數學是什麽?
是小時候寫滿本子的算術題?
是絞盡腦汁都想不出來的函數題?
還是掛了很多人的高“樹”?
而對於浙江大學數學科學學院的青年教師周青龍來說,從小學數學38分,到第十三屆鍾家慶數學獎獲得者,這一路,數學帶給他的遠不止考試的“折磨”——知識、方法和思維,是他在數學中收獲的珍寶。
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興趣是學習的第一任老師
周青龍來自湖北黃岡,小時候的他對於數學可並不怎麽感冒,甚至還考出過38分的“超低分”。盡管如此,他卻在學習數學中發現了有趣的事兒:三角形的高線、中線、角平分線都能交於一點。
“當時就覺得數學特別神奇,明明不一樣的線,但是能夠總結出相似的規律——都會交於一個點。”這個眾所周知的定理讓周青龍對數學背後的規律產生了興趣。當他考試再次拿到61分,卻已是全班第一時,他對數學的熱愛被徹底地激發出來,對探索現象背後的規律的信心也越來越足。
“做數學要有敏銳的直覺,還要有紮實的計算。”受華羅庚和龐加萊的影響,周青龍開始注意到數學對數理經濟和天體運行的研究似乎有些幫助——比如通過自己的演算和推導,周青龍發現,例如像經濟環境治理這樣的“難題”,在出台一項項辦法措施時,如果不考慮時間不一致性導致的代際博弈,措施的效果將會大打折扣。“因為對於當下來說最優的決策,隨著時間的推移,在未來某個時間來看,繼續執行該策略的效果並不一定是最優的。”
數理經濟學運算草稿
比如霧霾治理,強製性地限行、關停工廠,可能在短時間內取得一定的效果,但從長期來看,更重要的是讓所有人意識到“霧霾不利於人體健康”,從而促使人們主動做出節能減排的選擇以及主動的監督。“在時間不一致的情況下,改變人們的共識可能會更加有效。”
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10年苦心孤詣,
三體難題取得重要進展
在決策時間不一致的情況下,如何做出一個最優方案。這是一個很有意思的研究,因為當人們做出決定的時候,總是基於當下的最優情況,而很少會考慮到時間發展而導致的策略變化。
在第十三屆鍾家慶數學獎頒獎典禮上,周青龍就憑借在非線性泛函分析和數理經濟與天體力學的交叉領域上取得的突出成績而獲得表彰。
頒獎典禮現場,右四為周青龍
沒錯,這位年輕的數學家,不僅把自己學到的變分方法運用到了數理經濟裏頭,還使三體問題的研究取得重大突破——沒錯就是在《三體》小說裏,火過一遍的三體問題。
“雖然小說中的亂紀元、恒紀元存在著文學誇張的成分,但確實反映了三體問題中,混沌的不可預測性。”
三體問題中,運動軌跡很難預測
受恩師南開大學陳省身數學研究所教授、中科院院士龍以明辛道路的指標迭代理論啟發,周青龍對這個“難題”——共線的N體問題發起了挑戰,並且發現它的開普勒共形解的穩定性結構得到了完全的分解,連國外同行專家都連連評價“有趣的”。
天體力學運算草稿
“比如當我們要把飛行器發射到地球和月球中間的時候,這就形成了一個共線,多發射幾個飛行器,就成了共線的N體問題。”周青龍解釋道,通過研究周期軌道的穩定性,將有助於為位於軌道上的特殊點的飛行器,解決航行的穩定性和控製性方麵的一些關鍵問題——比如,在地月係統的歐拉點,如何利用該係統的穩定性結構的知識去節省飛船消耗的能量。
巧合的是,在這次國家數學三大獎的獲獎嘉賓名單中,龍以明榮膺我國數學領域最高獎項——華羅庚數學獎。他們所應用的辛道路的指標迭代理論,是獨立於國外的一套描述運動軌道的分析性質的指標體係,是讓外國人都驚呼“令人震驚的”一項研究發現。這對“師徒檔”正通過不斷嚐試和努力,從理論數學的角度,為數學強國夢添磚加瓦。
“很多科技創新追本溯源,最終都與某些數學領域的進展息息相關。中國成為數學強國與中華民族偉大複興的中國夢緊密相連。”周青龍說。
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數學無用? 它是生活重要的一部分
對於自己在理論領域所取得的成就,周青龍顯得十分謙虛:“還是要感謝評獎委員會和導師,希望能夠以此為契機,能夠和相關方向的學科領域專家開展交叉合作和思想的碰撞。”
作為青年學者,他希望自己能把基礎理論做紮實,把眼界放開。“現在很多年輕人,學習隻停留在知識的層麵,但是如果上升到了方法、思維的層麵,就不會覺得數學沒用。”
在周青龍眼裏,數學的學習分為三個層次:知識、方法和思維。歸納、最優化、隨機方法,這些屬於方法範疇;邏輯思維、結構化思維、抽象化思維這些就上升到了思維層麵。“邏輯思維能夠幫我們分析網絡謠言,其實這也是數學思維在生活中的應用。”
正如周青龍描述的那樣,數學確實已經成為了周青龍生活的一部分,甚至在坐高鐵的時候,他都會去想,在鐵軌寬度最優的情況下,如何在保證質量的同時,能夠最節省用料。
“我特別希望我的學生在類似數學這樣重要的學科中,不僅僅是掌握知識和方法,還能多掌握一些思維,這樣就能多一種看世界的角度。”周青龍如此激勵自己的學生。