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,朗蘭茲綱領的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研究朗蘭茲綱領的年富力強的團隊,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,實際上是密切相關的。
這些猜想現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的影響。
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對應理論中二個最基本問題: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》為「該領域最根本的定理之一」。
然而,他在2005年加入數學院時僅有一篇博士畢業論文,且尚未發表。但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,普利斯頓大學教授、著名華人數學家張壽武過去一直密切關注著萬昕的研究,並向他推薦了中科院數學院。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著有力支持。」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,更多依賴於數學家們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:不受論文數量、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(CNRS)「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其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參考依據。「每年年終,我們只需寫一個報告,說明作了什麼研究、作出了什麼結果、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。我們可以潛心從事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,田野在有著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,他與合作者在解決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。
另一方面更重要的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,最終完全解決了該困難。」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關鍵問題,數學院也將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與人才。(韓揚眉)