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我的几何人生:丘成桐自传(37)

作者:丘成桐, 史蒂夫•纳迪斯

蒙日的故事告诉人们,除了对数学本身的兴趣外,数学事业的开展可以是间接或出乎意料的。这里提到蒙日的原因,乃因卡拉比猜想可以由一条蒙日—安培方程表达出来。前面说过,这是一条非线性的方程,含有至少两个独立的变量,并且是“复”的,即是说,它和复数有关。对我而言,面对的挑战是,除了一维的简单情况外,没有人曾经解过复的蒙日—安培方程。在卡拉比猜想中,我要求解的乃是高维空间上的复蒙日—安培方程,这是整个猜想的巨大绊脚石。卡拉比提出这猜想二十年来,工作的进展甚为缓慢,其因在此。

在斯坦福的1973—1974学年,我开始着手求解蒙日—安培方程。那时距离蒙日发现这方程已差不多两个世纪了。可幸人们已经找到一些可使用的数学工具,而我自己也找到一些新的法子,这是蒙日当年不可能想象到的。我首先考虑在实数域上的蒙日—安培方程,它和曲面的曲率有关。实方程比复方程的处理来得容易一些,我邀请友人郑绍远合作。他当时在伯克利,时常来斯坦福看我。我的策略是借着对实方程的研究,来加强对方程的了解,然后才对付比较麻烦的复方程。

也许是幸运之神的眷顾,绍远和我不久即有所获,我们解了一个在著名的闵可夫斯基问题中出现的蒙日—安培型的方程。这个问题,以最简略的言辞来说,就是要找出给定曲率的曲面。你或者已经猜到为何我对这问题感兴趣。自从四年前修了莫里的课后,我一直对几何和偏微分方程的关系情有独钟。这亦是几何分析发展的主要动力,我正在这领域中努力,开发耕耘,并与其他志同道合者如郑绍远、理察和西蒙等群策群力。

解决这类问题的策略,正如上一章所述,在于寻求一系列的近似解,近似的程度愈来愈精准,以至最后能收敛至真正的解。我希望同样的方法可以应用于复蒙日—安培方程,从而破解卡拉比猜想。证明这方程存在解,建立了卡拉比所设想的具特殊几何性质的空间的存在性。

1974年春天,陈先生邀请我到伯克利演讲。出生于俄罗斯的数学家米哈依尔·格罗莫夫(MikhailGromov)被视为当世最杰出的年轻几何学者之一,他正初次访问伯克利,伯克利待之为上宾。在六个月前,我曾和格罗莫夫有过一次不甚愉快的经历。那一次我用几何分析的方法证明了某个空间具有无限的体积,格罗莫夫却说我的证明一定不对。我并不能肯定他是否了解我采用的方法,无论如何,这结果经得起考验,绝没有错。

这次在伯克利讲的是另一主题,就是在几何空间中的“谱”,即空间变形时产生的共鸣的、振动的频率。原则上,它和敲打鼓面变形时产生的一系列频率相似。格罗莫夫和上次一样中途发难,宣称我采取的研究路线根本不对。这次我的做法,就如上次争辩中的做法一样,非常倚重非线性偏微分方程,而格罗莫夫并非这方面的专家,或者他只不过是弄不清楚那证明。但他并没有要求我解释明白,而是嚷道我的理论有严重错误。

他对我说话的态度,好像我是个差劣的学生,没有好好地做作业。在研讨班上,他花了不少时间来表达对内容的不满。说到底,据我揣摩,是他不认为几何分析值得发展。他坚信任何几何上的定理,都必须用直观几何的方法来证明,不能用拓扑或图形解释的方法,而我不这么看。整个几何分析正好建基于这信念:深入的几何信息除了从拓扑或几何图形直接得到外,还需要加上大量分析的方法,尤其是新近发展的非线性分析的工具,并由其成果支撑。我也很希望从现代物理学和工程学上学习到新的工具和理念,四十年来的经验,显示这是正确而且丰富的想法。

这次研讨班不算成功,格罗莫夫不断高声质疑,它怎可能会好。不过,其后我把证明详细地再讲给他听,并答复了他一次又一次的问难,终于把分析的方法化作纯粹的几何术语,阐明了上述空间有无限体积。他最后也释然,对结果默默接受了。几年后,他将我的几何解释应用于其他几何问题上,他的追随者甚至将这些结果冠上他的名字。

后来我和比尔·瑟斯顿也有类似而和谐的交流。瑟斯顿和我同时期在伯克利当研究生,他在几何和拓扑上扬名世界。瑟斯顿看待几何学,就有点像用细小的片片,如乐高般嵌成整个几何的空间或流形,从而勾勒其内部的结构。我则采取差不多相反的做法,利用微分方程来开启物体的内在结构和总体的拓扑。两种理念非常不同,却殊途同归。必须重申,瑟斯顿想得透彻而具原创力,他的论证不必时时详尽清晰,其理念却对数学有深刻而长远的影响。