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二维的诗句

千古寸心事,欧高黎嘉陈是杨振宁写给陈省身的诗中的一句。

这首诗是1975年杨振宁写给陈省身的。

一、诗全文

《赞陈氏级》

天衣岂无缝,匠心剪接成。

浑然归一体,广邃妙绝伦。

造化爱几何,四力纤维能。

千古寸心事,欧高黎嘉陈。

二、诗文解读及背后的故事

“千古寸心事”来自杜甫的诗句“文章千古事,得失寸心知”,而“欧高黎嘉陈”则是赞颂陈先生的历史地位直追前面四位大几何学家,欧几里得、高斯、黎曼、嘉当。这也给了我们一个参照物,我想就顺着这一条线来谈谈陈先生所做出的贡献以及它们的历史地位。

“欧”指的是欧几里得,我们现在通常说到欧几里得,都是在说他的数学著作《几何原本》。实际上欧几里得的原文叫“Elements”,就是原本,囊括了当时的整个数学。凑巧的是20世纪,中国的两位伟大数学家,一位是陈省身先生,一位是华罗庚先生,分别对几何和数论作出了巨大的贡献。

“欧”与“高”之间其实还有一个人叫笛卡尔,他引进的用坐标研究几何也是一个革命性的进展。“高”就是高斯,他做几何其实是五十岁左右做天文台台长的时候,做大地测量的时候做出来的。他把欧几里得平面三角形内角和定理推广到弯曲的(非平面的)曲面上的三角形上。后来Bonnet把这个公式推广到多边形以及边可以是任意曲线的这个情形,现在把这方面的推广叫Gauss-Bonnet定理。

Gauss-Bonnet定理在高斯之后得到进一步推广就要说到黎曼,黎曼是数论大家,他所提出的黎曼大猜测,目前是千禧年问题当中的第一个大问题,同时他也是函数论大家。他引进了高维黎曼空间的概念,定义了高斯曲率在高维的推广,我们现在可以称为是黎曼曲率。黎曼的动机是来自复变函数以及电磁学的理论。

黎曼提出了高维空间的概念,那么高维黎曼几何的发展需要对高维空间的对象有一个严格的描述,就是我们现在所谓的流形,第一个严格定义它的是Hermann?Weyl。他写了一本书,叫《黎曼面的概念》,就是把黎曼局部的想法用到黎曼面,变成整体的,就相当于我们原来把局部曲面弄成闭曲面一样。

陈先生曾经写过一个通俗报告,叫《从三角形到流形》,把几何学划分成几个时代,一个叫“原始人”,就是指欧几里得几何;后来笛卡尔来了,有代数工具了,有工具可以做得叫“穿衣人”;后来出现了流形上的几何,就变成了“现代人”。那么进入20世纪,有了流形的概念,自然就要问,如何做一个现代人,也就是如何发展流形上的几何?

这里要谈到的代表人物就是Elie?Cartan(嘉当),也就是“欧高黎嘉陈”的“嘉”。嘉当的主要贡献有很多,其中有一个贡献,是将局部微积分的理论推广到流形上去,称为外微分演算。陈先生在德国读完博士,就选择去巴黎跟随嘉当做博士后,在巴黎待了一年,苦读嘉当的文章,得到了他的精髓。

数学发展到这一步,下一步的关键就是要将二维几何里面最重要的Gauss-Bonnet推广到高维。其中就会碰到一个问题,要把高斯曲率的概念推广到高维,然后还要想办法证明想要的等式。

第一个成功的是Allendoerfor和AndréWeil。AndréWeil是布尔巴基的创始人,20世纪最伟大的数学家之一,Allendoerfor是他的同事。他们所做的研究从某种意义上说,可以说已经完成了Gauss-Bonnet定理到高维的推广,但并不尽如人意,可谓是“知其然,不知其所以然”。

后来在这个工作被继续推广的过程中,陈先生又定义了以他的名字命名的示性类Chern?class。这个Chern?class按陈先生自己所说,是他某个周末到图书馆去,突然来的灵感,这也许是大师谦虚的话,但Chern?class所带来的影响有目***睹。

除了Chern?class,陈先生另外一个极具影响、开天辟地的工作,就是定义了Chern-Simons示性式。Chern-Simons在物理层面、代数几何层面都有着十分深远的影响,

最后一句“欧高黎嘉陈”中,杨振宁把陈省身和数学史上的欧几里得、高斯、黎曼和嘉当并列,称他为数学史上的第五人,此赞誉不可谓不高。

陈省身简介:

陈省身(1911年10月28日-2004年12月3日),祖籍浙江嘉兴,是20世纪最伟大的几何学家之一,被誉为“整体微分几何之父”。前中央研究院首届院士、美国国家科学院院士、第三世界科学院创始成员、英国皇家学会国外会员、意大利国家科学院外籍院士、法国科学院外籍院士、中国科学院首批外籍院士。

陈省身给出了高维Gauss-Bonnet(高斯-博内)公式的内蕴证明,被通称为Gauss-Bonnet-Chern(高斯-博内-陈公式);他提出的“Chern Class(陈氏示性类)”,成为经典杰作;他发展了纤维丛理论,其影响遍及数学的各个领域。

他建立了高维复流形上的值分布理论,包括Bott-Chern(博特-陈)定理,影响及于代数数论;他为广义的积分几何奠定基础,获得基本运动学公式;他所引入的陈氏示性类与Chern-Simons(陈-西蒙斯)微分式,已深入到数学以外的其他领域,成为理论物理的重要工具。