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爱因斯坦的追随者

——记世界著名数学和物理学家Demetrios Christodoulou

 

  他身上流淌着阿基米德的血液,一生都在追寻爱因斯坦的脚步;他师承“黑洞之父”约翰·惠勒(John Wheeler),也是著名数学家丘成桐的挚交;他以其对广义相对论的贡献闻名于世,不过更多时候,他只是一个随和开朗的希腊老头。

   坐在清华大学数学中心的办公室里,季米特里奥斯·赫里斯托祖卢(Demetrios Christodoulou)会大谈特谈北京猿人了不起的发明,也会狡黠地眨眨眼,讲一点丘成桐的八卦。这个年近花甲的教授似乎对一切都还抱有孩童般的好奇心,和他聊一会儿,人们就会忘记他头上数学和物理学巨匠的光环。

   天才是如何炼成的

   和人们在书上读到的“神童”故事不同,赫里斯托祖卢直到14岁才发现了自己在数学和物理上的天赋。

   “其实在那之前我对自然科学不怎么感兴趣,而是一心想当运动员。”赫里斯托祖卢告诉《科学时报》记者,“但有一次我玩双杠的时候,从上面摔了下来。我的运动生涯就此终结了,所以我得找点其他事来干。”

   这个意外让赫里斯托祖卢和初等几何相遇了。那一年夏天,他没有再去海里游泳,而是待在屋里读书,对数学王国的故事越来越着迷。“我去书店买了好多书,很快我就把学校几年后才教的知识都学完了。”

   赫里斯托祖卢的父母发现了儿子的天分,委托他们的朋友阿喀琉斯·帕帕佩特鲁(Achilles Papapetrou)给小赫里斯托祖卢找个老师。帕帕佩特鲁当时是巴黎一所大学的工程师,后来也成了一名非常著名的物理学家。

   赫里斯托祖卢很幸运。当时美国的物理大师、“黑洞”概念提出者惠勒来到巴黎,帕帕佩特鲁便借机向他推荐了这个男孩。

   惠勒写信给赫里斯托祖卢的父母说:“能否请你们把这个男孩带到巴黎来,我想考考他。”

   不出所料,赫里斯托祖卢的成绩很好,所以惠勒就把他带到了美国普林斯顿大学。仅用了半年时间,赫里斯托祖卢就完成了本科阶段的学习,又过了两年,他于1970年11月发表了自己的第一篇学术论文,19岁时拿到了博士学位。

   尽管有着这样传奇般的经历,赫里斯托祖卢还是不太习惯被人称作“天才”。“天才是个相对的概念,每个时代都有每个时代的天才。”他说,“寻找你最适合做的事,喜爱你正在做的事,也是同样重要的。我相信每个人都会对这个世界作出自己的贡献。”

   丘成桐是我的“非官方”老师

   取得学位后,赫里斯托祖卢发现自己一直埋头学物理,数学知识却还停留在小时候看的书里。他有点“吃不饱”了。

   赫里斯托祖卢开始留意学习数学的机会。不久后,他有幸得到德国马普研究所(Max Planck Institute)一位先生的资助,到巴黎学习数学的一个分支——分析学,这门学科一直是法国人的强项。

   欧洲学成之后,赫里斯托祖卢先后在美国雪城大学(Syracuse University)和纽约大学库朗研究所(Courant Institute)担任过物理和数学教授。

   但爱因斯坦工作过的普林斯顿始终是赫里斯托祖卢心中的一个结。他决定仍住在母校,每周在纽约州和普林斯顿之间通勤。这种“空中飞人”的生活,直到1992年他真正成为普林斯顿的教授才结束。

   在普林斯顿教了10年书后,赫里斯托祖卢回到了欧洲,在瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)任教,这所学校也正是爱因斯坦当年求学的地方。

   1981年,赫里斯托祖卢回美国遇到的第一个人就是丘成桐。当时丘成桐已经是普林斯顿高等研究所的一名教授了。

   赫里斯托祖卢回忆道:“我和丘一见如故,很快就成了好朋友。在之后的5年里,我大部分时间都和丘待在一起,很多时间甚至就住在他家里。丘喜欢在深夜工作,所以我们俩经常凌晨两点爬起来演算。”

   “丘对我说,你是一个希腊人,古希腊人是以几何学闻名于世的,你却一点都不懂几何,这怎么行呢?” 赫里斯托祖卢觉得这个中国人说得挺有道理,就跟着丘成桐学起了几何。

   20世纪90年代初,赫里斯托祖卢与普林斯顿大学教授塞尔秀·克莱纳尔曼(Sergiu Klainerman)合作,证明了闵可夫斯基时空(Minkowski space-time)的非线性稳定性。这是赫里斯托祖卢第一个重要的研究,里面涉及到的几何分析帮了他许多忙。

   “我从丘成桐那里学会了几何,我不会忘记他对我的帮助。”赫里斯托祖卢说。

   40年解出一道题

   1968年夏天,惠勒给赫里斯托祖卢出了一道题,要他用数学推导黑洞的形成。

   这个问题实在太难了,年轻的赫里斯托祖卢感到束手无策。惠勒决定还是别难为这个17岁的孩子了,就给了他另一个简单一些的题目。赫里斯托祖卢凭着这篇论文拿到了博士学位。

   这篇博士论文堪称黑洞研究的经典之作,30多年过去了,还是有人在不断地引用它。2010年,赫里斯托祖卢应邀去哈佛大学访问,物理系的人听说后,还特别腾出了两堂课的时间,请赫里斯托祖卢讲讲他的博士学位论文。

   当然,和大多数年轻人一样,赫里斯托祖卢也有过迷茫的时候。“那时候我太年轻,不够成熟,分不清哪些问题不重要,哪些问题更重要。我甚至有一段时间还试图设计一台时光机器,幸好惠勒没让我把这篇东西当做论文发出来。”

   不过赫里斯托祖卢并没有忘记老师给自己的第一道题目。在40年后的2008年,他终于解开了这道题,用数学方法严格证明了引力波坍缩成黑洞的机制。这篇论文后来结集成一本名为The formation of black holes in general relativity的书,于2009年问世。

   “如果当时惠勒坚持要我研究这个问题的话。” 赫里斯托祖卢开玩笑说,“我可就不是19岁,而是57岁才能拿到博士学位了。”

   这本书当然极其艰涩难啃,不过学界还是一致认为,这本书是与数学有关的广义相对论中最好的一部著作,是一个里程碑式的结果。赫里斯托祖卢自己也很满意这项成果。

   未知正是科学之美

   1984年,赫里斯托祖卢用数学推导了恒星坍缩的过程,发现恒星的体积收缩到零时,会形成一个裸奇点(singularity)。

   奇点是广义相对论中的一个核心问题。爱因斯坦曾预言,奇点是宇宙的开始,在奇点处,人类所有的定律及可预见性都会失效。

   令无数物理学家竞折腰的奇点也打破了经典物理学教给赫里斯托祖卢的价值观。他意识到,就算是素以精确而著称的数学和物理学,其理论都是有适用范围的,过了这个界限,理论就会失效。

   牛顿定律在大引力场存在的时候会完全失效,这时候广义相对论就成为牛顿定律的一个修正;而广义相对论也有其适用范围,它受到量子理论的制约。可能在奇点处,量子理论会接替相对论起作用,使人类最终进入这个“禁地”。

   不过,赫里斯托祖卢相信奇点背后的可能性还有更多:“也许在未来,科学的唯一性会被各种各样的可能性所打破。已知给人类带来了自信,未知虽然令人恐惧,但也是极其美丽的。”

   赫里斯托祖卢也相信传承的力量。像自己的导师惠勒一样,他把这道难题“布置”给了自己在普林斯顿任教时的一个学生。在多年的磨炼下,这个学生成长为英国剑桥大学的教授。

   尽管科学的世界正被越来越多的可能性所瓜分,赫里斯托祖卢还是坚信自己的理论不会在历史长河中被抹得一干二净。

   “新的理论不会完全毁灭旧的理论,只会在此基础上有所修正,使整个理论体系越来越完善,应用范围越来越广。” 赫里斯托祖卢说。

   的确如此,几千年前欧几里得的几何知识,至今仍在被人们所应用;物理学的情况尽管有所不同,但只要在其适用范围内,各种经典理论还仍然在起作用。

   赫里斯托祖卢在平时的工作中也十分注意这一点,努力让自己的成果更有价值。他说:“现在人们都强调发论文,我并不赞成这种急功近利的做法。我每产生一个想法,都会花上几年的时间去思考,在这个层面上讲,这会使我的想法在将来有用的几率更高一些。”

   谁说数学家都是怪人?

   许多人都认为数学家和物理学家的性格比较古怪,包括近年来热播的美国电视剧《生活大爆炸》,编剧也将物理学家描画成一群难以接近的怪人。

   赫里斯托祖卢认为这些都是人们的偏见,其实数学家和物理学家也有许多种不同的性格,有些人是工作狂,另外一些人则可能完全相反。

   著名数学家、有“Ricci流之父”之称的理查德·汉密尔顿(Richard Hamilton)是赫里斯托祖卢的好朋友,赫里斯托祖卢觉得汉密尔顿就是一个很放松的人。“他今年68岁了,看起来却比我还年轻,我想这跟他健康的生活方式有关。”

   尽管“外面的人有什么样的性格,这里的人就有什么样的性格”,可赫里斯托祖卢还是承认这个群体有一个共同的特征,那就是他们做事的时候,能够无限地专注。

   这样的例子在古希腊就有很多。在“阿基米德之死”的故事中,罗马军队攻破叙拉古时,阿基米德正在沙地上演算,对周围的喧嚣一点都没有注意到。

   也正因为这样,赫里斯托祖卢一直非常鼓励年轻人学习数学知识。更重要的是,数学能够训练人的思维能力。“虽然目前有些学科和数学还没有直接的关联,但数学能够培养人的逻辑思维,如果你学会了这种思维方式,对学习和生活都是很有帮助的。” 赫里斯托祖卢说。

   到中国来

   大约因为丘成桐的关系,赫里斯托祖卢对中国有些特殊的感情。“我2015年就要退休了,丘很支持我到中国来做一些事情。”他说,“我退休之后,会在中国度过更长的时间。”

   2010年4月,赫里斯托祖卢到清华大学数学中心讲学,中国年轻学生的好学令他印象深刻。“我发现这里的年轻人充满热情,也非常用功。我教的班里还有上海和广州的学生,他们大老远跑到北京来,就是为了能听听这门课程。”

   看到自己的研究能被更多人分享,让赫里斯托祖卢感到很开心,而他回馈给学生的就是更加辛勤的工作。

   一名教师介绍说,即便是在普林斯顿,一个数学教授一学期通常只开设一门课,每周一次课。可赫里斯托祖卢在清华的这一个月,主动申请每周教3次课,每次两个小时,其间还要去中科院等院校作报告。他从来不会用工作时间出去旅游,周一到周五只要没有课,都会坚持来办公室工作。(丁佳)

 来源:科学时报  2011-05-04

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2011-05-11 15:31:55]
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