蒂莫西·高尔斯在世界顶尖科学家论坛现场
数学家高尔斯偶尔在公开场合表演爵士钢琴。40多年前,他是唱诗班里的小男孩,和两个妹妹一起拉小提琴,弹钢琴。在另一次人生中,他认为自己或许会与热爱数学的作曲家父亲互换身份,成为一位音乐家。
这位剑桥大学纯数学与数理统计系研究教授、《普林斯顿数学指南》、《牛津通识读本:数学》作者曾在音乐和数学的天地间漫游,直到在剑桥大学三一学院的课堂上,他发现了巴拿赫空间并被深深吸引。
大多数巴拿赫空间是无穷维空间,可看成通常向量空间的无限维推广。这一理论由波兰数学家巴拿赫(S.Banach)在1920年提出。
“关于巴拿赫空间,有一些古老猜想,例如,是否每个巴拿赫空间带有某种性质?”高尔斯在专访中告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者,“在之前,没有人知道是否存在反例。”
56岁的高尔斯一头白发,身型瘦高。他说话语速不快,回答记者提问时会不时地陷入思考,偶尔被自己逗笑。
蒂莫西·高尔斯接受澎湃新闻专访1991年的夏天,博士毕业不久的高尔斯找到了古老猜想的反例——他发现了一个完全不具备对称性的巴拿赫空间。
这之后,如1995年怀特海奖的评语所言,高尔斯“在五年内让巴拿赫空间的几何完全改变了面貌”。他塑造了一系列巴拿赫空间中完全不具备对称性的结构,解决了臭名昭著的巴拿赫超平面问题,提出高尔斯二分法定理。
1998年,因将泛函分析和组合学领域连接起来,35岁的高尔斯摘得了数学领域的皇冠——菲尔兹奖。
早早收割数学最高奖的他获得了更多自由思考的空间。最近10年,高尔斯将人工智能视为自己的“副业”,对瓦解人类在数学领域的独特性饶有兴致。
他对这看似“自我毁灭式”的研究爱好着迷,甚至预言“五十年后,如果还有人类数学家在努力寻找定理的证明,我会感到惊讶。”
“也许另一次人生中,我会成为音乐家”
1963年,蒂莫西·高尔斯出生在英国威尔特郡的一个艺术家庭,他在三个孩子中排老大,两个妹妹分别是作家和小提琴家。他们的父亲帕特里克·高尔斯是一位颇有名望的作曲家,《福尔摩斯探案集》片头那段脍炙人口的主题曲《221B Baker Street》就出自他之手。祖父是英国著名政府官员和作家欧内斯特·高尔斯爵士,先祖是研究帕金森氏症的先驱神经学家威廉·理查德·高尔斯。
蒂莫西·高尔斯从小展现出音乐天赋,他常演奏乐器,擅长小提琴和钢琴,在英国一个知名唱诗班唱歌。
被一群音乐家包围的高尔斯从父亲那里获得了数学启蒙。聊到父亲,高尔斯提了兴致,他谈到,父亲酷爱数学和电子学,还曾尝试自学大学数学。
在高尔斯还是个孩子的时候,父亲常与他谈论数学。“很长一段时间内,我真的不懂他在说什么”。
青年时期的蒂莫西·高尔斯 资料图
进入大学后,高尔斯立志成为专业数学家,他的数学能力也渐渐赶超父亲。“直到有一天,我们俩谈论的水平旗鼓相当。这种情况持续了两周左右,再之后”,蒂莫西颇有些自豪地笑着说,“变成他听不懂我在说什么了”。
音乐没有成为蒂莫西·高尔斯最终的职业,但日常演奏钢琴的习惯持续至今,“偶尔在公共场合演奏爵士钢琴,不弹古典”。
他喜欢在提到数学问题时以钢琴曲作比喻。“很多人害怕数学,是因为总会遇到不懂的知识,这很正常”,高尔斯说,对任何数学家来说都是如此。但如果想了解这些东西,他会花时间做一些工作。“这有点像学乐器。如果你有过起初不会弹某首钢琴曲,练习之后顺利弹奏的经历,就会意识到:你可以完成一些起初看起来很难的事情,只是需要练习。”
就像父亲把数学的兴趣传给他一样,蒂莫西很高兴自己的音乐天赋传给了其中一个孩子。他的儿子后来成为了一位钢琴家和风琴家。
发现古老猜想的反例
巴拿赫空间(Banach space)理论是高尔斯早期的重要研究领域。他运用组合数学的方法,在巴拿赫空间中塑造了一系列完全不具备对称性的结构。这也是他自认为能够获得菲尔兹奖的主要原因。
在剑桥大学三一学院,匈牙利组合数学家博洛巴什(Béla Bollobás)的课堂上,高尔斯对巴拿赫空间产生深刻兴趣。他的博士毕业论文以此为题,提交于1990年。
高尔斯介绍,“巴拿赫空间是无限维空间的概念。在这个无限维空间里,有不同的距离概念,可以用很多不同的方法来定义距离。每一种定义距离的方法都会产生一个巴拿赫空间”。他为之着迷。
“大概在1991年的夏天”,高尔斯对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者回忆起,他通过“三个灵感瞬间”和一些辛苦工作,发现了一个完全不具备对称性的巴拿赫空间,找到了巴拿赫空间古老猜想的反例。
这样的灵感瞬间有时发生在火车上。1991年至1995年,高尔斯在伦敦大学学院担任讲师。他在剑桥和伦敦两地通勤,以火车为交通工具,他发现火车是一个很好的工作场所,在上面“至少取得了一个真正的研究突破”。
作一名数学家让高尔斯“更为系统地思考人生境遇”。6年前,高尔斯罹患心房颤动,需决定是否接受手术治疗。“接受或不接受都会有一定的风险,大多数人采取的方式是咨询医生,但我想以数学家的方式思考这个问题。” 高尔斯笑着说。
他查阅资料并计算得出,接受手术会有千分之一的几率导致死亡。“我是否应该担心千分之一的死亡率?”他随即查阅了同龄人在一个月内死亡的几率,找到了相应数据。结果是,手术的死亡率和在两个月正常生活中的死亡率相同。而他不担心接下来两个月的正常生活,所以也“无需害怕这个手术的风险”。最终,高尔斯选择接受了手术。
“我的工作终将被计算机取代”
近25年,高尔斯的主要研究方向在组合学,尤其是加性组合(additive combinatorics)。但在大约十年前,人工智能的自动定理证明成为了他的另一个兴趣。这也是他在世界顶尖科学家论坛中提及最多的话题。
蒂莫西·高尔斯在世界顶尖科学家论坛现场自动定理证明涉及模式识别和逻辑推理,其最终目标,是让计算机产生新的数学发现。尽管离目标还很远,但高尔斯认为,这是一个“令人着迷的想法”。
不同于其他捍卫人类在数学领域独特性的数学家,采访中,高尔斯带着些许犹豫地说,“我可能会在时间精确性上出错……但五十年后,如果还有人类数学家在努力寻找定理的证明,我会感到惊讶。”
通常,人们认为具有创造性要求的工作很难被人工智能取代,数学正属此类。但高尔斯认为,数学研究所需的创造性“并非无法在计算机上复制”。
他说,计算机可以证明数学公式和定理,甚至自成体系。如果机器一旦到了某种程度,也许以后证明数学公式只需要直接在计算机里面输入即可。
“我所从事的数学研究工作是最终会被计算机取代的工作之一”,他想了想,接着说:“但我认为这还有很长一段时间,也许几十年,比取代汽车工厂工作所需的时间更久”。
“如果这样的事情真的发生,数学家应该怎么办?”
面对澎湃新闻(www.thepaper.cn)的提问,高尔斯沉思片刻,然后表示他无法给出答案。
“但在整个人类历史中”,他试着解释,“很多人类做过的工作,后来都被技术超越,人类不再被需要。我想数学研究可能就是其中之一”。
“这种现象会越来越普遍,到那时,我们需要找到生存的新意义。”
澎湃新闻与蒂莫西·高尔斯对话节选:
澎湃新闻:一种广泛流传的说法称数学家的学术巅峰在年轻时期,如何看待这一观点?
蒂莫西·高尔斯:现在的规定是菲尔兹奖只能颁发给40岁以下的人,所以相比于诺贝尔奖得主,大多数获奖的数学家都很年轻。很多数学家确实在40岁前完成了他们最好的工作,但这并不代表40岁后就做不了重要工作。
我认为有这种说法的部分原因是,如果你在40岁前就有了很大成就,会得到一些额外奖励。之后会出现两种情况,一种是,你会有额外的压力,例如帮别人写推荐信、担任委员会成员等等;另一种是,你得到了所有想得到的认可,压力变小了。
在我看来,大多数人对此的反应并不是停止工作。当然也有人得了菲尔兹奖后就立刻停止研究数学,选择从政,例如现在的巴黎市长候选人之一赛德里克·维拉尼,但这并不常见。
大多数人获奖后会有更多自由空间去思考,有时候并不围绕他们最初的研究兴趣。事实上,对我来说,开始研究人工智能就是如此。我不是这方面的专家,我大概从十年前开始研究人工智能,但没有把所有时间都花在这上面。
澎湃新闻:对于25岁左右的研究者,你会给他们接下来的五年提出什么建议?
蒂莫西·高尔斯:25岁左右的话,可能意味着你已经拿到了博士学位。我认为在这个年龄,最重要的是不要满足于你已经达到的目标,觉得“我已经能做这些了,我要继续做这个”,而是应该尝试做一些更困难或是更具挑战性的东西。
这可能会花费很长时间,但尽可能提升自己也是非常重要的。
每个人总有一天会说,“我不会再尝试做更困难的事”。但是对于25岁左右的人来说,现在做决定还为时过早。
澎湃新闻:数学和音乐之外,你还有别的爱好吗?
蒂莫西·高尔斯:和大多数人一样,我喜欢看书和去美术馆,但我并没有比别人更喜欢这两项活动,所以我不把它们称作爱好,只是我喜欢做的事情。
我不以严肃的方式做任何运动。数学和音乐是我最主要的两个爱好。
澎湃新闻:你喜欢读什么样的文学作品?
蒂莫西·高尔斯:有时候是小说,有时候是非虚构。我很喜欢看法语作品,因为我的妻子是法国人,看法语小说能够提高我的法语水平。
澎湃新闻:你曾主编《普林斯顿数学指南》、《牛津通识读本:数学》等数学书籍,为什么会参与其中?有何收获?
蒂莫西·高尔斯:主编《普林斯顿数学指南》是受人邀请,这与我之前的想法非常接近。这决定其实有点傻,因为它花了我五年的时间。但同时,我也很高兴这么做,因为这本书非常成功,很多人告诉我,他们很需要有这样一本书,能帮到他们。
《普林斯顿数学指南》可以说是现代数学研究的概览。对一般读者而言,这本书有点难。完成数学本科的学生会是理想的读者。或者有人想做数学研究,但不知道想研究哪个领域,可以从中看看不同领域的重要问题是什么,找出一些感兴趣的问题。
澎湃新闻:这本书后你还会出版更多数学书籍吗?
蒂莫西·高尔斯:有这种想法,但没有付诸实践。我不确定什么时候会有时间做,我真的花了很多时间在《普林斯顿数学指南》上。我还写了一本书,只有3500字,在业余时间完成。
澎湃新闻:在采访结束之前你有什么想补充?
蒂莫西·高尔斯:我想我还是要重复前面说过的话,对于害怕数学的人,我的答案是:不要害怕。
如果你发现一些困难的东西,不是因为你不会做数学,而是因为你有错误的期望。如果你期望你应该立即理解所有的事情,那么你当然会失望。但是如果抱着这样的期望努力去理解一些东西,那么最终你会理解它。
一旦你开始这么做,你就会开始享受数学的乐趣。