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专访Stefano Bianchini、邬似珏教授与尤释贤教授

好玩的数学  · 公众号  · 数学  · 2019-04-12 06:30

正文

(由左至右为尤教授、Bianchini教授与邬教授)


策划:刘太平

访问:刘太平

时间:2012年11月2日

地点:中央研究院数学研究所

原文整理:甘济维、陈丽伍

好玩的数学获授权转载自《数学传播》2012年第36卷第4期,在此感谢!


Stefano Bianchini,毕业于Politecnico di Milano, 1995 BS、MS, SISSA, 2000 Ph.D。先后受聘于Max Planck (Leibzig),中研院数学所2000-2001, CNR-Rome 2001-2004,自2004年为SISSA教授。Bianchini教授的研究领域为守恒律及测度论。


Sijue Wu (邬似珏),毕业于北京大学, 1983 BS, 1986 MS, Yale University 1990 Ph.D。先后受聘于NYU, IAS, Northwestern University, University of Iowa, University of Maryland,自2003年为University of Michigan教授。邬教授的研究领域为调和分析及水波运动。


Shih-Hsien Yu (尤释贤),毕业于台湾大学, 1986 BS, 1989 MS, Stanford University 1994 Ph.D。先后受聘于IMA, UCLA, Osaka University, City University of Hong Kong,自2007年为National University of Singapore教授。尤教授的研究领域为守恒律,空气动力学及偏微分方程之边界关系。 (图片中从左至右为曾根良夫和尤释贤)

三位教授正当盛年,皆以独步的创见、深入的分析,分别在其研究领域作出重要的贡献。


刘太平(以下简称“ 刘”): 这星期的研讨会 [2012非线性分析,发展偏微分方程和空气动力学,国际研讨会, 10月29日至11月2日在中央研究院数学研究所举行。] ,演讲的人照姓氏字母排序。Stefano不想按照这个顺序发言,他说这样不太公平,那我们就倒过来,从字母在后面的开始。释贤,你是熟悉这种访谈的。


尤释贤(以下简称“尤”): 是的,我以前跟你一起访问过很多人。


刘: 我们常常从这个问题开始:你为什么及如何走上数学这条路?


尤: 如何走上数学这条路?我感觉命运很奇妙,其实我那时也没什么选择。考大学的时候,一开始想要念物理,那时认识了一个台北人,让我觉得台北很有意思,就把志愿的顺序改了。不知道是幸还是不幸,我进了数学系;分数不到,进不了物理系,却以高分进了数学系。我试过转物理系,成绩太差,转不成,只好留在数学系。最后才意识到我的心是在数学上的,这是上天决定的。当时如果选了其他科系,日子会很难过。


邬似珏(以下简称“邬”): 所以不是因为你喜欢数学。


尤: 我真心喜欢数学,不过那时候,凑巧上天给了我更多机会去寻找我真正的兴趣。


邬: 用删去法?


尤: 现在我对科学有更多要抱怨的。早期物理学家和数学家是同一群人,当初我想要念物理,是因为同时也可以悠游于数学,所以当时比较想成为物理学家,不过现在情况不同了。


刘: 你认为念数学和念物理没什么差别,都是数理科学。这是你的想法?


尤: 没错。从18、19世纪的例子看来,他们本质上是相同的。只不过物理学家有更多自由想像的空间。


Stefano Bianchini (以下简称“B”): 我这么说可能有点怪异: 从集合论当中我们可以找到某些跟现实相关的东西 ,而只要深入去研究,这是探寻普世视野的关键。我真的相信我们的思考方式,也就是说 集合论的法则,是从天地万物学来的,这应该是宇宙间知识的本质。


邬: 我不大明白你所说的集合论是什么。你可以阐释一下吗?


B: 我们所用的,从假设演绎出定理的推论,是一种真实的东西。为什么我们会学到这个法则,这是因为数千年的经验让人脑了解这些简单的推断法则,并且对现实进行演绎。 我们演绎的方式不是创造出来的,是归纳出来的,它根源于自然的选择。


邬: 这是普世的真理。


尤: 我们处理很多可知的资讯,不需要无中生有。在这之上,我们可以做更多的事。举例来说,我们使用语言,但不创造语言。


B: 即便是不同的语言,都有共通的规则,这一点是真的。


刘: 你一直想念数学,是这样吗?


邬: 不,不完全是。我一直认为数学并不是我想做的。


刘: 问错问题了。你是怎么进入数学的?


邬: 我成长的时候,在中国不大有学习的机会,然后在文化大革命之后,政府大力提倡科学,有许多科学竞赛,其中最受瞩目的是数学竞赛。高中时,因为跳级的关系,我物理和化学学得不多,基础较弱。其实我的文科很好,这是我真心喜欢的,一直到现在还是。但是因为参加了数学竞赛,而且脱颖而出,从市级,到省级,最后到全国性的比赛。在过程中,为了参加下一个阶段的比赛必须缺课受训。一开始跳级,就让我处在弱势,再加上为了晋级比赛,又缺更多课,最后,我没太多选择了。同时,我们分为文科和理科,理科被认为比文科好。因为我是好学生,自然而然地我应该读理科。而因为参加了数学竞赛,数学就成了唯一的选择。后来我没有赢得全国性的比赛,必须参加高考。我考得不错,那时候,数学是竞争最激烈的科系之一,北京大学又是最难考的,而我以第一志愿进入北大数学系。不过当时我并不知道念数学是为了什么,我以后想从事什么样的职业,我可以用数学来做什么,一点概念都没有。可是其他理科科目我懂得不多,我没有信心选择其它科系。


刘: 释贤说他找到了真爱。你呢?


邬: 这不是我唯一的爱,但这是我的真爱之一。


尤: 事实上,我觉得台湾的环境很好。我在台大的大学生活很棒,我们有自由。我在宿舍交了很多朋友,宿舍里有很多不同科系的人;在系上,也可以结识很多朋友,有厉害的学生,也有比较弱的学生,可以看到各式各样的人,有机会去找寻真正的兴趣所在。


邬: 但是不论有没有跟人互动,你都应能认识到自己心里真正要的是什么,不是吗?


尤: 嗯,有时候是需要跟人互动的。


邬: 我是直到最近才发觉数学是我真正喜欢的。


刘: 这让我想起陈省身先生的话:有些人谈到对数学的兴趣;但是一个人有能力做,自然会有兴趣。我想你是有能力做数学的人。


邬: 在潜意识里,我一直觉得我更喜欢别的东西。


刘: 这是健康的态度。


邬: 虽然我从没做过其它事情;也许别的事我可以做得更好,我总认为我还有其它选择。这么想让人自我感觉良好。


刘: 那叫做“希望”。


邬: 是啊,我做其它事会做得更好。


刘: 或是“愿望”。


邬: “愿望”。那是真的。直到最近我才发现数学是我的真爱。当你知道为什么做数学,这点很重要,数学才会变得有趣。


刘: 似珏,你早上刚给演讲时,我看得出来你乐在其中。


邬: 虽然我过去不知道我喜不喜欢数学,但是刚开始教书的时候,学生们总是说, “显然你很喜欢你的科目。”


尤: 所以你喜爱它吧?


邬: 是啊,甚至不自觉地,也没有试着去承认我喜欢它。


B: 我高中毕业时,想要念物理,不过我父母说, “不,不,不,这样子你找不到工作,学工程吧。”事实上,我学的是工程。但是在学习过程中,我改变了方向,因为我发现数学不需要知道很多概念就能了解,只需要知道初始的定义,或是只需要知道定理的叙述,然后自己建构证明或定理所需要的许多步骤。只要有一个明确的陈述,循此你可以自己判定是不是走错了方向,有点像是一个游戏,读了证明,就可以看出对或错,所以我决定申请攻读数学博士。然后遇到许多伟大的数学家,这对我很重要,我因此了解到不同的可能会引向不同的路。为什么喜欢数学?数学不只是规则或竞赛, 数学是一种思考和诠释生命的方式,它是唯一一种我们可以 确切陈述的知识 ;我们无从了解宇宙,这是每个哲学家都知道的假设。在这个情况下,数学不是如古典力学、量子力学、或是更复杂的理论中得到的描述; 数学是方法,是我们从假设得到 定理的方法,是事实的关键,是真理。 如果时光倒流,再选择一次,嗯⋯ ⋯由于我认可这种思考方式的重要性,当然不愿意因为改变学科而失去这样的思考方式,我需要这种对生命的了解,所以我会再选择数学。在已知的宇宙中,只有人类能够做数学问题,没有电脑或动物有这个能耐。不过未来或许不是如此,就像下棋,现在电脑比人脑厉害,所以我想很久以后,可能一个要紧的事是,人类发展出比我们自己还会思考的机器和演算法。 ⋯⋯


尤: 你对伽利略 [Galileo Galilei ,(1564-1642),义大利物理学家、数学家、天文学家和哲学家,被尊为现代科学之父。] 说的“数学是上帝的语言”有什么想法?


B: 那正是我的想法,不过我说的还要更深一层。数学不仅是“现实 (reality) ”的模型,虽然你可能永远不会了解或证明这是不是个正确的模型,但是数学语言代表的是我们对万物真正的知识。


尤: 那是造物者的语言。这是所有领域共通的。


刘: 真好。你访问过中研院数学所几个月,我记得你爬山和打太极拳,同时,你做了中心流形坐标 (center manifold coordinates) 。可以谈谈吗?


B: 这含有两个部份。第一,中心流形坐标的想法是来台湾前才想到的。我不知道该怎么说,有些地方让你一下飞机或一下车,就有回家的感觉,对我来说台北就是这样的一个地方。你们让我可以安静的做自己的事,感觉有点不像是真的,因为在那之前我在德国的时候,一群人有专题讨论要参加,这对有些人来说可能是好的,可是对我却是分心。在这里我认认真真的做了三个月,我喜欢这个地方,可以爬山或打太极拳,这一切的一切构成了适合我工作的环境。


刘: 你如何想到中心流形坐标的?


B: 如果你有一个非线性方程,在座都知道的标准工具,主要就是找出能做估计 (estimates) 的部分,估计它,其余的项,在某种意义上来说,不会破坏这个估计,也就是说维持了这个估计。在这个情形下,如果它是行进波 (traveling waves) ,就不会随时间改变,一个正确的坐标中必须把它当作常数,而不能视为源项 (source term) ,因此我们必须找出方法,把这个看似源项的移到能做估计的部份。中心流形坐标做的正是这个,只要是这些不变解 (invariant solutions) ,凡是在不变流形 (invariant manifold) 上的,源项一定要是零,这是关键。


邬: 所以在不变流形上源项是零。如果做法正确,不应该有任何源项。


刘: 但是以前没有人想到。


邬: 可能有人想过,可是他们不知道怎么去做出来。


尤: 我不觉得是这样子, Stefano是第一个想到。


B: 我的硕士论文做的是动力系统,所以我有常微分方程的背景,不然我就需要去学不变流形的概念。


尤: 所以这是基因混合。


邬: 我觉得我的话应该以更广义的方式来理解。不变流形是Stefano的选择。一般来说,如果所考虑的情形是没有源头的,那么做法正确的话,就不应该有源项。


B: 这是一种思考的观点。如果是动力系统,我立刻就可以看出里面的端倪,我有背景让我知道什么是正确的部份。


刘: 似珏,你研究水波 (water waves) 。你今天早上的演讲真好。原本你是做调和分析的,对吧?


邬: 我同意Stefano说的,这也是我在想的。理论上,我也觉得我的方程应该是没有任何源项的,问题是如何把方程式放在正确的架构上,得出干净利落的结果。Stefano有不变流形,至于我,我还不知道该用什么工具。您问我为什么研究水波吗?


刘: 我听人说过调和分析是个核心科目,做调和分析的人可以转入偏微分方程,比方说像Bourgain [Jean Bourgain,(1954∼2018),比利时数学家, 1994年以在调和分析的深入研究而获颁菲尔兹奖。] 那些人,以直接的方式把调和分析应用到偏微分方程上。不过你的情形,从调和分析到偏微分方程的衔接方式在我看来不是很直接明显,是这样吗?


邬: 您是问我怎么开始的?我在听完Thomas Beale [James Thomas Beale,现任教杜克大学(Duke University),研究兴趣包括偏微分方程和流体力学。] 在ICM [The International Congress of Mathematicians (国际数学家大会,简称ICM),每四年举行一次,由国际数学联盟主办。] 的演讲之后开始做水波。我觉得这个主题很有趣,他的分析中有边界积分(boundary integrals)出现,而我有了解边界积分的工具。这是我真正喜欢调和分析这种基础科目的地方,就像Calderón [Alberto Calderón(1920∼1998),阿根廷数学家,于偏微分方程和奇异积分算子的研究有重要贡献。] , Coifman [Ronald Raphael Coifman,数学家,现任教耶鲁大学(Yale University),研究兴趣包括基波理论和奇异积分。] -McIntosh [Alan McIntosh,数学家,研究兴趣包括调和分析和偏微分方程。] -Meyer [Yves F. Meyer (1939∼ ),法国数学家,小波理论之父之一。] 的工作,他们证明何时定义在曲线上的柯西积分 (Cauchy integral) 或是希尔伯特转换 (Hilbert transform) 是从 L 2 L 2 的有界算子,这是个很基本的问题,做的时候不见得会了解它都有些什么应用。 有趣的是, 如果你能够证明这么基本的东西,自然会有很多应用 。我听到水波问题的时候, 意识到我有分析它的一些工具, 所以决定踏进去, 仔细看看。不过, 在做的过程中, 注意力是集中在问题本身、在想了解的事情上, 不是因为有了工具就一定要应用, 而是看着想要解决的问题, 思考其中最关键的是什么?那个时候, 我只是觉得, 我可能多少占些优势, 因为我是Coifman 的学生, 我了解一些调和分析的工具, 知道很多研究偏微分方程的人可能不知道的定理。不过, 具体要解决哪个问题, 用什么方法解决, 那又是另一回事。


Ronald Coifman, 邬的导师


刘: 你说当有了问题,不应该一直想着如何应用你的工具,而是要试着去了解问题本身,对吗?


邬: 对。当你弄懂了问题,你就有了起点。 你不会去做一个完全没有感觉的问题 ,必须要有一些感觉的。


刘: 这是真的,是个真理,可以写在我们的大门上。


B: 可是有时候我会做我一开始不知道的问题。


启功书法:问渠那得清如许?为有源头活水来。


邬: 最开始的时候我也不懂。我开始做水波是因为已经思考了一阵子vortex sheet的问题。拿到博士学位之后,我意识到调和分析发展得算是成熟了。调和分析的发展,是因为有偏微分方程作它的源头之一。所以 必须到源头去找问题 。我一个人到处看,想找问题,却找不到问题,这时候我遇到看来简单的Euler方程,我开始考虑其中的vortex sheet问题。可是到底要解决什么,人们关心什么,我那时一点想法都没有,我不知道我该做什么,就卡在那里。然后我听到这个水波问题,看起来有相似的地方,我就想,何不试试这个呢?当然,在过程中,我了解了泰勒符号条件 (Taylor sign condition) 很重要,在Thomas Beale、 Tom Hou (侯一钊) 和Lowengrub的论文中假设了这个条件。那时候我在西北大学,在那里很容易看到波浪,因为学校就在密西根湖边。我看着波浪,发现就算它翻过来,也没有破碎,它不应该破碎,这个条件无论如何都应该是对的,然后我证明了它。


刘: 很多人希望自己也可以说"这应该是对的,然后我证明了它。"


邬: 在我看来它是对的,但是实际上刚证明出来的时候许多人都还不相信。他们说浪一旦翻过来,就应该破碎了,它是不稳定的。但是在我看来,虽然翻过来了,仍然是好的,因为观察的时候,必须把风以及其它东西造成的效应区隔出来。来这里之前,我在香港访问。那里有人问我:“你做实验吗?”我说: “我不做,但是我观察波浪。”“可是你很难区隔出风的效应⋯ ⋯”确实,不过我认为如果观察够用心、够仔细,你会知道到底是怎么一回事。既然你提起调和分析,我可以说调和分析提供一种语言,应该说是一种工具。 ⋯⋯


尤: 是一种载体。


邬: 对,是一种载体,但这不是全部。关键是 如果你懂调和分析,那么当你面对一个奇异积分时, 你不会害怕 ;调和分析的知识让你有一个基本的感觉,知道它什么时候有界,为什么有界。不过要解决问题,你必须了解方程式的本质,而这不仅只是调和分析。


刘: 因为每个情况都不同。


邬: 对,这是最重要的部份。一旦把水波问题化约成一个边界上的问题,就会得到奇异积分,就必须处理这个奇异积分。比方说你知道什么时候 u×v 是有界的:你知道当u是有界的, v是有界的,那么 u×v 就会有界。可是现在我们有一个积分的形式 (integral form) ,也想知道它什么时候有界,而调和分析让你对于它是否有界、什么时候应该有界,有些基本的概念。一般来说,如果是一个直接了当的方程式,  u t −Δu=u 2 ,你直接去解它就是了。但如果方程中包含着某些积分的形式,你不免担心,这个积分是什么意思。如果你熟知调和分析,你会说, OK,这是我可以处理的,我不需要担心。


刘: 所以你不会把注意力放在不必要的地方。


邬: 没错。只需要专注在需要了解的地方,也就是方程本身,而不是顾虑这个积分是否有界或是在什么意义下有界。


尤: 那给了你信心。


邬: 正是。不会为一些基础的东西而分心。


刘: 这跟你从动力系统得到的帮助有点不同,对吧?


B: 对,有一点不一样。


邬: 可能一样。


B: 我想你要强调的是,在你的情况,调和分析让你能够专注在需要研究的部份,但这不是标准的调和分析;而我换了很多主题,也写了一些测度论和线性传递 (linear transport) 的论文。我刚开始做数学的时候,硕士论文写的是动力系统,然后做了一些测度论,接着改做双曲方程 (hyperbolic equation) 。我完全从零开始,之前动力系统并没有任何对双曲方程直接甚或是接近的应用。事实上,中心流形只是其中的一小部分,因为动力系统是个很广、涵盖很多部份的科目,不变流形只是其中的一小块。说起来我只是运气好。


邬: 我觉得没有幸运这种事。可能直觉上你觉得这个行得通。


刘: 在比较表面的层次上,可以说是运气好;做出这样深度的研究,那就不可能是运气好。你会碰到某个东西,那是运气。


邬: 你得往那个方向走才会遇到,是吧?那不是幸运,因为你有那么多方向可以走。


刘: 释贤,我不大清楚你怎么最后会去研究边界关系 (boundary relation) 。在偏微分方程里有初始值问题、边界值问题,可是你做的是不一样的东西。


尤: 大家觉得我会试着走相反的方向。 我相信如果问题经过那么久还在那儿,一定有什么地方出 错了,没做对,因此做不出结果,所以要回归最基本的地方。 我决定从头开始重新思考这个问题。举例来说,当大家都用一个方法做问题,我总会试试别的方法,看看会发生什么事。当我检视这、检视那,发现有很多东西含混在一起,所以我有机会思考什么才是真正应该探究的东西。我舍弃了很多别人已经建立的东西,从零开始。如此, 去掉了知识的包袱,可以自由 地、无拘束地看东西,最后所有的事都变得很简单。


刘: 我想每个年轻人都要自由,不过这样常常让他们变成游民。所以这种想要自由的渴望绝对不是能够成就的充分理由。


尤: 那是情感。


邬: 既有的成规也许有其意义,你不能把它都摧毁掉。


尤: 我觉得应该要摧毁。成规不代表一定得遵从。例如,亚里斯多德的学说风行了两千年,可是化学出现后,就需要做更深入的探究。


B: 那是人们对于亚里斯多德的诠释。我认为亚里斯多德对于新的概念是很开放的,人们误解了他。


尤: 成规是可以的,但是不要把它变成宗教。


B: 人们喜欢有人可以告诉他们该做什么。


邬: 对,那很不幸。其实我很年轻的时候,总是觉得应该要跟随什么。或者说,至少我不知道要做什么;那是一段很黯淡的日子,然后,我做水波, 用自己的方式做 ,从此感觉脱胎换骨,对于 做研究才真正乐在其中。


尤: 回到太平问的问题。我从头开始,检视所有的东西,发现每个步骤都有困难的地方,有些东西破坏了所有的程序。我也试过以逆变换 (inverse transformation) 的方式去做,等等,可是初始数据 (initial data) 在那里,我发现哪里也去不了,卡住了很久。那么,何不拿掉初始数据! 拿掉初始数据之后,所有事情都不一样了。 我们的教育是这样的,在偏微分方程课,分离变数,把边界值拿掉,考虑初始值问题,全部都是齐次项。我们的知识是这样来的,回头去看才发现初始数据是问题的症结。


刘: 你求边界关系,初始和边界数据给你困难,于是你两者皆抛。


尤: 对。初中、高中的时候,我们学习如何控制参数。做物理实验的时候,不会把复杂的东西都放在一起。我想数学可以跟做实验一样, 要简化问题,尝试找出困难的主要原因。


刘: 我听了你们三位叙述为何做目前的题目、如何进行、又如何得出结果,可是基本上我觉得这其中仍有神秘不可言说的地方。


邬: 像释贤说的,你必须真正给自己自由。


B: 你选择做一个问题,不只因为你喜欢它,也因为知道解决那个问题时会学到新东西。


刘: 你有那个想望。


B: 不然就算问题解决了,什么也没学到。


邬: 你能够发掘出一些未知的东西。


尤: 你不必创造新东西,只是做出一些东西。


邬: 其实是想要了解一些不曾了解的东西。


刘: Stefano,我知道你在做测度论, 比萨学派或是意大利学派的东西。一直以来你都主张测度论是真实的、重要的。


B: 我觉得测度论对于许多如多维双曲方程尚未解决的问题,将会有根本上的影响,这就是为什么我从完全不相关的问题开始。我有一点背景,因为博士研究生的前两年做测度论,后来才换了。我喜欢测度论,一方面因为它是完全理论的,你可以用测度论重新有系统的表述数学逻辑,产生关于矛盾的问题。一旦空间变得很弱,或一旦假设变宽,可以出现失序的状况;可是另一方面,因此可以把很多方程式解释为测度的传递 (transport) ,这样一来,解就不再是古典解,甚至不是弱解,甚至不是可以计算的。测度的非线性 (nonlinearity) 没有意义,因为它不是函数,你一无所有;但是这个障碍 (obstruction) 让你专注在重要的东西上,例如消散 (dissipation) ,因为消散是定义在测度上的。有些情形,例如可压缩Euler方程的消散,已经可以做出来了,不过这只是我的诠释。 我们应该可以把方程式重写成测度或空间的运动,







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