朗蘭茲綱領:一項偉大的數學工程—新聞—科學網

2021-01-07 科學網

 

◎開欄語

自2014年「率先行動」計劃實施以來,中國科學院認真貫徹落實習近平總書記提出的「三個面向」「四個率先」要求,把實施「率先行動」計劃作為重大政治任務和重大科技任務,在科技創新發展、國家創新人才高地建設、高水平科技智庫建設、一流科研機構建設等方面取得了重大進展和突出成效,全面完成了「率先行動」計劃第一階段目標任務,在我國創新型國家和科技強國建設中起到了引領帶動作用,為2030年全面實現「四個率先」目標打下了堅實的基礎。

本報今起開設「『率先行動』計劃」專欄,圍繞面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向國民經濟主戰場所取得的一批重大科技成果和標誌性進展,展現積極探索、勇於擔當的中科院力量,為深入實施第二階段「率先行動」計劃及引領科技強國建設提供借鑑。

■本報見習記者 韓揚眉

提及21世紀最重大的數學問題,朗蘭茲綱領必定榜上有名。它已是當今基礎數學中非常活躍的研究方向,國際上幾乎所有數學研究機構和頂尖大學的數學系都有人在研究。

自上世紀末以來,朗蘭茲綱領研究在中國科學院數學與系統科學研究院(以下簡稱數學院)逐步發展起來。近年來,在中國科學院「率先行動」計劃的支持下,數學院已經擁有一支年富力強的朗蘭茲綱領研究團隊,並在朗蘭茲綱領及相關重大問題研究中取得重要突破。

不拘一格 組建最強戰隊

1967年,年僅30歲的加拿大數學家羅伯特·朗蘭茲在給美國數學家安德烈·韋伊的一封信中,提出了一組意義深遠的猜想。這些猜想指出了三個相對獨立發展起來的數學分支:數論、代數幾何和群表示論,實際上它們是密切相關的。

這些猜想現在被稱為朗蘭茲互反猜想,而後演變成朗蘭茲綱領,被稱為數學界的「大統一理論」,在過去幾十年裡對數學的發展產生了極大影響。

研究朗蘭茲綱領,需要一支兼具數論、代數群、李群表示論和代數幾何專長的研究團隊。作為頂尖的國立數學研究機構,數學院發展出了這樣一支享譽全球的年輕隊伍。

團隊成員孫斌勇於2019年當選中國科學院院士。他與合作者解決了典型群重數一猜想,以及典型群Theta對應理論中兩個最基本問題:守恆律猜想和對偶猜想,後又以自己博士論文裡的結果為基礎證明了Kazhdan-Mazur非零假設。

他的研究成果被國際同行稱為「孫的突破」「使關於L函數特殊值研究領域更加引人矚目」;被美國《數學評論》評價為「該領域最根本的定理之一」。

然而,孫斌勇在2005年加入數學院時僅有一篇博士畢業論文,且尚未發表,只是他的學術潛力得到了多位頂尖數學家的認可。他回憶時表示,時任數學研究所所長周向宇院士約見他時,只是聊了聊未來前景和他的研究興趣,並沒有很正式的面試。

為引進最優秀的年輕人,數學院還充分發揮國內外頂級數學家引薦作用。2016年初,31歲的萬昕正考慮回國,普林斯頓大學教授、著名華人數學家張壽武一直密切關注著萬昕的研究,並向他推薦了數學院。同時,張壽武也向楊樂、丘成桐兩位數學家寫信推薦這位年輕人。

隨後,數學院立刻組織專家多方位評估萬昕的科研潛力。楊樂和丘成桐還與院領導反覆討論為萬昕爭取更適宜的科研環境,儘可能解決其後顧之憂。很快,萬昕接到了數學院拋來的「橄欖枝」,他加入並成為了數學院朗蘭茲綱領研究團隊的骨幹成員。

在數學院,萬昕的創造力被持續激發。他證明了更為一般的非正規情形下秩為0與1時的BSD公式,被法國學者稱為是這一重大數學問題發展歷程中的「皇冠性成果」。

通過這種方式,朗蘭茲綱領團隊還引進了鄭維喆、田一超、申旭、胡永泉等傑出青年人才。他們在各方向上都取得了為國際同行所認可的重要成果,團隊被稱為國際上同領域最強的青年研究組之一。

「純粹」環境 營造最佳氛圍

「優良的傳統、寬鬆自由的科研環境、濃厚的學術氛圍、一流的團隊。」團隊青年研究員申旭告訴《中國科學報》,這是他過去在數學院交流訪問時的真切感受,也是回國後選擇數學院的重要原因。

申旭博士畢業於巴黎第十一大學,2015年加入數學院開展關於朗蘭茲對應幾何實現的研究。在數學院5年,他當初的感受並未發生改變,且「受益匪淺」。「數學院設有華羅庚數學重點實驗室、晨興數學中心等,與海內外朗蘭茲綱領研究的頂尖大學和研究機構有密切合作和交流,為我們團隊研究提供了有力支持。」申旭說。

近年來,圍繞朗蘭茲綱領中幾何實現的核心問題,申旭證明了某些志村簇的整體和局部Kottwitz猜想;構造了阿貝爾類型perfectoid志村簇和Rapoport-Zink空間。近期,他與合作者證明了關於p—進周期區域結構的Fargues-Rapoport猜想;給出了志村簇模p幾何中重要的EKOR分層的構造。這些研究引起了國際同行的廣泛關注和認可。

朗蘭茲綱領屬於純數學基礎研究,更多依賴於數學家的自由探索和充分發揮個人創造力。一直以來,數學院致力於探索並初步形成了適合數學家科研的環境,以及人才培養與合作交流體制機制。

比如,長期穩定支持團隊成員潛心研究,不給成員論文數量、經費申請的壓力,建立寬鬆、自由、進取的學術氛圍與評價體系等。

在萬昕看來,這裡的學術環境和氛圍與擁有9位菲爾茲獎獲得者的法國國家科學研究中心「很像」。

他告訴《中國科學報》,考核時不數論文數,也不單純看引用率,學術委員會主要看科研人員研究方向的學術意義和發展前景,國際同行的意見成為考核時重要的參考依據。「每年年終,我們只需寫一個報告,說明做了什麼研究、做出了什麼結果、解決了什麼問題等,由國內外同行進行評估,有些正在做但尚未公開發表的工作也可以寫進去。」萬昕說。

更早加入團隊的研究員田野也有著深切感受。他告訴《中國科學報》:「數學院有良好的科研評價體系、科學的後勤保障管理,對科研人員少幹擾甚至不幹擾。我們可以潛心研究自己喜好的方向和問題,同時也有很多機會與世界頂尖前沿學者進行學術交流。」

2012年,田野在有悠久歷史的同餘數問題上取得突破性的工作,當時被國際同行評價為「中國繼陳景潤之後最好的工作」。

近期,他與合作者成功地建立了有理數域上帶復乘橢圓曲線的反定理,這是BSD猜想上的重要工作。

學術交流 激發靈感閃現

當前,純粹數學的發展呈現出各分支學科之間相互交叉與融合滲透的趨勢和特點,朗蘭茲綱領亦是如此,高水平的合作交流更有利於取得重大突破。

一方面是團隊內部的討論交流。申旭記得,他與合作者在解析Fargues-Rapoport猜想時,曾遇到關於約化群結構理論的某些難點,研究曾一度停滯不前,後與團隊成員交流討論,啟發了思路,推動了問題的解決。

萬昕也深有感觸,團隊的每位成員各有所長,找孫斌勇討論表示論,找鄭維喆、申旭交流算術代數幾何等,這些「碰撞」都讓他獲益良多。

另一方面是高水準的國際交流合作。數學院大力鼓勵團隊成員通過出訪、組織或參與國際會議,以及年度群體活動進行合作交流,開闊視野、擴大眼界。沒有時間和地點的限制,只要「有需要」就組織。

在這些過程中,他們與國際朗蘭茲綱領領域中最知名的數學家有著思想與靈感的碰撞。

「在構造志村簇模p幾何中的EKOR分層時,我們一開始只有局部理論,在理解整體構造時遇到關鍵性新問題、新困難。後來在德國參加該領域內的國際會議時,與朱歆文、Pappas的交談激發了新的想法,最終完全解決了該問題。」申旭說。

在中國科學院院士、數學院院長席南華看來,「這種相互影響(產生的結果)儘管比較隱秘,但十分重要」。

「朗蘭茲綱領,是一項偉大的數學工程。」孫斌勇說。

在團隊成員看來,數學院作為中國數學最高學術和教育殿堂,有責任也有能力衝擊最重大的數學問題。面對朗蘭茲綱領中存在的諸多尚待解決的關鍵問題,數學院通過長期穩定的支持,營造良好的學術氛圍,讓科研人員保持創造力,繼續產出高水平成果。

《中國科學報》 (2020-08-21 第1版 要聞)

相關焦點

  • 孫斌勇:朗蘭茲綱領是一項偉大的數學工程
    中國科學院數學與系統科學研究院研究員孫斌勇發表了演講。  以下為演講全文:  朋友們,大家下午好,首先感謝論壇的主持者邀請我來做這個報告,我今天演講的題目是朗蘭茲綱領,一項偉大的數學工程。現在基礎數學研究中有三個大家非常關注的方向,數論,幾何和表示論。
  • 朗蘭茲綱領:關於數學大一統的偉大構想
    麥克斯韋方程組而數學界也有許多的數學家想要實現數學各大分支之間的統一,其中最偉大的構想就是——朗蘭茲綱領。不過這兩組數字不能被直接比較,它們必須都通過不同的數學對象進行翻譯。朗蘭茲信中包含的思想種子由此萌生成了朗蘭茲綱領。朗蘭茲綱領指出這三個相對獨立發展起來的數學分支:數論、代數幾何和群表示論,實際上是密切相關的,而連接這些數學分支的紐帶是一些特別的函數,被稱為L-函數。
  • 所有數學都能夠應用於物理學嗎?朗蘭茲綱領和量子力學驚人的類似
    朗蘭茲綱領 這些數學工具很多都涉及所謂的朗蘭茲綱領——以加拿大數學家羅伯特·朗蘭茲(Robert Langlands)的名字命名。朗蘭茲綱領提議,在許多看似不相干的數學分支之間可以建立聯繫,或者橋梁,例如,在研究整數尤其是質數的數論,和涉及連續曲線和曲面的概念的分析(微積分是最著名的例子)之間建立橋梁。
  • 孫斌勇:「做數學要慢一點」—新聞—科學網
    做「合適」的數學問題 比起費馬猜想、哥德巴赫猜想這些有百年歷史的古老數學問題,朗蘭茲綱領(Langlands綱領)算是比較現代的新問題,它試圖橫跨數論、群論、表示論和代數幾何等幾大當代數學分支,並找到其中普遍的聯繫。 朗蘭茲綱領,也被稱為數學大一統理論。宏大、神秘,卻讓人痴迷,這就是孫斌勇面前的數學世界。
  • 「黎曼猜想」與「朗蘭茲綱領」,在尋找素數的途中接力前行
    因為時至今日,數學中已有1000多條數學命題是以黎曼猜想的成立為前提條件推導出來的。換句話說,這個猜想如果被證明,將一夜之間誕生1000多個定理,從此,數學中極為重要的數學分支「數論」,便有了牢固的理論基礎,對「朗蘭茲綱領」大統一理論的發展,將是又一次極大的支持,對「現代數學」所產生的推動作用是無法估量的。
  • 科學網—孫斌勇:「做數學要慢一點」
    長期從事李群表示論、自守形式和朗蘭茲綱領研究,在典型群無窮維表示論、L—函數及其相互聯繫的基本問題研究中取得了一系列重要成果。 2019年,熱鬧和光環一起湧到了42歲的數學家孫斌勇面前。 1月初,他獨立完成的「典型群表示論」成果榮獲「國家自然科學獎二等獎」。這一成果被國際同行認為是「孫的突破」;11月,他當選中國科學院院士。
  • 學科交叉「撞」出基礎數學「春天」| 數論正處於一個發展活躍期
    朗蘭茲綱領是21世紀最重大的數學問題之一,也是當今基礎數學中非常活躍的研究方向。它源於1967年加拿大數學家羅伯特·朗蘭茲給法國數學家安德烈·韋伊的一封信。信中,朗蘭茲闡述了一項革命性的理論,將數論、代數幾何與群表示理論這3個獨立發展、看似毫不相干的數學分支建立起了深刻聯繫。如今,與它有關的每一項新進展幾乎都被看作是重要成果。
  • 學科交叉「撞」出基礎數學「春天」 | 數論正處於一個特別活躍的發展期
    朗蘭茲綱領是21世紀最重大的數學問題之一,也是當今基礎數學中非常活躍的研究方向。它源於1967年加拿大數學家羅伯特·朗蘭茲給法國數學家安德烈·韋伊的一封信。信中,朗蘭茲闡述了一項革命性的理論,將數論、代數幾何與群表示理論這3個獨立發展、看似毫不相干的數學分支建立起了深刻聯繫。
  • 學科交叉「撞」出基礎數學「春天」
    朗蘭茲綱領是21世紀最重大的數學問題之一,也是當今基礎數學中非常活躍的研究方向。它源於1967年加拿大數學家羅伯特·朗蘭茲給法國數學家安德烈·韋伊的一封信。信中,朗蘭茲闡述了一項革命性的理論,將數論、代數幾何與群表示理論這3個獨立發展、看似毫不相干的數學分支建立起了深刻聯繫。  如今,與它有關的每一項新進展幾乎都被看作是重要成果。
  • 21世紀最矚目的數學超級天才,他被認為將實現數學的大一統
    朗蘭茲在他的信中提出,數學上兩個差之千裡的分支,數論和調和分析可能是相關的。在這封信裡,朗蘭茲提出了指引數學界發展的偉大構想——朗蘭茲綱領。 朗蘭茲綱領指出這三個相對獨立發展起來的數學分支:數論、代數幾何和群表示論,實際上是密切相關的,而連接這些數學分支的紐帶是一些特別的函數,被稱為L-函數。
  • 中國距離數學強國有多遠?—新聞—科學網
    1998年,中科院「知識創新工程」期間,數學所、應用數學所等4個研究所合併為數學院。重組後的數學院逐漸成長為國內乃至世界範圍內學科分布最全的數學科學研究中心。 一直以來,數學院可謂人才濟濟、積澱深厚。前有華羅庚、吳文俊、馮康、陳景潤、王元、楊樂等數學名宿,後有馬志明、郭雷、席南華、袁亞湘、周向宇等數學大家。
  • 「數論」為何被譽為數學中的皇冠?原來是這樣
    隨著新的「數學工具」不斷湧現, 數論開始和「代數幾何」建立了聯繫, 直接導致了另一門具有重要意義新的學科「算術代數幾何」的誕生。「算術代數幾何」 將幾個看似不相關的數學分支統一了起來。讓數學家們從一個全新的視角和高度,開始了「數論」研究的新徵途。1967年,朗蘭茲提出了「朗蘭茲綱領」,該理論將「數論」、「群論」、「代數幾何」與「數學分析」建立起了聯繫。
  • 現代數學的5大源頭
    19世紀的數學是現代數學的直接源頭,從數學分支的角度來看,現代數學有五個最重要的突破性的大源頭: 1.代數學:伽羅華阿貝爾群論的誕生,凱萊格拉斯曼漢密爾頓線性代數矩陣四元數八元數的誕生(英國的數學終於追上來了),這直接導致現代代數學的誕生,代數從研究方程解的問題,轉而變為研究數學及運算結構的構造,這是劃時代的思想的創造,徹底改變了代數學和整個數學的面目!
  • 上海科技大學在世界頂級數學期刊發表重要成果!
    朗蘭茲綱領是現代數學中最大的研究計劃。近日,上海科技大學數學科學研究所助理研究員Daniel Skodlerack與合作者解決了朗蘭茲綱領中的一個重要問題。朗蘭茲綱領是數學中的一個大統一理論,是一個由影響深遠的眾多猜想構成的網絡,啟示著數論和表示論這兩個看似迥異的領域之間的深層聯繫。朗蘭茲綱領在過去半個世紀內吸引了一批世界一流的數學家,其中包括數位菲爾茲獎得主。
  • 被稱為「數學女王」的「數論」有多美?它正在促進現代數學大統一
    數學是極美的,特別是被人們稱之為「數學女王」的「數論」,更是散發出無與倫比的美,引得無數的數學家為之痴迷。然而,「數論」到底有多美呢?它正在促進現代數學的「大統一」,指導著未來數學的發展方向。那麼「數論」到底是怎麼回事呢?「數論」是純粹數學的分支之一,主要研究「整數」的性質。
  • 「四個偉大」:新時代行動綱領的基本遵循
    偉大鬥爭」,習近平總書記特別強調要推進黨的建設這一新的「偉大工程」。理解和把握「偉大鬥爭」,就要把它放在建設「偉大工程」、推進 「偉大事業」、實現「偉大夢想」的關係框架之中,來把握其鬥爭的對象、鬥爭的主體、鬥爭的方式、鬥爭的目的和鬥爭的意義;要理解和把握建設「偉大工程」,就需要把它置於進行「偉大鬥爭」、推進「偉大事業」、實現「偉大夢想」的關係框架之中,來把握建設「偉大工程」的重大意義;要理解和把握推進「偉大事業」,就需要圍繞進行「偉大鬥爭」、建設「偉大工程」、實現「
  • 那些懸而未決的數學大問題
    然而現代數學卻是一個令多數人望而卻步的所在,人們對於其基本問題以及基本方法的了解程度遠遠低於其他科學,聽說過「朗蘭茲(Langlands)」的人遠遠少於聽過「冷凍電鏡」或者「弦論」的人。這篇文章將介紹現代數學,特別是算術幾何中的一系列猜想,它們共同構成了一幅極其宏偉壯闊的藍圖,那是一代代學者的夢想所在。
  • 數學中未解決的大問題
    然而現代數學卻是一個令多數人望而卻步的所在,人們對於其基本問題以及基本方法的了解程度遠遠低於其他科學,聽說過「朗蘭茲(Langlands)」的人遠遠少於聽過「冷凍電鏡」或者「弦論」的人。實際上幾乎所有的已知的關於性質 ② (整體域上的L函數)的證明都使用了自守形式,我們猜測motivic L 函數都能從某類自守形式構造,這一大膽的猜測起源於志村五郎和谷山豐對於橢圓曲線的特殊情況,之後由朗蘭茲推廣到一般情況,亦即現代數學中如雷貫耳的朗蘭茲綱領。