吴文俊:“人民科学家”创中国方法 拓数学之道

刚过而立之年,他就因发表“吴公式”而蜚声中外,成为拓扑界冉冉升起的新星;37岁时,他便获得第一届自然科学奖的最高奖项;他从未获得被称为“数学界的诺贝尔奖”的菲尔茨奖,但其学术成果却被5位“菲尔兹奖”获得者引用;他为数学史的研究开创了一条新的道路。

他就是中国科学院院士、著名数学家、“人民科学家”国家荣誉称号获得者、2000年度国家最高科学技术奖获得者吴文俊。

吴文俊秉持一颗求真探索之心,“钻”进了数学诸多领域,不仅探索了数学的深度,也揭示了数学的广度,在拓扑学、数学机械化、中国数学史等领域取得了卓著的成就。

而立之年掀起拓扑学“地震”

“悠悠吴氏类,圣手剪裁功。数坛不世文,俊名青史留。”这是首都师范大学副校长、中国科学院院士方复全为纪念吴文俊在拓扑学领域的成就而作的诗。

吴文俊的老师陈省身将他带入拓扑学领域后,这便成为他一生最为重要的研究领域之一。

1947年,吴文俊赴法国斯特拉斯堡大学读书,两年后获得博士学位,随后在法国国家科学中心任研究员。当时正值法国拓扑学复兴,吴文俊在这样良好的环境中迅速成长,从事示性类理论研究。

1950年,“吴公式”一经发表就迅速在相关领域引起广泛关注,成为当时拓扑学的重大突破之一,吴文俊也因此被视为拓扑界一颗冉冉升起的新星。他与托姆、塞尔、保莱尔在拓扑界的成绩被称为“拓扑地震”,使拓扑学一跃成为20世纪的数学主流学科之一。他的开创性成果还先后被5位“菲尔兹奖”获得者引用。

声名鹊起后,国外的高校、研究所纷纷向吴文俊伸出橄榄枝,但他都一一婉拒了,并于1951年回到祖国。

曾有法国朋友对吴文俊说:“你若是晚走几个月,也许1954年的菲尔兹奖就给你了。”后来被问到此事时,他只是笑道:“我并不在乎。”

创新不止,创立数学机械化

在吴文俊看来,搞数学,应该有自己的东西,走自己的路,不能外国人搞什么就跟着搞什么,应该让外国人跟着我们跑,这是可以做到的。

正是这种勇于创新的精神,推动着他在“一片争议声”中创立了独具中国特色的、享誉国际的数学机械化方法。

20世纪70年代,在计算机工厂劳动的吴文俊切身感受到了计算机的巨大威力,并敏锐地觉察到计算机作为新的工具必将大范围地介入到数学研究中来。

当时已近花甲之年的吴文俊,决定学习计算机语言。“他每天十几个小时待在机房,若干年中,他的上机时间一直遥居全所之冠。”现任中科院数学与系统科学研究院常务副院长的高小山回忆道。

那时,吴文俊已开辟出数学机械化的新领域,其目标很宏伟:要让计算机实现数学这种典型脑力劳动的机械化。也就是说,要让计算机来证明数学定理。在机房编程,正是为了验证他的思路。

1977年春节期间,吴文俊首次用手算成功验证了他的机器证明几何定理方法的可行性。不久,他的论文《初等几何判定问题与机械化证明》发表于《中国科学》,这是他在数学机械化领域的开场作,并在附注中阐明其中的机械化思想起源于宋元时期中国数学家的创造。

1984年,吴文俊又将他在数学机械化领域最重要的成果《几何定理机器证明的基本原理》发表在中科院系统主办的期刊《系统科学与数学》上。

在吴文俊晚年的这一系列研究中,吴文俊提出了几何定理机器证明的“吴方法”、微分几何的定理机械化证明方法、方程组符号求解的“吴消元法”、全局优化的有限核定理,建立了数学机械化体系。

数学机械化理论被认为是自动推理领域的先驱性工作,后来被应用于多个高技术领域,解决了曲面拼接、机构设计、计算机视觉、机器人等高技术领域核心问题。

1986年,国际人工智能领域最权威杂志《人工智能》曾刊出一本300多页的“吴方法”论文专辑,里面全是“吴方法”在人工智能各领域的运用。

2009年,已经90岁高龄的吴文俊开始研究世界级难题“大整数分解”——这是当今使用最为广泛的密码安全性的数学基础。

吴文俊开创的事业正如那颗“吴文俊星”一样闪耀在天际,照亮着今天的数学前行之路。2017年,中国工业与应用数学学会宣布设立“吴文俊应用数学奖”,以此推动数学与其他学科交叉领域的发展。(文:老科学家学术成长资料采集工程项目办公室/中国科协创新战略研究院)