数学真相背后:定理的惊人路径 [问答]

数学家塞德里克·维拉尼分享了他获得菲尔兹奖的证明背后的真实对话、电子邮件甚至梦想

塞德里克·维拉尼的新书描述了非线性朗道阻尼数学证明的工作。如果这对你来说听起来像希腊语,请不要担心。这本书的主题不是数学——它与热气体中波的稳定性有关——而是数学家的世界。维拉尼是法国里昂大学的数学家,也是亨利·庞加莱研究所的所长,他以前所未有的方式传达了寻找数学真理的感受。

他讲述了发现新问题的核心的激动,取得突破的兴奋,以及意识到自己犯了错误的沮丧和陷入僵局的挫败感。他分享了自己和主要合作者之间的许多电子邮件,以及与同事的对话、自己的思考过程和计算,甚至是在梦中获得的关于问题的见解。维拉尼采用了不寻常的方法,即不试图翻译讨论或信件中的所有数学语言,而是逐字逐句地分享它们。尽管技术上的细微之处对于许多读者来说是难以理解的,但看到导致该定理的一些原始文字和方程式,可以更好地传达数学的真实运作方式。我们看到了出现的各种困难以及研究人员为应对这些困难而采用的技术,新想法的产生方式以及最终变成死胡同的路径。我们甚至感受到了维拉尼收到期刊拒绝发表描述该定理的论文初稿的信件时的失望,以及后来得知他因在证明方面的工作而获得菲尔兹奖——数学界的诺贝尔奖——时的欣喜。

《大众科学》与维拉尼谈论了这本书、奖项以及数学家的生活。


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[以下是对话的编辑稿。]

这本书采用了一种独特的方法来撰写关于复杂主题的文章。您没有尝试将您所做的数学翻译成通俗易懂的语言,而是分享了发展该定理的原始电子邮件和对话,让读者即使不理解所有技术细节,也能体会到研究过程的滋味。您为什么选择这样做?
有两种方法可以解释一项技术工作。一种是用非常简单的词语来描述你的工作,这是通常的做法。你可以用“无序”这个词来代替“熵”等等。另一种是展示一切,而不是给出解释。即使这些词语是技术性的,并且充满了无法理解的东西,你也可以从中看到紧张的时刻、关系的时刻、愤怒、快乐的时刻。这项工作的所有这些部分都可以被看到。这解释了为什么我选择保留技术部分,以便让你感觉自己身处数学家的世界,观察和见证正在发生的一切,而无需理解这些人究竟在寻找什么。

有趣的是创造性过程——这是数学定理的基础,也是所有其他创造性工作的基础。在书中,我想确保数学家生活的所有要素都包括在内:当你旅行时,当你提交论文时,当论文被拒绝时,以及我工作时听的音乐,我喝的茶。

这本书我最喜欢的一个方面是它展示了你和你的合作者克莱门特·穆霍之间的来回交流,这对于形成定理至关重要。数学伙伴关系像这样常见吗?
合作非常普遍;大多数数学是由两位或三位作者同时完成的。人们认为数学家的工作是孤独的活动,但这里有一个例子,你可以看到它在多大程度上取决于合作者之间的合作。在这方面尽我所能地致敬非常重要。这本书是对我的合作者的衷心感谢。

我喜欢阅读你为达到定理主题所走的曲折路径。你如何选择要研究的问题?
在数学中,这个过程可能比其他一些学科更困难,因为你没有实验的指导。在纯粹数学中,一切皆有可能。但什么是有趣的事情呢?决定实际上是工作的一半。

在书中可以看出,主题的选择部分是由于偶然性。在第一章中,当我们考虑研究某个问题时,我们最终研究了另一个问题。这实际上是我们之间讨论的结果。一个好的问题不应该太简单,否则会很容易,但也不应该太难。通常,数学家考虑的问题比他们最终尝试做的问题要多得多。这是一个复杂的过程,其中混合了你希望做什么、你认为你能做什么以及你与他人的互动。

您最近在研究哪些新问题?
有很多东西我想探索。我最近转向了一个问题,这个问题表面上更简单,但更几何化,更纯粹,与曲面变形问题有关。我认为改变主题并朝着不太受关注的方向发展是件好事,但仍然有可能出现一些非常有趣的东西。这不是数学家最重要的待办事项清单上的内容。在我的清单上,我并没有认为这是一个重要而丰富的问题。结果证明它是如此,这令人惊讶。很难知道一个问题最终会变得多么丰富。在数学中,解决问题的方式至少与它解决的答案一样重要。

获得菲尔兹奖对您的生活改变很大吗?
非常大,而且比例非常极端。当它发生时,我没有意识到这一点,但变化将是巨大的。它让我接触到了媒体,让我有可能与许多人联系,也给了我很多新的职责,可以这么说。我做了数百场公开讲座,出版了书籍,参加了数十个电视和广播节目,所以我以一种没有菲尔兹奖是不可能的方式出现在媒体上。

我收到了大量资金,并且我与许多公司和我的大学建立了合作关系。围绕奖牌的所有喧嚣,我能够将其转化为我的研究所和社区的一些实际进展。我对结果感到非常高兴。该奖章由一个委员会颁发。它连接着整个世界数学家社区。我真的将这份奖励归功于社区。

克拉拉·莫斯科维茨《大众科学》的高级编辑,她在那里负责报道天文学、太空、物理学和数学。她在《大众科学》工作了十年;之前她曾在 Space.com 工作。莫斯科维茨曾对火箭发射、航天飞机升空和着陆、亚轨道太空飞行训练、山顶天文台等进行现场报道。她拥有卫斯理大学天文学和物理学学士学位以及加州大学圣克鲁斯分校科学传播研究生学位。

更多作者:克拉拉·莫斯科维茨
大众科学 Magazine Vol 312 Issue 5这篇文章最初以 “数学真相背后:定理的惊人路径 [问答]” 为标题发表于 《大众科学》杂志 第 312 卷第 5 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican052015-20vX05HcvQ3pAqvnvBsDI8
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