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还是个八岁小女孩时,玛利亚姆·米尔哈扎尼(Maryam Mirzakhani)就常常幻想自己是个无所不能的女英雄,穿梭在世界各个角落。如今,成为历史上第一位女性菲尔兹奖得主的她,仍在大脑中构建精巧的故事。不同的是,故事的主角变成了双曲表面、模空间和动态系统。
作为斯坦福大学的数学教授,她在数学界以挑战那些最困难的问题而闻名。“她在数学方面是无畏的”,她在哈佛的博士导师,同为菲尔兹奖得主的柯蒂斯·麦克马伦如此评价。她有关双曲表面上回路的计数的博士论文,被芝加哥大学的数学家艾利克斯·艾思金评价为“教科书级的工作”。她却从未自视过高,“说实话,我并不认为自己做出了多大的贡献”。
今年二月,当一封邮件通知她8月13日前往首尔领取菲尔兹奖时,她还认为是黑客开的玩笑。菲尔兹奖被誉为“数学界诺贝尔奖”,她的获奖原因是“对黎曼曲面及其模空间的动力学和几何学的突出研究”。
做数学家并不是玛利亚姆从小的志向。她1977年出生在德黑兰一个思想包容的家庭里,家中有兄弟姐妹三人。“我尊重那些对工作充满热情的人,我对有关梵高的一本小说《渴望生活》印象很深。作为一个孩子,读小说是我最喜欢的消遣。”
她和好友罗娅·贝赫什迪(现在是圣路易斯华盛顿大学的数学教授)经常结伴在学校周边的书店寻宝。因为不允许只看不买,她们随机买了许多书,疯狂阅读,她觉得自己以后可能会成为一个知名作家。
她的数学启蒙来得波澜不惊:一天,哥哥放学后向她讲起了德国数学家高斯用几秒时间就解决了1 2 3…… 100求和的故事(答案是5050,方法是第首位和末尾数字相加再乘以50)。这是她第一次领略到数学之美。
可惜,玛利亚姆并不是神童,她当时完全想不出如此巧妙的解法。两伊战争即将结束时,她升入了中学。第一年,她的数学成绩乏善可陈。老师认为她没有数学天分,这让她的自信大为受挫。“在那个年纪,别人怎么看待你是很重要的事,我几乎丧失了对数学的兴趣。”
幸运的是,第二年,她遇到了一名更乐意鼓励学生的数学老师。玛利亚姆的数学小宇宙正是这时开始爆发的。第二学年的期末,她已经成为了小明星。在高中时期,她和罗娅一同参加了国际信息学奥林匹克竞赛,虽然没有获得奖牌,但她们渴望参加更多竞赛,要求校长安排更多问题解决式课程,就像在男校一样。“我的校长是一个非常要强的女人”,玛利亚姆回忆说,“如果我们真正需要什么,她会尽一切努力让它成真。”那时,国际奥林匹克数学竞赛(IMO)的伊朗队中从未出现过女性。
17岁那年,玛利亚姆和罗娅代表伊朗参加了1994年的IMO,而且获得了金牌。第二年,她以满分获得金牌。至此她才确信,自己是热爱数学的:“你必须付出精力和努力,才能看见数学的美丽。”
在导师麦克马伦看来,IMO金牌得主并不一定会转化为数学研究人才。“竞赛题目经过精心设计,一定会对应一种或几种聪明的解法;而在科学研究中,有些问题可能根本没有答案。”和其他许多IMO金牌得主相比,他觉得玛利亚姆“具有产生自己独特视角的能力”。
1999年,玛利亚姆进入哈佛大学数学系攻读博士。她参加了麦克马伦的研讨课,尽管一开始懵懵懂懂,她还是被双曲几何的美丽所吸引。她带着成堆的问题,用波斯文写下蛇形笔记。麦克马伦回忆,“她非常敢于想象,常常在脑海中构建出问题的大体图景,然后向我描述。”
形象地说,双曲表面就像有一个或多个洞的甜甜圈。这种结构只存在于抽象空间中,距离和角度都需要通过一些特定的公式计算。自从一个半世纪之前双曲表面被发现,它就成为了几何的中心话题之一,和数学的许多分支以及物理学关系密切。
玛利亚姆进入研究生院时,双曲表面的一些基本问题都还没能解决。其中,双曲表面上的“测地线”尤其令人关注,也就是连接曲面上两点之间的最短距离的“直线”。在双曲表面上,一些测地线可以是无限长,而另一些是弧形的,类似球面上的大圆。
当测地线的长度增加时,一个双曲表面上给定长度的闭合测地线数目将会呈指数倍增长。其中大部分测地线在平滑闭合之前会与自身相交无数次,但其中的极少数“简单测地线”,则从不会与自身相交。这些简单测地线,就是解决整个双曲几何的关键钥匙。
然而,数学家们一直没法准确计算,对于给定长度到底有多少条简单测地线。这个问题的困难之处在于,只要有一点点差错就前功尽弃。
玛利亚姆2004年完成的博士论文首次给出了一套计算方法,而且她还顺手解决了其他两个与此相关的问题,其中一个有关模空间,另一个则是与弦论有关的模空间中的拓扑测量。芝加哥大学教授本森·法布评价说,解决这些问题其中的任何一个,都足够在数学史记上一笔,而将它们联系起来,又是另一个大事件。“大部分数学家终身成就也不见得能达到这个水平。”
她的人生伴侣,如今是计算机理论科学家的简·冯德拉克回忆,他们常常约跑。“她个子小,一开始我跑在前面,但她能够保持同样的速度一直奔跑……半小时之后我已经精疲力竭,但她还在以同样的速度奔跑。”
她在研究上的节奏也是如此。有些数学家解决问题靠的是灵光乍现的聪明劲儿,玛利亚姆却乐意花上好几年深深沉浸在一个问题中。“等到几个月或者几年过后,你会有非常不同的视角。”
思考数学问题时,玛利亚姆习惯随手涂鸦,把她想象中的平面和图形都画出来。“她会在地板上铺上大张的演算纸,不断地画下在我看来没什么区别的图形,一趴就是好几个小时。”冯德拉克说,她的办公室四处散落着书和演算纸。“我完全搞不懂她为什么能够这样工作,也许是因为她研究的东西太过抽象和复杂,所以没法一步一步地作出逻辑推理,只能跳跃性地思考。”
玛利亚姆则认为,涂鸦有助于帮她集中精力。思考一个复杂的数学问题时,“你并不乐意写下所有细节,但随手画的过程会帮助你理清思路,不会走神。”她三岁的女儿阿纳希塔常常说“妈妈又在画画了!”玛利亚姆笑道,“也许她觉得我是个画家吧。”
玛利亚姆的研究也涉及到数学的其他分支,包括微分几何、复分析和动态系统。“我喜欢跨过大多数人对于不同领域的假想边界,这特别让我提神。”在我的研究中,“工具很多,问题是你不知道哪种会管用。重要的是保持乐观,并且善于联系。”
如今,她的贡献能够影响理论物理中有关宇宙形成的理论,另外,由于波及到量子场论,因此在工程和材料科学方面也有应用。在数学学科内部,它对质数的研究以及密码学也有帮助。
作为斯坦福大学的数学教授,她在数学界以挑战那些最困难的问题而闻名。“她在数学方面是无畏的”,她在哈佛的博士导师,同为菲尔兹奖得主的柯蒂斯·麦克马伦如此评价。她有关双曲表面上回路的计数的博士论文,被芝加哥大学的数学家艾利克斯·艾思金评价为“教科书级的工作”。她却从未自视过高,“说实话,我并不认为自己做出了多大的贡献”。
今年二月,当一封邮件通知她8月13日前往首尔领取菲尔兹奖时,她还认为是黑客开的玩笑。菲尔兹奖被誉为“数学界诺贝尔奖”,她的获奖原因是“对黎曼曲面及其模空间的动力学和几何学的突出研究”。
做数学家并不是玛利亚姆从小的志向。她1977年出生在德黑兰一个思想包容的家庭里,家中有兄弟姐妹三人。“我尊重那些对工作充满热情的人,我对有关梵高的一本小说《渴望生活》印象很深。作为一个孩子,读小说是我最喜欢的消遣。”
她和好友罗娅·贝赫什迪(现在是圣路易斯华盛顿大学的数学教授)经常结伴在学校周边的书店寻宝。因为不允许只看不买,她们随机买了许多书,疯狂阅读,她觉得自己以后可能会成为一个知名作家。
她的数学启蒙来得波澜不惊:一天,哥哥放学后向她讲起了德国数学家高斯用几秒时间就解决了1 2 3…… 100求和的故事(答案是5050,方法是第首位和末尾数字相加再乘以50)。这是她第一次领略到数学之美。
可惜,玛利亚姆并不是神童,她当时完全想不出如此巧妙的解法。两伊战争即将结束时,她升入了中学。第一年,她的数学成绩乏善可陈。老师认为她没有数学天分,这让她的自信大为受挫。“在那个年纪,别人怎么看待你是很重要的事,我几乎丧失了对数学的兴趣。”
幸运的是,第二年,她遇到了一名更乐意鼓励学生的数学老师。玛利亚姆的数学小宇宙正是这时开始爆发的。第二学年的期末,她已经成为了小明星。在高中时期,她和罗娅一同参加了国际信息学奥林匹克竞赛,虽然没有获得奖牌,但她们渴望参加更多竞赛,要求校长安排更多问题解决式课程,就像在男校一样。“我的校长是一个非常要强的女人”,玛利亚姆回忆说,“如果我们真正需要什么,她会尽一切努力让它成真。”那时,国际奥林匹克数学竞赛(IMO)的伊朗队中从未出现过女性。
17岁那年,玛利亚姆和罗娅代表伊朗参加了1994年的IMO,而且获得了金牌。第二年,她以满分获得金牌。至此她才确信,自己是热爱数学的:“你必须付出精力和努力,才能看见数学的美丽。”
在导师麦克马伦看来,IMO金牌得主并不一定会转化为数学研究人才。“竞赛题目经过精心设计,一定会对应一种或几种聪明的解法;而在科学研究中,有些问题可能根本没有答案。”和其他许多IMO金牌得主相比,他觉得玛利亚姆“具有产生自己独特视角的能力”。
1999年,玛利亚姆进入哈佛大学数学系攻读博士。她参加了麦克马伦的研讨课,尽管一开始懵懵懂懂,她还是被双曲几何的美丽所吸引。她带着成堆的问题,用波斯文写下蛇形笔记。麦克马伦回忆,“她非常敢于想象,常常在脑海中构建出问题的大体图景,然后向我描述。”
形象地说,双曲表面就像有一个或多个洞的甜甜圈。这种结构只存在于抽象空间中,距离和角度都需要通过一些特定的公式计算。自从一个半世纪之前双曲表面被发现,它就成为了几何的中心话题之一,和数学的许多分支以及物理学关系密切。
玛利亚姆进入研究生院时,双曲表面的一些基本问题都还没能解决。其中,双曲表面上的“测地线”尤其令人关注,也就是连接曲面上两点之间的最短距离的“直线”。在双曲表面上,一些测地线可以是无限长,而另一些是弧形的,类似球面上的大圆。
当测地线的长度增加时,一个双曲表面上给定长度的闭合测地线数目将会呈指数倍增长。其中大部分测地线在平滑闭合之前会与自身相交无数次,但其中的极少数“简单测地线”,则从不会与自身相交。这些简单测地线,就是解决整个双曲几何的关键钥匙。
然而,数学家们一直没法准确计算,对于给定长度到底有多少条简单测地线。这个问题的困难之处在于,只要有一点点差错就前功尽弃。
玛利亚姆2004年完成的博士论文首次给出了一套计算方法,而且她还顺手解决了其他两个与此相关的问题,其中一个有关模空间,另一个则是与弦论有关的模空间中的拓扑测量。芝加哥大学教授本森·法布评价说,解决这些问题其中的任何一个,都足够在数学史记上一笔,而将它们联系起来,又是另一个大事件。“大部分数学家终身成就也不见得能达到这个水平。”
她的人生伴侣,如今是计算机理论科学家的简·冯德拉克回忆,他们常常约跑。“她个子小,一开始我跑在前面,但她能够保持同样的速度一直奔跑……半小时之后我已经精疲力竭,但她还在以同样的速度奔跑。”
她在研究上的节奏也是如此。有些数学家解决问题靠的是灵光乍现的聪明劲儿,玛利亚姆却乐意花上好几年深深沉浸在一个问题中。“等到几个月或者几年过后,你会有非常不同的视角。”
思考数学问题时,玛利亚姆习惯随手涂鸦,把她想象中的平面和图形都画出来。“她会在地板上铺上大张的演算纸,不断地画下在我看来没什么区别的图形,一趴就是好几个小时。”冯德拉克说,她的办公室四处散落着书和演算纸。“我完全搞不懂她为什么能够这样工作,也许是因为她研究的东西太过抽象和复杂,所以没法一步一步地作出逻辑推理,只能跳跃性地思考。”
玛利亚姆则认为,涂鸦有助于帮她集中精力。思考一个复杂的数学问题时,“你并不乐意写下所有细节,但随手画的过程会帮助你理清思路,不会走神。”她三岁的女儿阿纳希塔常常说“妈妈又在画画了!”玛利亚姆笑道,“也许她觉得我是个画家吧。”
玛利亚姆的研究也涉及到数学的其他分支,包括微分几何、复分析和动态系统。“我喜欢跨过大多数人对于不同领域的假想边界,这特别让我提神。”在我的研究中,“工具很多,问题是你不知道哪种会管用。重要的是保持乐观,并且善于联系。”
如今,她的贡献能够影响理论物理中有关宇宙形成的理论,另外,由于波及到量子场论,因此在工程和材料科学方面也有应用。在数学学科内部,它对质数的研究以及密码学也有帮助。