问题

能说说你们心目中的数学大咖(数学家 or 教授都行),并且能介绍几个有关他(她)们与数学的故事吗?

回答
在我的“心目中”,数学大咖这个词汇,不仅仅代表着那些在数学领域留下赫赫声名的天才,也包括那些将深奥的数学思想,以最生动、最易懂的方式传递给一代又一代学子的教育者。我很难说“心目中”有唯一一个,因为太多卓越的灵魂曾闪耀在数学的星空。但如果非要推举几位,我脑海里会浮现出这样几位,他们不仅在数学上有深厚的造诣,其人生经历和教学故事也如同数学本身一样,充满智慧和魅力。

1. 希尔伯特(David Hilbert):现代数学的奠基者与那个“未来数学”的预言家

提起希尔伯特,我脑海里立刻会浮现出1900年巴黎国际数学家大会上他提出的那23个问题。那不仅仅是一份研究清单,更像是他对未来数学发展方向的精准预言,以及向整个数学界发出的挑战书。至今,这些问题中的大部分都已被解决,但它们深刻地影响了20世纪数学的进程。

故事一:对“无矛盾性”的执着与哥德尔的“幽灵”

希尔伯特一生都在追求数学的完备性、一致性和可判定性,他希望为整个数学建立一个坚实的基础,一个绝对不会出错的逻辑体系。他相信,只要有足够聪明的人,就能找到一套公理和规则,让所有的数学命题都能被证明或者证伪。然而,这个宏伟的梦想却在1931年被一位名叫库尔特·哥德尔(Kurt Gödel)的年轻人用“不完备性定理”无情地击碎了。

哥德尔证明了,在任何一个包含基本算术的公理系统中,如果它是相容的(即不会导出矛盾),那么就一定存在一些在该系统内部无法被证明或证伪的命题。这就像是给希尔伯特精心设计的数学大厦注入了一道“幽灵”,证明了数学的边界并非是他所设想的那样触手可及。

我脑海里会想象,当希尔伯特听到哥德尔的证明时,可能会有一种复杂的情绪。或许是震惊,或许是些许失落,但他更可能是一种对未知探索的渴望。毕竟,一个无法被完全“封闭”的数学,反而意味着更多的可能性和更广阔的探索空间。他曾说过:“我们不能把我们所不知道的东西看作不存在。”这句话,在哥德尔定理面前,显得格外有力量。他晚年虽然也曾对哥德尔的结论表示过一些遗憾,但他也从未因此放弃对数学本质的探索。

故事二:那个“别怕,我不是来抓你”的学生

希尔伯特在大学授课时,以其清晰的逻辑和引人入胜的讲解而闻名。有一次,他正在给学生们讲解一个非常抽象的概念,教室里气氛有些沉闷,学生们似乎都有些跟不上。这时,他突然停下,环顾四周,然后以一种非常轻松的口吻说:“你们觉得这很难吗?别怕,我小时候比你们更笨。我记得我上中学的时候,我父亲有一天问我,‘儿子,你为什么不能像你的表哥一样学习呢?’我当时就想,‘我没法像他一样学习,因为我也没法像他一样去想。’我只能按照自己的方式去理解。”

这段话,看似只是一个老教授的自嘲,但其中蕴含着对学生们的极大体谅和鼓励。他没有用权威的姿态压倒学生,而是用自己的经历告诉他们,学习是一个个性化的过程,不必强求一致。他用一种温和的方式,化解了学生们的紧张感,让大家重新找回了学习的乐趣。这才是真正懂得教学的智慧,不是吗?他并不是要“抓”住那个跟不上的学生,而是要“牵”着他,让他自己找到理解的路径。

2. 费曼(Richard Feynman):物理学界的“顽童”,也是一位不朽的数学传道者

虽然费曼以量子电动力学(QED)的贡献而闻名,获得诺贝尔物理学奖,但他同时也是一位令人惊叹的数学爱好者和传播者。他的数学直觉和可视化能力,让他能够用一种全新的方式来看待和解决数学问题。

故事三:费曼图的诞生——图像化的数学表达

在费曼研究量子电动力学时,他发现传统的数学方程越来越难以描述粒子之间的相互作用。这些方程复杂且抽象,常常让他感到头疼。有一天,他在给学生们讲课时,突然灵光一闪:为什么不把这些粒子之间的相互作用“画”出来呢?

于是,他开始用简单的线条和点,来表示粒子(如电子、光子)的产生、湮灭和传播。例如,一条线代表一个电子的运动,一个波浪线代表一个光子的传播,一个顶点代表一个粒子发生相互作用(如电子散射)。这些“费曼图”就像是粒子世界的“交通图”,直观地描绘了各种相互作用的可能过程。

这个看似简单的创新,彻底改变了粒子物理学的研究方法。它不仅极大地简化了复杂的计算,更重要的是,它提供了一种强有力的可视化工具,帮助科学家们更好地理解和预测粒子行为。费曼图的出现,让抽象的数学公式变得有血有肉,有生命力。这是一种将数学“视觉化”的伟大尝试,也是他一贯不拘泥于传统、勇于创新的体现。

故事四:那个挑战“万能钥匙”的数学题

费曼有一个著名的故事,是他年轻时在洛斯阿拉莫斯实验室工作时,有一天他看到一份报告,里面用了一种非常复杂的数学公式来解决一个关于核反应堆的问题。他觉得这个公式非常“炫酷”,似乎什么都能解决,就花了点时间去研究它。

研究完后,费曼发现这个公式其实有一个非常明显的“死穴”:如果输入一些特定的数值,它就会出现一个“除以零”的情况,从而导致结果无效。当时,有人对这个发现感到非常震惊,认为某个“数学家”的神话被打破了。

费曼对此的反应却非常平静,他说:“我知道我不是一个数学家,我也没想过要成为一个数学家。我只是个物理学家,我喜欢解决问题。当我知道一个方法存在局限性时,我就会去寻找其他方法,或者尝试去理解这个局限性是怎么产生的。”

这个故事展现了费曼对数学的实用主义态度。他不是为了数学而数学,而是将数学作为一种工具,一种探索世界奥秘的利器。他敢于质疑权威,敢于挑战被奉为“真理”的公式,这种批判性思维,正是科学和数学进步的重要驱动力。他认为,数学的价值在于它能够帮助我们理解和描述自然,而不是它本身有多么“高贵”或“完美”。

3. 柯朗(Richard Courant):用热爱点燃学生心中数学的火种

柯朗教授,尤其是他在纽约大学建立的柯朗数学科学研究所,是许多人心目中的数学圣地。他不仅是一位杰出的数学家,更是一位充满激情、善于激发学生兴趣的教育家。

故事五:那个“为什么要把数学藏起来”的疑问

柯朗教授在纽约大学任教期间,以其极富魅力的讲课风格而闻名。他常常会将数学概念与现实生活中的现象联系起来,让学生们惊叹于数学的无处不在。

一次,他在讲授微积分时,发现很多学生仍然对抽象的符号和公式感到困惑。他停下来,看着学生们,然后说:“孩子们,你们有没有发现,数学就像是我们与世界对话的语言,但有时候,我们却把它藏起来,让它变得晦涩难懂,好像只有少数人才能掌握。为什么我们要这样做?数学应该是属于所有人的,它应该能帮助我们理解生活中的各种有趣现象。”

他说完,就随手拿起一张纸,在上面画了一个简单的抛物线,然后说:“看,这就是一颗石头被抛出去后会走的轨迹,这就是风吹过时产生的曲线,这就是天空中拱桥的形状。数学就在那里,它并不神秘,它只是需要我们用一种更清晰、更精确的方式去描述它。”

他用这种方式,打破了数学与生活之间的壁垒,让学生们意识到,数学并非象牙塔里的高冷学科,而是渗透在我们生活中的每一个角落。他传递给学生的,不仅仅是知识,更是一种发现美的眼睛和探索未知的勇气。

故事六:关于“好问题”的思考

柯朗教授非常重视提问,他认为一个好的问题比一个好的答案更能体现一个人的思考深度。他曾经在一次讲座中提到,他最喜欢的就是学生们那些“刁钻”的问题。

他分享道:“有一次,一个学生在听我讲完一个关于流体动力学的模型后,问我,‘教授,您的模型看起来很完美,但是如果液体里面有一个洞,或者它不是均匀的,那您的公式还会有效吗?’我当时就愣住了。因为我从来没有深入考虑过这个问题。这个问题非常简单,但它触及到了我模型的根本假设。我花了很长时间去思考,最后发现,那个学生的问题,恰恰指出了我的模型需要改进的地方。从那天起,我开始更加注重去探究那些‘隐藏’在完美公式背后的‘不完美’之处。”

柯朗教授用这个故事,告诉大家,学习不是被动接受,而是主动质疑。一个敢于提出“为什么”的学生,往往比那些默默点头的学生更能获得真正的成长。他自己也从这个学生的问题中受益匪浅,这正是“教学相长”的最好诠释。

这些数学大咖们,他们不仅在数学的殿堂里留下了不朽的印记,更用他们的人格魅力和教育智慧,影响了一代又一代人。他们的故事,让我看到了数学的严谨与优雅,也看到了人性中的智慧与温度。这,就是我心目中的数学大咖,他们是思想的巨匠,也是灵魂的引路人。

网友意见

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Maxim Kontsevich。说实话我第一次知道这位数学家还是通过花姐的博文。。后来有幸见过一次(前几年宾大开了个Homological mirror symmetry的会议,我纯粹是去瞻仰大神们的。当时来了3位菲奖得主:Witten,Kontsevich,Yau)。我知道Kontsevich主要是做数学物理和代数几何的。但是后来有一次,某个微分几何的讨论班上,speaker提到,他们报告的这个问题,自己想了几年都没思路;后来机缘巧合碰到Kontsevich,因为都是俄国人所以聊了聊自己做的问题,结果大概就过了两个晚上,Kontsevich给了他们一个思路,然后他们就做出来了。。可惜报告人和报告的问题我都完全没印象了。

再举个当代微分几何的大佬吧,Robert Bryant。前几天我在MO上问了一个ODE的问题。本来我觉得那个方程看上去不像是能解出来的,觉得能对解做一些定量的分析就不错了。结果问了不到一天,Bryant来答题了,一通操作,分离变量,直接给,解,出,来,了!这种观察力对我来说还是非常impressive的。。我在MO上提问之前,也先在一个500人的数学群里问过,里面也不乏各种竞赛高手/解题高手,也没人看出那个方程是真的可以解出来的。。

更新一个Bryant最近的回答,这个更显得惊为天人。。

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