陶哲軒,當今數學界唯一的莫扎特

2021-01-08 徐曉亞然

託爾斯泰說過一句經典名言:幸福的人都是相似的,而不幸的人各有各的不幸。這句話如果放在陶哲軒這裡,那就應該被改成:數學家的人生都是相似的,而不同段位的數學家各有各的不同。

父親陶象國和母親梁慧蘭均畢業於香港大學,在上個世紀七八十年代,這樣的家庭應該算得上是高級知識家庭了。1972年,陶爸爸舉家移民到澳大利亞,三年之後,也就是在1975年,陶哲軒出生了,陶哲軒是家裡的老大。在之後的幾年裡,他的兩個弟弟也都出生,並且他們貌似也有不少學數學的天賦。

陶爸爸(中)

很快,陶爸爸開始意識到自己的大兒子可能與生俱來的數學天賦。陶爸爸和陶媽媽基於對自己孩子教育的格外重視,在小陶同學3歲半的時候就把他送到一所私立小學。他的智力水平其實遠遠超過班裡的其他孩子,然而,本該在幼兒園裡呆著的小陶同學只是沉迷在這樣的學習氛圍裡,卻並不懂得應該如何跟比自己大好幾歲的同學相處。幾乎與周圍的同學們沒有交流,長此下去,恐怕就不是一件好事了。不過好在爸爸媽媽及時發現了這樣的問題所在,幾個星期之後,又把他重新送到同齡人的幼兒園裡,並最終在幼兒園呆了一年半時間。

少年陶哲軒

別的小朋友在幼兒園裡接受的都是一些基本的生活習慣或者基礎的知識啟蒙,然而小陶同學天賦異稟,假如他也隨波逐流,可能這一年半的時間會成為他職業生涯裡最奢侈的一年半了。

陶媽媽在這一年半裡,指導著小陶同學自學了所有小學數學課程。經過這一年半的鍛鍊,陶爸爸和陶媽媽終於確信自己的兒子就是萬中無一的天才兒童。下定決心一定要好好引導,把這塊璞玉雕琢成稀世珍寶。

5歲的時候,小陶同學離開幼兒園,要去接受義務教育了。然而去哪兒上學卻讓爸媽犯了難,他現在已經不太適合去那種普通的學校了,如果還接受他之前已經懂得的知識,那可真會浪費不少時間呢。幾經波折,陶爸爸終於找到了一家可以提供靈活教育方案的公立學校,只不過這個學校離家有2英裡。

在這所學校裡,人們都會看到一件奇怪的事情,陶同學別的科目上著正常的二年級,唯獨數學課,他要跟五年級一塊上。這樣的小學生涯過了2年,陶同學的功力已經更加深厚,小學課程,甚至中學課程都已經不太能滿足自己需要了,他迫切得需要吸收更高的數學知識。大概在他7歲的時候,陶同學開始自學微積分。貌似數學大牛們,10歲之前都已經掌握了微積分。

小學豈會困住陶同學5年?8歲半的時候,陶同學就已經開始中學教育了。但是他的數學能力已經到了大學水平了,一年多以後,陶同學開始在離家不遠的弗林德斯大學研習數學和物理。也就是在這段期間,陶同學開始頻頻在各類數學競賽中閃現奪目光彩,對於一個9歲的孩子而言,能有這樣的成就簡直難以想像!

少年陶哲軒接受IMO金牌

對於這樣一個史上最年輕的奧賽選手,國家怎麼會錯過呢?10歲開始,陶哲軒就連續三年代表澳大利亞參加國際奧林匹克數學競賽(IMO),並且取得了驚人的成績。10歲得銅牌,11歲得銀牌,12歲得金牌!這是IMO歷史上獲得獎牌的最年輕的記錄。如果陶哲軒在13歲的時候還參加IMO的話,估計金牌已經不能說明問題了。

澳大利亞第一位菲爾茲獎獲得者

14歲的時候,陶哲軒正式進入了弗林德斯大學學習。在大學十分寬鬆的環境下學習,簡直如魚得水,他盡可以了解他想知道的所有知識。2年之後,他就拿到學士學位,1年之後,也就是17歲時,陶哲軒已經碩士畢業。同年,陶哲軒到了美國繼續在學業上高歌猛進。

21歲在普林斯頓大學獲得博士學位,另外24歲的時候成為了加州大學洛杉磯分校數學系正教授。毫無疑問,這個也是該校最年輕的記錄。

普林斯頓大學

在普林斯頓大學,陶哲軒開始釋放自己全部的數學才能,他在調和分析、偏微分方程、組合數學、解析數論和表示論等領域有過諸多頂尖的研究。

從2000年開始,陶哲軒開啟了自己瘋狂收獎的模式,其中最厲害的當然是2006年的菲爾茲獎。2005年5月22日到30的第25屆國際數學家大會,陶哲軒因為在調和分析方面的顯著成果,被授予菲爾茲獎,當年僅31歲。作為當屆最年輕的獲獎選手,陶哲軒在該領域已經發表了超過80篇極有分量的論文。他是澳大利亞第一位菲爾茲獎獲得者,也是繼丘成桐之後的第二位華人獲獎者。

2006年 3位菲爾茲獎獲得者

陶哲軒的數學成就其實很廣泛,很難以想像10多個重要領域的大師級選手居然是這麼一位年輕人。我們來介紹一下,他做過的幾個重要成就。

有個跟孿生素數猜想類似的問題:存不存在任何長度和間隔的素數等差數列。舉個例子,

3,5,7 這是一個長度為3的素數等差數列。我們可以繼續找,比如當間長度為10的時候,199, 409, 619, 829, 1039, 1249, 1459, 1669, 1879, 2089 這也是一個素數等差數列。。。自然而然,我們就開始猜測能否找到任意長度的素數等差數列呢?基於對孿生素數猜想的思考,這顯然也是一個 十分困難的問題。許多年都沒有得到解決。

格林 陶哲軒

2004年,兩位數學界的青年才俊陶哲軒和格林給這個猜想肯定的答案。在素數集合中真的存在任意長度的等差數列!在數學界,這個命題也被成為「格林—陶」定理,這也是素數研究歷史上的一次裡程碑。值得一提的是,陶哲軒在證明過程中採用了我國數學家陳景潤的「1+2」成果。

很多時候,有些人在獲得了巨大的榮譽之後,就很難再做出更好的成績了。然而陶哲軒不是,他孜孜不倦地教書育人做學問,他的數學博客經常會記錄一些他做的但是認為還不夠 分量的成果,與全世界的數學愛好者一起分享探討。人們甚至可以通過這個博客清楚了解到他一直以來的研究歷程。陶哲軒也是在跟博客的讀者溝通交流裡獲得啟發,並最終解決了一個困擾著數學界80多年的難題——埃爾德什差異性問題。

這裡必須介紹一下這位數學界的布道者。

埃爾德什

保羅埃爾德什,匈牙利20世紀偉大的數學家,他也是數學史上發表論文最多的數學家,一生自己發表和別人共同發表的論文有1475篇,這些論文都是很有價值的。他終生未婚,應該是一位虔誠的數學布道者,他經常從自己為數不多的積蓄中抽出一部分來作為他出題的獎勵。陶哲軒在10歲參加IMO競賽時就得到過這位大師的指導,後來17歲去了美國普林斯頓也正是因為埃爾德什的推薦,埃爾德什真是為了數學貢獻了自己的所有,而自己過得怎樣,卻絲毫不在乎。

埃爾德什差異性問題

我們來做個拋硬幣的遊戲,正面朝上,記錄為1,反面朝上,記錄為-1,在經歷了很多次操作之後,我們就留下了

-1,1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,…

這樣一個只有1和-1組成的無窮多個的數列。現在我們任意取一個自然數N=2,那麼我們把第2,4,6,8個元素加起來,也就是1+1+1-1=2,取絕對值還是2。現在這個問題的表述來了,如果我一直這樣取下去,在N=2時,一直把第2,4,6,8,10...的元素加起來的和取絕對值,那麼這個絕對值會大於一開始給的N嗎?

埃爾德什輔導小陶哲軒

看起來這就是一個排列組合的問題,也不是很難吧。80多年前,埃爾德什給這個問題的解決懸賞500美元,足見這道題目在埃爾德什心目中的分量。可是誰也沒想到,一直到1996年,埃爾德什去世,也沒人能夠從他手中領走這500美元。直到2015年9月17日,陶哲軒宣布破解了這個問題,數學界興奮不已!

從10歲時受到大師級的指導,直到自己也成為了大師之後解決前輩們的猜想,這是多麼美好的一種傳承啊!

陶哲軒在數學上的功力無人能比,他的導師曾經給他做出一個粗略的估算,陶哲軒的智商水平大概在220到230之間,這恐怕是幾百萬人裡才會出現的一位絕世天才。難怪洛杉磯加州大學數學系主任說他就像莫扎特,數學是從他身體中流淌出來的。

俄羅斯狂人 佩雷爾曼

很多人都有一種印象,就是學問做到最深處,由內而外都會給人不一般的感覺。比如俄羅斯狂人佩雷爾曼,他聰明絕頂,也解決過世界上最重大的數學難題,可是這個人看起來就不是那麼合群,不喜歡拋頭露面,也不喜歡跟別人打交道,甚至都不喜歡高薪水,只是在自己的圈子裡肆意妄為。幸好,陶哲軒不是,他骨子裡透出的一種謙虛隨和。沒有任何與眾不同的感覺出現,很多人仰慕他的大名跟隨他做研究,沒想到他是如此沒有架子,讓人覺得在他不是那種學術上的權威,而是一個真心在幫助身邊每個人做學問的導師加朋友。你的任何問題都可以找他,即使他不會,他也會找到可以指導你的那位數學家。雖然年輕,得益於他非凡的與人溝通交流的能力,對於當今數學界,他了如指掌。數學上的人脈,也許是他最大的資源。

說出來你可能都不信,陶哲軒8歲的時候就寫了一本書《用Basic算法來求解完全數》。

怎樣解數學 英文版

可能這個書名起得不咋地,但是也畢竟出版了。15歲的時候,他又寫了一部書《陶哲軒教你學數學》,主要是一種競賽類習題的講解,跟那些資深的競賽專家的方法不同,這是完全站在少年陶哲軒的思路上來考慮問題的,過程嚴謹正確,方法也容易理解的多。

陶哲軒實分析 中文版

後來他又寫了一本《陶哲軒實分析》,這部書從數系出發,然後引向分析的基礎(極限、級數、連續、微分、黎曼積分等), 再進入冪級數、多元微分學以及傅立葉分析, 最後到達勒貝格積分等等。可以看出來,這本書的開始是多麼基礎,後來慢慢拔高,一直到高等數學的數學分析為止,因此這本書嚴格說不算是一本數學科普書。想要能夠完全理解這本書,還是比較需要數學基礎的。本書最大的特色是,陶大神用自己的思維來解釋一些數學現象,甚至構造出許多名詞來表達。這又完全不是教科書,總之,科普與理性分析並存,絕對是一部不可多得的好書。

寫到這裡,曉然菌突然有個深深的思考。陶哲軒不是出生在中國,也從來沒有接受過一天的中國式教育,與丘成桐,陳省身不一樣,他接受的完全是西方的教育。倘若他生活在中國這樣的環境下,還能取得如此輝煌的成就嗎?別的不提,陶爸爸當時費盡心思為陶哲軒找的那個學校在中國就不現實,有哪個學校會同意一個學生數學跟五年級上,別的科目跟二年級上的。也別說,在中學時代的陶哲軒還可以去當地的大學裡深造,並接受一些教授的專業指導了。

陶哲軒一家

其實我們也都無比羨慕陶哲軒有這樣一個善於引導孩子們的父母親,這才是真正的因材施教。絕頂的天賦,良好的家庭環境最終讓陶哲軒在數學的世界裡獲得巨大成就的同時還能保持謙遜待人接物的特質,這一點實在太難得了!

1975年出生的陶哲軒,到今年也不過才44歲,仍然處在旺盛的數學創造的年紀裡,希望在他的研究領域還能夠給我們帶來更大的驚喜!

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