楊振寧憶陳省身:數(shù)學(xué)仙山上的一座新菩薩?
陳省身,1911年10月28日生于浙江嘉興秀水縣,美籍華裔數(shù)學(xué)大師、20世紀(jì)最偉大的幾何學(xué)家之一,生前曾長(zhǎng)期任教于美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校(1960年起)、芝加哥大學(xué)(1949-1960年),并在伯克利建立了美國(guó)國(guó)家數(shù)學(xué)科學(xué)研究所(MSRI)。為了紀(jì)念陳省身的卓越貢獻(xiàn),國(guó)際數(shù)學(xué)聯(lián)盟(IMU)還特別設(shè)立了“陳省身獎(jiǎng)(ChernMedal)”(國(guó)際數(shù)學(xué)界最高級(jí)別的終身成就獎(jiǎng))。
2011年10月28日,國(guó)際數(shù)學(xué)大師陳省身先生(1911-2004)迎來(lái)百年誕辰之際,他創(chuàng)立的南開(kāi)大學(xué)陳省身數(shù)學(xué)研究所及美國(guó)國(guó)家數(shù)學(xué)研究所(MSRI)聯(lián)合舉辦紀(jì)念會(huì)議。陳先生的學(xué)生和好友、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主楊振寧先生為此撰寫(xiě)了一篇紀(jì)念文章。
本文提及的英文人名包括物理學(xué)家馬爾文?高德伯格(Marvin Goldberger)、喬弗利?丘(Geoffrey Chew)、歐文?張伯倫(Owen Chamberlain)、寒春(Joan Hinton)、馬歇爾?羅森布魯斯(Marshall Rosenbluth),及數(shù)學(xué)家馬歇爾?哈維?斯通(MarshallHarveyStone)等。文中“千古寸心事,歐高黎嘉陳”之句,出自科學(xué)界流傳甚廣的楊振寧《贊陳氏級(jí)》一詩(shī),作者將陳省身列為歐幾里得、高斯、黎曼、嘉當(dāng)之后幾何學(xué)的第五位大師。
本文轉(zhuǎn)載自《物理》雜志2011年第40卷。原標(biāo)題為《菩薩、量子數(shù)與陳氏級(jí)》。
撰文 | 楊振寧
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1946-1948年間我在芝加哥大學(xué)物理系做了兩年半研究生。費(fèi)米(Enrico Fermi,1901-1954)那個(gè)時(shí)候常常跟我們幾個(gè)研究生到飯?zhí)?/span>(cafeteria)去吃午飯。參加這些午飯的經(jīng)常有Goldberger、Chew、Chamberlain、Joan Hinton(寒春)和我,后來(lái)Rosenbluth和李政道等人也加入了。大約是1948年的一天,費(fèi)米帶了一位矮矮的、瘦瘦的法國(guó)人到飯?zhí)?,那天多半是費(fèi)米和那位法國(guó)人交談。事后我們問(wèn)費(fèi)米他是何許人,費(fèi)米說(shuō)他是韋伊(André Weil,1906-1998),是重要的數(shù)學(xué)家。費(fèi)米還說(shuō)那天韋伊主要是講他猜想物理學(xué)家的一些新粒子可能與幾何學(xué)/拓?fù)鋵W(xué)里面出現(xiàn)的一些分類(lèi)現(xiàn)象有關(guān)。
(André Weil,1906-1998)
當(dāng)時(shí)我們都沒(méi)有懂韋伊的意思。我現(xiàn)在想,那天韋伊到芝加哥大學(xué)訪問(wèn)可能是要和芝加哥大學(xué)數(shù)學(xué)系當(dāng)時(shí)的系主任Stone討論聘請(qǐng)他到芝大的事情。后來(lái)果然韋伊和陳省身先后接受了Stone的邀請(qǐng),創(chuàng)建了芝大數(shù)學(xué)系二十世紀(jì)五十年代的輝煌十年。
到1960年前后,陳先生西去Berkeley,韋伊東去普林斯頓的高等研究所,陳先生告訴我,韋伊說(shuō)陳先生西去是為了離中國(guó)近一些,他自己東去是為了離法國(guó)近一些。韋伊和我在高等研究所以后同事了五、六年。我們不同行,很少有交流的機(jī)會(huì),所以我始終沒(méi)有和他討論過(guò)十多年前他和費(fèi)米那天談話的內(nèi)容。
1977年9月26日,鄧小平會(huì)見(jiàn)陳省身。
七十年代我了解了規(guī)范場(chǎng)與數(shù)學(xué)家的纖維叢的密切關(guān)系,了解了美妙的陳氏級(jí),寫(xiě)了一首詩(shī)《贊陳氏級(jí)》:
天衣豈無(wú)縫,匠心剪接成。
渾然歸一體,廣邃妙絕倫。
造化愛(ài)幾何,四力纖維能。
千古寸心事,歐高黎嘉陳。
我也了解了深邃的Chern-Weil定理,從而自然地想起芝大的那一頓午飯時(shí)韋伊所講的可能就是陳氏級(jí)等幾何/拓?fù)鋵W(xué)中出現(xiàn)的示性類(lèi)。韋伊的這個(gè)猜想:把陳氏級(jí)等幾何觀念和物理中的一些量子數(shù)聯(lián)起來(lái)有沒(méi)有可能是對(duì)的呢?我想很有可能:物理世界的基本結(jié)構(gòu)是幾何的,這是愛(ài)因斯坦再三強(qiáng)調(diào)的,也是今天許多理論物理學(xué)家所堅(jiān)信的。而且整體微分幾何中出現(xiàn)陳氏級(jí)等現(xiàn)象,與波爾(1885-1962)在圓周上創(chuàng)設(shè)量子化條件其精神是非常相似的(下圖)。韋伊的猜想其實(shí)是很自然的。
玻爾(Bohr)的量子化條件的德布羅意(deBroglie)解釋.左圖:圓周上波動(dòng)數(shù)不是整數(shù).右圖:圓周上波動(dòng)數(shù)是整數(shù)4(此二圖轉(zhuǎn)載自 Google網(wǎng)站)
1970年代規(guī)范場(chǎng)與纖維叢的密切關(guān)系震驚了數(shù)學(xué)界。對(duì)此新發(fā)展陳先生當(dāng)然非常高興,他了解到他的重要研究工作原來(lái)與物理世界的結(jié)構(gòu)有極密切的關(guān)系。1987年4月22日他在一次談話中講了一個(gè)故事。這個(gè)故事后來(lái)傳聞很多,多半不可信。當(dāng)時(shí)的記錄是這樣的,陳先生說(shuō):
“有一年我跟內(nèi)人去參觀羅漢塔,我就感慨地跟她說(shuō):‘無(wú)論數(shù)學(xué)做得怎么好,頂多是做個(gè)羅漢?!兴_或許大家都知道他的名字,羅漢誰(shuí)也不知道那個(gè)是哪個(gè)人。所以不要把名看得太重。Riemann的工作為什么重要呢?因?yàn)閿?shù)學(xué)跟其他的科學(xué)一樣要不斷擴(kuò)充范圍,大家重視的工作,都是開(kāi)創(chuàng)性的工作?!?/span>(《陳省身文選:傳記,通俗演講及其它》.北京:科學(xué)出版社,1989. p52.)
我解讀這段文字如下:陳先生當(dāng)時(shí)認(rèn)為自己是羅漢,還不是菩薩。這是不是表示他過(guò)于謙讓呢?我不是數(shù)學(xué)家,不能評(píng)說(shuō)。但是如果韋伊1948年的猜想是對(duì)的,那么陳先生的開(kāi)創(chuàng)性的陳氏級(jí)等數(shù)學(xué)工作的重要性就要旁及物理世界的最最基本結(jié)構(gòu)了,那時(shí)數(shù)學(xué)仙山上的大雄寶殿中豈能不迎來(lái)一尊新菩薩?
陳省身夫婦1971或1972攝于 Nova Scotia(陳璞提供)