丘成桐:数学和中国文学的比较
很多人会觉得我今日的讲题有些奇怪,中国文学与数学好像是风马牛不相及,但我却讨论它。其实这关乎个人的感受和爱好,不见得其他数学家有同样的感觉,“如人饮水,冷暖自知”。每个人的成长和风格跟他的文化背景、家庭教育有莫大的关系。我幼受庭训,影响我至深的是中国文学,而我最大的兴趣是数学,所以将两者做一个比较,对我来说是相当有意义的事。
数学与文学之源于自然
数学之为学,有其独特之处,它本身是寻求自然界真相的一门科学,但数学家也如文学家般天马行空,凭爱好而创作,故此数学可说是人文科学和自然科学的桥梁。
数学家研究大自然所提供的一切素材,寻找它们共同的规律。这里所说的大自然比一般人所了解的来得广泛,我们认为数字、几何图形和各种有意义的规律都是自然界的一部分,我们希望用简洁的数学语言将这些自然现象的本质表现出来。
大略言之,数学家以其对大自然感受的深刻肤浅,来决定研究的方向,这种感受既有其客观性,也有其主观性,后者则取决于个人的气质。气质与文化修养有关,无论是选择悬而未决的难题,或者创造新的方向,文化修养皆起着关键性的作用。因为人文知识也致力于描述心灵对大自然的感受,所以司马迁写史记除了“通古今之变”外,也要“究天人之际”。
刘勰在《文心雕龙·原道篇》说,文章之道在于“写天地之辉光,晓生民之耳目。”
刘勰以为文章之可贵,在尚自然,在贵文采。他又说:“人与天地相参,乃性灵所集聚,是以谓之三才,为五行之秀气,实天地之灵气。灵心既生,于是语言以立。语言既立,于是文章着明,此亦原于自然之道也。”
历代的大数学家如阿基米德如牛顿莫不以自然为宗,见物象而思数学之所出,即有微积分的创作。费尔玛和尤拉对变分法的开创性发明,也是由于探索自然界的现象而引起的。
广义相对论提出了场方程,它的几何结构成为几何学家梦寐以求的对象,因为它能赋予空间一个调和而完美的结构。我研究这种几何结构垂30年,时而迷惘,时而兴奋,自觉同《诗经》、《楚辞》的作者,或晋朝的陶渊明一样,与大自然浑为一体,自得其趣。
捕捉大自然的真和美,实远胜于一切人为的造作,正如《文心雕龙》说的:“云霞雕色,有踰画工之妙。草木菁华,无待锦匠之奇,夫岂外饰,盖自然耳。”
在空间上是否存在满足引力场方程的几何结构是一个极为重要的物理问题,它也逐渐地变成几何中伟大的问题。尽管其他几何学家都不相信它存在,我却锲而不舍,不分昼夜地去研究它,就如屈原所说:“亦余心之所善兮,虽九死其犹未悔。”
我花了5年工夫,终于找到了具有超对称的引力场结构,并将它创造成数学上的重要工具。当时的心境,可以用以下两句来描述:“落花人独立,微雨燕双飞。”
数学的文采
数学的文采,表现于简洁,寥寥数语,便能道出不同现象的法则,甚至在自然界中发挥作用。我的老 师陈省身先生创作的陈氏类,就文采斐然,令人赞叹。它在扭曲的空间中找到简洁的不变量,在现象界中成为物理学界求量子化的主要工具,可说是描述大自然美丽的诗篇,直如陶渊明“采菊东蓠下,悠然见南山”的意境。
从欧氏几何的公理化,到笛卡儿创立的解析几何,到牛顿、来布尼兹的微积分,到高斯、黎曼创立的内蕴几何,一直到与物理学水乳相融的近代几何,都以简洁而富于变化为宗,其文采绝不逊色于任何一件文学创作。
文学家为了达到最佳意境的描述,需要追究“僧推月下门”与“僧敲月下门”的区别。数学家为了创造美好的理论,也不必依随大自然的规律,只要逻辑推导没有问题,就可以尽情地发挥想像力。
文学与数学的赋比兴
然而文章终究有高下之分,大致来说,好的文章“比兴”的手法总会比较丰富。
中国古诗十九首,作者年代不详,但大家都认为是汉代的作品。刘勰说:“比采而推,两汉之作乎。”这是从诗的结构和风格进行推敲而得出的结论。在数学的研究过程中,我们亦利用比的方法去寻找真理。我们创造新的方向时,不必凭实验,而是凭数学的文化涵养去猜测去求证。
举例而言,30年前我提出一个猜测,断言三维球面里的光滑极小曲面,其第一特征值等于二。当时这些曲面例子不多,只是凭直觉,利用相关情况模拟而得出的猜测。最近有数学家写了一篇文章证明这个猜想。其实我的看法与文学上的比兴很相似。
我们看《洛神赋》:“翩若惊鸿,婉若游龙。荣曜秋菊,华茂春松。髣髴兮若轻云之蔽月,飘飘兮若流风之回雪。”由比喻来刻划女神的体态。
我一方面想像三维球的极小曲面应当是如何的匀称,一方面想像第一谱函数能够同空间的线性函数比较该有多妙,通过原点的平面将曲面最多切成两块,于是猜想这两个函数应当相等,同时第一特征值等于二。
当时我与卡拉比教授讨论这个问题,他也相信这个猜测是对的。旁边我的一位研究生问为什么会做这样的猜测,不待我回答,卡教授便微笑说这就是洞察力了。
伟大的数学家远瞩高瞻,看出整个学问的大流,有很多合作者和跟随者将支架建立起来,解决很多重要的问题。正如曹雪芹创造《红楼梦》时,也是一样,全书既有真实,亦有虚构;既有前人小说如《西厢记》、《金瓶梅》、《牡丹亭》等的踪迹,亦有作者家族凋零、爱情悲剧的经验,通过各种不同人物的话语和生命历程,道出了封建社会大家族的腐败和破落。《红楼梦》的写作影响了清代小说垂200年。
数学家看事物的多面性
由于文学家对事物有不同的感受,同一事或同一物可以产生不同的吟咏。例如对杨柳的描述,温庭筠写“柳丝长,春雨细……”吴文英写“一丝柳,一寸柔情,料峭春寒中酒……”李白写“年年柳色,灞陵伤别。”周邦彦写“柳阴直,烟里丝丝弄碧,隋堤上,曾见几番,拂水飘绵送行色……长亭路,年去岁来,应折柔条过千尺。”晏几道写“舞低杨柳楼心月,歌尽桃花扇底风。”
对事物有不同的感受后,往往通过比兴的方法另有所指,例如“美人”有多重意思,除了指美丽的女子外,也可以指君主:屈原《九章》:“结微情以陈词兮,矫以遗夫美人。”也可以指品德美好的人,《诗经·邶风》:“云谁之思,西方美人。”苏轼《赤壁赋》:“望美人兮天一方。”