數學家高爾斯偶爾在公開場合表演爵士鋼琴。40多年前,他是唱詩班裡的小男孩,和兩個妹妹一起拉小提琴,彈鋼琴。在另一次人生中,他認為自己或許會與熱愛數學的作曲家父親互換身份,成為一位音樂家。
這位劍橋大學純數學與數理統計系研究教授、《普林斯頓數學指南》、《牛津通識讀本:數學》作者曾在音樂和數學的天地間漫遊,直到在劍橋大學三一學院的課堂上,他發現了巴拿赫空間並被深深吸引。
大多數巴拿赫空間是無窮維空間,可看成通常向量空間的無限維推廣。這一理論由波蘭數學家巴拿赫(S.Banach)在1920年提出。
「關於巴拿赫空間,有一些古老猜想,例如,是否每個巴拿赫空間帶有某種性質?」高爾斯在專訪中告訴澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者,「在之前,沒有人知道是否存在反例。」
56歲的高爾斯一頭白髮,身型瘦高。他說話語速不快,回答記者提問時會不時地陷入思考,偶爾被自己逗笑。
蒂莫西·高爾斯接受澎湃新聞專訪1991年的夏天,博士畢業不久的高爾斯找到了古老猜想的反例——他發現了一個完全不具備對稱性的巴拿赫空間。
這之後,如1995年懷特海獎的評語所言,高爾斯「在五年內讓巴拿赫空間的幾何完全改變了面貌」。他塑造了一系列巴拿赫空間中完全不具備對稱性的結構,解決了臭名昭著的巴拿赫超平面問題,提出高爾斯二分法定理。
1998年,因將泛函分析和組合學領域連接起來,35歲的高爾斯摘得了數學領域的皇冠——菲爾茲獎。
早早收割數學最高獎的他獲得了更多自由思考的空間。最近10年,高爾斯將人工智慧視為自己的「副業」,對瓦解人類在數學領域的獨特性饒有興致。
他對這看似「自我毀滅式」的研究愛好著迷,甚至預言「五十年後,如果還有人類數學家在努力尋找定理的證明,我會感到驚訝。」
「也許另一次人生中,我會成為音樂家」1963年,蒂莫西·高爾斯出生在英國威爾特郡的一個藝術家庭,他在三個孩子中排老大,兩個妹妹分別是作家和小提琴家。他們的父親派屈克·高爾斯是一位頗有名望的作曲家,《福爾摩斯探案集》片頭那段膾炙人口的主題曲《221B Baker Street》就出自他之手。祖父是英國著名政府官員和作家歐內斯特·高爾斯爵士,先祖是研究帕金森氏症的先驅神經學家威廉·理察·高爾斯。
蒂莫西·高爾斯從小展現出音樂天賦,他常演奏樂器,擅長小提琴和鋼琴,在英國一個知名唱詩班唱歌。
被一群音樂家包圍的高爾斯從父親那裡獲得了數學啟蒙。聊到父親,高爾斯提了興致,他談到,父親酷愛數學和電子學,還曾嘗試自學大學數學。
在高爾斯還是個孩子的時候,父親常與他談論數學。「很長一段時間內,我真的不懂他在說什麼」。
青年時期的蒂莫西·高爾斯 資料圖進入大學後,高爾斯立志成為專業數學家,他的數學能力也漸漸趕超父親。「直到有一天,我們倆談論的水平旗鼓相當。這種情況持續了兩周左右,再之後」,蒂莫西頗有些自豪地笑著說,「變成他聽不懂我在說什麼了」。
音樂沒有成為蒂莫西·高爾斯最終的職業,但日常演奏鋼琴的習慣持續至今,「偶爾在公共場合演奏爵士鋼琴,不彈古典」。
他喜歡在提到數學問題時以鋼琴曲作比喻。「很多人害怕數學,是因為總會遇到不懂的知識,這很正常」,高爾斯說,對任何數學家來說都是如此。但如果想了解這些東西,他會花時間做一些工作。「這有點像學樂器。如果你有過起初不會彈某首鋼琴曲,練習之後順利彈奏的經歷,就會意識到:你可以完成一些起初看起來很難的事情,只是需要練習。」
就像父親把數學的興趣傳給他一樣,蒂莫西很高興自己的音樂天賦傳給了其中一個孩子。他的兒子後來成為了一位鋼琴家和風琴家。
發現古老猜想的反例巴拿赫空間(Banach space)理論是高爾斯早期的重要研究領域。他運用組合數學的方法,在巴拿赫空間中塑造了一系列完全不具備對稱性的結構。這也是他自認為能夠獲得菲爾茲獎的主要原因。
在劍橋大學三一學院,匈牙利組合數學家博洛巴什(Béla Bollobás)的課堂上,高爾斯對巴拿赫空間產生深刻興趣。他的博士畢業論文以此為題,提交於1990年。
高爾斯介紹,「巴拿赫空間是無限維空間的概念。在這個無限維空間裡,有不同的距離概念,可以用很多不同的方法來定義距離。每一種定義距離的方法都會產生一個巴拿赫空間」。他為之著迷。
「大概在1991年的夏天」,高爾斯對澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者回憶起,他通過「三個靈感瞬間」和一些辛苦工作,發現了一個完全不具備對稱性的巴拿赫空間,找到了巴拿赫空間古老猜想的反例。
這樣的靈感瞬間有時發生在火車上。1991年至1995年,高爾斯在倫敦大學學院擔任講師。他在劍橋和倫敦兩地通勤,以火車為交通工具,他發現火車是一個很好的工作場所,在上面「至少取得了一個真正的研究突破」。
作一名數學家讓高爾斯「更為系統地思考人生境遇」。6年前,高爾斯罹患心房顫動,需決定是否接受手術治療。「接受或不接受都會有一定的風險,大多數人採取的方式是諮詢醫生,但我想以數學家的方式思考這個問題。」 高爾斯笑著說。
他查閱資料並計算得出,接受手術會有千分之一的機率導致死亡。「我是否應該擔心千分之一的死亡率?」他隨即查閱了同齡人在一個月內死亡的機率,找到了相應數據。結果是,手術的死亡率和在兩個月正常生活中的死亡率相同。而他不擔心接下來兩個月的正常生活,所以也「無需害怕這個手術的風險」。最終,高爾斯選擇接受了手術。
「我的工作終將被計算機取代」近25年,高爾斯的主要研究方向在組合學,尤其是加性組合(additive combinatorics)。但在大約十年前,人工智慧的自動定理證明成為了他的另一個興趣。這也是他在世界頂尖科學家論壇中提及最多的話題。
蒂莫西·高爾斯在世界頂尖科學家論壇現場自動定理證明涉及模式識別和邏輯推理,其最終目標,是讓計算機產生新的數學發現。儘管離目標還很遠,但高爾斯認為,這是一個「令人著迷的想法」。
不同於其他捍衛人類在數學領域獨特性的數學家,採訪中,高爾斯帶著些許猶豫地說,「我可能會在時間精確性上出錯……但五十年後,如果還有人類數學家在努力尋找定理的證明,我會感到驚訝。」
通常,人們認為具有創造性要求的工作很難被人工智慧取代,數學正屬此類。但高爾斯認為,數學研究所需的創造性「並非無法在計算機上複製」。
他說,計算機可以證明數學公式和定理,甚至自成體系。如果機器一旦到了某種程度,也許以後證明數學公式只需要直接在計算機裡面輸入即可。
「我所從事的數學研究工作是最終會被計算機取代的工作之一」,他想了想,接著說:「但我認為這還有很長一段時間,也許幾十年,比取代汽車工廠工作所需的時間更久」。
「如果這樣的事情真的發生,數學家應該怎麼辦?」
面對澎湃新聞(www.thepaper.cn)的提問,高爾斯沉思片刻,然後表示他無法給出答案。
「但在整個人類歷史中」,他試著解釋,「很多人類做過的工作,後來都被技術超越,人類不再被需要。我想數學研究可能就是其中之一」。
「這種現象會越來越普遍,到那時,我們需要找到生存的新意義。」
澎湃新聞與蒂莫西·高爾斯對話節選:澎湃新聞:一種廣泛流傳的說法稱數學家的學術巔峰在年輕時期,如何看待這一觀點?
蒂莫西·高爾斯:現在的規定是菲爾茲獎只能頒發給40歲以下的人,所以相比於諾貝爾獎得主,大多數獲獎的數學家都很年輕。很多數學家確實在40歲前完成了他們最好的工作,但這並不代表40歲後就做不了重要工作。
我認為有這種說法的部分原因是,如果你在40歲前就有了很大成就,會得到一些額外獎勵。之後會出現兩種情況,一種是,你會有額外的壓力,例如幫別人寫推薦信、擔任委員會成員等等;另一種是,你得到了所有想得到的認可,壓力變小了。
在我看來,大多數人對此的反應並不是停止工作。當然也有人得了菲爾茲獎後就立刻停止研究數學,選擇從政,例如現在的巴黎市長候選人之一賽德裡克·維拉尼,但這並不常見。
大多數人獲獎後會有更多自由空間去思考,有時候並不圍繞他們最初的研究興趣。事實上,對我來說,開始研究人工智慧就是如此。我不是這方面的專家,我大概從十年前開始研究人工智慧,但沒有把所有時間都花在這上面。
澎湃新聞:對於25歲左右的研究者,你會給他們接下來的五年提出什麼建議?
蒂莫西·高爾斯:25歲左右的話,可能意味著你已經拿到了博士學位。我認為在這個年齡,最重要的是不要滿足於你已經達到的目標,覺得「我已經能做這些了,我要繼續做這個」,而是應該嘗試做一些更困難或是更具挑戰性的東西。
這可能會花費很長時間,但儘可能提升自己也是非常重要的。
每個人總有一天會說,「我不會再嘗試做更困難的事」。但是對於25歲左右的人來說,現在做決定還為時過早。
澎湃新聞:數學和音樂之外,你還有別的愛好嗎?
蒂莫西·高爾斯:和大多數人一樣,我喜歡看書和去美術館,但我並沒有比別人更喜歡這兩項活動,所以我不把它們稱作愛好,只是我喜歡做的事情。
我不以嚴肅的方式做任何運動。數學和音樂是我最主要的兩個愛好。
澎湃新聞:你喜歡讀什麼樣的文學作品?
蒂莫西·高爾斯:有時候是小說,有時候是非虛構。我很喜歡看法語作品,因為我的妻子是法國人,看法語小說能夠提高我的法語水平。
澎湃新聞:你曾主編《普林斯頓數學指南》、《牛津通識讀本:數學》等數學書籍,為什麼會參與其中?有何收穫?
蒂莫西·高爾斯:主編《普林斯頓數學指南》是受人邀請,這與我之前的想法非常接近。這決定其實有點傻,因為它花了我五年的時間。但同時,我也很高興這麼做,因為這本書非常成功,很多人告訴我,他們很需要有這樣一本書,能幫到他們。
《普林斯頓數學指南》可以說是現代數學研究的概覽。對一般讀者而言,這本書有點難。完成數學本科的學生會是理想的讀者。或者有人想做數學研究,但不知道想研究哪個領域,可以從中看看不同領域的重要問題是什麼,找出一些感興趣的問題。
澎湃新聞:這本書後你還會出版更多數學書籍嗎?
蒂莫西·高爾斯:有這種想法,但沒有付諸實踐。我不確定什麼時候會有時間做,我真的花了很多時間在《普林斯頓數學指南》上。我還寫了一本書,只有3500字,在業餘時間完成。
澎湃新聞:在採訪結束之前你有什麼想補充?
蒂莫西·高爾斯:我想我還是要重複前面說過的話,對於害怕數學的人,我的答案是:不要害怕。
如果你發現一些困難的東西,不是因為你不會做數學,而是因為你有錯誤的期望。如果你期望你應該立即理解所有的事情,那麼你當然會失望。但是如果抱著這樣的期望努力去理解一些東西,那麼最終你會理解它。
一旦你開始這麼做,你就會開始享受數學的樂趣。
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