還是個(gè)八歲小女孩時(shí),瑪利亞姆·米爾哈扎尼(Maryam Mirzakhani)就常?;孟胱约菏莻€(gè)無(wú)所不能的女英雄,穿梭在世界各個(gè)角落。如今,成為歷史上第一位女性菲爾茲獎(jiǎng)得主的她,仍在大腦中構(gòu)建精巧的故事。不同的是,故事的主角變成了雙曲表面、??臻g和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。
作為斯坦福大學(xué)的數(shù)學(xué)教授,她在數(shù)學(xué)界以挑戰(zhàn)那些最困難的問(wèn)題而聞名?!八跀?shù)學(xué)方面是無(wú)畏的”,她在哈佛的博士導(dǎo)師,同為菲爾茲獎(jiǎng)得主的柯蒂斯·麥克馬倫如此評(píng)價(jià)。她有關(guān)雙曲表面上回路的計(jì)數(shù)的博士論文,被芝加哥大學(xué)的數(shù)學(xué)家艾利克斯·艾思金評(píng)價(jià)為“教科書(shū)級(jí)的工作”。她卻從未自視過(guò)高,“說(shuō)實(shí)話(huà),我并不認(rèn)為自己做出了多大的貢獻(xiàn)”。
今年二月,當(dāng)一封郵件通知她8月13日前往首爾領(lǐng)取菲爾茲獎(jiǎng)時(shí),她還認(rèn)為是黑客開(kāi)的玩笑。菲爾茲獎(jiǎng)被譽(yù)為“數(shù)學(xué)界諾貝爾獎(jiǎng)”,她的獲獎(jiǎng)原因是“對(duì)黎曼曲面及其??臻g的動(dòng)力學(xué)和幾何學(xué)的突出研究”。
做數(shù)學(xué)家并不是瑪利亞姆從小的志向。她1977年出生在德黑蘭一個(gè)思想包容的家庭里,家中有兄弟姐妹三人?!拔易鹬啬切?duì)工作充滿(mǎn)熱情的人,我對(duì)有關(guān)梵高的一本小說(shuō)《渴望生活》印象很深。作為一個(gè)孩子,讀小說(shuō)是我最喜歡的消遣。”
她和好友羅婭·貝赫什迪(現(xiàn)在是圣路易斯華盛頓大學(xué)的數(shù)學(xué)教授)經(jīng)常結(jié)伴在學(xué)校周邊的書(shū)店尋寶。因?yàn)椴辉试S只看不買(mǎi),她們隨機(jī)買(mǎi)了許多書(shū),瘋狂閱讀,她覺(jué)得自己以后可能會(huì)成為一個(gè)知名作家。
她的數(shù)學(xué)啟蒙來(lái)得波瀾不驚:一天,哥哥放學(xué)后向她講起了德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯用幾秒時(shí)間就解決了1+2+3……+100求和的故事(答案是5050,方法是第首位和末尾數(shù)字相加再乘以50)。這是她第一次領(lǐng)略到數(shù)學(xué)之美。
可惜,瑪利亞姆并不是神童,她當(dāng)時(shí)完全想不出如此巧妙的解法。兩伊戰(zhàn)爭(zhēng)即將結(jié)束時(shí),她升入了中學(xué)。第一年,她的數(shù)學(xué)成績(jī)乏善可陳。老師認(rèn)為她沒(méi)有數(shù)學(xué)天分,這讓她的自信大為受挫?!霸谀莻€(gè)年紀(jì),別人怎么看待你是很重要的事,我?guī)缀鯁适Я藢?duì)數(shù)學(xué)的興趣?!?/p>
幸運(yùn)的是,第二年,她遇到了一名更樂(lè)意鼓勵(lì)學(xué)生的數(shù)學(xué)老師?,斃麃喣返臄?shù)學(xué)小宇宙正是這時(shí)開(kāi)始爆發(fā)的。第二學(xué)年的期末,她已經(jīng)成為了小明星。在高中時(shí)期,她和羅婭一同參加了國(guó)際信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽,雖然沒(méi)有獲得獎(jiǎng)牌,但她們渴望參加更多競(jìng)賽,要求校長(zhǎng)安排更多問(wèn)題解決式課程,就像在男校一樣。“我的校長(zhǎng)是一個(gè)非常要強(qiáng)的女人”,瑪利亞姆回憶說(shuō),“如果我們真正需要什么,她會(huì)盡一切努力讓它成真?!蹦菚r(shí),國(guó)際奧林匹克數(shù)學(xué)競(jìng)賽(IMO)的伊朗隊(duì)中從未出現(xiàn)過(guò)女性。
17歲那年,瑪利亞姆和羅婭代表伊朗參加了1994年的IMO,而且獲得了金牌。第二年,她以滿(mǎn)分獲得金牌。至此她才確信,自己是熱愛(ài)數(shù)學(xué)的:“你必須付出精力和努力,才能看見(jiàn)數(shù)學(xué)的美麗?!?/p>
在導(dǎo)師麥克馬倫看來(lái),IMO金牌得主并不一定會(huì)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)研究人才?!案?jìng)賽題目經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì),一定會(huì)對(duì)應(yīng)一種或幾種聰明的解法;而在科學(xué)研究中,有些問(wèn)題可能根本沒(méi)有答案。”和其他許多IMO金牌得主相比,他覺(jué)得瑪利亞姆“具有產(chǎn)生自己獨(dú)特視角的能力”。
1999年,瑪利亞姆進(jìn)入哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)系攻讀博士。她參加了麥克馬倫的研討課,盡管一開(kāi)始懵懵懂懂,她還是被雙曲幾何的美麗所吸引。她帶著成堆的問(wèn)題,用波斯文寫(xiě)下蛇形筆記。麥克馬倫回憶,“她非常敢于想象,常常在腦海中構(gòu)建出問(wèn)題的大體圖景,然后向我描述。”
形象地說(shuō),雙曲表面就像有一個(gè)或多個(gè)洞的甜甜圈。這種結(jié)構(gòu)只存在于抽象空間中,距離和角度都需要通過(guò)一些特定的公式計(jì)算。自從一個(gè)半世紀(jì)之前雙曲表面被發(fā)現(xiàn),它就成為了幾何的中心話(huà)題之一,和數(shù)學(xué)的許多分支以及物理學(xué)關(guān)系密切。
瑪利亞姆進(jìn)入研究生院時(shí),雙曲表面的一些基本問(wèn)題都還沒(méi)能解決。其中,雙曲表面上的“測(cè)地線(xiàn)”尤其令人關(guān)注,也就是連接曲面上兩點(diǎn)之間的最短距離的“直線(xiàn)”。在雙曲表面上,一些測(cè)地線(xiàn)可以是無(wú)限長(zhǎng),而另一些是弧形的,類(lèi)似球面上的大圓。
當(dāng)測(cè)地線(xiàn)的長(zhǎng)度增加時(shí),一個(gè)雙曲表面上給定長(zhǎng)度的閉合測(cè)地線(xiàn)數(shù)目將會(huì)呈指數(shù)倍增長(zhǎng)。其中大部分測(cè)地線(xiàn)在平滑閉合之前會(huì)與自身相交無(wú)數(shù)次,但其中的極少數(shù)“簡(jiǎn)單測(cè)地線(xiàn)”,則從不會(huì)與自身相交。這些簡(jiǎn)單測(cè)地線(xiàn),就是解決整個(gè)雙曲幾何的關(guān)鍵鑰匙。
然而,數(shù)學(xué)家們一直沒(méi)法準(zhǔn)確計(jì)算,對(duì)于給定長(zhǎng)度到底有多少條簡(jiǎn)單測(cè)地線(xiàn)。這個(gè)問(wèn)題的困難之處在于,只要有一點(diǎn)點(diǎn)差錯(cuò)就前功盡棄。
瑪利亞姆2004年完成的博士論文首次給出了一套計(jì)算方法,而且她還順手解決了其他兩個(gè)與此相關(guān)的問(wèn)題,其中一個(gè)有關(guān)??臻g,另一個(gè)則是與弦論有關(guān)的??臻g中的拓?fù)錅y(cè)量。芝加哥大學(xué)教授本森·法布評(píng)價(jià)說(shuō),解決這些問(wèn)題其中的任何一個(gè),都足夠在數(shù)學(xué)史記上一筆,而將它們聯(lián)系起來(lái),又是另一個(gè)大事件?!按蟛糠?jǐn)?shù)學(xué)家終身成就也不見(jiàn)得能達(dá)到這個(gè)水平?!?/p>
她的人生伴侶,如今是計(jì)算機(jī)理論科學(xué)家的簡(jiǎn)·馮德拉克回憶,他們常常約跑?!八齻€(gè)子小,一開(kāi)始我跑在前面,但她能夠保持同樣的速度一直奔跑……半小時(shí)之后我已經(jīng)精疲力竭,但她還在以同樣的速度奔跑?!?/p>
她在研究上的節(jié)奏也是如此。有些數(shù)學(xué)家解決問(wèn)題靠的是靈光乍現(xiàn)的聰明勁兒,瑪利亞姆卻樂(lè)意花上好幾年深深沉浸在一個(gè)問(wèn)題中?!暗鹊綆讉€(gè)月或者幾年過(guò)后,你會(huì)有非常不同的視角。”
思考數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí),瑪利亞姆習(xí)慣隨手涂鴉,把她想象中的平面和圖形都畫(huà)出來(lái)?!八龝?huì)在地板上鋪上大張的演算紙,不斷地畫(huà)下在我看來(lái)沒(méi)什么區(qū)別的圖形,一趴就是好幾個(gè)小時(shí)?!瘪T德拉克說(shuō),她的辦公室四處散落著書(shū)和演算紙?!拔彝耆悴欢秊槭裁茨軌蜻@樣工作,也許是因?yàn)樗芯康臇|西太過(guò)抽象和復(fù)雜,所以沒(méi)法一步一步地作出邏輯推理,只能跳躍性地思考?!?/p>
瑪利亞姆則認(rèn)為,涂鴉有助于幫她集中精力。思考一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí),“你并不樂(lè)意寫(xiě)下所有細(xì)節(jié),但隨手畫(huà)的過(guò)程會(huì)幫助你理清思路,不會(huì)走神?!彼龤q的女兒阿納希塔常常說(shuō)“媽媽又在畫(huà)畫(huà)了!”瑪利亞姆笑道,“也許她覺(jué)得我是個(gè)畫(huà)家吧?!?/p>
瑪利亞姆的研究也涉及到數(shù)學(xué)的其他分支,包括微分幾何、復(fù)分析和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)?!拔蚁矚g跨過(guò)大多數(shù)人對(duì)于不同領(lǐng)域的假想邊界,這特別讓我提神?!痹谖业难芯恐校肮ぞ吆芏?,問(wèn)題是你不知道哪種會(huì)管用。重要的是保持樂(lè)觀,并且善于聯(lián)系?!?/p>
如今,她的貢獻(xiàn)能夠影響理論物理中有關(guān)宇宙形成的理論,另外,由于波及到量子場(chǎng)論,因此在工程和材料科學(xué)方面也有應(yīng)用。在數(shù)學(xué)學(xué)科內(nèi)部,它對(duì)質(zhì)數(shù)的研究以及密碼學(xué)也有幫助。