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張益唐解決了什麼數學問題

生活 更新时间:2024-12-26 13:16:26

時隔9年,67歲的華裔數學家張益唐(Yitang Zhang)再次成為焦點。

10月中旬,他在北京大學大紐約地區校友會舉辦的活動上透露,自己“已解決朗道-西格爾零點猜想”,迅速引起轟動。南都記者獲悉,在各界的廣泛期待中,他于11月5日參加了山東大學舉辦的學術活動,介紹自己向證明“朗道-西格爾零點不存在”做出的推進,并将于11月8日在北京大學做學術報告,通過網絡進行直播。

張益唐現為美國加州大學聖塔芭芭拉分校數學系教授,世界解析數論領域(analytic number theory)的領軍者之一。“數學天才”的美名加上半生蟄伏的經曆,讓他被外界賦予傳奇光環。盛名之下,他卻過着“隐士”般的生活,直言不想被曝光所累。中科院院士王元評價他,“始終關注着大問題的進展,時刻想着攻克大難題”。而張益唐說,“我心裡(的想法)很單純。”

張益唐解決了什麼數學問題(張益唐和他的數學)1

“隐士”其人

“對不起,我對張益唐教授并不熟悉……”連日來,南都記者嘗試詢問多位數論學者、與張益唐在同一所高校任職的數學教授,得到的回信大都如此。給他個人主頁留的郵箱緻信,更如同石沉大海。校方人士甚至這樣“寬慰”記者:“大數學家嘛,難免有些與衆不同。”

對于“圈外人”來說,張益唐是名利場的稀客、社交網絡時代的“隐士”。就算偶爾走到聚光燈下,他也隻是極其有限地展露自身。南都記者在2014年他獲得麥克阿瑟獎時的采訪錄像中看到,對每個問題,他的回複都很簡短。似乎感受到了提問者的不滿足,每次回答完畢之後,他會露出誠懇的微笑,直到對方主動開啟下一個話題。

唯獨談到數學時,他的表達最為生動、有細節。“當我還是9歲的小學生的時候,我開始喜歡數學的。”在多個采訪中,張益唐都這樣展開回憶。1955年生于上海的張益唐,9歲時買到一本《十萬個為什麼》,對其中的“費爾馬大定理”和“哥德巴赫猜想”産生濃厚興趣,從此向往“變成華羅庚那樣的人”。他說:“數學最吸引我的地方,一是極度簡潔,二是極具挑戰。”

1978年,張益唐考入北京大學數學系,1982年至1985年繼續在北大攻讀碩士學位,師從潘承彪教授。1992年畢業于美國普渡大學,獲博士學位。

張益唐的主要研究方向是解析數論,屬于純粹數學,與生活中更常見的應用數學相對。用北大數學科學學院院長陳大嶽的話說,他所感興趣的領域,“留下來的問題都是硬骨頭”。而張益唐在研究上最鮮明的性格,恰恰就是“抓大放小”。中國科學院院士王元評價他,“始終關注着大問題的進展,時刻想着攻克大難題”,哪怕一些小成果的面世,能迅速為他換來現實利益,他都不屑一顧。

畢業很多年後,張益唐回憶說,這種選題上的“狂”,承襲自北大校園。學生時代,他在燕園遇見了很多眼界極高的老師,奠定了“一輩子隻做大問題”的追求。後來他負笈美國名校,卻與導師莫宗堅(Tzuong-Tsieng Moh)“意見不合”。曆經七年苦讀,才終于拿到了博士學位,卻沒有得到導師的推薦信。同時,張益唐還不屑于把自己的博士論文結果整理發表,于是“畢業即失業”。曾是北大校園“傳奇天才”的他,一度為了維持生計在快餐店打零工,也曾寄宿在朋友家,作為回報從事一些“會計類的工作”。但就算是這樣,他還是沒有放棄純理論研究,轉到應用領域。“對我來講,我自己心裡(的想法)很單純,我覺得我隻要堅持下去,還是能夠回到學術界,(實現)我小時候的夢想。”張益唐說。

1999年,“生命中的轉折點”終于到來。在學弟的幫助下,張益唐得到了美國新罕布什爾大學一個臨時性的講師職務,以此重歸學術界。授課之餘,他繼續埋頭從事數論研究。雖然在選題上“狂傲”,但在實際推論過程中,張益唐卻懷抱平常心,十年如一日地慢慢推進。2012年,他關于“孿生素數問題”的研究似有眉目,來到美國科羅拉多州一個音樂家朋友家裡短暫放松。來到庭院閑逛時——“就在那十來分鐘裡頭,我發現我的思路一下就通了!”之後,張益唐花了幾個月整理細節,于2013年4月17日,将他的成果《Bounded Gaps Between Primes(素數間的有界距離)》投了給世界數學界頂級期刊《數學年刊》(Annals of Mathematics)。僅過了3個星期,這篇論文就被正式接收,創下了該雜志最快接受論文的紀錄。時年58歲、在學術界還是默默無聞的張益唐,憑借這篇論文迅速攬獲弗蘭克·奈爾森·科爾數論獎、晨興數學卓越成就獎、羅夫·肖克數學獎等專業獎項,還被授予了美國跨領域殊榮麥克阿瑟獎(俗稱“天才獎”)。

張益唐在這篇論文中成功證明,存在無窮多對相鄰素數,其間距不超過7000萬,從而使得數論上的著名難題“孿生素數猜想”取得第一次實質性的推進。有同行贊歎說,他的成果體現出“文藝複興之美”——盡管内容深邃繁複,但思路清晰,如水晶般透明。

以此為基礎,更多學者參與進來,将停滞百餘年的“孿生素數猜想”一再推進。而張益唐本人卻說:“從無窮到7000萬,是從無限到有限的本質性突破,我已經很滿足了,便把進一步縮小數值的工作留作了open problem(開放問題)。”

與學生談心

半生“蟄伏”,一朝揚名,張益唐與衆不同的經曆為他賦予了更多傳奇色彩,也讓他成為無數中國學子的“偶像”。

南都記者梳理發現,近十年間,張益唐多次回國,應邀進行公開演講和授課。面對求知若渴的青年學子,他不再讷于表達。2016年10月13日,在中國科學院大學聽過他講座的學生這樣記述:“張教授溫潤如玉,聲音圓洪如鐘;講話不緊不慢,思路清晰,娓娓道來……詳細回答了同學們從具體細節到思想方法乃至人生經驗的種種問題。”2019年6月22日,張益唐在北京師範大學珠海分校做了《我對數學的追求》學術報告,校園新聞寫道:“張教授幽默的語言引得全場歡笑……”

出身北京大學的張益唐,與母校的聯系同樣較為密切。2018年夏天,他被聘為該校闵嗣鶴數論研究中心名譽主任,2019年受聘為北大客座教授。疫情之前,他連續兩年在北大開設暑期課程,分别為主要面向低年級的《初等數論》和相對高階的《模型式選講》,并籌劃更多其他授課形式。

據當時北大數學科學學院記載,2018年他開設的課程,吸引了數學學院、元培學院等8個學院的31名在校生以及39名外校學生選修,此外還有旁聽生,每一講都是爆滿。在此期間,他與年輕學子留下了很多課間對話,以及公開的交流記錄。

不少同學都對他如何選擇研究領域感到好奇。張益唐回答說,隻要是當下普遍認為比較活躍和重要的問題,自己都會去關注它們的情況和進展,然後從那些“有限時間裡,有希望做出改進”的問題開始做起。比如當年選擇攻克“孿生素數猜想”,就是因為他判斷自己有希望、有辦法把它做出來。雖然這個過程很漫長,長期不能出成果,他也沒有感到非常沮喪,因為研究過程本身就很有樂趣。

也有同學想了解他如何安排自己的時間。張益唐介紹,他一天大概有十幾個小時思考數學,業餘時間還喜歡聽古典音樂,看文學作品,或者鍛煉身體,但如果工作比較緊張,就可能會縮減這些安排。“我覺得一個人的生活還是要有這種平衡點。”他認為,文藝方面的愛好盡管不是做好數學研究的必要條件,但能讓思維更平衡。

談及數學高材生未來的發展道路,張益唐也給出了自己的建議:“我覺得這是個多元化的時代,各個選擇都有它的合理性。我選擇數學隻不過就是因為我喜歡,而且我覺得我能做,就一直做下去。我想對這些對數學确實有愛好、有天分的同學說,隻要你是真心喜歡,就不要輕易放棄。”

不少當時聽課的同學,都對這段交往記憶頗深。在北大數學科學學院2021年畢業典禮上,研究生代表王亮做了《感恩遇見,勇擔使命再起航》的發言,其中提到:“2019年暑假,張益唐老師來到北大開設模形式的暑期課程,相信有很多同學都聽過他的課,他的講解深入淺出,常常座無虛席。三個月後,當我在加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校的校車上看到他時,他若有所思,完全沉浸在自己的世界裡。我想這大概就是數學家最享受的狀态了吧,無論何時何地,都能保持一種沉浸的狀态,在自己的數學世界裡馳騁……”

張益唐幾次中國講學之行,也留下了不少資料影像,令人過目難忘的還有那一手工整的中英文闆書。有學生回憶說:“他寫起字來從容不迫,闆書條分縷析,幹淨美觀,連擦黑闆都一絲不苟……”

新的證明

從學生時代到今天,張益唐依然癡迷數論研究。

他引述過潘承彪教授的論斷,“數論永遠不能成為數學主流”,但也一直相信,數論不會衰落。“我反而是覺得在這樣的情況下,你還能堅持在解析數論裡面,倒還更可能做出好的工作來。”有一次他對北大的學生描述,“你解決了一個大問題之後,也隻有自己知道又有一些新的方面可以深入進去做,而且很多流行的東西也在滲透到傳統的解析數論裡來。”

上一個“大問題”——“孿生素數猜想”之後,時隔9年,張益唐最新公布的研究進展是關于“朗道-西格爾零點猜想”,同樣屬于數論領域的瓶頸問題,并與數學史上著名的“黎曼猜想”緊密相扣。

大數學家黎曼一生隻寫了一篇有關數論的文章,即提出黎曼函數,打開了解析數論的大門,他的貢獻使得19世紀後解析數論領域的研究突飛猛進。如果我們相信廣義黎曼猜想,那麼朗道-西格爾零點應該不存在,以此為内容的朗道-西格爾零點猜想,長期懸而未決,受到普遍關注。

業内人士認為,一旦證明了這個猜想,就可以順勢取得更多新的突破,簡化和加強很多經典數論結果。張益唐對這個問題的關注,還在《素數間的有界距離》發布之前。南都記者注意到,早在2007年,他就曾在網上發出一篇關于“朗道-西格爾零點猜想”的論文,當時未能達成證明,但他表态“希望有人來修正”。近年間,他也一直緻力于解決“黎曼猜想”。 因此,今年10月,當張益唐在北京大學大紐約地區校友會活動上首先透露,自己“已解決朗道-西格爾零點猜想”時,立即在國内學術界引發高度關注,還吸引了公衆的注意。

在各方期待的目光中,11月5日,張益唐參加了山東大學舉行的線上學術講座與學術沙龍,介紹自己向證明“朗道-西格爾零點不存在”做出的推進。中國科學院院士湯濤、彭實戈等多位專家學者與會。一位數論學者對南都記者表示,張益唐的研究,回應的是數學界普遍關注的問題。

據山東大學介紹,在11月5日的學術活動中,張益唐介紹了自己在朗道-西格爾零點猜想研究方面的新突破。他在最新預印本論文裡證明了,模D的實原特征L-函數在區間(1-c(logD)^-2024,1)内沒有實零點。這裡c是絕對實效正常數。如果把其中的2024換成1,就得到了原始形式的朗道-西格爾零點猜想。

而在随後舉行的沙龍研讨中,張益唐伉俪與中國科學院院士、北師大-港浸大聯合國際學院校長湯濤,聯合國教科文組織教育信息技術研究所所長展濤,中國科學院院士、山東大學學術委員會主任彭實戈,山東大學副校長劉建亞,共同圍繞中國數論學派的傳統與對原始創新的不懈追求、中國數論學派的研究特色和優勢、數論研究的發展等話題進行了探讨。張益唐談到,數論在任何時候都是有發展前途的,嚴謹治學的風格、锲而不舍的精神非常重要,經典方法是否有效,取決于你是否能把它做到極緻。

據張益唐透露,相關論文即将上線。近日,張益唐母校北京大學的數學科學學院,及其兼職擔任學術帶頭人的山東大學潘承洞數學研究所,分别向南都記者回應稱,已經關注到此事,期待其學術成果正式發布。

南都記者了解到,11月8日9時,張益唐還将在北京大學進行題為《關于朗道-西格爾零點猜想》的學術報告,并通過zoom和bilibili線上直播。

出品:南都即時

采寫:南都記者 侯婧婧

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