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現代名人故事語言學家周海中的數學情懷

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導讀:周海中1955年10月生於廣東雷州,祖籍廣西合浦。民盟成員。他1983年畢業於廣州外國語學院(現為廣東外語外貿大學),現任廣州中山大學教授.

現代名人故事語言學家周海中的數學情懷

周易》有言“天行健,君子以自強不息”,成為許多仁人志士奮勇拼搏的金玉良言。語言學家周海中教授就是一位潛心科研、自強不息、奮鬥不止的學者。而作為一名語言學家,他對數學卻有着一種難以割捨的情懷。

周海中出生於廣東省雷州市的一箇中學教師家庭。父親和母親早年都畢業於廣西大學中文系,外祖父曾經是廣西大學中文系教授;然而,他偏偏酷愛數學。其實周海中讀國小時只對天文和地理感興趣,但由於條件的限制,如沒有望遠鏡等,身為中學校長的父親就培養他對數學的興趣,因為學數學有筆有紙、勤動腦筋就可以了。在知識廣博的父親引導下,他終於對數學產生了濃厚的興趣,從而使他與數字、符號等結下了不解之緣。

“文革”時期的國中與高中都是兩年制。國中還沒畢業,周海中就自學完解放前出版的《範氏大代數》;讀高中時,他又自學了“文革”前重慶大學、北京師範大學等校編寫的高等數學教材。這些數學書籍多數是從收破爛者那裏買來的,也有熟人送的。高二時他獲得全校數學比賽第一名;由於數學方面的才能出眾,1973年高中畢業後他當了南興中學的高二數學代課教師。後因“知識青年”必須“上山下鄉”,1974年他到了農村插隊落户。

在鄉下,周海中一面積極參加生產勞動,一面“見縫插針”地擠出時間來自學數論、數理邏輯等,甚至在勞動的間隙也不忘掏出稿紙演算。每次演算所耗費的稿紙之多,竟能將一碟小鹹魚煮熟。1976年春節,周海中送外祖母去南寧,在南寧的舊書店裏他買了由華羅庚編著的《數論導引》。他對書中提到的梅森素數特別感興趣;從那時起,他就努力攀登這座數學高峯。為了能看懂一本英文版的數學著作,他又開始自學英語,其記單詞方法就是背張其春、蔡文縈合編的《簡明英漢詞典》。

雖然周海中對數學痴迷,但歷史卻和他開了一個不小的玩笑。1977年國家恢復大學聯考,他取得了數學正題和附加題滿分的好成績,而且加試英語也獲得好成績,但由於“文革”中被打成“走資派”的父親尚未“平反”,他報考北京某名牌大學當時屬於機密專業的計算數學的願望落空了,但卻被廣東外語外貿大學英文學院錄取。當時的他感到十分懊惱和苦悶,還因此得了神經衰弱而回家休學一年。後來在父母親和朋友們的開導和勸慰下,周海中重返廣外。他一面學習英語專業課程,一面又自學起模糊數學來,並得到了著名數學家汪培莊的鼓勵和指點。寒暑假他也不曾回家探親,而在校集中精力專攻梅森素數;他的做法得到父母親的支持和老師同學們的理解。命運的不公反倒練就了他剛強堅韌的性格。“功夫不負有心人”,在廣外學習期間,他已經在學術刊物上發表了12篇有關英語和數學的論文。

為了有一個較好的研究數學的環境,周海中1983年大學畢業時就申請到中山大學工作。鑑於他當年的數學大學聯考成績以及在校期間發表的科研成果,中山大學同意他來任教;從此他當上一名講授公共英語課的教師。在教學之餘,他常去數學系資料室看書,週末和寒暑假就在宿舍潛心研究數學難題,尤其是梅森素數。

什麼是梅森素數?2320xx年前,古希臘數學家歐幾里得用反證法證明素數有無窮多個,並提出一些素數可寫成“2p-1”的形式,這裏的指數p也是一個素數。這種特殊形式的素數具有許多獨特的性質和無窮的魅力,千百年來一直吸引着眾多的數學家,如費馬、笛卡爾、萊布尼茲、哥德巴赫、歐拉、高斯、哈代、圖靈、埃爾德什等和無數的業餘數學愛好者對它進行探究。而17世紀法國數學家、法蘭西科學院奠基人馬林·梅森是其中成果較為卓著的一位,因此後人將“2p-1”型的素數稱為“梅森素數”。迄今為止,人類僅發現47個梅森素數。這種素數珍奇而迷人,因此被人們譽為“數海明珠”。梅森素數歷來是數論研究的一項重要內容,也是當今科學探索的熱點和難點之一。

然而對人們來講,梅森素數卻仍然是個謎。梅森素數的個數是不是無窮的?梅森素數有什麼分佈規律?從已發現的梅森素數來看,它在正整數中的分佈時疏時密、極不規則,因此研究梅森素數的分佈規律,尤其是個數問題似乎比尋找新的梅森素數更為困難。雖然英、法、德、美等國的數學家曾提出過關於梅森素數分佈的猜測,但他們的猜測有一個共同點,就是都以近似表達式給出,其結果與實際情況的接近程度難如人意。因當時國內有關這方面的資料十分匱乏,加之沒有計算機,所以周海中的探究在初期就困難重重,有過無數次的失敗,但他並不氣餒。他曾經嘗試過用篩理論、解析數論、數值計算、複變函數等方法,但所得出的結果也都是近似表達式。突然有一天,他想到了“費馬數”的形式,這為他後來解決梅森素數分佈這一難題找到了突破口。

牛頓説過:“沒有大膽的猜測,就作不出偉大的發現。”1992年2月,周海中大膽地提出了梅森素數分佈的猜測,並給出它的精確表達式。《科學》雜誌有一篇文章指出:這一成果為人們探究梅森素數提供了方便,是素數研究的一項重大突破。後來這項重要成果被國際上命名為“周氏猜測”。美籍挪威數論大師、菲爾茨獎和沃爾夫獎得主阿特勒·塞爾伯格認為周氏猜測具有創新性,開創了富於啟發性的新方法;其創新性還表現在揭示新的規律上。我國著名數學家張景中認為周氏猜測揭示了數學之美。近年來這一猜測受到關注和好評,而且在一些數學史、數學文化和數學難題的書籍中都有介紹。

周海中在梅森素數的探究過程中曾經得到過華羅庚、柯召、潘承洞、潘承彪、樑之舜等著名數學家的鼓勵或指點,數論專家黎百恬為他的公式簡化提出了很好的建議。順帶一提:周氏猜測至今沒有解決,但許多專家認為它是正確的可能性很大。

近年來周海中把自己的科研目標主要放在數學與語言學、天文學等學科的交叉研究方面。他與國外學者合作,共同探究機譯系統的研發、宇宙語言的設計、近地小行星運行的數學模型等。值得一提的是:為了自由自在地從事科研工作,周海中從來不申請課題或項目,而是自己花錢來探究他覺得有興趣、有意義的學術問題。他認為做學問、搞研究,要耐得住寂寞和清貧,要有平和的心態;不要急於求成,更不要為名利所累。

周海中説,“數學,作為一門研究數量關係和空間形式的科學,在當代除了自身不斷髮展和完善外,被應用的領域越來越廣泛。而我作為一名數學愛好者,今後會在數學的某些應用領域作些探究,希望能對社會有所貢獻”。這就是一位語言學家的數學情懷和奮鬥精神。