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美国数学家孙理察获2025顶科协奖“智能科学或数学奖”
为宇宙划定底线

  据文汇报 数学殿堂是如此宏伟高远,不少大师的声名虽不为外界熟知,但其成果却照亮了整个世界。近日,2025世界顶尖科学家协会奖“智能科学或数学奖”授予美国斯坦福大学教授孙理察,以表彰他在几何分析与微分几何领域作出的开创性工作。

  75岁的孙理察,被公认为几何分析领域的奠基人和领军者之一。他最著名的成果,就是和华裔数学家丘成桐合作完成的“正质量猜想”证明。某种意义上,这个证明影响了我们对宇宙的根本认知,为广义相对论设定了安全边界,为黑洞、引力波等研究提供了数学支撑。

  值得一提的是,孙理察与丘成桐的合作延续了半个世纪,“孙理察”这个中文名也是丘成桐所起。在线参与顶科协奖发布会的丘成桐动情地说,他和孙理察就像是兄弟,攻克正质量猜想的一个重要的突破口,正是他俩在一起回家吃饭的路上聊出来的。

  为相对论编织“安全网”

  广义相对论中的宇宙就像一张巨大的蹦床,假如放上一只保龄球,蹦床会立刻凹陷,并把附近的其他小球拉过去。这个“凹陷”就是广义相对论所描述的由质量所制造的“时空弯曲”;它将周边小球“拉”过去的效应,就是爱因斯坦心中引力的本质。

  根据物理学家的直觉,宇宙不能出现“负质量”,否则就会导致宇宙作为系统出现不稳定乃至局部“崩溃”。因此,物理学家在上世纪60年代提出了“正质量猜想”。但在得到证明之前,猜想始终只是猜想。

  1979年,孙理察与丘成桐合作发表论文,第一次为正质量猜想给出严格的数学证明。受益于几何分析思想,孙理察和丘成桐携手发展出一种以“最小曲面”为核心的数学工具,最终靠反证法排除了负质量的可能性,使正质量猜想成为了定理。

  这个成果在物理学界引发巨大反响。有人评价,它为相对论编织了一张安全网,为宇宙划定了总质量不小于零的底线。而从数学的视角,这个证明也让新兴的几何分析翻开新篇章。之后多年,孙理察将几何分析方法推广到更多领域,解决了许多重要的数学问题。

  与中国数学的不解之缘

  孙理察与丘成桐超过50年的交往堪称学界佳话。1972年,孙理察从代顿大学数学系毕业,进入斯坦福大学攻读研究生。1973年秋,丘成桐来到斯坦福,和孙理察的导师莱昂·西蒙的办公室正好面对面,孙理察敏锐的思维引起丘成桐的注意,双方第一次合作随之展开。1977年,孙理察获博士学位,丘成桐是他的第二位论文导师。尽管孙理察之后离开了斯坦福,两人的合作依然继续。

  丘成桐当过孙理察的导师,但其实只比孙理察年长1岁。谈起半个世纪前的合作,丘成桐如数家珍:他俩不仅常常一起吃饭、一起游玩,孙理察还常请丘成桐去他租住的大房子游泳。朝夕相处之中,两人碰撞出了许多学术灵感。

  大师间的合作,是数学界的幸事。丘成桐和孙理察、西蒙等人,在1970年代几何分析理论上取得巨大进步,为之后近半世纪拓扑、代数几何和数学物理学中的重大发展奠定了基础。对于孙理察的贡献,丘成桐不吝赞美,甚至曾公开表示自己超过一半的重量级论文,要么与孙理察合写,要么深受对方影响。

  当然,谈到这位华裔“兄长”,孙理察也坦言“丘成桐一直是我的榜样”。这种彼此欣赏,根植于双方对数学的热情。孙理察曾回忆说,刚到斯坦福的丘成桐,浑身焕发着雄心与活力,而且几乎不回家,一直住在办公室,从早忙到晚,“我从未遇过像他那样的人”。有趣的是,孙理察哪怕成名后,也是一周七天每天一早就到办公室工作。

  与丘成桐的合作让孙理察与中国数学界建立了深厚往来。多年来,他不遗余力地培养青年学者,带过约20位来自中国的博士生,积极推动中国数学与全球交流。为表彰他的贡献,2010年世界华人数学家大会授予他“国际合作奖”,为他颁奖的正是丘成桐。

  生于农场可以扣篮的数学家

  在同事和学生眼中,孙理察在成名后仍是数学界最谦逊、最努力的人之一。同时,他也热爱生活,尤其擅长棒球、篮球、排球、网球等运动。有一年到夏威夷旅行,孙理察用石头击落了五层楼高椰子树上的椰子,让同行的数学家惊叹不已。另外,身高1.83米的孙理察甚至还可以扣篮。

  孙理察出生在美国俄亥俄州一个拥有13个孩子的大家庭。父母非常重视教育,几乎每个孩子都是优等生。作为家中“老十”,孙理察初中时就通过两个主修数学的哥哥,早早接触到高水平数学。他自小在农场长大,有大把时间在田间独处和自由思考。他曾说:“农家成长的背景和数学家所需的特质是一致的。数学家必须独立,必须固执地追寻一些其他人不会有兴趣的事。”

  孙理察是少有在研究与教学方面都达到顶级水准的数学家,被不少学生评价为“课上得最好的教授”。对于人才培养,他有独到看法,比如数学奥赛可能让中学生过早陷入特定方向的技巧性训练,限制了视野的拓展,长期看会有负面影响。同时,他认为数学不应成为纯粹的智力游戏,而应与现实世界关联,与更多学科领域结合。实际上,正质量猜想的证明就是跨界研究的典范,让孙理察获得了“物理与数学桥梁构建者”的美誉。

  2017年孙理察获沃尔夫数学奖时,丘成桐有过一段评价,很适合为其学术生涯进行小结。他表示,该奖是对孙理察“在几何分析领域长期展示的伟大洞见和实力的当之无愧的认可”。此外,丘成桐还给过一个半开玩笑的评价,并写进了一本书。书中说,幸而证明了正质量猜想,“宇宙依然存在,时空也安全得救”。■张懿华

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