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吴文俊——从拓扑学到数学机械化的传奇人生

发布者: 时间:2026-04-29 点击次数:

在中国现代数学史上,有这样一位传奇人物:他37岁便与华罗庚、钱学森同获首届国家自然科学奖一等奖,享誉国际拓扑学界;却在功成名就之后,于花甲之年从零开始学习计算机编程,开创了数学机械化这一全新研究领域。2019年,他被追授“人民科学家”国家荣誉称号。他就是中国科学院院士吴文俊。

一、从物理兴趣到数学之路

1919512日,吴文俊出生于上海一个普通家庭。少年时期的吴文俊兴趣广泛,尤其偏爱物理。在上海交通大学数学系读书期间,他最初最喜欢的课程其实是物理。他后来回忆说:“我的兴趣很杂。在大学二年级之前,最有兴趣的是物理课,我对物理始终有兴趣”。

真正让他对数学产生浓厚兴趣的,是大学三年级时一位老师的精彩授课。吴文俊说:“真正感兴趣,准备当数学家,那是在大学三年级的时候。这跟老师有关,有一个老师讲的课特别吸引我,那就是我的武老师,改变了我对数学的看法,我就上了道。”这位武老师对数学的深刻理解和生动讲解,彻底改变了吴文俊对数学的看法,将他引上了数学研究的道路。

1940年,吴文俊从上海交通大学毕业。1946年,他进入中央研究院数学所工作,在数学大师陈省身的亲自指导下开始从事拓扑学研究,选定了学术研究的方向。

二、拓扑学领域的“地震”

1947年,在陈省身的推荐下,吴文俊以数学第一名的成绩考取了中法交换留学生,远赴法国斯特拉斯堡大学留学。他跟随数学家埃瑞斯曼攻读博士学位,主要研究拓扑学的示性类。他潜心研究,仅用两年时间就通过博士答辩,获得了法国国家科学博士学位。毕业后,他来到法国国家科学中心担任助理研究员,在那里谱写了自己数学生涯中精彩的“第一乐章”。

当时,两位国际数学大师惠特尼和庞特里亚金就拓扑学中的一个疑难问题展开了激烈争论,各执一词,互不相让。年轻的吴文俊没有盲从权威,而是独辟蹊径,以全新的视角重新审视这个问题。经过深入研究,他得出了一个出人意料的结论——两位大师的结果都是正确的。这一发现令学界震惊,从此崭露头角。

在巴黎浓厚的学术氛围中,吴文俊继续开展拓扑学研究。那时的示性类研究面临诸多困境,示性类相互关系、基本性质以及计算方法等问题,成为阻碍拓扑学进一步发展的绊脚石。吴文俊决心向示性类问题发起冲击。他在巴黎租住在一家旅馆半地下的屋子里,条件艰苦,难以工作,于是就把旅馆旁一家通宵营业的咖啡馆当作工作室,每天晚饭后就在咖啡馆的角落里忘我地工作。

1950年春天,研究终于有了突破。他首先在微分流形上引入了一类新的示性类,后来国际上把它称为“吴示性类”,并给出了“吴(第一)公式”,证明了施替费尔-惠特尼示性类可以用吴示性类表示。他还建立了施替费尔-惠特尼示性类之间的关系式,国际上称之为“吴(第二)公式”。至此,长期笼罩着示性类的神秘面纱被彻底揭开,抽象的数学概念变为具体可算的,拓扑学通向应用的道路也因此开辟。

这一结果震动了法国数学界,著名数学家H·嘉当在讨论班上为吴文俊的工作感到惊叹:“这简直像变魔术一样。”吴文俊的工作,与同一时期另外三位青年数学家——R·托姆、J·P·塞尔和A·保莱尔——的工作一起,改变了国际拓扑学研究的面貌,引发了国际数学界的“拓扑地震”,他们也被誉为“法国拓扑四杰”。

1951年,美国普林斯顿大学向他伸出橄榄枝,聘请他做教授,前途无量。然而,吴文俊却归心似箭,毅然踏上了回国的旅途。此后,他继续在拓扑学领域深耕,向嵌入问题发起挑战。他以独创精神引入吴示嵌类等一系列拓扑不变量,在非同伦性组合不变量、嵌入问题、同痕问题等方面取得重大突破,成功构建示嵌类理论。

1956年,37岁的吴文俊凭借在示嵌类与此前的示性类研究方面的卓越成果,与华罗庚、钱学森一起荣获首届国家自然科学奖一等奖。第二年,他当选当时最年轻的中国科学院学部委员(院士)。他的研究成果先后被五位菲尔兹奖得主引用,其中三位用在了自己的获奖成果中,成为影响深远的经典性成果。

三、花甲之年,从零学起

然而,真正令吴文俊名垂青史的,是他晚年的另一项伟大创举。20世纪70年代,当时已在国际数学界享有盛誉的吴文俊做出了一个惊人的决定——改变研究方向,投身中国古代数学研究。此前,他研究的都是西方数学,对中国古代数学的印象只停留在加减乘除。但深入接触后,他慢慢看出中国古代数学远非想象中那么微不足道。

吴文俊发现,中国古代数学与西方以欧几里得公理体系为代表的演绎推理传统完全不同。中国古代数学的关键字是“术”,都以机械化的解答方式来解决实际问题。这个“术”用今天的话来说就是算法,中国古代数学本质上是一部“算法大全”。吴文俊由此意识到,除了希腊欧几里得公理化的演绎推理体系之外,还有另一条与之平行的中国古代数学道路。

更令人敬佩的是,为了将这一思想付诸实践,年近六十的吴文俊从零开始学习计算机编程。他敏锐地觉察到计算机的极大发展潜能,认为“在不久的将来,电子计算机之于数学家,势将如显微镜之于生物学家,望远镜之于天文学家那样不可或缺”。当时电子计算机在国内远未普及,他最初的推算都是依靠手算,每道公式的演算过程极其复杂,稍有不慎就得推倒重来,他幽默地称自己的手和笔为“吴氏计算机”。后来中科院数学所有了计算机,他就从零开始学习编写计算机程序,成为数学所机房里年龄最大的“程序员”。他每天清晨来到机房外等候开门,进入机房之后便八九个小时不间断工作。正如学生回忆的:“他的工作日程经常是这样安排的:清早,他来到机房外等候开门,一待就是一整天,直到深夜才离开。”

四、开创新域,“吴方法”震世

经过多年潜心研究,吴文俊依据他的数学机械化思想,提出了一套用计算机证明几何定理的方法,即著名的“吴方法”。他把几何问题转化为代数问题,然后编成程序输入电脑,用机器运算代替了大量复杂的人工演算,将数学家从繁重的脑力劳动中解放出来。

1977年,吴文俊第一篇关于机器证明的论文发表。他创造性地将一般形式的代数簇分解为所谓“三角列”形式,让很多性质变得容易计算,从而使代数几何中很多重要问题得到构造性解决,这个方法后来被以他的姓氏命名为“吴氏方法”。1978年,他正式发表了几何定理机器证明的第一篇论文;1979年,他应邀赴美国访问,做了两场机器证明报告,引起了美国数学家的极大兴趣。20世纪80年代,吴文俊将几何定理机器证明的方法扩展到了更一般的方程机器求解,形成了数学机械化领域。他建立的数学机械化重点实验室,成为国际符号计算领域最主要的研究中心之一。

吴文俊开创的数学机械化领域,不仅为中国数学开辟了一条崭新的道路,也为人工智能等新兴领域提供了重要的观念和方法论基础。他振兴了中国古代数学这一几乎被西方学界边缘化的学术领域,从根本上证明了中国古代数学也是现代数学发展的源头之一。他曾说:“我们怎样才能建立起新时代的新数学,并在不远的将来,使东方的数学超过西方的数学,不断地出题目给西方做?我想,这是值得我们大家思考和需要努力的方面。”在吴文俊研究的影响下,研究拓扑学的“武器库”得以形成,法国数学家托姆、美国数学家米尔诺等许多著名数学家都受他启发或以他的研究为起点之一,获得一系列重要成果。

1997年,吴文俊因在数学机械化领域的开创性贡献获得国际自动推理最高奖——埃尔布朗自动推理杰出成就奖。2000年,81岁高龄的吴文俊因其对拓扑学的基本贡献和开创了数学机械化研究领域而获得了首届国家最高科学技术奖,证书编号“001号”。2001219日,在人民大会堂,他与袁隆平一道,从时任国家主席江泽民手中接过国家最高科学技术奖证书和500万元奖金。当被问及获奖心情时,老人乐了:“当然高兴。感到是一种荣誉,同时也是一种责任,责任重大。”

2006年,吴文俊又获得了有“东方诺贝尔奖”之称的邵逸夫数学奖,奖金一百万美元。评奖委员会认为:“通过引入深邃的数学思想,吴开辟了一种全新的方法,该方法被证明在解决一大类问题上都是极为有效的”“吴的方法使该领域发生了一次彻底的革命性变化,并导致了该领域研究方法的变革”,他的工作“揭示了数学的广度,为未来的数学家们树立了新的榜样”。2010年,经国际天文学联合会批准,国际编号第7683号小行星被永久命名为“吴文俊星”。2019年,在新中国成立70周年之际,吴文俊被追授“人民科学家”国家荣誉称号。

五、永不退休的“顽童”

生活中的吴文俊,是一位充满童心的老人。他曾说:“数学是笨人学的”。他自认“很笨”,却凭借“笨功夫”在数学领域取得了举世瞩目的成就。他爱赤脚穿皮鞋,声称自己爱棋,却只见他观棋从不见他下场“厮杀”。他曾在香港迪士尼坐过山车,2000年在清迈参加学术会议时骑了大象。然而有一件事他绝不妥协:不退休。当有人问及是否考虑过退休时,他高声说道:“我是不退休的……即使我不是院士,也不退休,你退休了我工作,你不退休我也照样工作。”

面对各种荣誉,吴文俊看得很淡。获得国家最高科技奖后,他曾谦逊地说:“我们是踩在许多老师、朋友、整个社会的肩膀上才上升了一段。应当怎么样回报老师、朋友和整个社会呢?我想,只有让人踩在我的肩膀上再上去一截。我就希望我们的数学研究事业能够一棒一棒地传下去。”

201757日,吴文俊因病去世,享年98岁。他用毕生精力拓展数学的深度和广度,以一己之力重振传统算学,在拓扑学和数学机械化两个截然不同的领域都做出了里程碑式的贡献。正如挽联所书:“文华逾九章,拓扑公示彪史册;俊杰胜十书,机器证明誉寰球。”他的名字,与“吴公式”“吴方法”一道,永远铭刻在了中国数学乃至世界数学的史册之中。


(文:罗森月 初审:王紫虹 复审:李婷 终审:梁国力)


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