數(shù)學與工業(yè),相向而行。

時代呼喚數(shù)學家

2019-05-28 15:26:59發(fā)布     來源:甲子光年    作者:火柴Q  

  作者 |火柴Q

  編輯 | 甲小姐

  分析師 | 丁兆增

  1939年9月,二戰(zhàn)爆發(fā),納粹治下的奧地利局勢動蕩,一位33歲的維也納人因為“長得像猶太人”,在當年11月遭到一群納粹黨徒攻擊。

  年底,接到征兵令的這位維也納人意識到,必須跑路了。他和妻子踏上了一場長途逃亡,先輾轉(zhuǎn)來到莫斯科,再經(jīng)西伯利亞鐵路橫跨歐亞大陸,從日本橫濱登上了開往大洋彼岸的輪船。1940年3月,終于抵達舊金山的維也納人心情大好,寫信給自家兄弟:舊金山絕對是我見過的最美城市。

  不過這還不是旅程的目的地。稍加整頓后,夫婦二人又經(jīng)太平洋鐵路橫跨美國,到達了真正的終點——普林斯頓高等研究院。

  一趟旅程橫跨兩個大陸,值了。

  更應該感到“值”的是美國。這位33歲的年輕人,就是在入籍儀式當場指出美國憲法漏洞的著名數(shù)學家哥德爾

  哥德爾只是當時因戰(zhàn)亂移民美國的眾多基礎科學家之一。

  希特勒給羅斯福送上的“大禮”包括但不限于:

  愛因斯坦、愛瓦爾德、奧爾、波利亞、德拜、德恩、費勒、費米、馮·諾依曼、弗朗克、佛里德里希、馮卡門、哥德爾、海林格、柯朗、蘭德,勒威、紐格堡、諾德海姆、賽格、塔斯基、外爾、魏格納……

  沒有這群天才,盟軍破解納粹密碼的進程不會那么快;美國也可能沒法這么快完成曼哈頓計劃,投下一錘定音的原子彈。

  更深遠的影響發(fā)生在戰(zhàn)后。

  40年代,費米設計建造了世界上第一個核反應堆芝加哥1號,奠定了日后核電產(chǎn)業(yè)的基礎;50年代,馮·諾依曼幫助IBM第二任掌門人小沃森完成了第一套存儲程序計算機701的開發(fā),開啟了美國制霸電子信息技術的輝煌;同一時期,戰(zhàn)后從英國移民而來的晶體管共同發(fā)明人肖克利創(chuàng)立了仙童半導體,該團隊的骨干諾伊斯、摩爾等人后來出走,創(chuàng)立了另一巨頭英特爾。

  此后,在科技上長于應用而弱于基礎的“二流暴發(fā)戶”美國一把翻身。

  美國普林斯頓高等研究院成了基礎科學的圣殿,全球頂尖人才開始源源不斷涌入這個國家——這是美國近80年來高速發(fā)展的最大護城河。

  大國崛起,必然伴隨著基礎科學的崛起。

  80年輪回,又一個風云變幻、高壓彌漫的時刻。

  過去數(shù)十年,迅猛發(fā)展的金融和信息全球化,已使大型跨國公司及其代表的工業(yè)界日益成為重要的權(quán)力實體,站到了新一輪爭端的舞臺中央。

  當?shù)貢r間 5 月 15 日,美國總統(tǒng)特朗普簽署行政命令,將華為加入“出口禁運”實體清單(即美國企業(yè)需要獲得特別許可才能向華為出口軟硬件產(chǎn)品);上周三中國時間深夜,ARM公司也宣布暫停與華為的芯片架構(gòu)合作??梢灶A見的是,為爭奪國際地位而拿工業(yè)界開刀的手法將越發(fā)頻繁。

  由此引發(fā)了一系列熱點問題——中國企業(yè)在芯片、操作系統(tǒng)等底層技術上到底有多依賴美國?華為“備胎”有多強?開源系統(tǒng)會不會也被“禁運”?

  然而,更隱秘而重要的競爭還不在應用面,而在基礎科學面。

  時間仿佛回到了80年前,危難的另一個名詞是機會——被“卡脖子”的地球最新“暴發(fā)戶”,中國,會孕育出一種更重視底層技術和基礎科學,以及擁抱、善待頂尖科學人才的新型科技文化嗎?

  1.任正非的質(zhì)問

  “用物理方法來解決問題已趨近飽和,要重視數(shù)學方法的突起?!?/span>

  ——任正非《中國沒有創(chuàng)新土壤,不開放就是死亡》

  從很多跡象看,中國確實越來越重視基礎科學了,尤其重視向來被認為是科學皇后的數(shù)學。

  令人耳目一新的是,這一次,發(fā)出支持聲的最強音來自工業(yè)界。

  相信很多人都已讀完了任正非于5月21日接受媒體采訪的2萬字實錄。74歲的任正非在回答中27次提及了“數(shù)學”,例舉了諸多數(shù)學對于華為的重要性:

  華為5G標準是源于十多年前土耳其Arikan教授的一篇數(shù)學論文;P30手機的照相功能依賴數(shù)學把微弱的信號還原;如今華為終端每三個月?lián)Q一代,主要是數(shù)學家的貢獻。

  他擲地有聲地質(zhì)問:

  我們國家修橋、修路、修房子……已經(jīng)習慣了只要砸錢就行。但是芯片砸錢不行,得砸數(shù)學家、物理學家、化學家……但是我們有幾個人在認真讀書?博士論文真知灼見有多少呢?

  來源:AP Photo/Vincent Yu

  他甚至表示,等自己退休了要找一個好大學,學數(shù)學。

  這不是任正非第一次提及數(shù)學的重要性。

  2012年,在任正非與內(nèi)部專家的一次座談《中國沒有創(chuàng)新土壤,不開放就是死亡》中,他提到:“我認為用物理方法來解決問題已趨近飽和,要重視數(shù)學方法的突起?!?/strong>

  2006年以來,華為在俄羅斯和法國這兩個傳統(tǒng)數(shù)學強國建立了數(shù)學研究所。今年初,在接受采訪時任正非說:這30年,其實我們真正的突破是數(shù)學,手機、系統(tǒng)設備是以數(shù)學為中心。

  按任正非披露的信息,華為現(xiàn)在已有700多名數(shù)學家、800多名物理學家、120多名化學家、六七千名基礎研究專家。

  無獨有偶,連向來被視為“拿來主義”大佬的馬化騰在上周二被問及貿(mào)易爭端時也說:“中國已經(jīng)走到發(fā)展前沿,拿來主義的空間越來越少。如果我們不繼續(xù)在基礎研究和關鍵技術上下苦功,我們的數(shù)字經(jīng)濟就是在沙堆上起高樓,難以為繼?!?/span>

  今年兩會前,馬化騰還曾發(fā)表口頭預告:騰訊未來要拿出10億元建立基金,啟動“科學探索獎”,支持數(shù)學、物理等基礎科學的研究。

  更早前的2016年,包括馬化騰、李彥宏、丁磊、徐小平在內(nèi)的中國互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)界“大佬”組團捐贈了“未來科學大獎”,單項獎金100萬美元,承諾連續(xù)捐10年。

  當被問起捐款原由時,馬化騰說:“這么好的事情怎么能沒有我?”他希望讓數(shù)學、生命科學等基礎科學領域成為新的時尚。

  在上周六剛剛舉行的2019年未來論壇·深圳峰會上,深圳市副市長王立新從城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度提到:

  大家從最近的形勢也看到基礎研究對深圳、對中國是非常非常的重要!我們過去講80年代上大學的時候說:“學好數(shù)理化,走遍天下都不怕”。今天我們有必要重提那句口號,就是:“學好數(shù)理化,打遍天下都不怕”。

  工業(yè)界主動示愛數(shù)學,看起來樸素直白,背后卻經(jīng)歷了充滿辛酸淚的九曲十八彎。

  要看清“破冰”的來路和去路,或許先要從驕傲的數(shù)學講起。

  2.驕傲的數(shù)學

  “數(shù)學家們正把時間浪費在了無意義的‘謎語逗趣’上。”

  ——牛頓

  一群數(shù)學博士聚會,常見的調(diào)侃是:

  “那誰是不是6化了?”

  “聽說某某6化了?”

  “什么?你小子濃眉大眼的,居然也6化了!”

  “6化”一梗,源自理工大校MIT,描摹著數(shù)學和外部世界若即若離的微妙關系。

  在MIT,所有課程都以數(shù)字編碼,6字打頭的是如今最炙手可熱的計算機。本來學數(shù)學的人,學著學著溜去了計算機,是為“6化”。

  能“6化”,說明數(shù)學作為科學之母,跨入其他學科并不難;但“6化”成為一種調(diào)侃,則反映了數(shù)學和其他學科間的距離感。

  在華為此前建立數(shù)學研究中心,并廣招數(shù)學博士時,也曾遇到過類似的尷尬。

  一位快畢業(yè)的數(shù)學博士在知提乎問:華為為什么要招數(shù)學博士?

  

  一個答案是這樣的:

  

  答主認為,華為招的其實是應用數(shù)學博士,并非“主流數(shù)學”,從論文占比來說,純數(shù)才是數(shù)學研究的主流。

  這個答案引發(fā)了激烈的討論,其中一種極端觀點是:應用數(shù)學根本不算數(shù)學。

  為什么理論數(shù)學界如此急于對外“劃清界限”呢?

  這是理論派的驕傲,也是理論派的孤獨。

  美國數(shù)學史家莫里斯·克萊因稱這種隔絕為“數(shù)學的孤立”

  別誤會,數(shù)學并非生而驕傲。一開始,數(shù)學家們總熱衷于解決現(xiàn)實問題:牛頓是因為渴望算出雙星軌跡才發(fā)明了微積分;龐加萊是為了解決三體問題才發(fā)明了微分方程。

  曾幾何時,璀璨的文藝復興(14~16世紀)與激蕩的大航海時代(15~17世紀)同時上演。數(shù)學在與其他學科和各類現(xiàn)實應用的互動中快速發(fā)展——航海需要的天體力學、戰(zhàn)爭中優(yōu)化炮彈等武器需要的運動力學紛紛刺激、呼喚著數(shù)學的新突破。

  牛頓引領的科學計算風潮應運而生,在古希臘數(shù)學理性、抽象、脫離于自然的傳統(tǒng)上注入了對現(xiàn)實的強烈關切,讓數(shù)學家更關注物理、天文、力學、光學等自然科學和應用中產(chǎn)生的問題,主導了17、18世紀和19世紀大部分時間里的數(shù)學文化。而數(shù)學也因為與應用緊密交融,帶來了豐碩的學術成果。

  然而,浪漫的現(xiàn)實主義,卻遭遇了漫長歲月里三次數(shù)學危機狠狠落下的“錘”:

  公元前5世紀,信奉“萬物皆數(shù)”(整數(shù))的畢達哥拉斯學派慌了:一位叫希伯斯的人發(fā)現(xiàn)了一個腰為1的等腰直角三角形的斜邊(長度為根號2)永遠無法用最簡整數(shù)比表示,推翻了畢達哥拉斯的著名理論,引發(fā)了第一次數(shù)學危機。畢達哥拉斯學派憤怒地把希伯斯拋入大海。直到公元前400年,通過對無理數(shù)的定義,第一次危機被解決;

  18世紀,微積分蓬勃發(fā)展,但人們發(fā)現(xiàn)牛頓和萊布尼茲分別創(chuàng)立的微積分理論是不嚴格的,他們對基本概念“無窮小”的理解是混亂的,微積分的合理性遭遇巨大質(zhì)疑,第二次數(shù)學危機爆發(fā)。直到柯西用極限的方法定義了“無窮小”,微積分理論才得以進一步發(fā)展完善;

  19世紀下半葉,康托爾創(chuàng)立了著名的集合論,其干凈漂亮讓數(shù)學家們開始相信集合論可以成為一切數(shù)學的基石。1900年的國際數(shù)學家大會上,法國著名數(shù)學家龐加萊甚至興高采烈地宣稱:“借助集合論概念,我們可以建造整個數(shù)學大廈……今天,我們可以說絕對的嚴格性已經(jīng)達到了!”

  可好景不長。1903年,英國數(shù)學家羅素提出著名的“羅素悖論”震驚了數(shù)學界:集合論是有漏洞的!第三次數(shù)學危機隨之爆發(fā)。

  本意修地基的人,越修卻越發(fā)現(xiàn)更多的坑。

  三次數(shù)學危機,讓數(shù)學家們篤信的數(shù)學大廈的嚴格性一次又一次被撼動、修補、再撼動、再修補,此后,直覺主義、邏輯主義、形式主義和集合論公理化蓬勃發(fā)展,被危機嚇怕了的數(shù)學家深深意識到“攘外必先安內(nèi)”——四大流派當時的首要任務已不是解決來自物理、天文、光學、航海、炮彈制造等多個實際領域的問題,而是以各自的方式,試圖讓數(shù)學重回一個邏輯嚴密的系統(tǒng)。

  直到1931年,哥德爾終于給了數(shù)學體系致命一擊。

  哥德爾以一篇《論<數(shù)學原理>中的形式不可判定命題及有關系統(tǒng)》論文提出“哥德爾不完備定理”——“真的”和“可證的”從此被區(qū)分開來,可證的是真的,但真的不一定可證,換句話說,世界上不存在既沒有矛盾,又完備的數(shù)學系統(tǒng)。

  這是一記重錘。數(shù)學家們終于開始接受確定性的喪失——數(shù)學,并非一個和自然完美對應的真理體系。

  咔嚓一下,支撐信念的東西脆裂了。

  一種深刻的變化由此蔓延——既然數(shù)學并不必然和自然對應,那么用自然中的問題來啟發(fā)數(shù)學研究似乎也并無必要。

  此后,自然、現(xiàn)實應用中涌現(xiàn)的問題,不再是指引數(shù)學家方向的明燈。

  另一方面,現(xiàn)代高校分科制度的建設、教職評定的各種指標,又進一步強化了數(shù)學和其他學科之間的分離。學界有學界的規(guī)則,全職研究者不得不考慮頂級刊物、獎項的口味。

  漸漸地,數(shù)學和物理、力學、天文學、電磁學等自然科學的深刻羈絆減弱了,數(shù)學被看做“形式科學”,和“自然科學”區(qū)隔開來;甚至即使在數(shù)學的國度內(nèi),數(shù)學家們也不再相互理解了。

  純數(shù)學變得越發(fā)驕傲,失去了牛頓、龐加萊時代的“野蠻”活力(在后世數(shù)學家看來,18世紀的數(shù)學過于依賴直覺,缺乏嚴密性)

  1947年,馮·諾依曼曾敏銳地察覺了數(shù)學家想拋棄其他試驗科學的動向:

  在距離經(jīng)驗本源很遠的地方,或者在多次“抽象”的近親繁殖之后,一門數(shù)學科學就有退化的風險。起初,數(shù)學的風格通常是古典的,一旦它顯示出巴洛克式(以裝飾繁復著稱)的跡象,危險信號就發(fā)出來了。

  ——《數(shù)學家》

  正如一個孤獨的孩子是很難自發(fā)變開朗的,改變數(shù)學的“孤立”,很難靠從內(nèi)“自爆”,而需要從外敲擊。

  比如動蕩的二戰(zhàn)就是一個敲開數(shù)學封閉圍墻的鑰匙。彼時的普林斯頓高等研究院在“形勢所迫”下,成了現(xiàn)代歷史上最后一個數(shù)學與其他科學緊密互動的殿堂:最杰出的物理學家愛因斯坦、最杰出的數(shù)學家哥德爾、開創(chuàng)了計算機科學的馮·諾依曼、人工智能的鼻祖圖靈,總能輕松穿過走廊自由交談,一個世界的智慧啟發(fā)著另一個世界的方向。

  而如今,圍墻之外,“6化的世界”又開始急切地敲門了。

  3.著急的工業(yè)界

  “人工智能需要一個堅實的理論基礎,否則它的發(fā)展會有很大困難?!?/span>

  ——丘成桐

  在數(shù)學世界的另一端,工業(yè)界可沒那么深沉。

  他們的思維方式簡單粗暴——產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到了瓶頸,亟需更多基礎理論支撐。

  近年來,從高端制造需要的材料科學,到物流、交通和智慧城市離不開的運籌學,到安全技術所依賴的密碼學,再到直接卡住人工智能進展的算法層的思想革新,“硬科技”在工業(yè)界的落地,處處呼喚著數(shù)學。

  去年以來引起中國普通民眾關心的半導體產(chǎn)業(yè),正急需數(shù)學的貢獻。

  在芯片設計、制造的繁復流程中,每個微小差別——比如不同的組件尺寸、組件材質(zhì)、元器件排布等——都可能使芯片性能產(chǎn)生巨大差異,所謂“失之毫厘謬以千里”。

  而數(shù)學的引入,則能在仿真和模擬環(huán)節(jié)代替成本高、耗時長的真實實驗,提前預判芯片的效果。

  目前,科學家已找到了許多描述半導體特性的數(shù)學方程,但是在求得精確解上,數(shù)學家仍束手無策,只能借由計算機得到近似解。隨著芯片制造難度的升級,工業(yè)界急需找到更優(yōu)的計算方法。

  在對新型燃料電池、高端裝備、高端制造影響深遠的材料科學領域,科學家也在呼喚數(shù)學家的跨學科援助。

  如離散幾何分析極有可能助力對納米多孔材料的研究,這一材料在研發(fā)新型催化劑上有廣泛的應用前景,而新型催化劑又有可能攻克氫燃料電池的應用難題,從而帶來新一輪的汽車革命。

  而如今大熱的人工智能領域,數(shù)學缺席的瓶頸感格外明顯。

  業(yè)界對過去一年的人工智能有一個評價:2018年,人工智能的進展就是沒有進展。

  《浪潮之巔》作者、硅谷風險投資人吳軍有一個判斷:“人工智能技術20年內(nèi)不會有大突破,因為今天的人工智能已經(jīng)用光了40年來所積累的技術紅利。”

  這要追溯到神經(jīng)網(wǎng)絡、深度學習方法的緣起。上世紀70年代,計算機科學家就開始研究神經(jīng)網(wǎng)絡在推進人工智能上的可行性。

  在《甲小姐對話特倫斯》一文中我們曾提到,當時,人工智能開山鼻祖之一馬文·明斯基認為神經(jīng)網(wǎng)絡有數(shù)學上的局限性,在他的權(quán)威震懾下,神經(jīng)網(wǎng)絡在此后近40年里一直無緣主流。

  2012年之后,主流快速翻轉(zhuǎn),深度學習在“大算力+大數(shù)據(jù)”加持下獲得神速進展,功能主義取代理論體系成為人工智能領域的尚方寶劍,但花開遍地后,卻遇到了能力進一步提升的關卡。

  關卡背后的深層原因是,神經(jīng)網(wǎng)絡和深度學習,是對以邏輯、規(guī)則為基礎的“建制派”的顛覆:好處是在結(jié)合大數(shù)據(jù)之后效果立竿見影;壞處則是深度學習成了一個人們只知其然而不知其所以然的“黑匣子”,效果顯著,卻缺乏數(shù)學理論支持

  到2016年,人工智能領域的頂級賽事ImageNet中的神經(jīng)網(wǎng)絡層數(shù)已達到了1207層,工程思維一度蓋過科學思維,但要想進一步發(fā)揮作用,沒有底層理論支撐很難突破。

  

  在2017年的中國計算機大會(CNCC 2017)上,首位華人菲爾茲得主、哈佛大學終身教授丘成桐曾從數(shù)學家的角度發(fā)出提醒:

  人工智能需要一個堅實的理論基礎,否則它的發(fā)展會有很大困難。

  如今,中國工業(yè)界對攀登人工智能高地躊躇滿志,在應用領域也是“形勢一片大好”,誕生了諸多知名的業(yè)界公司,但卻面臨著丘成桐提及的“基礎不牢”的隱憂。

  上周五接受《經(jīng)濟觀察報》采訪時,中國科學院院士、清華大學教授張鈸提到了中國人工智能領域目前仍長于跟隨,不擅拓荒:

  我們的從眾心理很嚴重,比如在人工智能領域,深度學習很熱,發(fā)表論文的作者中幾乎70%是華人,但是其他非熱門領域,包括不確定性推理、知識表示等幾乎沒有華人作者。這就是從眾扎堆,不愿意去探索“無人區(qū)”。

  當被問及瓶頸該如何突圍時,張鈸院士給出了兩個方向:“一是數(shù)學,二是腦科學。”

  何時可以迎來突圍?

  院士的回答,真誠中有一點無奈:

  “很難預計,我們也很著急?!?/span>

  4.知其所以然

  “數(shù)學的核心是解決‘知其然和知其所以然’的問題?!?/span>

  ——華為技術戰(zhàn)略部部長朱廣平

  數(shù)學究竟能為工業(yè)帶來什么?

  任正非在采訪中提到,F(xiàn)22隱形飛機的隱形原理是五十年代俄羅斯數(shù)學家發(fā)明的。而華為在2008年推出的傳奇技術方案SingleRAN,更是數(shù)學支撐工業(yè)應用的一個經(jīng)典范例。

  對華為的客戶,即網(wǎng)絡運營商們來說,SingleRAN解決了一個剛需:在2G、3G、4G和不斷到來的通信網(wǎng)絡迭代中,提供同時運營多制式網(wǎng)絡的能力,從而讓運營商以更低成本平滑進入4G時代。

  這一方案迅速引領業(yè)界風潮,到2010年底,華為已在全球部署了80個SingleRAN網(wǎng)絡?!督?jīng)濟學人》的一篇報道提到,拉美運營商AméricaMóvil在部署了華為的SingleRAN之后,基站功耗降低了50%,設備數(shù)量減少了70%。

  SingleRAN的革新性,離不開背后復雜的數(shù)學算法

  2006年,陸家嘴軟件園,華為上海研究所903實驗室里,射頻領域首席專家,華為Fellow呂勁松向多載波技術這一業(yè)界難題發(fā)起挑戰(zhàn),這是SingleRAN的起點。

  在1年半的研發(fā)過程中,華為俄羅斯研究所的算法專家鼎力相助——當年華為之所以在莫斯科建俄羅斯研發(fā)中心,正是看中了俄羅斯作為傳統(tǒng)數(shù)學強國的深厚底蘊。

  不僅提前布局基礎數(shù)學研究,華為還通過長年投入,趟完了從基礎數(shù)學到工程化落地的各種坑。呂勁松在開發(fā)多載波技術時,曾在生產(chǎn)線上待了6個月,從庫房到物料,到貼片機,清查了各環(huán)節(jié)可能影響質(zhì)量的所有細節(jié),保證了SingleRAN的質(zhì)量。

  正是對基礎研究的持續(xù)投入和超強的工程能力,為華為建立了作為設備商的技術壁壘。借助SingleRAN,此前通信設備業(yè)務收入排名全球第四的華為力壓愛立信、諾基亞、西門子,在4G普及的2014年,一躍登上世界頭把交椅。

  5G時代,數(shù)學又幫華為進一步獲得了制定標準的先機。

  去年7月26日,華為深圳總部紅毯鋪地,歡迎一個神秘來賓,他并非政要商要,而是土耳其畢爾肯大學教授Erdal Arikan。

  當天的活動是為了感謝這位非華為編制的研究者。

  2010年,已投入5G研發(fā)兩年的華為發(fā)現(xiàn)了Arikan在2008年提出的Polar Code(極化碼)理論。

  相比Arikan的導師Robert G. Gallager(香農(nóng)的學生)在1963年提出的信道編碼技術LDPC碼,Polar Code有理論上的優(yōu)勢,但從工程學的角度來說不成熟。

  華為頂著風險,陸續(xù)圍繞Polar Code投入了數(shù)千人的研發(fā)資源,把Arikan的論文變成了一系列專利和技術,并使之在2016年底成為5G控制信道編碼方案——這是中國廠商第一次掌握了國際移動通信標準制定的話語權(quán)。

  在去年那場感謝Arikan教授的活動中,任正非說:“我們要加強基礎研究的投資,希望用于基礎研究費用從每年總研發(fā)費用150-200億美金中劃出更多的一塊來,例如20%-30%,這樣每年有30-40億美金左右作為基礎研究投入。

  這也是為什么,在如今華為遭遇危機后,任正非仍能自信地表態(tài):“華為的5G是絕對不會受影響,在5G技術方面,別的國家兩三年內(nèi)肯定追不上華為?!?/span>

  2016年獲得諾貝爾物理學獎的拓撲絕緣體,也是數(shù)學和科學、工業(yè)界碰撞的成果。

  拓撲學本是數(shù)學的一個分支,研究幾何體在連續(xù)形變中的不變性質(zhì)。2007年發(fā)現(xiàn)的拓撲絕緣體,是將誕生已100多年的拓撲學引入凝聚態(tài)物理的成果之一。

  拓撲絕緣體被認為是繼石墨烯之后的“next big thing”,它內(nèi)部絕緣,表面導電,特性神奇,在半導體行業(yè)極有應用前景。

  對拓撲絕緣體做出了貢獻的張首晟,在與南洋理工大學學生交流這一發(fā)現(xiàn)時提到:愛因斯坦、狄拉克和楊振寧都完美的體現(xiàn)了一種風格——他們都有著最堅定的信念,那就是物理的最基本法則應該是被數(shù)學的美感所激發(fā)。

  而在前沿計算機領域,數(shù)學界也顯現(xiàn)出興趣,并開始挑戰(zhàn)困擾人工智能已久的深度學習的“黑匣子”問題。

  丘成桐及其團隊在2017年10月發(fā)表了一篇論文,用幾何學解釋了GAN(生成對抗網(wǎng)絡)。

  這個成果將GAN與最優(yōu)傳輸理論、凸幾何進行類比,使其轉(zhuǎn)化為了一個可求解的數(shù)學問題,從而為黑箱給出了透明的幾何解釋——這將有助于設計出更高效、可靠的計算方法。

  看來,作為數(shù)學泰斗的丘成桐并不在意“6與不6”的界限,這其中有個淵源——丘成桐的學生顧險峰“6化”到了“計算機圖形學”,而這種跨界的視角產(chǎn)生了一個如今救人性命的好東西:用于直腸癌篩查的虛擬腸鏡。

  大多數(shù)因篩查及時而獲得救治的病人可能很難想象,一切的起源是2000年時,丘成桐辦公室里的一塊黑板。

  在這塊黑板上,丘成桐給顧險峰講了全純一次微分和黎曼面之間的關系。這些理論后來被顧險峰應用到將直腸曲面攤平展開的想法上,成了虛擬腸景的算法技術核心,這一成果隨后被西門子和GE公司購買,目前已是CT掃描器械上的標配軟件。

  不知不覺間,艱澀的數(shù)學支撐起了很多人的平凡“小確幸”。

  俄羅斯數(shù)學家羅巴切夫斯基曾說:“不管數(shù)學的任一分支是多么抽象,總有一天會應用在這實際世界上?!?/span>

  正應了一種說法:所有理論數(shù)學,最終都是應用數(shù)學。

  5.我們終將度過

  “一個國家只有數(shù)學蓬勃發(fā)展,才能展現(xiàn)它國力的強大。數(shù)學的發(fā)展和至善和國家繁榮昌盛密切相關?!?/span>

  ——拿破侖

  在80年前的“數(shù)學人才大遷徙”中,中國只是全球?qū)W術體系的“背景板”——如哥德爾取道日本前往美國時,曾路過日占的滿洲里;許多歐洲科學家在橫跨美國時經(jīng)由的太平洋鐵路,凝結(jié)著150萬華人勞工的血淚。

  而如今,在數(shù)學和工業(yè)的最新互動中,中國的“存在感”越來越強。

  現(xiàn)在,不僅華為在莫斯科、巴黎建了數(shù)學研究中心,支持東歐、日本數(shù)學家的研究,各大中國互聯(lián)網(wǎng)公司也在紛紛硅谷設立實驗室,就地招攬人才。

  這是一種全球化的“筑巢引鳳”。

  華為把這一思路表達得很清楚——“在有鳳的地方筑巢”,機構(gòu)跟著人才走,而不是人才跟著機構(gòu)走。

  在全球化體系下,重要的并非地理位置,而是創(chuàng)造價值。從歐洲某個數(shù)學家的黑板上,可能會長出新的良藥;在中國的某個實驗室里,可能正醞釀著推動量子計算前進的發(fā)現(xiàn)。

  今天,人類的科學技術,比商品經(jīng)濟在世界上的傳播交融范圍更大、影響更廣。

  在遠古時期,美索不達米亞人建造了巴比倫,印度人發(fā)明了十進位制,埃及人建造了金字塔,中國修筑了長城,希臘人擅長邏輯推理,印加人發(fā)明了最先進的歷法……過往幾千年文明史,人類知識的進步,正是千百年來跨地區(qū)、跨學科交融互動的累積式發(fā)展的結(jié)果。

  現(xiàn)在,特朗普政府的做法正在動搖科研體系的全球化互動。

  從二戰(zhàn)時期接收大量歐洲科學家,到戰(zhàn)后80年里吸引全球頂尖人才,美國本是這種開放體系的最大受益者。

  然而從去年底開始,麻省理工學院、威斯康辛大學、伯克利大學紛紛因“非學術的原因”,宣布不再接受華為捐款。國際主義的筑巢引鳳吃了閉門羹:你是大方,我也缺錢(如伯克利這樣的公立大學要靠政府撥款,但加州政府財政赤字嚴重,近年來陸續(xù)削減了公立大學的經(jīng)費),但你的錢,我不能要了。

  特朗普政府對美國公司和高校的施壓,已產(chǎn)生了一個波及范圍遠超中美的影響:搞亂了全球分工體系,污染了跨國學術交流。

  最壞的不是在邊境上筑起高墻,而是在人心里建起提防。

  好在,真正理解科技發(fā)展背后作用力的人,正選擇站在真理的一邊。上周四,耶魯大學校長蘇必德的聲明在晦暗中帶來了些許光亮:

  我們堅持歡迎來自世界各地有才干的同事。這絲毫無損于我們對學術誠信的追求……國際學生和學者在耶魯?shù)男@是受歡迎和尊重的。我們感謝他們在共同追求知識與真理中表現(xiàn)出的專業(yè)、創(chuàng)造力和奉獻精神;我們申明他們屬于耶魯社區(qū)的成員。我在此提示,遇到簽證或其他任何問題的國際學生和學者,請聯(lián)系耶魯?shù)膰H學生和學者辦公室。

  這位校長很明白:對探索著未知邊界的數(shù)學家等基礎學科先鋒來說,提防心尤為有害,它阻擋了人類作為一個整體向前邁進的步伐。

  Wir müssen wissen, wir werden wissen.

  我們必須知道,我們必將知道。

  這是1930年,被譽為最后一位“數(shù)學全才”的希爾伯特退休時演講的最后六個單詞。彼時,盡管數(shù)學家們?nèi)曰\罩在第三次數(shù)學危機之下,但他們?nèi)匀粓孕?,這幢大廈的基礎是堅實的。

  但愿這一次,當世界站上門檻,會有更多的人看清科學與工業(yè)交匯的價值,和它所需要的樸實根基——一個開放、融合、流動的跨地域、跨學科的人才源泉,一個真正理解進步之含義的文明體系;

  但愿這一次,數(shù)學不再孤獨,工業(yè)不再無援,越來越多的人可以基于客觀規(guī)律抱以同一個信念:

  我們必須度過,我們必將度過。

  參考資料:

  1.John Cornwell,Hitler's Scientists: Science, War, and the Devil's Pact,Penguin,2004.09

  2.瑞德著,袁向東,李文林譯,《希爾伯特——數(shù)學世界的亞歷山大》,上??茖W技術出版社,2006.07

  3.莫里斯·克萊因 著,李宏魁 譯,《數(shù)學簡史:確定性的消失》,湖岸出版社,2019.03

  4.人民郵電報,《華為余承東:GSM/UMTS/LTE是SingleRAN三特性》,2011.02

  5.南洋理工大學高等研究所編,《諾貝爾獎得主與名人在新加坡南洋理工大學講演與訪談》,2016.02

  6.Na Lei, Kehua Su, Li Cui, Shing-Tung Yau, David Xianfeng Gu,A Geometric View of Optimal Transportation and Generative Model,Computer Aided Geometric Desig,2019.01

  7.《光陰的故事》,華為心聲社區(qū),2016.10

  8.《Fellow呂勁松對話成研:非深潛無以成SE》,華為人,2014.08

  9.《超越時代的眼光——為丘成桐先生七十壽辰而作》,老顧談幾何,2019.03

  10.西蒙·辛格著,薛密 譯,《費馬大定理》,2013.01