欧拉公式#数学如诗,境界为上( 二 )


第七,“创新”是数学和诗歌的共同美学准则(即评价标准)。艺术家把“创新”叫作艺术风格。例如,李白的诗“豪迈奔放,飘逸若仙”,是浪漫主义风格;杜甫的诗则“深沉蕴蓄,抑扬曲折”,是现实主义风格。对数学研究而言,创新必须是在一定科学范围内有比较重要的意义。
第八,数学和诗歌的另一共同美学准则就是《人间词话》中所说的“境界为上”。数学的境界包括:1)大道至简,大美天成;2)简洁、和谐、对称、雅致;3)颠覆性的创新;4)交叉、融合、统一。
下面举几个高境界的数学例子。首先是两个美妙的数学公式。一是欧拉公式eiπ+1=0,它把数学里面最基本的几个要素全都整合在一块了,其中1是自然数的单位,0是正负数的分界点,e是自然对数的底,π是圆周率,i是虚数单位。二是欧拉公式V+F-E=2,公式表明:任何一个简单凸多面体,它的顶点数V加上面数F,减去棱数E必定等于2。这两个欧拉公式堪称“大道至简、大美天成”的数学公式。
数论中的三个著名猜想:“哥德巴赫猜想”(任何大于2的偶数可以表为两个素数之和)、“孪生数猜想”(存在无穷多对素数其差等于2)和“黎曼猜想”(黎曼ζ函数所有非平凡零点都位于复平面中实部为1/2的直线上),更是高境界数学的例子,尽管它们都还没有得到证明。又如庞加莱猜想、费尔马大定理、四色定理、伽罗瓦群论、黎曼几何、哥德尔不完备定理、伊藤清的随机分析、香农信息论等,这些都是属于“简洁、和谐、对称、雅致”高境界数学的例子。
20世纪50、60年代,格罗滕迪克对代数几何进行了彻底的革命,建立了“概形理论”,堪称一项颠覆性的创新。他因此于1966年获得菲尔兹奖。在概形理论基础上,数学家们取得了一系列杰出成就:1973年,德利涅证明了韦伊猜想(1978年获菲尔兹奖); 1983年,法尔廷斯证明了莫德尔猜想(1986年获菲尔兹奖);1995年,怀尔斯证明了费马大定理(1996年获菲尔兹特别奖)。
关于“交叉、融合、统一”这一数学境界,我举两个例子。其一是Atiyah-Singer指标定理:紧流形上的椭圆偏微分算子的解析指标(与解空间的维度相关)等于拓扑指标(决定于流形的拓扑性状)。其二是朗兰兹纲领,它是将数学中某些表面上毫不相干的领域(数论、代数几何与约化群表示理论)建立一种本质联系的构想。纲领是由朗兰兹在1967年给韦伊的一封信件中提出的。法籍越南数学家吴宝珠因证明朗兰兹纲领基本引理获得了2010年菲尔兹奖,朗兰兹本人获2018年度阿贝尔奖(编者注:为纪念挪威数学家尼尔斯·亨利克·阿贝尔设立的数学奖,每年颁发一次)。
我本人是研究概率论与随机分析的。我曾试图用诗歌来解析我的专业内涵,写过一首“悟道诗”:
随机非随意,概率破玄机。
无序隐有序,统计解迷离。
下面是我的另一首有关概率论的科学诗《随机与概率》,希望能引起大家对概率论的关注和兴趣。
随机与概率
熙熙人群朋友不期而遇,茫茫宇宙陨星意外撞击。
随机事件发生并非随意,概率破解其中奥秘玄机。
情境重复催生稀有事件,历史长河沉淀自然奇迹。
同班同学常有生日相同,彩民两次中奖并不神奇。
抵押贷款房产汽车按揭,精巧设计需要借助概率。
保费计算基于概率模型,期权定价有赖随机分析。
概率技巧有助破解密码,人工智能需用概率逻辑。
日常生活常遇概率问题,学点概率知识终身受益。
《光明日报》( 2021年12月23日 16版)