美國著名數(shù)學(xué)家、國際數(shù)學(xué)聯(lián)盟第一屆主席斯通
(M.stone,1903-1989)在1961年的文章中講到新中國的數(shù)學(xué)時,寫下這樣一段話:雖然從整體上講,中國人的貢獻在數(shù)學(xué)界影響不是很大,但“少數(shù)大陸中國人被公認為天才而有成就的數(shù)學(xué)家,他們最近的貢獻被高度評價。
作為例子可以舉出,吳文俊引進的新拓撲不變量,以及華羅庚對許多復(fù)變函數(shù)論的研究。[9]真是英雄所見略同,恰巧是斯通舉的兩位在五年前獲得數(shù)學(xué)方面兩個一等獎。
當然,不管大獎小獎都會有給的不合適的地方,諾貝爾獎也有幾位是有問題的。但是,歷史是無情的,科學(xué)上只有那些推動歷史前進的貢獻才是頂尖的、站得住腳的。達到這種水平的貢獻也必然受到大科學(xué)家的關(guān)注。從1954年到1970年,每屆都有拓撲學(xué)家獲得菲爾茲獎,而獲獎的大數(shù)學(xué)家道姆(R.Thom)、米爾諾(J.Milmor)阿蒂亞(M.Atiyah)、斯梅爾(S.Smale)等人都在他們的主要論文中引用過吳文俊的工作。獲得首屆沃爾夫獎的蓋爾范得(I.Gelfand)在1956年吳去蘇聯(lián)時,就主動關(guān)注吳的工作,其他東歐國家也都知道吳工作的份量。說到底,吳文俊拓撲學(xué)的工作在當時已經(jīng)毫不含糊地是國際領(lǐng)先的,而不是我們現(xiàn)在常常講的要在幾年內(nèi)趕超國際水平。吳文俊這方面的工作已成世界數(shù)學(xué)寶庫中的經(jīng)典,他1950年的論文到2001年還有人在引用!
如果說,拓撲學(xué)說到底是西方人的獨創(chuàng),吳文俊只是大大發(fā)展它,那么吳文俊的數(shù)學(xué)機械化則是完全他從研究中國數(shù)學(xué)史而產(chǎn)生的思想,是中國人自己的獨創(chuàng),它走上一條與西方迥然不同的道路。這條道路顯示出吳文俊特立獨行的風(fēng)格,它成果累累,也得到許多客觀的西方數(shù)學(xué)家的承認,正因為如此,吳文俊榮獲了厄布朗(J.Herbrand)獎,而這個獎本來是獎給數(shù)理邏輯方面的杰出研究的。
一、坎坷的數(shù)學(xué)之路
吳文俊走上數(shù)學(xué)之路并不是一帆風(fēng)順的。幸運的是,他受到家庭有益的影響。吳出生在一個知識分子家庭,父親吳福同出生在19世紀末,當時正逢甲午戰(zhàn)敗,各界人士都積極思考如何救亡圖存、振興中國的問題。百日維新雖然失敗,西學(xué)東漸之勢已勢不可擋,上海處于門戶開放之地,得風(fēng)氣之先,新學(xué)堂紛紛上馬。交通大學(xué)的前身——南洋公學(xué)就是在1896年成立的,一開始還沒有小學(xué)部、中學(xué)部,吳文俊的父親就是在這里接受新式教育,特別是打下英語的基礎(chǔ),當時上海是科學(xué)的中心,也是出版業(yè)的集中之地,吳福同從高中畢業(yè)以后,就在一家醫(yī)藥書籍出版社從事編譯工作,而且,有時還兼報刊的編輯工作。在當時,這種職業(yè)要求有較高的工作能力和業(yè)務(wù)水平,有時要比老板掙的還多。正是由于吳文俊的父親有穩(wěn)定的工作和收入。盡管不太富裕,但生活總是有保障,衣食無缺。吳先生回憶起來說,他受到父親很大的影響。正是由于生活有基本保障,他才能在家庭的支持下去搞一些自己感興趣的東西,則不必為生活擔憂。他的父親也鼓勵他努力學(xué)習(xí),積極進取。家庭條件也對他起著潛移默化的作用。父親的大量藏書使他從小就養(yǎng)成閱讀的習(xí)慣,小學(xué)時,已經(jīng)讀過許多歷史和文學(xué)作品,在小學(xué)的時候,已經(jīng)喜歡看《儒林外史》和《官場現(xiàn)形記》,這對他不喜歡“學(xué)而優(yōu)則仕”以及官場作風(fēng)有一定影響。他也讀過《胡適文存》之類的書,表明那時已經(jīng)有一定的思想水平。
相對而言,吳文俊的小學(xué)和初中教育比較一般,按部就班。數(shù)學(xué)是一種在少年時代就顯示出興趣和才能的課程,但是,吳文俊在小學(xué)和初中期間,并沒有顯出對數(shù)學(xué)的偏愛。很長時間,他只是對物理感興趣。按照他自己的選擇,他也許選擇物理而不是數(shù)學(xué)。少年時期他只是讀那些自己感興趣的書,他的基礎(chǔ)應(yīng)該說,是高中打下的。
高中時期對青年人的成長至關(guān)重要,對吳文俊也不例外。他說,在高中階段,他打下了數(shù)學(xué)的基礎(chǔ),同樣,英文也是這個時期才達到自由運用的境地。
在初中,吳文俊學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)并不困難,但還談不上主動,而在高中,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)已經(jīng)變成一件十分有趣、十分主動的事,這時成績優(yōu)秀自不在話下,他學(xué)的東西遠遠超出課內(nèi)所要求的,而這才是真正意義下的學(xué)數(shù)學(xué)。
事情來自高中一位幾何教師,是位福建人,也許是因為口音或是因為教學(xué)無法,很不受學(xué)生歡迎。不知什么原因,他看上吳文俊,就要求他把課外書上的習(xí)題做一遍。這些遠遠超出課堂要求的,但是卻吸引吳文俊冥思苦想。平面幾何要求學(xué)生有非凡的創(chuàng)造力,它需要奇思妙想,也許正是這個把學(xué)生分成兩半,多數(shù)人應(yīng)付,而少數(shù)學(xué)生越解題越有興趣,一發(fā)而不可收。吳文俊就屬于后者,越難越吊起胃口,非解出不可。這往往是走向數(shù)學(xué)的第一步,通過巧招解出一道難題的喜悅是一般人體會不到的,它同時也推動人向更高峰攀登。
不過,他的興趣始終在物理方面。一個偶然的因素才使他走向數(shù)學(xué)。在吳文俊高中畢業(yè)那年,學(xué)校提出要設(shè)立三個獎學(xué)金,資助三名尖子生上大學(xué),但是由于學(xué)校指定大學(xué)及系科去報考。學(xué)校指定吳文俊報考交通大學(xué)數(shù)學(xué)系。當時學(xué)費昂貴,沒有獎學(xué)金,普通家庭一般負擔不起,因此,吳文俊就這樣走上學(xué)數(shù)學(xué)的道路。
交通大學(xué)是我國著名的高等學(xué)府,尤其以工科著名。吳文俊于1936年入學(xué),正是交通大學(xué)解放前最輝煌的時期。這一年在學(xué)人數(shù)達到創(chuàng)紀錄的710人。但是,1937年緊隨著盧溝橋事變之后,日寇入侵并占領(lǐng)上海,交通大學(xué)遷往內(nèi)地,留下來的遷往租界上課,學(xué)習(xí)生活很不穩(wěn)定,有時三、四年級在一起上課。
長期以來,大學(xué)數(shù)學(xué)課沒有什么變化。一年級是同物理系、化學(xué)系學(xué)生一起上,主要是微積分,除此之外,也要學(xué)國文、英文、中國通史,也要學(xué)普通物理、普通化學(xué),還要一起做實驗課,這對不喜歡動手的吳文俊是個難關(guān),免不了要出差錯。使他比較受益的是德語,大學(xué)的學(xué)習(xí)使他打下閱讀德語書的基礎(chǔ),這對他后來的發(fā)展很有好處。到了二年級,有些老師講課照本宣科,讓學(xué)生不知所云。教材也偏重計算而少理論,文俊越發(fā)感到索然無味,甚至產(chǎn)生輟學(xué)不念的想法。
本來已經(jīng)對數(shù)學(xué)感到厭倦的吳文俊,在大學(xué)三年級,聽了武崇林所講的實變函數(shù)論的課,對數(shù)學(xué)特別是實變函數(shù)論產(chǎn)生莫大的興趣,這成為他的數(shù)學(xué)生涯的一大轉(zhuǎn)機。
如果說,大學(xué)一、二年級的數(shù)學(xué)學(xué)得都是19世紀中期以前的經(jīng)典數(shù)學(xué),那么現(xiàn)代數(shù)學(xué)則是從20世紀初由幾位法國數(shù)學(xué)家建立的實變函數(shù)論開始。實變函數(shù)論的基礎(chǔ)是勒貝格(H.Lebesgue)等人建立的測度論,而測度論的基礎(chǔ)是康托爾(G.Cantor)只手建立的無窮集合論。所謂現(xiàn)代數(shù)學(xué)可以說很大程度是建立在這個集合論的基礎(chǔ)之上的。正是集合論—測度論—實變函數(shù)論指向現(xiàn)代數(shù)學(xué)的康莊大道。而19世紀中之前的經(jīng)典數(shù)學(xué)是無法到達這種境界的。
“師傅領(lǐng)進門,修行在個人”。如果吳文俊只是按部就班的聽課,作習(xí)題,那是根本無法打下現(xiàn)代數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的。吳文俊的方法可以說是完全靠自學(xué)。
吳文俊一旦對這個方向產(chǎn)生興趣之后,在課下就廢寢忘食地攻讀經(jīng)典著作。當時,求知欲旺盛,吸收力強,很快就打下堅實的基礎(chǔ)。在有了實變函數(shù)論的基礎(chǔ)之上,很快進入康托爾的集合論,然后進而鉆研點集拓撲。20世紀初正是點集拓撲學(xué)的黃金時代,出版一系列經(jīng)典名著,最著名的有德國數(shù)學(xué)家豪斯道夫(F.Hausdorff)的《集論大綱》,至今這還是一本經(jīng)典,后來的發(fā)展都來源于此。此外還有德國數(shù)學(xué)家舍恩夫利斯的著作以及英國數(shù)學(xué)家楊格(W.H.Young)的《集合論》。這些書吳文俊都精心鉆研過。
有了這些基礎(chǔ)后,吳文俊更擴大戰(zhàn)果,一直打到點集拓撲的前沿。在這方面,波蘭成了這個領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。20世紀第一次世界大戰(zhàn)和第二次世界大戰(zhàn)之間的短暫時期,波蘭的數(shù)學(xué)突飛猛進,產(chǎn)生出許多國際水平的大數(shù)學(xué)家,在數(shù)理邏輯、點集拓撲、泛函分析、測度論、概率論、調(diào)和分析等領(lǐng)域做出決定性的貢獻。這些學(xué)科的基礎(chǔ)大都是點集拓撲。為此,波蘭人創(chuàng)辦一所國際性的數(shù)學(xué)雜志《數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》,專門登載上述領(lǐng)域的原創(chuàng)論文。這些論文可以說代表這個領(lǐng)域的最高水平。吳文俊正是通過一篇一篇閱讀這些論文而到達當時數(shù)學(xué)前沿,而這通過大學(xué)教育是根本無法達到的。
1940年暑期,吳文俊從交大數(shù)學(xué)系畢業(yè)。在那時,數(shù)學(xué)系畢業(yè)基本上沒有什么出路,只有教中學(xué)。而且又是日本占領(lǐng)時期,對于絕大多數(shù)中國人來說,是一個十分艱苦的黑暗時期。對于吳文俊尤其如此。大學(xué)畢業(yè)正好是美好的青春時期,大學(xué)最后兩年也確定了自己的生活方向和道路。但是在國家淪亡、山河破碎的現(xiàn)實面前,個人的理想真可謂微不足道。實際生活的困難首先讓人想到的就是養(yǎng)家糊口,而要找到一個掙錢的差使并不容易。經(jīng)過朋友介紹,他到一家中學(xué)——育英中學(xué)教書。在教中學(xué)的職位上,他深深感到中學(xué)教師生活的清貧和艱辛。他們一周要上20幾節(jié)課,收入十分微薄,為了保住飯碗,工作非常認真負責。在這方面,吳文俊也不例外。但是吳文俊還有更大的問題,他較為害羞,不擅長講課,因此他教的課時不足,這樣,他就必須兼做教務(wù)員,那是十分繁瑣的事務(wù)性工作,而且要從早到晚盯在那里坐班。這對一位要成為數(shù)學(xué)家的人來說,不啻是時間與生命的巨大浪費。江澤涵先生曾談過,大學(xué)畢業(yè)后,干兩年中學(xué)教員,那就什么都揀不回來了,而這樣的事,吳文俊整整干了五年。
二、大轉(zhuǎn)折(1945-1947)
1945年8月15日,日本宣布無條件投降。飽經(jīng)劫難的中國人民,終于結(jié)束了這個最野蠻、最兇殘的帝國主義長達14年之久的欺辱和蹂躪,迎來了最后的勝利。世界的歷史發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)折,從此,“戰(zhàn)前”和“戰(zhàn)后”再也不能等量齊觀了。
原來在淪陷區(qū)交通大學(xué)的教職員工成立上海臨時大學(xué),恢復(fù)正常的教學(xué)秩序。這時,吳文俊開始走上大學(xué)的講堂,開始了一生至關(guān)重要的轉(zhuǎn)折。
1945年到1947年是吳文俊邁上新臺階的第二個兩年黃金年。第一個兩年黃金年是大學(xué)三、四年級,他由極為普通的大學(xué)數(shù)學(xué)課程通過自修達到當時數(shù)學(xué)的前沿,但是,5年的停滯對于任何未來數(shù)學(xué)家來說,都可以說是致命的。幸好,命運之神再一次向他招手,短短兩年時間,他完成了三次轉(zhuǎn)折,這三次轉(zhuǎn)折為他鋪下數(shù)學(xué)家的成功之路。
第一次轉(zhuǎn)折是由中學(xué)走向大學(xué),這時,他的授課負擔一下子減少一大半,開始有足夠的時間繼續(xù)數(shù)學(xué)研究了。同時,大學(xué)的環(huán)境與中學(xué)完全不同,他又有可能接觸最新的資料,同時,他也結(jié)識了當時一些國內(nèi)的最好數(shù)學(xué)家了。他的朋友趙孟養(yǎng)以及其他數(shù)學(xué)家也給他新的消息,當時正招考中法留學(xué)交換生,他考上了,這成為他的第二個轉(zhuǎn)折。也是通過趙孟養(yǎng)和其他人的幫忙,他進入中央研究院數(shù)學(xué)研究所,受教于陳省身,這成為他的第三大轉(zhuǎn)折。經(jīng)過這三次轉(zhuǎn)折,他已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)地踏上數(shù)學(xué)研究的道路了。
對吳文俊事業(yè)影響最大的是陳省身。陳省身于1946年4月回到上海,但并沒有直接到北平就任清華大學(xué)教授,而是留在上;I備中央研究院數(shù)學(xué)研究所,這對中國數(shù)學(xué)發(fā)展至關(guān)重要,而對吳文俊來說,這的確是千載難逢的大好機會。
吳文俊經(jīng)過趙孟養(yǎng)介紹,同他的朋友錢圣友一起去見陳省身,當時,他有點擔憂,他親戚給他打氣,說陳先生是學(xué)者,只考慮學(xué)術(shù),不考慮其他,不妨放膽直言。于是他同陳先生見面時,就直率提出想去數(shù)學(xué)所工作。當時,陳省身不置可否,但送他出門時,卻說,你的事我放在心上。果然,陳省身慧眼識英才,不久就通知他去上班。這一決定使吳文俊走上數(shù)學(xué)研究的道路。
當時數(shù)學(xué)所籌備處規(guī)模很小,在岳陽路幾個單位中,只占據(jù)一座樓的第二層,最大的一間供會議與報告之用,次大的一間是圖書室,吳文俊的工作地點就在圖書室內(nèi),其他人分居其他各室。
吳文俊很喜歡學(xué)習(xí),他總是在圖書室閱覽書刊。有一次,陳省身來圖書館,就同他說,你該還債了,意思是,不要只看書,要想問題寫文章了。吳文俊的確也是愛思考,富于創(chuàng)見的人,但他的基礎(chǔ),主要還是點集拓撲方面的。一次他把自己這方面的結(jié)果給陳省身看時,陳省身立即指出,你的方向不對。正是陳省身這句話扭轉(zhuǎn)了他的研究方向,真正走上代數(shù)拓撲學(xué)的康莊大道。
在當時,代數(shù)拓撲學(xué)雖然已有50年歷史,卻方興未艾。正是戰(zhàn)后十年,由于包括陳省身和吳文俊等人在內(nèi)的努力,這個當時的灰姑娘才變成雍容華貴的數(shù)學(xué)的女王。剛剛從普林斯頓回國的陳省身敏銳地感到代數(shù)拓撲學(xué)是未來數(shù)學(xué)發(fā)展的領(lǐng)頭羊,而且必將成為影響其他學(xué)科的主流學(xué)科,因此迅速地決定把這門學(xué)科普及到中華大地上。1946年下半年,陳省身每周講12小時拓撲學(xué),為年輕學(xué)子打下基礎(chǔ),聽講的年輕人,不少就成為著名的拓撲學(xué)家,特別是吳文俊、陳國才、楊忠道、王憲鐘、張素誠、廖山濤等幾位。
一旦方向找準,吳文俊以他非凡的智力很快就取得突出的進步!俺跎俨慌禄ⅰ,吳文俊這時研究的問題是示性類理論的基礎(chǔ),惠特尼(H.Whitney)的乘積公式。這個公式是惠特尼在1940年提出來的,惠特尼是美國數(shù)學(xué)家,是微分流形理論、示性類理論、奇點理論的奠基者,1981年榮獲顯赫的沃爾夫(Wolf)數(shù)學(xué)獎。1935年到1936年,瑞士數(shù)學(xué)家施提菲爾(E.Stiefel)和惠特尼獨立從不同途徑提出了示性類,由此開創(chuàng)了示性類理論,它們的示性類也有他們的名字命名,稱為施提菲爾—惠特尼示性類。初期對它們幾乎沒有什么了解,也不會計算;萏啬岢朔e公式是一個最基本的公式,但是惠特尼只能證明最低維的情形,他在1941年說,一般公式的證明極為困難。剛剛?cè)腴T的吳文俊,憑著非凡的膽識及創(chuàng)造,毅然去攻這個難題。當然,道路不會是一帆風(fēng)順的。1947年春天,陳省身到北平清華大學(xué)去教課,曹錫華和吳文俊同行,他們同往在清華的一間宿舍里,吳文俊每天攻關(guān)到深夜,睡覺時覺得證明出來,早晨一覺醒來,就發(fā)現(xiàn)錯誤,于是繼續(xù)攻關(guān),如此反復(fù)多次,最終獲得成功。這時離他到數(shù)學(xué)所還不到一年。這充分顯示了吳文俊的實力,吳文俊的這篇著作已成經(jīng)典,在現(xiàn)在示性論理論中,它成為公理,是整個理論的基石。
在北平呆了兩三個月,他得到考取中法交換生的消息,這樣他趕回上海,準備去法國。他在大學(xué)時,已經(jīng)自學(xué)法文,能夠流利地閱讀法文數(shù)學(xué)文獻。但是聽、說又是另一回事。當時他也參加幾次法語口語班,但是沒有堅持下去。到了法國,日常生活吳能勉強應(yīng)付,至于數(shù)學(xué)討論班,他大致聽得懂,沒問題,這多少也有點天才。他同數(shù)學(xué)家私下交流時,大都用英語,溝通沒有困難,因此在語言方面問題不大。
1947年暑期,考取中法交換生的40名學(xué)生到南京集訓(xùn)。其間法國文化參贊手頭已有陳省身的推薦信以及H.嘉當準備接受吳文俊的資料,自然把他派到當時嘉當任教授的斯特拉斯堡。這位文化參贊多少有些糊涂,于是他一古腦地把四位學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)生以及一位理論物理的金星南都派往斯特拉斯堡。其余的大都去巴黎。
暑假以后,吳文俊就不去數(shù)學(xué)所籌備處上班。他這一年的經(jīng)歷的確初步打下研究數(shù)學(xué),特別是代數(shù)拓撲學(xué)的基礎(chǔ)。正是因為有這至關(guān)重要的一年,他才能到法國更上一層樓,與國際接軌,走到數(shù)學(xué)的前沿。
三、法國四年(1947-1951)
吳文俊到法國原是跟H.嘉當(H.Cartan),這是由陳省身的推薦,嘉當回信表示接受,于是,吳文俊來到斯特拉斯堡。但當吳到斯特拉斯堡時,嘉當已去巴黎任高等師范學(xué)校教授,因此,他就換一位導(dǎo)師,C.埃瑞斯曼(C.Ehresmann)。埃瑞斯曼也是布爾巴基學(xué)派成員,他的博士導(dǎo)師是H.嘉當?shù)母赣H,E.嘉當,是當代數(shù)學(xué)大師,微分幾何學(xué)的領(lǐng)袖人物。埃瑞斯曼的博士論文主要研究格拉斯曼流形的同調(diào)群,而它則是后來示性類研究的基礎(chǔ)。埃瑞斯曼有不少原創(chuàng)性的思想,例如纖維叢、近復(fù)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)網(wǎng)(jet)葉形、等,對整個數(shù)學(xué)至關(guān)重要,對吳后來的工作也有一定影響。
吳文俊到了法國,一開始對當時布爾巴基式的抽象很不習(xí)慣,也十分不理解,有些不適應(yīng)。經(jīng)過埃瑞斯曼等人的指點,吳文俊很快就知道,他所習(xí)慣的具體對象與他們所講的抽象結(jié)構(gòu)是如何對應(yīng)起來的,很快搞清楚抽象名詞背后的具體內(nèi)容,這道關(guān)一破,吳文俊就像過去一樣,很快就取得了跳躍式的進步。到了1948年,他已經(jīng)取得一個又一個的成果了。按照當時的習(xí)慣,學(xué)生一般難得見到導(dǎo)師,每當有一些成果之后,他才向?qū)焻R報,如果結(jié)果很好,導(dǎo)師就會建議他送到《法國科學(xué)院周報》(Compten
Rendus)上發(fā)表。有一次,吳文俊把他做好的一些工作告訴埃瑞斯曼,埃瑞斯曼說,很好,你可以寫成文,送到《法國科學(xué)院周報》上發(fā)表。然后,吳文俊說,我還得到了一個小結(jié)果,是關(guān)于近復(fù)結(jié)構(gòu)的,出乎吳文俊意料的是,他這個自以為不太重要的結(jié)果,得到了埃瑞斯曼的稱贊,并說這個結(jié)果極為重要,要他馬上寫出來先行發(fā)表。吳先生后來回憶起這事,評論道,這才是導(dǎo)師應(yīng)該起的作用,分清主要的問題和次要的問題。實際上,流形上是否存在復(fù)結(jié)構(gòu)是當時大家關(guān)注的中心問題。而復(fù)結(jié)構(gòu)存在的必要條件是近復(fù)結(jié)構(gòu)的存在。近復(fù)結(jié)構(gòu)的存在是一個拓撲問題,正好是吳文俊研究的突破所在。通過示性類,吳文俊證明,4維實流形存在近復(fù)結(jié)構(gòu)的條件,特別他證明5[4n]不存在近復(fù)結(jié)構(gòu)。這個問題的解決在當時已經(jīng)引起注意,英國的頂尖拓撲學(xué)家J.H.C.懷特海(Whitehead)寫信來了解情況。特別是當時拓撲學(xué)界的大權(quán)威,霍普夫(H.Hopf)知道吳文俊得到若干個驚人結(jié)果之后,以為靠不住,于是對埃瑞斯曼“興師問罪”,以為這是吹牛。不久,霍普夫親自來到斯特拉斯堡,見到了吳文俊
,
1949年初,吳文俊已經(jīng)得到足夠多的結(jié)果,埃瑞斯曼提出,可以把它們集中在一起,寫成博士論文,于是吳文俊用了不到半年時間,把它們整理成博士論文,于1949年7月答辯,獲得法國國家博士學(xué)位。但由于導(dǎo)師希望修改之后再出版,因此,出版一再拖延,以至當校樣寄來時,吳文俊已在回國的船上。這樣吳文俊的博士論文遲到1952年由厄爾曼(Hermann)出版社出版,沒有想到,在這三年期間,無論是纖維叢—示性類理論,還是代是拓撲的其他方面都獲得了飛躍發(fā)展。吳的博士論文沒有發(fā)揮應(yīng)有的更大影響,但是,吳文俊的結(jié)果已通過其他渠道,傳播到世界主要的數(shù)學(xué)中心。
1947年秋天,吳文俊應(yīng)H.嘉當?shù)难垼桨屠璺▏鴩铱茖W(xué)研究中心(CNRS)作研究工作,先任助理研究員后升至副研究員。
在巴黎期間,他在示性類方面又上了一個新臺階。簡單說,主要是得出著名的吳文俊公式,這個公式完整地解決施提菲爾-惠特尼示性類的理論問題,其中一個結(jié)果是證明該示性類的拓撲不變性,F(xiàn)在公認這個結(jié)果為道姆所證,但是,吳文俊最先證明最主要的情形W[,2]的拓撲不變性。這是1949年底得出來的。他的手稿沒有發(fā)表,他就把結(jié)果告訴道姆,道姆很快就得出一般結(jié)果,即所有施替費爾-費特尼示性類均為拓撲不變量,于是,吳文俊進一步得出該示性類的明顯公式,即微分流形M的示性類表示成具體公式其中史包含M的上同調(diào)環(huán)以及斯廷洛德(N.Steenrod)平方運算。這就是著名的吳文俊公式。由于上同調(diào)環(huán)和上同調(diào)整運算都是同倫不變的,因此施提菲爾-惠特尼示性類也是同倫不變的,從而自然是拓撲不變的。更重要的是,1956年道爾德(A.Dold)等證明,施替費爾-惠特尼示性類的所有關(guān)系都由吳文俊公式導(dǎo)出,吳文俊公式自然處于核心地位。
吳文俊回國之前,在各個數(shù)學(xué)中心傳揚著這位年輕人的工作。有人說,這是數(shù)學(xué)、特別是拓撲學(xué)的一次地震。而引發(fā)這次地震的是在法國工作的四位年輕數(shù)學(xué)家,他們依次是這樣排序的:塞爾(J.P.Serre)、道姆、吳文俊、A.保萊爾(A.Borel)。塞爾是菲爾茲獎也是沃爾夫獎的獲得者、道姆是菲爾茲獎的獲得者,A·保萊爾后來是普林斯頓高等研究院的教授,他們都是公認國際一流的大數(shù)學(xué)家。由此可知吳文俊在當時國際數(shù)學(xué)界的知名度。1951年,普林斯頓大學(xué)的聘書寄到巴黎,這時吳文俊已經(jīng)在回國的船上了。
五、數(shù)學(xué)研究所(1952-1958)
吳文俊回國后,先在北大教了一年書,后來參加思想改造運動,到了1952年底,才到了1952年7月成立的數(shù)學(xué)研究所,開始自己獨立的拓撲學(xué)研究。
吳文俊在1953年到1957年研究拓撲學(xué)可以說是他第二個五年拓撲年。與每一個五年拓撲年不同,他完完全全是獨立進行自己的研究工作的。前一個五年,他或多或少受到其他數(shù)學(xué)家的影響,陳省身、埃瑞斯曼、H·嘉當,而且,幸運的是,這些影響都是積極的、正面的。他與同齡人的交流對彼此也有好處。而現(xiàn)在,他幾乎是一個人獨自闖關(guān)。他還很年輕,30歲出頭,可是他得完完全全地獨立工作,像一位成熟的數(shù)學(xué)家那樣開拓自己的方向。這時,他不指望任何人的指點與幫助,也沒人能指點他,因為他已經(jīng)站在前沿,前面的路需要自己去摸索。在這種情況下,許多人可以躺在過去的成就上,或者在原有的基礎(chǔ)上小改小革,做點小的改進,也能應(yīng)付下去。但吳文俊不這樣,他要與時俱進,開拓新方向,探討新問題,而且,更為突出的是,他不隨大流,甚至說有點反潮流。
當時的拓撲正好處于黃金時代,20世紀50年代短短10年產(chǎn)生一系列大突破,當時國際數(shù)學(xué)大獎,只有四年一度的菲爾茲獎,單是這10年的拓撲學(xué)就造就了5個獲獎?wù)摺M負鋵W(xué)成為大熱門。許多結(jié)果與吳文俊的成果有關(guān)。
但是,身處中國大陸,所能交流的只有蘇聯(lián)、東歐等社會主義國家,而在50年代,由于法國學(xué)派和美國年輕一代的努力,這些國家的拓撲學(xué)已大大落后了。吳文俊只能自力更生 走出自己的路。他看到當時所知道大多數(shù)拓撲不變量,如同調(diào)群、上同調(diào)、平方運算、同倫群等等都是同倫不變量,那么有沒有非同倫不變的拓撲不變量呢?這是一個全新的課題。在塞爾等人在同倫論取得大突破,大家都拼命跟著享用由此獲得的大批成果時,誰會鉆這個冷門呢?恰巧是吳文俊真的這么干了。
一到數(shù)學(xué)所,吳文俊就確定自己的戰(zhàn)略方向。1952年,他去數(shù)學(xué)所作了一次報告,對當時的拓撲學(xué)做了一次全面分析。在報告中,他針對同倫性問題提出了拓撲性問題。代數(shù)拓撲學(xué)發(fā)展早期;許多著名的重要問題大都是拓撲性的,但由于拓撲學(xué)中出現(xiàn)的主要工具,例如歐拉示性數(shù)、貝蒂(Betti)數(shù)、撓系數(shù)、同調(diào)群、上同調(diào)環(huán)、基本群、同倫群等等都是同倫性的,具體說是同倫不變量,當然也是拓撲不變量,但這些工具對拓撲性問題往往無能為力,因而從20世紀30年代以來,拓撲學(xué)的發(fā)展轉(zhuǎn)而集中于同倫性問題,特別由于塞爾等人的突破,許多原來不能計算的同倫不變量,現(xiàn)在也可以計算了,更使同倫性問題成為當時拓撲學(xué)發(fā)展的主流。在這個問題上,吳文俊明顯地表現(xiàn)出他的不隨大流的“反潮流”的獨創(chuàng)精神。
吳文俊在報告中重新提出拓撲性問題,而且他創(chuàng)立一般方法系統(tǒng)引入非同倫不變的拓撲不變量,特別是n重約化積,有了新工具之后,他用它去研究各種拓撲性問題。當然,一切都要經(jīng)過試驗,試驗中也有問題不能用這種辦法解決,但是,在嵌入問題上卻取得輝煌的成功,從事系統(tǒng)地建立了示嵌類理論。在嵌入問題取得成功之后,他又用來解決浸入問題和同痕問題。
1957年,吳文俊把他的理論整理成書,在數(shù)學(xué)所油印成冊。其后由于大躍進工作停頓,1964年將此書修訂后,總結(jié)于《多@①形在歐氏空間中的嵌入,浸入及同痕》一書,1965年由科學(xué)出版社出版,上兩本均為英文,中譯本《可剖形在歐氏空間中的實現(xiàn)問題》一直到文化大革命結(jié)束時才問世,但是其中主要結(jié)果在1958年前均已做出。
在數(shù)學(xué)所5年間,吳文俊另一項工作是關(guān)于龐特里亞金示性類的拓撲不變性問題。吳文俊在系統(tǒng)完成施提菲爾-惠特尼示性類的工作之后,自然考慮龐特里亞金示性類的同樣問題。但龐特里亞金示性類問題要難的多,許多問題至今還沒有解決。吳文俊研究時,只有龐特里亞金的一個簡報(1942)及一篇論文(1947)。龐特里亞金主要論文是俄文的,他在法國就是靠字典一個字一個字查看明白的。吳文俊在做博士論文時,首先系統(tǒng)地建立龐特里亞金示性類的理論,并確定寵特里亞金示性類與陳省身示性類之間的重要關(guān)系。龐特里亞金原來用的同調(diào),吳首先把它改造成上同調(diào),并對其里腔分解作了一系列簡化。值得一提的是龐特里亞金示性類的名稱也是吳文俊首先提出的,這些基礎(chǔ)工作后來得到世界公認。
吳文俊回國后,希望能證明某些龐特里亞金示性類的拓撲不變性,但是,當時工具不多。他首先用自己的拓撲不變量證明模3類的拓撲不變性,后來又用新的上同調(diào)運算證明模4的拓撲不變性,其后又推出某些龐特里亞金的模p組合的拓撲不變性。
1958年,吳文俊應(yīng)邀來到闊別6年半的法國。當時他的博士導(dǎo)師埃瑞斯曼已去巴黎任教,于是自然成為接待吳文俊的東道主。在巴黎,他報告了他在國內(nèi)獨立創(chuàng)立的示嵌類的工作,受到普遍的關(guān)注。他做了一系列的講演,聽講者中有瑞士數(shù)學(xué)家海富里熱(A.Haefliger),后來他做了嵌入方面出色的工作,就是受了吳文俊的影響。
埃瑞斯曼聽過吳文俊的工作后十分驚喜,說“沒想到你做出來如此出色的工作”。當然,他們不了解,在與世界隔絕的新中國,也能出現(xiàn)像吳文俊那樣的不亞于法國同行的獨創(chuàng)性結(jié)果。這時,吳文俊的工作真正處于國際領(lǐng)先的地位,許多人跟著他的步伐前進。
五、從大躍進到文化大革命(1958-1976)
當吳文俊從法國回國時,國內(nèi)形勢已經(jīng)大變樣。全國一片大躍進的形勢,理論工作完全停擺,降了修水庫、大煉鋼鐵、除四害、打麻雀之外,數(shù)學(xué)工作完全要理論聯(lián)系實際。二年之后,理論研究再度“復(fù)辟”。復(fù)辟三年后,開始了四清及文化大革命。在近20年的折騰當中,也就是吳文俊,仍然在許多新領(lǐng)域有所創(chuàng)造,特別是對策論、奇點理論、拓撲學(xué)、布線理論以及代數(shù)幾何學(xué)等還進行大量數(shù)學(xué)工作。而最重要的是,在文化大革命后期,他完成自己研究方向的巨大改變,通過中國數(shù)學(xué)史走向數(shù)學(xué)機械化。
1958年吳文俊首先改行學(xué)運籌學(xué),學(xué)新東西難不倒他。運籌學(xué)中只有線性規(guī)劃在國內(nèi)有所發(fā)展,但還有其他幾個分支尚待開發(fā),吳文俊先是學(xué)習(xí)排隊論,學(xué)過一段時間以后,又改學(xué)對策論。在對策論方面,他花了兩年多時間。吳文俊是在中國首先引進對策論,并首先先做這方面研究的人。
對策論又稱博奕論,公認為由大數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼奠定基礎(chǔ)。對策論或為一門獨立學(xué)科的標志是馮·諾伊曼和奧地利經(jīng)濟學(xué)家莫根施坦(O.Morgenstein)合著《對策論與經(jīng)濟行為》,在1944年出版。從書名來看,對策論與數(shù)理經(jīng)濟學(xué)密切相關(guān),顯示,這種經(jīng)濟學(xué)是資產(chǎn)階級經(jīng)濟學(xué),在當時的中國是諱莫如深的。而對策論如果脫掉經(jīng)濟學(xué)的干系,卻是一門由數(shù)學(xué)家建立的數(shù)學(xué)分支,在運籌學(xué)蓬勃發(fā)展的50年代被納入運籌學(xué)這個大家庭中,借著運籌學(xué)的庇護,進入“理論聯(lián)系實際”的數(shù)學(xué)領(lǐng)域。
對策論有一個基本定理,二人對策的極大極小定理。這個定理是對策論的基石,馮·諾伊曼在1928年首先給出一個完整的證明,其后他又給出另外三個證明。而第二個證明是用拓撲學(xué)中熟知的布勞威爾(Brouwer)不動點定理。而這正好是吳文俊理解對策論的切入點,也是他研究的出發(fā)點。與此相反,排隊論則完全是另外一套新概念,和他沒有任何共同語言。
找到了共同點,吳文俊很快就上了路。1959年初,他的第一篇對策論論文《關(guān)于博奕理論基本定理的一個注記》發(fā)表,這是中國第一項對策論的研究工作。
同時,他還寫了一篇普及性文章“博奕論雜談:(一)二人博奕”,深入淺出地介紹了基本定理的證明。在這篇文章中,第一次明確提出“田忌賽馬”的故事。這篇1959年的論文,也第一次道出中國古代思想中的對策論思想。當時,他對中國數(shù)學(xué)史可以說還一無所知,可是,他已經(jīng)在西文數(shù)學(xué)文獻的海洋中分析出其核心的思想以及中國古代的先進思想。這也說明他后來對中國數(shù)學(xué)史研究并非出于偶然。這篇文章之后,本應(yīng)有(二)、(三),但是遺憾的是,后面的文獻從未發(fā)表。
吳文俊善于抓住一門學(xué)科的主要問題,這不能不讓人佩服,吳文俊對于這門過路的課題,雖然認為自己的工作微不足道,可是還是抓住了發(fā)展的主題,留下了自己的痕跡。原來馮·諾伊曼主要討論的是合作對策,而其后對策論的一大突破則是納什(J.Nash)的非合作對策,F(xiàn)在納什已經(jīng)變得家喻戶曉,甚至上了電影的人物。可是在50年代,納什的工作并沒有多少人跟著做,納什本人也轉(zhuǎn)向純數(shù)學(xué)的研究,并在吳文俊走向這個領(lǐng)域時精神失常。但吳文俊認出其重要性,他寫了兩篇非合作對策的論文,第一篇在1961年發(fā)表,后來一篇寫后給他的學(xué)生江嘉禾看,江指出有些小錯,于是兩人合作發(fā)表。吳文俊對于活動區(qū)域受限制的情況下,利用角谷不動點定理的推廣,推廣了納什定理。在一般情況下,均衡點未必存在,吳文俊等還引進“本性均衡點”的概論,它具有更好的性質(zhì),即沒有本性均衡點的對策,多多少少是例外的情形。
納什這位數(shù)學(xué)家的杰出思想,經(jīng)過數(shù)學(xué)家與經(jīng)濟學(xué)家的通力合作,在60年代到70年代成為與經(jīng)濟現(xiàn)實密切聯(lián)系的工具。到80年代,對策論早已跳出運籌學(xué)的范圍投入經(jīng)濟學(xué)的懷抱,成為經(jīng)濟學(xué)的一門主課。大部分對策論工作是在經(jīng)濟系做的。
在馮·諾伊曼和莫根施坦的奠基性著作《對策論和經(jīng)濟行為》發(fā)表50周年,諾貝爾經(jīng)濟學(xué)獎發(fā)給納什和其他兩位經(jīng)濟學(xué)家,獎勵他們在非合作對策方面的奠基性工作,這再次肯定離異很久的經(jīng)濟學(xué)和對策論再度聯(lián)姻。對策論成為經(jīng)濟學(xué)大家族的正式成員。
正是由于納什不可思議地再度輝煌,沿著納什路線稍做改進的吳文俊等的工作也受到關(guān)注并被引用。
六、中國數(shù)學(xué)史(1974-)
文化大革命對于科學(xué)家和中國科學(xué)事業(yè)是一場災(zāi)難,對吳文俊也不例外。但是,吳文俊與常人不同之處在于,他能夠突破逆境,變壞事為好事,化腐朽為神奇。55歲對于一位數(shù)學(xué)家來說,一般已經(jīng)過了最好的時期,的確可以躺在過去的成績上享清福了。吳文俊再次不同于常人,他開始了第二次長征:從中國數(shù)學(xué)史過渡到數(shù)學(xué)機械化,而這與他前期的研究可以說毫無共同之處。
|