【科學講座】席南華:數學的意義

2020-12-05 中國科學院大學新聞網

  編者按: 數學的意義是什麼?語言的局限性使得一切的評論都有些朦朧。從「人」的角度去說,數學的意義是做數學的人賦予的,但同時也默默滋潤著做數學的人——生活中風趣幽默,在愛情裡勇敢浪漫,思考問題時一針見血,與人交往時和藹親切,這是席老師給我們的直觀感受。被問到愛情時,席老師說,「她就像一位天仙來到人間,成就了我這個凡人的幸福。」「有時候不是你不夠浪漫,只是你不夠勇敢。」… …這位數學家的言行舉止散發著無窮的魅力,由此也定能窺探出一些數學的意義。         

  9月15日晚,中國科學院大學科學前沿進展名家系列講座Ⅰ第107講在玉泉路校區禮堂如期舉行。中國科學院院士、中國科學院數學與系統科學研究院研究員、現任中國科學院數學與系統科學研究院院長、中國科學院大學數學科學學院院長、中國數學會副理事長席南華院士為同學們講述了院士心中「數學的意義」。

  任何一門學科的意義都離不開歷史的發展。席老師從「數」的產生講起。 「數」的發展非常緩慢——一塊石頭、一棵樹,人們通過這些物體共同的數字屬性形成數的抽象概念。隨著文字的產生,慢慢出現了數字符號,而算術運算符號和未知數符號還要更晚才形成,用於稅收、貿易、建築、天文等實際需要。直到公元前3世紀,古希臘人意識到了數列的無限性和未知數的作用,數學才漸漸從實際變得抽象。這並不是說數學就不再有意義,相反,席老師說,「思維常常超出實踐提出的任務的直接要求以外很遠,現在提出的概念可能很久以後才能應用,比如對古代來說,億這個單位沒有實際意義,而如今有很多的大數遠遠超過了億。正所謂:真理是具體的,數學是抽象的。」數學的成長還離不開幾何。席老師又從測量講到有理數,再講到哥德爾不完備定理,提綱挈領,介紹了算術和幾何歷史與發展。

  從古代講到近現代,席老師接著介紹數學理論的應用。數學也不再限於其本身的理論發展,而也能服務於其他學科的發展或豐富與其他學科——黎曼幾何是廣義相對論的數學框架,規範場理論與纖維叢理論能互相對應,量子力學的發展離不開矩陣和無限維空間,群論在晶體的分類中起到重要作用,而這又極大地促進了物理和化學的發展,概率論成為了統計力學、生物和金融等學科中的一個重要工具,而概率論卻是因賭徒產生。席老師還引用了許多大家的評論來闡述數學的意義——「數學是現實的核心」、「在自然科學中,數學是不可思議地有效。」、「宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之變,生物之謎,日用之繁,無處不用數學。」

  數學的意義不僅是因為數學在科學發展中的巨大作用,也是因為數學本身就是「美」的。「美是數學的第一道檢驗,難看的數學在這個世界上沒有常駐之地」。席老師舉了一些例子來說明——物理實驗中得到一個不美的方程,狄拉克改成了美的方程,結果不符合實際,但也因此提出了正電子的概念;素數有無窮多個,這個定理十分簡潔,證明也很美;同樣美的還有哥德巴赫猜想、孿生素數猜想、素數分布問題等,這些問題都非常簡短,而想要證明卻極其難。

  在最後的問答環節,同學們提了各種各樣的問題,席老師的回答也言簡意賅,寥寥幾句便能講清一個問題,抑或以風趣相對。有人問,數學對於工科生來說究竟是一種什麼東西?席老師說了三個詞:知識、思維、智慧。當有同學說「學數學是不是容易掉頭髮」時,場下的觀眾們都笑了起來,席老師摸了摸自己的頭髮,說:「來數學院看一下,他們頭髮都挺多的,這些話可能是不學數學的人說的」。最後,講座在同學們經久不絕的掌聲中徐徐落幕,許多同學還拿著席老師寫的教材,排著隊請席老師籤名,許久才離去。

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  科學前沿進展名家系列講座」創辦於2014年9月,是中國科學院大學為本科生開設的必修課程,同時歡迎研究生與教職工參加,由中國科學院大學本科部主辦,講座召集人為徐濤院士。該課程按照數學、物理、化學等13個專業,邀請相關科學領域的院士等知名專家開展專題講座。通過講述科學故事、介紹相關學科方向的科學前沿進展,讓學生在本科階段了解不同學科的科研方向與主要進展,拓寬學生的學術視野,為他們最終選擇學科專業與專業方向提供豐富的判斷依據。

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