数学是对现实世界的数量和形状的简洁、高效、美丽的描述。数学研究大多没有实用价值。
但“无用之用,方为大用”。和理论物理的研究类似,数学研究方面的突破,有时也能把人类科技的发展向前推进一大步。数学界有许多著名的难题,其中某些被称为“猜想”。结论应该是正确的,但是需要数学家们进行严密的论证,才能成为定理。
一位从事数学研究的学者,若能在相关领域取得突破性进展,便可以一夜成名,获得著名数学家的称号,从此走上事业巅峰。
因为部分地证明了著名的哥德巴赫猜想,陈景润成为我国家喻户晓的人物。
张益唐,2013年证明了孪生素数猜想的一个弱化形式,接连获得美国柯尔数论奖、瑞典罗夫肖克奖,一时名声大噪。其潜心数学研究的事迹,也登上了媒体头条。
而彼时,他在美国已蹉跎二十多年,只是一所普通大学的助教。
拒绝回北大任教
张益唐的人生起点并不低。
张益唐1955年出生于上海,父亲是大学教授,母亲是机关文员。恢复高考第一年,张益唐考上北京大学数学系。
作为北大1978级公认的数学尖子生,张益唐很受当时的数学系主任丁石孙器重。张益唐喜欢数论(纯粹的数学分支之一,接近于艺术与哲学),而丁石孙建议他攻读代数几何,因为后者更有实用价值。
在个人服从集体的时代,张益唐接受了丁石孙的建议。1985年,丁石孙又将张益唐推荐给美国代数专家莫宗坚。不久,张益唐随莫宗坚到美国普渡大学攻读博士学位。
但是,此后的六七年间,张益唐的研究乏善可陈,与导师莫宗坚也渐渐产生分歧。张益唐于1991年取得了代数几何博士学位,但他表示希望回归到数论研究。莫宗坚曾坦言:“我对此不是很开心,但他有权选择。我们笑着说了再见,此后二十多年没再联系。”
博士毕业后的张益唐,没有发表过论文,也没得到导师的推荐信,连对口的工作都不好找。居无定所的他,刷过盘子,送过外卖,当过收银员。期间认识了一家中餐馆的女服务员海伦,两人相恋后结婚。
时任北大校长的丁石孙听说了张益唐的情况后,曾邀请他回母校任教。对于陷于困境中的张益唐来说,这无疑是个好消息。但张益唐却婉言拒绝了。
也许是不愿意接受被安排的人生,也许是对未来还有更多想象。总之,张益唐选择了继续留在美国。
那几年,张益唐几乎没能继续他的数学梦想。接受媒体采访时,张益唐感叹:“我的生活并不总是那么容易。”
什么是孪生素数?
1999年,张益唐在一个朋友的帮助下,进入美国新罕尔布什大学做微积分教师,身份只是助教。这是一所名气不大的公立大学。即使张益唐现在已经成名,也没有人认为他适合做终身教授,因为他几乎没发表过什么论文。
但这反而有益于张益唐的研究。做一名驾轻就熟的微积分老师,对学校来说,廉价而可靠,他的职位不容易被解雇。生活稳定以后,张益唐把孪生素数猜想确定为自己的研究方向之一。
孪生素数猜想通常被称为“素数间隔”,素数也叫质数。孪生素数指(3、5)(11、13)这样指差为2的素数对。孪生素数猜想认为,随着数字变大,可以观察到的孪生素数会越来越少。那么,到最后,会不会再也找不到新的孪生素数呢?
这是1900年,希尔伯特在国际数学家大会上提出的一个猜想,至今无人给出证明。孪生素数猜想与黎曼猜想、哥德巴赫猜想一样,同属久负盛名的希尔伯特八大猜想。被数学界认为“可能是永远无法解决的问题之一”。
终于打开那扇“门”!
张益唐是个内向的人,不喜社交,不善言词,但记忆力极佳。他能记住电话簿中每个人的号码,能准确复述某次社交中,谁坐在什么位置、说过什么话,当时的场景细节都分毫不差。
投身“素数间隔”几年,张益唐一直没有找到想象中的“门”。几乎看不到希望。但在2012年7月3日的下午,“短短五到十分钟内,那扇门打开了。”
那天张益唐如往常一样在后院散步,脸上的神情看起来很茫然,但他的脑海里突然有灵感闪现。接下来,他完成了论文《素数间的有界距离》,并花几个月时间检验论证过程的每一步。确认无误后,将论文提交给了学界最具声望的期刊《数学年刊》。
这篇论文很快获得发表并引起数学界极大轰动,张益唐的研究结果被认为是首创的,“他在素数的分布上成功证明了一个里程碑式的定理”。
张益唐的名字在国际数学界横空出世,被形象地喻为“数学界的扫地僧”。
- 2013年以来,张益唐获美国“数学学会柯尔数论奖”;
- 2014年,张益唐获瑞典罗夫•肖克奖;
- 2016年,张益唐接受加州大学圣塔芭芭拉分校邀请,在该校数学系任教 ;
- 2018年,张益唐担任山东大学潘承洞数学研究所所长。
谈到未来,张益唐说:“孪生素数猜想很成功,但我还有其他更重要的事情要做。”
据称,张益唐正在研究Landau-Siegel零点猜想。如果成功,将更让人激动。