陳景潤提出的求證方法稱“發明”。

      微積分“計算”流體運動導出現代工程學

      “在古代,數學主要用于工程。”丘成桐指出,在埃及和巴比倫,幾何學用以丈量高大的建筑,譬如金字塔;在希臘,幾何學用來計算地球直徑和太陽到地球的距離。學者們對圓周的長度、體積的計算都有很大興趣,一些計算都由實際應用而來。值得注意的是,古代歷法的計算激發了數學的多個分支,它是農業社會最重要的一環:在中國引起中國剩余定理的創作,在古印度或古代阿拉伯國家則引起三角函數的計算,甚至這些函數的微分。

      “當今,數學對天文學、天體物理學的發展更重要。”丘成桐的論點在其此前的報告中已有詳盡闡述:

      數學最偉大的應用,應是牛頓利用微積分從牛頓引力計算出星體運行。他推導了開普勒的行星運行定律。沒有微積分的發明,很難想象牛頓力學能有這樣重大的成就。以后歐拉、拉格朗日、伯努利兄弟等人將微積分運用到流體運動的計算,現代工程學從而產生。

      第二次科學突破,在于麥克斯韋利用高斯的數學理論導出麥克斯韋方程,并解釋了法拉第的磁電實驗;在此之前,傅立葉已引進波動分解的方法,成為以后物質波動最重要的工具。麥克斯韋方程直接影響了相對論和楊振寧的場理論,而微分幾何也成為廣義相對論的基本語言,算子理論則對量子力學的譜分析有直接影響。

      丘成桐指出,統一場論很明顯需要數學家“幫忙”。他本人的幾何學著作被弦學家稱為卡拉比—丘空間,成為宇宙的基本模型。他說,至于概率論、隨機過程分析、控制理論和計算數學等的誕生,對現代工程學、金融管理、經濟學有其革命性貢獻。

      在丘成桐為山東大學師生所作的報告中,更多地介紹了幾何學通過計算機在醫學領域的妙用。

      中國有能力也應當培養基礎理論科研人才

      “直接依賴于數學進展的量子力學,曾影響電子學乃至工程技術的方法與走向,而目前中國尚達不到這種成就。”

      丘成桐認為,中國人在工程上有著很大成就,譬如中國古代的四大發明,但對結構性、理論性數學的興趣不大。他強調,近現代重大工程技術難題的突破大多依賴理論數學的進展。人們發現,微觀世界的量子效應有可能作為現代通信技術新的科學基礎,使通信技術出現全新格局,引起諸如電視、手機等應用領域發生變革,而這些技術在很大程度上依據數學、物理學的基礎研究。

      “中國有能力也應當培養基礎理論科研人才。”丘成桐提出,如果培養一個理論數學教授需要20萬元人民幣,那么,培養1000名僅需2億元。“這是一道簡單的數學題”,他說,這種投入并不多,或許校長請客吃飯的費用就夠用。他建議建立一個專項基金,“它的利息或許就可解決投入問題”。

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