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回眸北大“211工程”(五)——王诗宬:单纯几何中的单纯人

发布时间:2006/04/15 信息来源:新闻网记者:万小龙 编辑:尧华

编者按:十年前,国家为落实“科教兴国“的伟大战略,启动了在中国教育和科学发展史上具有开创性意义的“211工程”。工程的实施,在学科建设、人才培养、科技创新等方面为北京大学这样一所百年名校的发展,提供了重要的物质支持和精神支撑。在短短的十年左右的时间中,全体师生团结进取,开拓创新,以奋发向上的精神面貌和丰硕的学术科研成果,为中华民族的进步不断作出着新的贡献。我们将陆续推出——回眸北大“211工程”的系列报道,让大家在了解和思考中,进一步增强建设世界一流大学的豪情壮志,在新阶段的历史征程中,不负国家和人民的期望,书写更加辉煌的篇章。

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王诗宬的拓扑路

2002年,北京大学数学所副所长王诗宬教授受邀在国际数学家大会上作45分钟报告,这一荣誉使得他和同时获邀作报告的北京大学数学学院教授田刚、丁伟岳一起成为学界关注的人物。2005年,王诗宬当选中国科学院院士。当年度,北京大学只有三位学者享此殊荣。人们极力想要了解一个生于1953年,插过队做过知青的中年男人是如何一夜间成为被国际数学界同行所推崇的数学家的。

“我当知青插队时,喜欢的东西还是很多,比较典型的比如喜欢物理、喜欢数学、还有喜欢中国文学史,当时也看一些哲学的书。然后,我想是非常偶然的,我1977年到北京来玩儿,当时就坐车,332路坐到这儿了,去颐和园,然后看见北京大学四个字,我就随手跳下车,跳下车以后,当时我脑子里正在想一个简单的数学问题,就是六个人在一起,假如没有三个人两两认识的话,一定有三个人两两不认识,我就因为当时就想着这件事情,然后就碰到一个老师问他,他说你去问姜伯驹,姜伯驹(的办公室)现在就在我办公室对面……(姜老师)他说为什么不来,那你来试试学数学吧……那个时候你一个知青嘛,得到一个北京大学老师的鼓励,觉得那就来吧,就试了一试,后来第二年就来了。”

无论是在简历上,还是在给领导的报告中,王诗宬的研究成果似乎永远都是用密码写就的,这些成果总是跟“三维流形中本质浸入曲面”、“有限覆叠中嵌入曲面”、“非零度映射的存在性、有限性、标准型”等拓扑数学的术语相联系。能不能请王诗宬老师用常人听得懂的语言描述一下自己的工作呢?

在回答“拓扑是什么”时,王诗宬教授这样回答:“拓扑学关心什么东西,比如说你拿一只篮球来、拿一个足球来,通常人们会认为足球和篮球不一样,因为一个比较大、一个比较小,或者你拿一只篮球来,这个篮球已经打了气了,很圆的,或者没有打气,稍微有点扁,通常人也会认为它不一样,因为它形状有点不一样,但是对拓扑学家来说,认为它们是一样的,那么拓扑学家认为什么东西是不一样的呢?他认为篮球和自行车轮胎是不一样的……但是在各种各样的不一样里面,拓扑学家他关心更深层次上的不一样,因为一个足球也好、一个篮球也好、一个打了气的和不打了气的,你比如在上面画一个简单的圆周,一个封闭的曲线,拿剪子将它剪开,剪开以后这个球总会分成两块,这个是它们共有的性质,篮球也好、足球也好,乒乓球也好。但是拿一个自行车轮胎,自行车轮胎大家天天看见,放在这儿,你这个上头可以画一个圆,一剪剪断了以后变成一根管子,它还是一个,篮球它永远不会出现这样的现象,足球也永远不会。”

一个重要的几何世界

拓扑[topology],原意暗指和地形、地势相类似或有关的学科,曾译为形势几何学、连续几何学。1956年《数学名词》确定译为拓扑学,是按音直译的。给予集合一个适当的结构,使在其上可能定义极限和连续函数,这样的结构称为拓扑。

拓扑学是19世纪发展起来的一个重要的几何分支。早在欧拉或更早的时代,就已有拓扑学的萌芽,那时候发现的个别问题,例如哥尼斯堡七桥问题、多面体的欧拉定理、四色问题等,都是拓扑学发展史上的重要问题,后来在拓扑学的形成中占着重要的地位。十九世纪中期,黎曼在复函数的研究中强调研究函数和积分就必须研究形势分析学。从此开始了现代拓扑学的系统研究。

拓扑学虽然是几何学的一个分支,但是这种几何学又和通常的“平面几何”、“立体几何”不同。通常的平面几何或立体几何研究的对象是点、线、面之间的机关位置以及它们的试题性质。拓扑学研究的内容与研究对象的长短、大海、面积、体积及试题性质和数量关系无关。举例来说,在通常的平面几何里,把平面上的一个图形搬到另一个图形上,如果完全重合,那么这两个图形叫做全等图形,也就是说,通常的平面几何是研究在运动中大小和形状都不变的学科,但是,在拓扑学里所研究的图形,在运动中大小或者形状都发生变化。在拓扑学里没有不能弯曲的元素,每个图形的大小、形状中以改变。

作为一门新兴的学科,拓扑学一出现,很快就渗透到了各个领域里去。现在它已成为研究连续性现象的重要的数学分支,其基本内容已经成为现代数学的常识。拓扑学的概念和方法在物理学、生物学、化学等学科中都有直接、广泛的应用。

长期以来,拓扑学一直都是数学研究的最前沿领域之一。国际数学界的最高奖项菲尔兹奖的历年获奖者中,很多人的获奖原因都跟拓扑学的研究有关。例如,1958年的菲尔兹奖获得者R.托姆因为创立了拓扑学协边理论而获奖;1962年,瑞典数学家J.W.米尔诺凭借证明微分拓扑中七维球面上存在不同微分结构,否定庞加莱主猜想而受奖;1972年在法国尼斯,前苏联数学家S.P.诺维科夫因微分拓扑学配边理论和叶状结构理论得奖;1983年波兰华沙,美国数学家W.色斯顿因基本完成了三维闭流形的拓扑分类而得奖;1986年在美国加州伯克利,英国数学家S.唐纳森和美国同行M.弗里德曼凭借对四维流形拓扑的庞加莱猜想的证明而获享殊荣。

“211工程”的丰硕成果

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中国数学家多年来在拓扑学领域并不落后于世界水平,其中一些杰出者还为拓扑学的发展做出了极其重大的贡献。1945年,美籍中国数学家陈省身建立了代数拓扑和微分几何的联系,推进了整体几何学的发展;1983年,美籍华裔数学家丘成桐因为在三维流形拓朴与极小曲面等方面的创见而获得了菲尔兹奖。2000年,中国数学家吴文俊关于示性类的工作获得国家最高科学奖。

“211工程”无疑为中国数学家在这一领域的攀登提供了重要的支持。无论从水平、意义还是价值、影响等哪个方面来评估,北大数学学院的数学前沿学科建设,包括“几何分析、三维流形拓扑、球堆积与数的几何”三大领域,都是“十五”期间北京大学 “211工程”建设所取得的绝对标志性成果。王诗宬教授就是三维流形拓扑研究的主将。

王教授的研究揭示了新的现象,打开了新的思路,与人合作做出了有影响的原创性贡献,包括: 发现三维流形中本质浸入曲面不能提升成有限覆叠中嵌入曲面的第一个例子; 观察到卫星结上循环手术的障碍,证明了纽结补中的浸入本质曲面边界数的有限性; 揭示了两个重要概念手性和可平面性的联系, 并在这一过程中发现三维空间上动力系统的螺线圈吸引子不可能打结, 进而对纽结论中Stallings 的嵌入问题给了一个出人意料的解答; 特别是开拓和发展了三维流形间的映射这个研究领域,在Thurston的覆叠度猜测上取得突破性进展,并在探索非零度映射的存在性、有限性、标准型及其与三维流形拓扑的相互作用中,有一系列预见和佳作。

我们看到中国的又一位杰出的拓扑学家走入了人们的视野,而且,这一次,他是地地道道的中国人。

简单的王诗宬

王诗宬教授平时低调朴素。凤凰卫视的主持人说他的打扮“不像个大数学家,而像一个某美术学院的油画系的老师”。当选院士后,记者要采访他,被他拒绝;211工程成果报道,记者又想要采访他,他仍然婉拒。

在接受记者的电话采访时,王诗宬教授刚从厦门赶回来,喉咙不舒服,但他仍然告诉记者,自然科学的有些工作本来就无法用简单的日常语言说明白。至于记者关心的研究价值的问题,他回答,在一些领域人类本来不知道这件事情,通过我们的研究知道了,这就是意义和价值。不能总是想一项研究能转换成多少产值,这种思维不适合基础学科的研究。

低调的王诗宬却喜欢一项“很高”的运动:登山。1989年时候他就攀登过非洲最高峰乞力马扎罗;1993年,跟北京大学登山队一块儿成功登顶了一座海拔很高的山。在美国攻读博士期间,王诗宬在去爬北美最高峰麦金利峰时,路上不慎掉进一个冰缝。当时他还有一个同伴,想把他拉出来。王诗宬很冷静,要那人把船埋在冰缝附近作个标记,然后回去找人救他。因为那人比他还没有经验,万一自己也掉下来,那可真是叫天天不应,叫地地不灵。王诗宬在冰缝里呆了整整一天,出来后还留下后遗症,至今身上当时摔到的地方还经常疼。
王诗宬曾对他的学生说:“经常有人问我在山上还想不想数学问题。其实山上空气那么稀薄,又整天刮大风。只能呆在帐篷里面,根本没心思想数学问题。要想也是想下山后怎么大吃一顿!”

听说新疆石河子大学没有人讲拓扑课,王诗宬就申请去那里支援一个学期。虽然没教过基础拓扑课,但他雄心勃勃,说要改革现有的拓扑教学方法,少讲点集拓扑,多讲更有实用价值的内容。

据说很多研究拓扑的数学家都非常喜欢登山,例如弗里德曼和斯麦尔,喜欢登山的人心怀广阔;据说单纯简单的人会该吃的时候吃,该做的时候做;据说愿意去支教的人都是看淡了城市的霓虹,不在乎生活中没有大卖场、大剧院的人。

王诗宬老师不就是这种人吗?

编辑:尧华

 

 

 

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