年轻时的李天岩(1945.6.28-2020.6.25)是幸运的。他在读博士时就开创了一个新领域——现代同伦延拓法;而刚获得博士学位不久,他的突破性研究又让他和乌拉姆一同成为计算遍历理论的两位主要奠基者。他的创造性研究风格极大地影响了他的弟子们。
这几日,是李天岩教授逝世五周年及八十诞辰之际,让我们走进这位传奇数学家的世界,感受那份严苛背后的深情,与足以影响几代人的求知之火。 撰文 | 丁玖(美国南密西西比大学数学系教授)
2025年6月25日,是我的博士论文指导老师李天岩教授逝世五周年。三天后的28日,将迎来他的八十周岁诞辰。
五年前,在他离世的那个早晨,弟子们马上举行网上追思会的沉重哀悼气氛至今还弥漫在我的脑海中;十年前,在密歇根州立大学数学系为他庆祝七十寿辰的师生欢乐场景也依然在我眼前不时浮现;再向前十年,在台湾新竹清华大学理论研究中心“庆祝李天岩教授六十周岁国际学术研讨会”上拍下的那张师门群聚照,一张张笑脸栩栩如生地反射出充满“李天岩学术家族”特色的亲密师生情缘……现在,思绪万千的我把对他的感恩和思念之情,聚焦在几十年中他对博士弟子们的一生影响中。
人在一生一世中受到各种影响,有幼儿直至少年时期的父母影响,有读书时代的师长影响,有无孔不入的社会影响,有潜移默化的好友影响。这些来自四面八方的复合影响,有正有负,就像机械工厂锻造车间的冲床,将我们捶打成不同类型之人、不同善恶之心、不同追求之辈、不同发育之躯,而选择了不同的价值观念和生命轨迹。
然而,就我自己可以记忆的六十年人生历程,撇开阅读习惯这个功率极强的影响力不谈,抚育孩子长大的父母和教育学生成才的教师对于个体可能是公认的两大“影响因素”。我在回忆先母的文章《母亲的手》中写道:“她不仅潜移默化我一生爱书,而且言传身教我莫为功利;她不仅树立我远大理想,而且鼓励我永不退缩;她不仅教育我礼貌待人,而且告诫我勿忘他恩;……”从中可量度出家长对子女的影响力。但是,对于未来将走向探索学问之路的大学生和研究生,亲炙于优质导师的治学之道和做人原则,对其职业的影响毫无疑问是最具决定性的。
在李天岩教授几乎所有的弟子眼里,他就是这样一位言行完美结合的导师:在对待治学的态度上,他为学生做出表率;在用于钻研学问的时间上,他比学生还要投入;在将后学者带入新的研究领域时,他慷慨播撒思想的种子;在教导怎样解释数学的过程中,他对学生倾情传授演讲技巧;在每周举行的弟子讨论班上,他常常跳上讲台示范一个概念的自然登场。他沉浸数学未知世界探索其中奥秘时显示出的忘我状态,他在课堂讲授数学声情并茂迸发出的迷人激情,四十年间影响了他一批又一批的弟子和学生们。
今天,在李天岩教授离世五周年之际,让我梳理这段历史中自己比较熟悉的那几根经纬,踏着他所留下的研究足迹,回放对年轻学子或许有启迪意义的几首学术乐章,以典型而具体的代表性人物故事,追忆他是怎样深刻地影响了众多的弟子和广义的学生。 创造性探索未知
1983年我在南京大学读硕士学位期间,第一次看到李天岩教授的名字,从此,我的未来道路与他联系在一起。那次与他在期刊文章首页上的偶遇,来自阅读他与凯洛格(Royal Bruce Kellogg,1930-2012)及约克(James A. Yorke,1941-)合写的一篇开创性论文。这是寻求非线性方程组数值解的现代同伦延拓法开天辟地之作,起始于作为博士生的李天岩听从了其博士论文导师约克教授的建议,而去旁听凯洛格教授的研究生课程《非线性方程组的数值解》。那一年是1973年,第二年,28周岁的李天岩获得数学博士学位。
在那之前,博士生李天岩独立或跟随导师约克所做的所有研究都属于微分方程与动力系统领域,这是纯粹数学的一个重要分支,对自然科学和工程技术有着广泛的应用价值。此刻的李天岩已经完成了“周期三则意味着混沌”这一“约克猜想”的初等微分学证明,但日后让他声名显赫的“李-约克混沌定理”还要等到1975年的圣诞之月,才在大众杂志《美国数学月刊》中横空出世。
为何这时以纯粹数学研究见长、已有数个不平凡成果的李天岩,一下子修起了某些纯粹数学家都比较轻视甚至轻蔑的计算数学课程?
这是因为,在上世纪七十年代初的美国,高等院校新增教职对于刚刚出炉的新科博士,极难获取。当时是与九十年代初同样艰难的大学教鞭稀少期。结果是许多来自中国台湾的留美博士生,获得博士后因在美国学术界很难找到职位而最终打道回府。为了帮助弟子留美工作多一条后路,即便拿不到大学教鞭也有可能靠实用学科的知识在工业界谋到一份差事,那学期约克教授便让李天岩去凯洛格教授的课堂旁听,学一学数值求解非线性代数方程组有用的理论和方法。
差不多九年后的1982年,我在南京大学的教学大楼里与硕士导师何旭初教授的几个同门弟子及南京师范学院的一位旁听研究生,作为最优化理论研究方向的专业基础课,注册修读了李天岩教授早九年旁听过的同名研究生课程。开讲此课的沈祖和老师很会教书,他选用的教材,恰好就是1970年出版的马里兰大学计算数学家James M. Ortega(1932-)和Werner C. Rheinboldt(1928-2024)两教授撰写、现已成为经典的一本厚书《多变量非线性方程组的迭代解》(Iterative Solution of Nonlinear Equations in Several Variables)。我没问过李教授当凯洛格教授于1973年讲授该课时有没有将其本校同事的这本著作指定为教材或列为参考书,但当我于1986年留学密歇根州立大学数学系读博士学位而修了几年课,才知道美国大学和当时的中国做法经常不一样:许多教授讲授的研究生课程没有专门的教科书而只列出参考书,有的连参考书都没有,全靠教授依据自己准备的讲义,靠他的三寸不烂之舌来兜售知识。可是,这种看似不甚统一的做法,却至少会让有创造性思维倾向的一些听课者受益无穷。
为什么呢?因为那部分研究型教授在教学中由于知识常新,会有意或无意地将与课程内容相关的思想浪花泼洒在学生的头顶上,而这正是凯洛格教授在班上所做的。他的课中有一节讲的是布劳威尔不动点定理。这是以其主要发现者荷兰拓扑学家布劳威尔(L. E. J. Brouwer,1881-1966)的名字命名的一条大定理,其叙述语言稍微简单一点的某个版本是:n维欧几里得空间中的单位闭圆球到其自身的任何光滑映射必有不动点。既然此定理极其重要,且应用十分广泛,从它问世后的几十年间人们找到了多种多样的证明也就不足为奇了。沈祖和老师发给我们听课研究生的教科书中有一章,专讲非线性映射的度理论,作为该分析学重要数学工具的一个直接应用,布劳威尔不动点定理自然而然地就被推理了出来。我当时学习完这一段内容后,虽然惊叹于度理论之精妙,却根本想不到,也可能无从想起,从这里可以再闯出一条探索之路来。盖因那时的我还没有懂得怎样做研究,同时,周围的教学环境也没能向我提供浸润于创造性思维的良好机会。
然而,凯洛格教授却独辟蹊径,没有按照标准教科书中现成的方法在黑板上抄下证明,而是从期刊中拿出加州大学伯克利分校数学系的赫希(Morris Hirsch,1933-)教授十年前在美国数学会的期刊上发表的一个简洁反证法,展现给班上的学生。赫希的推理过程可简单叙述如下:倘若将闭圆球映到自身的光滑映射没有不动点,就可定义一个将闭圆球映入到其表面(维数比球体少一的球面)的一个光滑映射,它具有下面的性质:球面上每一点在该映射下动也不动;换言之,这个值域比定义域维数少一的映射限制在球面上是个恒等映射。这却和微分拓扑学中的一个基本结果相矛盾。下图对二维闭圆盘情形展示了赫希反证法中所构造的将闭圆盘映到圆周上的那个光滑映射: