這棟大樓里,藏著一份周向宇必須守護的事業——它由“中國現代數學之父”華羅庚創建,周向宇的導師陸啟鏗院士傳承。現在,輪到他了。因為這份事業,他坦言自己始終“緊著一口氣”。
撰文 | 倪思潔(《中國科學報》 記者)
今年年初,電視劇《太平年》熱播。劇中錢弘俶用算籌演算的鏡頭,引發大眾好奇。《中國科學報》記者隨即聯系了中國科學院院士周向宇,邀約錄制一段講解中國古代籌算知識的科普短視頻。日常繁忙的他,當即應允。
那天,周向宇白天的日程排得滿滿的,錄制安排在晚上。錄制現場,他坐在沙發上,腰背筆直,手里握著一把小學生學數學用的彩色小棒。演算時,他的語速慢,動作也慢,像是要從腦海里翻找出最通俗貼切的講解詞。3小時后,錄制結束,他依舊筆挺地坐著,眉宇間毫無倦意。
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周向宇演示中國古代的籌算。
周向宇看起來總是精力充沛。只要不出差,他必會背著雙肩包,一大早走進中關村東路55號大院,一頭扎進中國科學院數學與系統科學研究院(以下簡稱數學院)大樓,一忙就是一整天。
這棟大樓里,藏著一份他必須守護的事業——它由“中國現代數學之父”華羅庚創建,周向宇的導師陸啟鏗院士傳承。現在,輪到他了。因為這份事業,他坦言自己始終“緊著一口氣”。他常因討論班沒結束,很晚才回家;幾所大學的高薪高職聘請,都被他婉言謝絕。他不能松懈,也不肯離開。
1
“緊”了一口氣
周向宇胸口的氣是怎么“緊”上的,要從他的一場“攻堅戰”說起。
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走在中關村基礎科學園里的周向宇。
1985年秋天,20歲的周向宇從湘潭大學畢業,以名列前茅的成績考入中國科學院數學研究所(以下簡稱數學所)攻讀碩士,師從陸啟鏗先生。
陸啟鏗是華羅庚歸國后的首批親傳弟子,他提出的“陸啟鏗猜想”是新中國成立后國際數學界首個以中國數學家命名的猜想。當時有人提醒周向宇,“陸先生對自己學生要求很嚴,很難得到他的夸獎,但跟他學,能學到東西”。周向宇一聽,反倒更堅定了,“能學到東西就行”。
作為周向宇的同鄉、校友和同事,中國科學院院士袁亞湘說周向宇身上有一種湖南人“霸得蠻”的氣質,“什么難就非要干什么”。
或許正是這種氣質,讓陸啟鏗敢把一個困住國際頂尖科學家半世紀的難題,交給初出茅廬的周向宇。
1988年春天,陸啟鏗赴蘇聯訪問講學,帶回來兩個猜想,一個是謝爾蓋耶夫(Sergeev)猜想,另一個是擴充未來光管猜想。彼時,周向宇剛轉為博士生,他只用了三個月時間,就把前一個猜想證明了。沒過多久,陸啟鏗建議周向宇攻關擴充未來光管猜想。
這是一個來自物理學的猜想。20世紀50年代,蘇聯科技正值“放衛星”的高光時刻,蘇聯科學家博戈柳博夫(Bogoliubov)和弗拉基米洛夫(Vladimirov)在量子場論公理化中遇到了一個數學障礙——解析函數在“未來光管”區域內性質良好,向外延拓時可能出現多值性,他們猜想這種多值性不會發生。
如果猜想成立,量子場論的公理化就能往前走一步;如果不成立,整個理論框架就會松動。但他們無法證明。
弗拉基米洛夫不甘心,問遍了全球相關領域頂尖數學家,始終沒人給出答案。他在莫斯科對陸啟鏗說:“‘華學派’的多復變研究方法,最有希望解開難題。”
周向宇知道這道題很難,但他沒想到的是,自己與它兜兜轉轉,竟耗了十年。
1989年冬天,弗拉基米洛夫的學生謝爾蓋耶夫到北京訪問交流。得知周向宇正在思考擴充未來光管猜想,謝爾蓋耶夫主動邀請他去斯捷克洛夫數學所訪問。當時的蘇聯,處在經濟艱難歲月。周向宇想都沒想就答應下來,他覺得,斯捷克洛夫數學所是擴充未來光管猜想誕生的地方,也是當時全球數學研究的巔峰,集聚了眾多數學大家。
1990年10月,周向宇第一次抵達莫斯科。斯捷克洛夫數學所給他安排了一間公寓和一份副教授薪資。他每天一早從公寓出發,坐地鐵到附近的站,然后走路去所里,到圖書館或是參加討論班,晚上再坐地鐵回公寓。有時,他也會去列寧圖書館或蘇聯科技圖書館,查一些斯捷克洛夫數學所沒有的資料。
唯一困擾他的是俄語,超市里的物價一天一個樣,貨架上的東西越來越少,他靠謝爾蓋耶夫送他的俄語教材學了些日常用語,說得最流暢的一句是“сколько стоит”(這個多少錢)。
節假日時,謝爾蓋耶夫會邀請周向宇去家里做客,改善伙食。“戰斗民族”喝酒豪爽,杯子一舉,仰頭就“干”。周向宇看到對方“干”了杯,勁頭也上來了,跟著“干杯”。謝爾蓋耶夫一看周向宇喝酒不扭捏,越發暢飲起來。后來,兩人成了好友,謝爾蓋耶夫說自己最喜歡中文里的兩個字——“干杯”。
但大多數時間,周向宇還是一個人想那道題。在斯捷克洛夫數學所的辦公室里,在讀書氛圍濃郁的地鐵車廂里,在莫斯科冬日下午4點多便入夜的街頭,那道題一直在他腦海里,沒離開過。有好幾個瞬間,他覺得自己證明的步驟走通了,可落筆推演時,又發現還有疏漏。他只能換個思路,再試,再換,再試。兩年后,首個訪問期滿,周向宇啟程歸國,但擴充未來光管猜想依舊沒能解開。
1993年,中國科學院資助他第二次去莫斯科訪學。兩年半里,周向宇像站在迷霧中,朦朧間仿佛看到了路,一眨眼,路又不見了。等他再次回國時,擴充未來光管猜想依然沒被解開。
這種朦朧的感覺持續了很多年。有時想得太累了,他就做些別的課題換換腦子,或是參加討論班尋找新思路。
他不急也不放棄,樂于自學與獨立思考。這是他自少年時就養成的習慣。他的父親是湖南省郴州市第一中學的數學特級教師,數學是父子倆的親子游戲。父親出題,周向宇答題。答案交到父親手里,父親很少打全鉤,時常只給半鉤,然后挑出他這里邏輯銜接不緊、那里表述不夠準確。周向宇每次都心服口服。有時,父親出的題太難,他一時解不出來,父親就讓他“別急,先放著,過段時間再想,但也別放棄”。周向宇說,這種習慣叫“深思長考”。
時間來到了1997年。一天,他再次嘗試著把腦海里的論證步驟寫到紙上,突然發現,這次竟清晰完整地寫下來了。他有些詫異:“哎?怎么做出來了?!”
反復核查后,他把消息第一個告訴了自己的老師。他記得,當時,陸啟鏗坐在輪椅上,看他在黑板前演算,不時打斷提問,持續幾天后,陸啟鏗點點頭,沒有再追問。
得到老師的認可后,周向宇復印好手稿,以航空件寄往莫斯科。弗拉基米洛夫、謝爾蓋耶夫收到手稿后,當即在斯捷克洛夫數學所組織討論班,一連數周,連軸作報告和討論。他們翻著周向宇的手稿,核對每一個步驟。最終他們確認,猜想被證明了,其中華羅庚的工作及“華學派”方法起到了關鍵作用。
弗拉基米洛夫在一篇文章里寫道:“直到1997年,才由中國數學家周(向宇)證明了這一猜想。”
此后,斯捷克洛夫數學所授予周向宇科學博士學位,這是俄羅斯學術體系中最高的學術學位,挺難獲得。他的工作被俄羅斯學派寫入史料性著作《二十世紀的數學大事》和《數學的發展:1950—2000》。2002年,國際數學家大會邀請他就此工作作45分鐘邀請報告。
在這場“攻堅戰”打完時,陸啟鏗十分欣慰。他在一篇紀念華羅庚的文章中,寫了一句讓周向宇記了一輩子的話:“我終于松了一口氣,否則我對不起華先生的在天之靈。”
看到這句話,周向宇覺得自己“緊”了一口氣。他知道,老師一直希望能有新生代接過中國多復變研究的大旗,把它插到國際頂尖的舞臺上。
老師的厚望,也讓周向宇內心又一次涌出一股“熱乎乎的感情”。這種感覺曾在他與陸先生第一次見面時出現過。當時,患過小兒麻痹癥的陸先生用力拄著雙拐,從輪椅里起身相迎,那場景讓周向宇一直銘記至今。那次見面,陸先生向周向宇推薦了華羅庚獲得國家自然科學獎一等獎的著作《多復變數函數論中的典型域的調和分析》,叮囑他“要認真地讀”。書很難懂,周向宇讀了一遍又一遍,慢慢從中體會到多復變“太美妙了”,從一個變量到多個變量,數學世界被重新打開,維度更高,結構更復雜,單復變時代需要很多步驟才能解開的復雜問題在這里一步就能解開,單復變時代不曾有過的現象也可以在這里出現。
“我掉進了一片大海。”周向宇說。
現在,原本在“大海”里恣意徜徉的周向宇,肩上有了“擔子”。作為“華羅庚多復變學派”的第三代傳人,他要把這項事業傳承下去。
2
從“華學派”到“周學派”
這副“擔子”的另一種表現形式,是行政管理職務。
2003年,周向宇在國際數學家大會上作完報告后沒多久,中國科學院任命周向宇為數學所所長。數學所由華羅庚在20世紀50年代籌建,華羅庚是首任所長,任職三十多年,陸啟鏗是第二任(執行)所長。1998年,在中國科學院知識創新工程的推動下,數學所成為數學院的下設機構,所長一職主抓學術,周向宇成為合適的接班人選。
從2003年初到2012年,周向宇在數學所做了9年所長。跟他搭班子的時任副所長尚在久覺得,周向宇是個“溫和而堅定的理想主義者”,“心中有光、愿意為美好目標堅持”。
在周向宇的堅持下,數學所引進過沒發表什么論文的年輕人。有人問:“這人文章不多,憑什么引進?”周向宇不緊不慢地拿出年輕人的博士論文,分析這個人的理論功底和思考能力。“有些學問出文章慢,需要厚積薄發,但我們要能看出潛力,并加以關注培養。”周向宇說。
盡管行政事務纏身,周向宇自己從來沒有停止過“做數學”。那十年,他指導、帶領青年學子,讓“華學派”的學術影響力再上新臺階。這次,他們不是局限于解開哪道具體的題,而是攻下了一個能夠處理一系列問題的理論“工具”——“最優L2延拓”理論。
這一理論與全純域解析函數的延拓問題有關,是多復變領域最活躍的一個研究方向,國際多復變領域很多前沿數學家都在做。通俗來說,延拓問題就像是給不同房間鋪地磚。前人的思路是先做一塊小瓷磚試著鋪,鋪不上就改尺寸再試。周向宇團隊的思路是先做出一套理論“工具”,用來推導最小瓷磚的尺寸和形狀,然后根據結果再去做瓷磚。
十年里,周向宇推動研究往前走的一個重要方式是開討論班。他的討論班每周開兩三次,短則兩三小時,長則四五小時,中間不休息。周向宇坐在最前排,面前一摞紙、一支筆、一個保溫壺、一只水杯。學生拿粉筆在黑板上演算,兩塊兩米長的黑板寫滿又擦掉。周向宇握筆跟著算,不時提問、思考、糾正、講解、討論。
研究不急不躁地往前推。直到2011年,周向宇團隊正式提出了“最優L2延拓”理論。清華大學數學科學系教授楊曉奎當時也在攻堅這一難題,得知消息后趕緊找論文來讀。“文章只有二三十頁,邏輯清晰,直擊核心。”楊曉奎評價道。
理論一出來,一系列猜想迎刃而解,不少猜想來自其他學科方向。“周向宇團隊在核心問題上的突破,使這一領域進入了蓬勃發展的時期。”楊曉奎說。其中,“強開性猜想”是代數幾何領域的一個核心問題,很多人從代數幾何角度去攻,但卡住了。周向宇發現,它本質上是一個多復變問題,用他們的“工具”能解。猜想被證明后,美國《數學評論》評價其為“近年來多復變與代數幾何交叉領域中最偉大的成就之一”,“開辟了全新研究分支”。
還有一個是“吹田猜想”,這是單復變函數領域的猜想,由日本數學家吹田信之在1972年提出,懸置了整整40年。2012年左右,周向宇和他的學生關啟安一起給出了完整證明,將一個長期停滯的研究方向重新激活。
隨著一個又一個成果誕生,國外同行開始稱他們為“周學派”。對于這個稱呼,周向宇沒作太多回應,他只說:“我想……可能代表了國外對我們的認可吧。”
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工作中的周向宇。
在周向宇心中,他們不是無中生有的新學派,而是在傳承“華學派”多復變核心思想方法時,順應數學自身發展的產物。“華先生、陸先生研究多復變的一個顯著特點是融合微分幾何等其他學科于其中,形成了中國多復變研究的一個傳統與特色。”周向宇說,“華先生倡導‘數學宜橫貫縱通’,注重學科間交叉與融合,這是‘華學派’的精神內核,也是‘周學派’的根。”
作為周向宇的老友和同行,做過菲爾茲獎評委的中國科學院院士張偉平用“三個正確”評價周向宇團隊提出的“最優L2延拓”理論,“解決了正確的問題,使用了正確的方法,開辟了正確的方向”,“不亞于菲爾茲獎候選人的水平,是‘從0到1’的突破”。
當記者向周向宇轉述這一評價時,他愣了至少10秒鐘,然后恍然大悟般地說“哦,哦,謝謝”。之后,他不再繼續談論這個話題。
比起得獎,周向宇更在意的是數學本身。“他的世界里好像只有數學。”南開大學陳省身數學研究所講席教授唐梓洲這樣評價他。
曾幾何時,周向宇的世界里并不只有數學,他也是個“愛玩”的孩子,喜歡唱歌、畫畫、拉小提琴。走進多復變研究之后,他很少再有時間做別的事,毛筆架上落了灰,小提琴生疏了,他說“數學太大了,夠我‘玩’一輩子的”。在工作效率不佳時,周向宇也會勞逸結合,短暫地顯露他的藝術細胞。讀書時期,他有時會把自己關在宿舍里大聲唱歌,最喜歡唱“幾度風雨幾度春秋,風霜雪雨搏激流。歷盡苦難癡心不改,少年壯志不言愁”。
2015年,陸啟鏗先生去世,周向宇覺得肩上的“擔子”更重了。有高校開出高薪請他去做校長,都被他一一婉拒。他并非不食人間煙火,早年間,數學所的工資不算高,他買房的錢還是借來的,后來才慢慢還完。周向宇覺得,數學才是自己該做的事,他只想守在這里,把中國多復變研究的事業傳承下去。
這種癡迷,讓周向宇雖在小同行里有名氣,卻始終沒有“破圈”成為“名人”。有懂數學的人在網上說:“周向宇的證明過程像詩一樣優雅,但太安靜了,沒人炒作。”
3
“數學能與日月同輝”
“他這個人,看著沒脾氣,較真的時候一點都不含糊。”唐梓洲說。
唐梓洲記得,2025年,中國郵政發行了一套“數學之美”系列郵票,其中一枚的主題叫“畢達哥拉斯定理”。周向宇看到了之后說“這個定理,中國人叫‘勾股定理’,由公元前11世紀的商高證明”。為了改正,他跟在中國數學會做副理事長的張偉平和中國數學會副理事長兼秘書長史宇光等人聯系,通過中國數學會與中國郵政溝通,將郵票上的文字解說改成了“勾股定理”。但周向宇還是覺得不滿意,因為郵票上用的圖,是歐幾里得在《幾何原本》里的證明圖,而不是依《周髀算經》里商高原話復原出來的證明圖。
《周髀算經》是周向宇熟讀的中國古代數學經典之一。除了“勾股定理”之外,他還多次在公開場合談到書中的“形體不變量”思想。書中有一句“形詭而量均,體殊而數齊”,意思是“形狀變了,而幾何量相同;形體不同,而數量相等”。周向宇領悟到,自己研究的多復變,其實正是“形體不變量”思想演化的一種體現,是要從各種復雜的解析變換和延拓里,找到那個“變了之后還在”的東西。
在他看來,數學本身的發展也是如此。無論時代怎么變、社會怎么變、科學技術體系怎么變,數學不會變,它是和真理一樣的存在。
“數學能與日月同輝。”他說。他相信數學值得被更多人認識,也值得被更正確地理解,所以當人們對數學存在不理解或誤解時,他很難不去“較真”。
周向宇研究中國古代數學,也是源于一次“較真”。
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數學院大樓上的徽章。
2003年,周向宇剛成為數學所所長沒多久,有來訪者望著數學院的院徽問他“那是什么意思”。周向宇能講出徽標與“勾股定理”有關,卻講不清古人是怎么用這張圖證明“勾股定理”的。于是,他把《周髀算經》找出來讀,反復琢磨書中商高與周公的對話,直到弄清楚商高對“勾股定理”的完整證明過程。
后來,只要有人向他詢問院徽的由來,他就拿起粉筆,在黑板上把證明過程一步步畫出來:先勾勒出一個直角三角形,口中念出古籍原文“既方之”,順勢沿三角形三邊,作出三個正方形;繼而誦讀“外半其一矩”,將長方形沿對角線分成兩個相同的直角三角形……按照商高原話推演完,院徽就被完整地畫在了黑板上。
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周向宇講解數學院的院徽。倪思潔/攝
開展學術報告時,周向宇也經常穿插講解中國古代數學思想。第一次聽周向宇解讀古算典籍,唐梓洲很意外:“我認識他快40年了,知道他數學做得好,但沒想到對古文也鉆得這么深。”
這些年,常聽人說“中國沒有純數學或基礎數學”“中國古代沒有極限思想”,或是“中國古代數學全是經驗總結,沒有證明思想”,原本慢性子的周向宇認識到“高質量的數學普及勢在必行”,也深感“糾偏糾錯之路任重道遠”。
為了糾偏,他應邀擔任北京出版社編寫出版的小學和初中數學新教材主編。幾十冊數學課本,他每一頁都要看,還要細細推敲每個定義的表述是否準確、定理的引入是否自然、例題的邏輯是否連貫。他的辦公室里堆滿中小學數學課本,摞起來比桌子還高。
他還經常做科普講座,給孩子們展現數學的“美妙與威力”。2024年,春晚“撲克魔術”火了,為了提升科普講座的吸引力,他在講課時掏出自己提前打印好的放大版“撲克”,以魔術揭秘開場,講解奇妙魔術背后的中國古代的同余思想。
每年全國兩會期間,作為全國政協委員的周向宇都要呼吁大家重視中國古代數學,“將中國古代數學與數學教育、數學普及緊密結合起來”。
歸根結底,他不想讓數學在人們眼里變成一門“學了十幾年都不知道有什么用”的學科。有人問他:“你做這些,跟你的研究有什么關系?”他說:“我自己的研究受商高等往圣先賢思想的影響。我們得讓大家知道,它為什么值得。”
其實,中國古代數學研究和普及也是周向宇要傳承的一部分“事業”。小時候,他曾讀過華羅庚寫的科普小冊子《從孫子的神奇妙算談起》《從楊輝三角談起》《從祖沖之的圓周率談起》,由此燃起對數學的熱情和向往,并在此后走進多復變研究領域。因此,在他心里,以求真精神進行中國古代數學研究與普及,從來都是與“做數學”同等重要的事。
除了“做數學”之外,周向宇余下的大部分時間都被數學史研究和科普活動占滿。有人勸他:“那么拼干什么?”他每次都微微一笑,然后該干什么還干什么。
他的節奏已經保持了40年,不慌、不亂、不停。他用10年,證明了擴充未來光管猜想,守住中國多復變研究的事業;又用10年,做出“最優L2延拓”理論,為這份事業創造出新的生命力。對于他來說,自己仍處在干事業的年紀。“陸先生做學問,是從不停歇的。他到了八九十歲時,還有很多重要的思想,不停撰寫論文。”周向宇說。
下一個10年,他要繼續往前走。他想讓多復變理論和方法“穿過無人區”,“走到更前沿”。他還想讓中國古代數學走進大中小學課堂,讓更多年輕人感受到數學的力量。
如今的他,每天沉浸在數學世界里,忙忙碌碌地開討論班、推演題目、做學術交流和講座,胸口“緊”著的氣不敢松。只要不出差,他一定會回到堆滿書籍的辦公桌前。那張桌子的后面掛著一幅字,上面寫著:“數里乾坤大,形中日月長。”
本文經授權轉載自微信公眾號“中國科學報”。
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