1991年我有幸访问位于加州柏克莱镇小山巅上的美国国家数学研究所(Mathematical Sciences Research Institute),因而躬逢其盛,得以参加当年10月同行为祝贺数学大师(也是创所所长)陈省身教授八十华诞所举行的盛宴以及陈教授的答谢宴。随后,很幸运地,又获得了访问陈教授的良机。

陈省身是本世纪的数学大师,他在几何学上的贡献是划时代的,影响遍及于数学的整体。他所得到的各种荣誉,例如数学上最高的沃尔夫(Wolf)奖,中央研究院院士衔、美国国家科学院院士衔、英国皇家学会以及意大利科学院二者的国外院士衔、许多著名大学的荣誉博士衔等等,可说不胜枚举。但杨振宁以“欧高黎嘉陈”这句诗称颂他,将他与欧几里得、高斯、黎曼和嘉当这几位有史以来最伟大的几何学家相提并论,也许更能凸显他在数学史上的崇高地位。

陈省身生于辛亥革命那年,15岁便到姜立夫主持的南开大学数学系就读。1930年转到清华大学,其后跟孙光远研修微分几何,尽得国内名师传授。他1934年赴德国汉堡,两年后在勃拉施凯指导下获博士学位;1936—1937年,又到巴黎接受嘉当的指导。在两位大师熏陶下,他迅即达到微分几何研究的前沿,成果累累,30年代前后,代数拓扑学兴起。这是研究整体性质的有力工具,对20世纪后期的数学发展有决定性影响。当时能注意、理解和运用拓扑学的数学家很少,陈省身是其中杰出的一个。

1943年,第二次世界大战正酣。陈省身应美国数学界领袖维布伦(O. Veblen,1880—1960)之邀,到美国普林斯顿高等研究所。此后两年间,他完成了一生中最重要的工作,证明高维的高斯-邦内(Gauss-Bonnet)公式,构造了现今普遍使用的陈示性类(Chern Classes),为整体微分几何奠定了基础。

陈省身在二次大战后回到中国,主持中央研究院的数学研究所。后来再度赴美,成为美国微分几何学派的领袖人物,本来,分析学一向是数学的主体,微分几何只是微积分在几何上的应用。但爱因斯坦广义相对论和杨(振宁)-米尔斯(Yang-Mills)规范场论的推动,以及整体微分几何的形成,使得微分几何成为当代核心数学发展的主流学科,反过来影响分析学的发展。二次大战以后的数学,从线性数学转到非线性数学,从局部性质研究过渡到整体性质研究,从现实空间发展到研究一般的n维流形。微分几何恰好顺应了这一发展趋势。正因如此,陈省身“由于对整体微分几何学的杰出贡献,而对数学整体产生深远影响”而获得“沃尔夫奖”。

陈省身虽是饮誉世界的大数学家,他的生平却平淡无奇,这儿没有硝烟弥漫的战场,没有引人入胜的侦探故事,没有如火如荼的政治事件,更没有五彩缤纷的感情世界。他所拥有的只是令人目眩的数学天地。然而,我们可以看到,他选择了最有意义的研究方向,得到了举世最好数学导师的教有,因而能顺应20世纪数学中心转移的历史脚步,把握最佳的工作机会*这里当然有“机会”、“幸运”的因素。但我们仔细分析,就会看到一位执着追求理想,一位才华横溢,有充实人生的数学家和哲人。

陈省身的数学道路

1991年10月28日,我来到数学研究所三楼陈先生的办公室,对着窗外的金门大桥和旧金山海湾,开始了和这位数学大师的谈话。

歌庭根,汉堡和巴黎

第二次大战以后的几十年中,微分几何学一直居于数学发展的主流地位,可算是当今的一个“热门”课题。请问您当初为什么选读几何学?

● 说到“热门”,我倒是从不赶时髦。我进入几何领域,可说完全由环境决定。我进南开碰到了姜立夫先生,他是研究几何的,毕业后,又遇到孙光远先生,他也是研究几何的,这就决定我走上微分几何的道路。如果单论个人兴趣,我也许更喜欢代数。

在30年代,微分几何是不是“热门”?

● 不见得,分析一向是数学的主流。那时德国的歌庭根(C?ttingen)学派有Courant的分析,E. Noether的代数。英国有Hardy-Littlewood的函数论——解析数论学派,法国的Picard,Lebesque,Montel等名家主导的函数论研究仍然强盛,Hilbert和Banach等倡导的泛函分析相当流行。虽说黎曼几何学得到广义相对论的推动,但毕竟是“阳春白雪”,少人唱和,并非“热门”。

二次大战以前的世界数学中心在德国的哥庭根,您为何不去哥庭根“朝圣”,反而去了汉堡?

● 我觉得选择工作地点应该以自己的计划为主,至于见大人物,虽可供谈助,但和学问实不相干。当然,有大人物的数学中心,人才集中,气氛和环境与一般地方是不一样的。

我去汉堡,首先是因为Blaschke来华讲学,他讲的内容我都懂(差不多同时,美国的G. Birkhoff也来讲学,我却听不懂),因而可以进一步讨论。其次,我读过汉堡大学的学报Hamburger Abhandlungen上面的论文,引起很大兴趣。所以,我就去了汉堡。

那时的哥庭根有没有很强的几何学家?

● 有。如S. Cohn-Vossen;还有Herglotz,他是一个很伟大的数学家,搞的方向很广,也研究几何,刚体几何中就有Herglotz定理。不过,我还是觉得去汉堡较合适。

在汉堡,你获益很多吗?

● 当然,除Blaschke之外,E. Artin和E. Hecke都是非常强的数学家。年资较浅的还有E. K?hler,H?Petersson,H. Zassenhaus等,其中K?hler对我帮助很多。

还记得1934—1935年间,我的主要精力花在K?hler的讨论班上。讨论的内容以一本著名的小册子《微分方程组引论》为主,那就是后来有名的Cartan-K?hler定理。讨论班的第一天济济一堂,Blaschke,Artin,Hecke等都到场,但以后参加者愈来愈少,我是坚持到最后极少数人中的一个。将K?hler的理论用于Web Geometry,再加上先前的一些结果,就构成了我的博士论文。我做学问,不赶热闹,有自己的想法,只选择最适合自己的工作去做。

在30年代,许多留学生一旦得了博士,便不再做研究了。您却到大数学家嘉当那里做“博士后”,显示您在事业上雄心勃勃。

● 我读数学没有什么雄心。我只是想懂得数学。如果一个人的目的是名利,数学不是一条捷径。当时,最好的几何学家是嘉当,但在30年代,嘉当的工作很少人理解,被认为“超越时代”。我为嘉当的博学精深倾倒,遂于1936年10月到巴黎,在那里逗留了10个月。

话说回来,做研究实在是吃力而不一定讨好的事,所以学业告一段落便不再继续那是自然现象,中外皆然,在巴黎的Institute Poincare有整架的精装博士论文陈列,但大部分作者都已经不知去向了。长期钻研数学是一件辛苦的事。何以有人愿这样做,有很多原因。对我来说,主要是这种活动给我满足。杨武之先生赠诗予我说“独步遥登百丈楼”,实道出一种心境。我平生写了很多文章,甘苦自知,不是一言可尽的。

据说嘉当的;作很难懂,但您却把他的思想方法彻底掌握了,这可能是您成功的重要一步。

● 是的。嘉当的主要工作是两方面:李群和外微分,这是研究微分几何强有力的新工具。要做“最好”的数学不掌握它不行。嘉当老是给我一些他所说的“小”题目,我回去研究,就变成了一篇篇的论文。也许因为我对他的指导总是有反应,他破例准许我到他家里访问,约每两周一次。谈完后第二天,还常会收到他的信,补充前一天的谈话内容。这些交往,使我理解了当时“最好”的几何学。

普林斯顿和整体微分几何

那么,“整体微分几何”应是您想做的“最好”的数学了。

● 微分几何学趋向整体是一个自然的趋势。了解了局部的性质以后,自然想知道它们的整体含义,但是意想不到的,则是有整体意义的几何现象在局部上也特别美妙,1943—1945年间在普林斯顿那一段时期,使我对数学的了解更增大了。研究整体几何学需要坚实的经典几何知识基础,要掌握当时刚刚诞生不久的代数拓扑理论,更要将嘉当创立的几何方法加以改造。这样才能别开生面,独树一帜,这样做,很费力,世界上涉足的人也很少,但这正是我追求的目标。

您去普林斯顿,是美国数学家维布伦和著名的韦耳邀请的。他们希望您研究整体微分几何吗?

● 没有。做甚么研究,完全由自己的意愿决定。我到普林斯顿去,主要是和维布伦的联系1936年,当我还在巴黎时,维布伦写信给嘉当,询问有关投影正规坐标(projective normal coordinates)的事,这对维布伦学派的“几何途径”(geometry paths)很重要。他们想发展一个更高级的微分几何理论,突破爱因斯坦理论所考虑的洛仑兹(Lorentz)空间的限制,以便做出统一场论。我知道投影正规坐标可以用多种方法定义,但都有缺陷,于是就提出了一种基于嘉当几何方法的定义,寄给维布伦,这给他很深的印象。我在西南联大时,又曾经由维布伦转交我自己和王宪钟的一些论文,因而和他相熟,但从未谋面,他并不知道我对整体微分几何感兴趣。

战争年代应邀去普林斯顿,应该是很少见的事。

● 确实。那时普林斯顿的经费很少,战争又正在进行,请人是很困难的。他们不但对我的研究感兴趣,也因为我是一个中国人。那时,中国人搞科学研究的不多,不会威胁美国人的“饭碗”,所以他们也许会优先安排中国人访问。现在看来,我到普林斯顿是很幸运的,我一生“最好”的工作就在那里完成。

您去普林斯顿是一种幸运,那么做学问是否也有机遇的问题?例如,选择了一个方向,有时做得出成果,有时却做不出来。

● 机遇不能说没有,但我想主要是看能力。就像在茫茫荒漠上找寻石油,光凭机遇怎么行?成功主要是靠地质学家的知识积累和科学判断能力,同样,即使有了数学问题,并不见得人人能解决,杰出的数学家就能解决别人做不出的问题。

能请您以整体微分几何为例来谈谈好吗?比如,您为什么选择整体微分几何作为研究方向?

数学家要能分别好数学与坏数学,或者不大好的数学*譬如读诗看画、有些伟大的作品,令人百读百看不厌,投地拜服,数学工作亦是如此,从微分几何走向整体是一个自然的步骤。

但要能走这一步,必须作好工具的准备。我很早就注意代数拓扑的作用,1932年勃拉施凯在北京作题为“微分几何中的拓扑学问题”的演讲,实际上仍是讲局部微分几何。1933—1934年E. Sperner来华讲学。严格证明Jordan曲线将平面分为两部分的拓扑定理。我也听过江泽涵的一门拓扑课,但我当时觉得并未进入拓扑学之门。直至Alexandrov和Hopf合著的《拓扑学》出版,情况才有变化。代数拓扑是很重要的一门数学,我对它兴味很浓。

那么,您又为什么选择高斯-邦内公式作为研究的突破口呢?

● 我在西南联大教书时就对这一课题有不同平常的了解。大拓扑学家Hopf于1925年的博士论文就研究高维的高斯-邦内公式,他曾预言:“高斯-邦内公式在高维的推广是最重要的也是最困难的问题。”他将它推广到超曲面的情形,韦耳也作过贡献。C. Allendoerfer和A. Weil更证明了一般高维黎曼流形的高斯-邦内公式。但他们的流形,都是嵌在欧几里得空间中的。我到普林斯顿之后给由了一个完全“内蕴”的证明。我用的是长度为1的切向量丛,而韦耳、Allendoerfer和Weil所处理的都是一种“非内蕴”的球丛。这一截然不同,导致了高斯-邦内公式的彻底解决。我走了不同的路,这需要能力。

您最著名的工作是“陈示性类”(Chern Class)。为什么其他示性类,都没有“陈示性类”来得重要?

● 这需一种眼光去分析。主要的示性类有三种:

(1)Whitney示性类:一般的拓扑不变式

(2)Pontrjagin示性类:实流形上的拓扑不变式

(3)陈示性类:复向量丛上的拓扑不变式

问题恰恰在于我所处理的是复向量丛,复数是一个神奇的领域。例如有了复数,任何代数方程都可以解,在实数范围就不可以。而我又着重研究向量丛,不仅刻划底空间,更刻划了纤维丛。这样,“陈示性类”就有更广更深的含义。这种既有局部意义又有整体意义的数学结构具有普遍价值,因此可以影响到整个的数学。我的眼光集中在“复”结构上,“复丛”比“实丛”来得简单。在代数上复数域有简单的性质,群论上复线性群也如此,这大约是使得复向量丛有作用的主要原因。

数学家和数学学派

大家都要提高能力,可是怎样才能提高能力?是不是在于“用功”?

● 当然必须用功。不过,用功与否不能看表面。成天呆在办公室里,没日没夜地看书、计算,草稿几麻袋,这是一种用功。但有些人东跑西看,散散步,谈谈天,也是在用功,而且说不定成就更大。当年在哥庭根,van der Waerden成天待在办公室里,而Cohn-Vossen则东跑西看,两人成就都很大,Cohn-Vossen在二维流形上的工作是开辟道路的:他东跑西看时,其实也在思考。

数学家成天计算,练技巧,证明难题和猜想,往往令人觉得像一位忙碌的工匠或工艺师。

● 工匠和工艺师都是不可少的,优秀工艺品可以价值连城。问题是数学大厦的结构需要数学家去设计,而新学科的开辟,往往有赖于新的数学观念和思想。这些光靠坐在办公室里练技巧是不成的,必须广为涉猎,与人交谈通信,融会贯通,扩大视野。

从您的谈话中,觉得您很重视怎样提问题,怎样看下一步发展,观测未来。

● 是的。我觉得搞数学的人,要做“以后有发展的东西”,不能只看眼前。看今后不是订计划,写在纸上,而是思考方向。有了方向,才能提出自己的问题,自己的构想。解决别人提出的猜想,固然很好,很重要,但解决自己提出的有重大意义的理论课题,岂非更好更重要?我在普林斯顿时,常和大数学家韦耳闲聊,他就是向前看。他有一次对我说“看来代数几何学将会有大发展”。后来的事实果真如他所料。

现在大家都认为“强大的美国微分几何学派”多半受到您的影响。您是怎样发挥这种影响的?

● 学术影响主要是看工作,但个性也有关系。我喜欢与人交往:我和A. Weil的友谊已有半个世纪了;和R. Bott,L. Nirenberg,C. Chevalley,P. A. Griffiths,J-P. Serre,F. Hirzebruch等著名数学家也都合作写过论文。此外,我带学生,由我任导师获博士学位的超过40人。我也和许多年轻数学家交往,联合发表论文。我想我能看出有意思的问题来做。

有些数学家则较少与人交往,例如周炜良先生。

● 周先生是我的老朋友。当年他和M. Vieter结婚时,我是唯一的中国宾客。他是夜间工作者,白天睡到下午两、三点钟,德国银行一点钟关门,每次取钱都得找我帮忙。周先生在代数几何方面成就很高,但生性澹泊,宁愿少和外界交往,把家庭生活安排得十分舒适,享受人生。当年中央研究院遴选院士,局外人很少了解他。我于是出来说:“如果周炜良不是院士,我们这些院士都觉得有些惭愧了”。后来他选上了院士,但从不参加任何活动。

那么,您是否觉得数学家应多担任一些社会公职或行政工作,藉以扩大影响?

● 不,不,完全没有那个意思。我自己就不愿负责行政事务,曾经辞谢美国数学学会主席的职务。但开创性的事务例如创办本研究所,则是有意思的。这里,我不妨说一件中国数学史上的轶事。中国数学会迟至1935年成立,原因也是北方的姜立夫、冯祖荀诸数学前辈怕麻烦,不愿负责行政。从南方来的顾澄愿意干这类事,但自知资格不够,于是请了交通大学的胡敦复先生任首届主席,这样才在上海创会。抗战时顾投入汪伪政权,后方成立了新中国数学会,会长是姜立夫先生。光复后,这两个会合并,选出姜先生任会长,胡敦复先生也很高兴,大家相处很融洽。

您是不是可以谈谈和法国布尔巴基(Bourbaki)学派的交往?

● A. Weil是布尔巴基学派的灵魂,和我是挚友,此外如嘉当,J. Dieudonne和C. Chevalley等也都是好友,但我并没有加入他们的活动。1936年至1937年间,我正在巴黎大学嘉当处做博士后,那年,早期的布尔巴基成员正组织每两周一次的“Julia”讨论班,中心议题就是“M. Elie Cartan的工作”,那时我和他们却是有接触的。

布尔巴基学派最出名的工作是他们所写的Element丛书,您对它有什么看法?

● 据A. Weil说,在1930年代,他们觉得许多数学家的工作都经不起推敲,没有严格的逻辑基础。为了避免以讹传讹,他们就从最基础的“集合”开始,写一套丛书,表明凡是写在他们书上的东西都是靠得住的,所以这是一套基础书,不是教本。

现在有些数学家批评布尔巴基学派的作法束缚人的思想。

● 那是读者自己的问题。作者写他的观点,你可以跟着走,也可以不跟,不能把责任推到作者头上。其实,A. Weil等人本身数学工作十分深刻,气势恢宏,并不是以那套Element丛书作为研究模式的。

布尔巴基对几何学研究有什么影响?

● 影响不大,因为像微分几何学中的Stokes定理究竟要什么样的条件才恰恰合适?光滑是充分条件,但不光滑到什么程度才刚刚好使Stokes定理能够成立?这根本没法决定。因此后来他们也意识到有些数学结构,不能像他们那样弄得一清二楚。因此那套书后来没有继续,原来每一专题出一套书的想法也没有实现,此外,他们忽视应用数学,也是不妥的。

○ Dieudonne主张在中学里“打倒欧几里得几何”引起很多反感。

● 我也不赞成Dieudonne的这个观点。他们那套书,只是数学的一个方面,并不是模范。数学如果只有一个模式,生命就会枯萎。

数学在前苏联和中国

能不能谈谈前苏联的几何学研究?

● 我只想谈一点苏联的拓扑学研究。苏联的P. C. Alexandrov,Kolmogorov,Pontrjagin等都作过很好的拓扑学研究。1935年的莫斯科拓扑会议是一次大检阅。后来Pontrjagin转向控制论,Alexandrov偏爱闭集,似乎有些偏,你仔细看H. Whitney的文章(在美国数学会100周年纪念文集上),就知道1935年之后,他自己代表了后来拓扑学发展的主要方向。Whitney是数学大家,但他也是一个默默耕耘的人,只有数学家才知道他的工作。不过他还是得了Wolf奖。

关于数学史研究,您还能谈些意见吗?

● 我有一点想法:现在的数学史著作,好像是“新闻汇集”,例如谁得了什么奖、谁开了什么会的消息之类,很少涉及数学发展的其正关键。有人建议我写一部微分几何学史,我打算试试,某段时期我当然是一个积极参加的人。但现在研究工作还很忙,何日动笔,十分渺茫。

另外,我心中还有一个中国数学史上的疑问,宋元时代中国数学发展得那么快,是否有外国的影响,例如阿拉伯人的影响?秦九韶在他的《数书九章》序中自己说得到“异人传授”,这句话有什么意思?中国数学家之间有无来往?当时是否有讲数学的学院?这些都是有兴趣的问题。

您今年八十大寿,大家都向您致贺,希望您高寿。

● 八十岁并没有太多可高兴的。未来是属于年轻人的,希望在年轻人身上。到我这个年纪已不可能有体育爱好,听音乐对我是浪费时间。不过,我的脑子并没有休息,所以每年仍能发表几篇论文。

您对中国数学发展的前景有什么看法?

● 总的来说很乐观,因为年轻人上得很快。海峡两岸都是如此。台湾现在已有200名数学博士,大陆的博士人数也在迅速增加,现在需要的领袖人物自然会产生的。

中国数学家在国际数学家大会上应邀作一小时报告的还没有,作45分钟报告的也很少,究竟是实际水平差,还是别人不了解?

● 我想还是别人缺乏了解的原因居多。中国长期在国际数学家联盟(International Mathematical Union,即IMU)之外,别人不熟悉你的工作,就得不到报告的机会。不过,没有被邀作报告不太重要,反正那只是新闻,过了就算了,不值得太计较。重要的还是努力把工作搞上去。许多极好的数学家从未在国际数学大会上作过报告,但那并不影响他们的学术地位。

中国成为“21世纪数学大国”的愿望,能实现吗?

●“数学大国”并不是要“雄踞全球”,“征服一切”,只要能在中国本土上建立起数学队伍,与国外数学家进行平等的、独立的交往就好了,以中国之大,人口之多,实现这一点应该是不成问题的。

谢谢您。

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陈省身后记

读了张奠宙先生的访问记录,很觉惭愧,谈话中有些话可能是偏见,请读者不要太认真。但所举事实相信都是正确的。

21世纪的科学将蓬勃发展,使世界改观。只是前景无法预测,但数学必为基本的一支。原因是数学的出发点简单,一切根据逻辑,因此是一门坚强的学问。它何以在许多科学上都有用,则有点神秘了。个人的想法是,天下美妙的事件不多,“终归于一”,是很可能的。但学问能层出不穷的深邃(如三维几何),则难解了。

一个数学家的目的,是要了解数学。历史上数学的进展不外两途,增加对于已知材料的了解,和推广范围。近年来数学发展迅速,令人目眩。数学家只能选择一些方面,集中思考。在一个小天地内,可以有无穷乐趣。陶渊明说:“每有会意,便欣然忘食”。杜工部说,“文章千古事,得失寸心知”。这也是数学家的最高境界。

人的精力有限。我想数学家应求“先精一经”,如有余力,则由此出发,再求广博。要知道能精一经已是很大的成就了。

20世纪中国建立了近代数学的基础,成就可观。21世纪必然要看到中国数学的光明时代,愿同志们抱着信心,奋勇前进。

陈省身     1992年1月

(本文转载自香港《二十一世纪》1992年4月号)