活在现代社会,数学在很多地方日益重要,其中包括生物、化学、经济、工程,当然还有物理,我们不能再对应用数学坐视不理。以前的很多大数学家,如欧拉、高斯、黎曼、庞加莱和希尔伯特等,他们都曾涉足应用领域。有鉴于此,我向外筹募捐款,开拓应用数学的职位。哈佛的院长和教务长都热烈支持这想法,他们十分期望校内有更多跨科目的研究。具体而言,CMSA能填补数学系空白的领域,加上系内同事迈克尔·霍普金斯(MichaelHopkins)、克利福德·陶布斯、姚鸿泽,还有应用数学家和物理学家迈克尔·布雷内(MichaelBrenner)、统计学家刘军等的帮助,我们已经有了一个很好的开始。
诚然,本人绝大部分工作都是和“纯粹”的数学有关的,但在偶然的场合中也会钻研一些“不纯粹”的数学。早在1990年代初期,我和加州大学圣迭戈的金芳蓉一起在图论方面做了些工作,图的研究对各式各样的物理、生物和社会系统中的演化过程很有用。另外,我也跟弟弟成栋在非线性控制论中发表过一些论文,控制论是应用数学的分支,在工业上有广泛的应用。当芒福德离开哈佛到布朗大学时,我接收了他在计算机方面的学生顾险峰。我们和其他人把我们从前在做几何分析时用到的工具,如保角几何和蒙日—安培方程等,应用到计算机图像的研究上去,从而得到医学影像包括脑影像好些有趣的新成果。
这方面的工作也惬意,它让我换换新鲜的口味。我对在哈佛开始了应用和跨科目的数学研究亦很高兴。但这些都只是旁枝,纯粹数学一直是,在可见的将来也是我主要追求的目标和至爱。纵使有时会扩展一些,但我始终认为,数学中最美好的和最精要的内容在于它的纯粹和基本。十多年来,我花了不少工夫投入弦理论的一个项目之中,这项目是1990年代中期开始的。
镜像对称指出了弦理论和枚举几何的密切关系。我期望弦理论跟数论也能对上,有理由相信这将有大用。我的信心部分来自卡拉比—丘流形乃是弦理论的核心(见第八章),一维的卡拉比—丘流形即“椭圆曲线”理论是数学中极深奥的一支,和数论有莫大关系。卡拉比—丘流形是椭圆曲线的高维版本,对这些流形透彻的认识将会把物理(以弦理论的形式)带进数论,反之亦然。所以说这会是条康庄大道,并不太牵强。
扎斯诺和我在这方面开了个头。在1996年的一篇论文中,我们确定了在K3流形上有理曲线(rationalcurves)的数目。K3流形是二维的卡拉比—丘空间,即复二维的椭圆曲线。上述的数目是个整数,和η函数有关。η函数是数论中重要的概念,由狄德金于1877年引入。可惜我们的分析只适用于一小类即亏格为0的曲线,笼统地说,即是没有洞的曲线(或曲面)。哈佛物理学家瓦法和另外三人对如何在三维卡拉比—丘空间上确定高亏格曲线的数目做出重要贡献。在他们工作的基础上,2004年我和当时的博士后山口智对枚举函数的结构给出新的看法。直到今天,我还跟其他人在一起思考这个项目,我相信枚举函数有朝一日会成为η函数的某种推广。这类联系愈多,弦理论和数论的关系就愈紧密,为弦理论在数论中的各种应用打下了基础。
在另一项探讨弦理论和数论关系的工作中,连文豪和我证明了在五次的卡拉比—丘空间中,当那些定义方程的次数不是5的倍数时,它们对应的曲线的数目必定是125的倍数。这发现回答了赫伯特·克莱门斯(HerbertClemens)在代数几何上的一个问题。过去十年间,我们也利用镜像对称启发出来的想法,尝试计算某些积分的周期,这些周期和某个可追遡至欧拉的问题有关,问题迄今未完全解决。
我深信弦理论会给数论开辟新的途径,目前看见的只是皮毛的工作而已。关键的发展也许由别人而非本人得到,但也无所谓,能够吸引人向这个方向走,我已心满意足了。
前面已经说过,空闲的时候,例如在驾车时或在牙医诊所里,我喜欢有一篮子不同的问题供思考或浮想联翩。目前放在篮子上的几件东西中,就有上面讲过,来自弦理论的斯特鲁明格方程。人们对非凯勒流形所知不多,这些方程会对此很有帮助。数学上最大的进步,并不在于解决难题,因为这样只会使某些研究领域完结,而在于开辟了全新的、各式各样的问题以供探索。
庞加莱猜想却是个不愿踊跃去碰的题目,一旦把围绕着这个猜想的许多争议抛诸脑后,实在高兴得很。但有时仍忍不住想到它,因为还抱着一丝丝的怀疑,如果大声说出来,又会招惹麻烦了。或者你可以说这是妖言惑众,但我真的不肯定证明已完全明确。前面已讲过多次,我相信佩雷尔曼对三维空间奇点的形成和结构有杰出的贡献,完全有资格得到菲尔兹奖(只是他不接受)。要知道,先是庞加莱指出了方向,然后汉密尔顿艰辛地打下了基础,最后佩雷尔曼带领大家走得更远。这样看来,无可置疑地,佩雷尔曼立了大功,我也想知道他在里奇流中发展出来的技巧可以走多远。而我亦不能忘记另一种方法,即利用多年前我和米克斯、理察、西蒙等发展出来的极小曲面技巧,能否把问题廓清。