數學真相背後:定理的驚人路徑 [問答]

數學家塞德里克·維拉尼分享了他獲得菲爾茲獎的證明背後的真實對話、電子郵件甚至夢想

塞德里克·維拉尼的新書描述了非線性朗道阻尼數學證明的工作。如果這對你來說聽起來像希臘語,請不要擔心。這本書的主題不是數學——它與熱氣體中波的穩定性有關——而是數學家的世界。維拉尼是法國里昂大學的數學家,也是亨利·龐加萊研究所的所長,他以前所未有的方式傳達了尋找數學真理的感受。

他講述了發現新問題的核心的激動,取得突破的興奮,以及意識到自己犯了錯誤的沮喪和陷入僵局的挫敗感。他分享了自己和主要合作者之間的許多電子郵件,以及與同事的對話、自己的思考過程和計算,甚至是在夢中獲得的關於問題的見解。維拉尼采用了不尋常的方法,即不試圖翻譯討論或信件中的所有數學語言,而是逐字逐句地分享它們。儘管技術上的細微之處對於許多讀者來說是難以理解的,但看到導致該定理的一些原始文字和方程式,可以更好地傳達數學的真實運作方式。我們看到了出現的各種困難以及研究人員為應對這些困難而採用的技術,新想法的產生方式以及最終變成死衚衕的路徑。我們甚至感受到了維拉尼收到期刊拒絕發表描述該定理的論文初稿的信件時的失望,以及後來得知他因在證明方面的工作而獲得菲爾茲獎——數學界的諾貝爾獎——時的欣喜。

《大眾科學》與維拉尼談論了這本書、獎項以及數學家的生活。


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[以下是對話的編輯稿。]

這本書採用了一種獨特的方法來撰寫關於複雜主題的文章。您沒有嘗試將您所做的數學翻譯成通俗易懂的語言,而是分享了發展該定理的原始電子郵件和對話,讓讀者即使不理解所有技術細節,也能體會到研究過程的滋味。您為什麼選擇這樣做?
有兩種方法可以解釋一項技術工作。一種是用非常簡單的詞語來描述你的工作,這是通常的做法。你可以用“無序”這個詞來代替“熵”等等。另一種是展示一切,而不是給出解釋。即使這些詞語是技術性的,並且充滿了無法理解的東西,你也可以從中看到緊張的時刻、關係的時刻、憤怒、快樂的時刻。這項工作的所有這些部分都可以被看到。這解釋了為什麼我選擇保留技術部分,以便讓你感覺自己身處數學家的世界,觀察和見證正在發生的一切,而無需理解這些人究竟在尋找什麼。

有趣的是創造性過程——這是數學定理的基礎,也是所有其他創造性工作的基礎。在書中,我想確保數學家生活的所有要素都包括在內:當你旅行時,當你提交論文時,當論文被拒絕時,以及我工作時聽的音樂,我喝的茶。

這本書我最喜歡的一個方面是它展示了你和你的合作者克萊門特·穆霍之間的來回交流,這對於形成定理至關重要。數學夥伴關係像這樣常見嗎?
合作非常普遍;大多數數學是由兩位或三位作者同時完成的。人們認為數學家的工作是孤獨的活動,但這裡有一個例子,你可以看到它在多大程度上取決於合作者之間的合作。在這方面盡我所能地致敬非常重要。這本書是對我的合作者的衷心感謝。

我喜歡閱讀你為達到定理主題所走的曲折路徑。你如何選擇要研究的問題?
在數學中,這個過程可能比其他一些學科更困難,因為你沒有實驗的指導。在純粹數學中,一切皆有可能。但什麼是有趣的事情呢?決定實際上是工作的一半。

在書中可以看出,主題的選擇部分是由於偶然性。在第一章中,當我們考慮研究某個問題時,我們最終研究了另一個問題。這實際上是我們之間討論的結果。一個好的問題不應該太簡單,否則會很容易,但也不應該太難。通常,數學家考慮的問題比他們最終嘗試做的問題要多得多。這是一個複雜的過程,其中混合了你希望做什麼、你認為你能做什麼以及你與他人的互動。

您最近在研究哪些新問題?
有很多東西我想探索。我最近轉向了一個問題,這個問題表面上更簡單,但更幾何化,更純粹,與曲面變形問題有關。我認為改變主題並朝著不太受關注的方向發展是件好事,但仍然有可能出現一些非常有趣的東西。這不是數學家最重要的待辦事項清單上的內容。在我的清單上,我並沒有認為這是一個重要而豐富的問題。結果證明它是如此,這令人驚訝。很難知道一個問題最終會變得多麼豐富。在數學中,解決問題的方式至少與它解決的答案一樣重要。

獲得菲爾茲獎對您的生活改變很大嗎?
非常大,而且比例非常極端。當它發生時,我沒有意識到這一點,但變化將是巨大的。它讓我接觸到了媒體,讓我有可能與許多人聯絡,也給了我很多新的職責,可以這麼說。我做了數百場公開講座,出版了書籍,參加了數十個電視和廣播節目,所以我以一種沒有菲爾茲獎是不可能的方式出現在媒體上。

我收到了大量資金,並且我與許多公司和我的大學建立了合作關係。圍繞獎牌的所有喧囂,我能夠將其轉化為我的研究所和社群的一些實際進展。我對結果感到非常高興。該獎章由一個委員會頒發。它連線著整個世界數學家社群。我真的將這份獎勵歸功於社群。

克拉拉·莫斯科維茨《大眾科學》的高階編輯,她在那裡負責報道天文學、太空、物理學和數學。她在《大眾科學》工作了十年;之前她曾在 Space.com 工作。莫斯科維茨曾對火箭發射、太空梭升空和著陸、亞軌道太空飛行訓練、山頂天文臺等進行現場報道。她擁有衛斯理大學天文學和物理學學士學位以及加州大學聖克魯斯分校科學傳播研究生學位。

更多作者:克拉拉·莫斯科維茨
大眾科學 Magazine Vol 312 Issue 5這篇文章最初以 “數學真相背後:定理的驚人路徑 [問答]” 為標題發表於 《大眾科學》雜誌 第 312 卷第 5 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican052015-20vX05HcvQ3pAqvnvBsDI8
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