这个难题有时也被称作舒伯特问题。事缘19世纪后期,德国数学家赫尔曼·舒伯特(HermannSchubert)首先破解了最简单的情况,即在五次三维形上能容纳多少条一次的曲线(即直线)。1986年,数学家谢尔登·卡茨(SheldonKatz)确定了二次曲线(如圆形)在五次三维形上的数目,这个问题当然更难。坎德拉斯及其合作者攻坚的是更进一步的难题,即决定三次曲线能放进五次三维形的数目。
镜像对称是这样发挥作用的。首先,在原来的五次三维形上,曲线有多少条很难计算,但在它的镜像流形上进行计算则容易得多,而这些镜像流形是格林和普莱泽早前找到的。正如格林所说,镜像对称提供了一种方法,可以“巧妙地重组计算,使一切变得容易”。通过在镜像流形而非在原来的流形上进行计算,坎德拉斯小组最终得到精确的结果:在五次三维形上能放进的三次曲线的数目为317206375。
此图旨在说明在曲面上找曲线或直线的一般概念,图中的曲面和文内讨论的不同。图中显示的是19世纪枚举几何的一个著名结果,阿瑟·凯莱(ArthurCayley)和乔治·萨蒙(GeorgeSalmon)证明在三次曲面上刚可容纳27条直线。其后赫尔曼·舒伯特推广了这个结果,后人称之为凯莱—萨蒙定理。(引自理查德·帕莱和3D—XplorMathConsortium,特此鸣谢)
这立即引起我的关注,因为如果他们的结论是正确的话,那便足以说明镜像对称可用于其他枚举几何的问题上了。对我来说,好好搞清楚这个崭新的概念,顿时变成当务之急了。
差不多就在这时,辛格问我可不可以在MSRI举办一个以数学物理为主题的会议。他原来的想法是把主题放在“规范场论”上,这比较接近量子场论和基本粒子。但当前镜像对称的新发展实在令人鼓舞,我提议把主题改变一下。辛格对这题目并不陌生,他刚在哈佛听过格林的演讲。我跟他再多说了一点详情,他立即同意以镜像对称为主题在MSRI搞一个一星期长的会议,时间是1991年5月,并提议我来当会议的主席。
这次会议充满火药味。由于镜像对称早期的工作都是由物理学家如格林、普莱泽、坎德拉斯等人完成的,数学家不大相信这些结果,也不情愿把这些想法用于他们的领域如枚举几何和代数几何上去。说到底,这种犹豫不决的态度,背后源于数学家总觉得物理学家不够严谨。
到了两位挪威数学家盖尔·埃林斯若德(GeirEllingsrud)和斯泰因·阿里尔·斯特勒默(SteinArildStr?mme)在会上公布了他们对舒伯特问题的答案时,会场气氛一下子高涨起来。他们利用古典的代数工具,推算出答案2682549425,跟物理学家推导的数目相差很远,没有人能肯定哪个才是真正的答案。坎德拉斯、格林和其他镜像对称的拥戴者都不免面带愁容。我用他们的办法重新算了一次,但真的无法找到任何漏洞。但转过头来,不到一个月,埃林斯若德和斯特勒默发现他们用的计算机程序出了错,改正后再算一次,结果得出数字317206375,竟和坎德拉斯他们算的相同!这样,不只对镜像对称,就是对弦理论,大家都投下了信心的一票。
坎德拉斯的工作其实更为广泛,他们找到的不仅仅是有关直线、圆等能放进五次三维形数目的公式,所有次数曲线数目的公式也找到了。这是一个强而有力、包罗万象的命题,对次数等于1、2和3的情况已经证明了,但其他次数还有待证明。1994年底,马克西姆·孔采维奇(MaximKontsevich)把这个命题的其中一部分加上数学的想法,提出了个猜想,名之为同态镜像猜想(homologicalmirrorsymmetryconjecture)。
其实我一直在思考如何证明由镜像对称得到的舒伯特问题的公式,它和上述的同态镜像猜想具有不同的形式。坎德拉斯和他的合作者只能从物理猜想这个公式,但是没有严格的数学推导,顶多只能算是数学上的一个猜想。和曾做我博士后的连文豪和学生刘克锋探讨过后,我们决定放手一搏。这个题目除了本身的兴趣之外,证明也会赋予由弦理论所引发的镜像对称严格的数学基础,这便是我考究这问题背后的动机。
我们在这问题上的工作引发了一段插曲。1996年3月,在一篇上传于“数学档案”(arXiv)的文章中,伯克利的几何学者亚历山大·吉文特尔(AlexanderGivental)声称就镜像猜想做出了证明。连、刘和我很细心地看了文章,但和其他人一样,我们没法搞清楚这篇文章的正确性,深感疑惑。和其他同行谈及此文时,他们大部分都有同感,虽然有些作者的朋友持不同意见,但是他们也没有办法将文章的内容解释清楚。