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周海中:语言学家的数学情怀

2011-09-08 15:00:51
 
                                                                   
                                                                                         周海中
1955年10月生于广东雷州,祖籍广西合浦。1983年毕业于广东外语外贸大学,现任中山大学教授。1988年被评为首届“广州十大杰出青年”,同年荣获广东省人民政府颁发的立功证书,1990年获得霍英东教育基金会第二届高等院校青年教师研究类一等奖,1992年起享受国务院政府特殊津贴。

《周易》有言“天行健,君子以自强不息”,成为许多仁人志士奋勇拼搏的金玉良言。语言学家周海中教授就是一位潜心科研、自强不息、奋斗不止的学者。而作为一名语言学家,他对数学却有着一种难以割舍的情怀。

周海中出生于广东省雷州市的一个中学教师家庭。父亲和母亲早年都毕业于广西大学中文系,外祖父曾经是广西大学中文系教授;然而,他偏偏酷爱数学。其实周海中读小学时只对天文和地理感兴趣,但由于条件的限制,如没有望远镜等,身为中学校长的父亲就培养他对数学的兴趣,因为学数学有笔有纸、勤动脑筋就可以了。在知识广博的父亲引导下,他终于对数学产生了浓厚的兴趣,从而使他与数字、符号等结下了不解之缘。

“文革”时期的初中与高中都是两年制。初中还没毕业,周海中就自学完解放前出版的《范氏大代数》;读高中时,他又自学了“文革”前重庆大学、北京师范大学等校编写的高等数学教材。这些数学书籍多数是从收破烂者那里买来的,也有熟人送的。高二时他获得全校数学比赛第一名;由于数学方面的才能出众,1973年高中毕业后他当了南兴中学的高二数学代课教师。后因“知识青年”必须“上山下乡”,1974年他到了农村插队落户。

在乡下,周海中一面积极参加生产劳动,一面“见缝插针”地挤出时间来自学数论、数理逻辑等,甚至在劳动的间隙也不忘掏出稿纸演算。每次演算所耗费的稿纸之多,竟能将一碟小咸鱼煮熟。1976年春节,周海中送外祖母去南宁,在南宁的旧书店里他买了由华罗庚编著的《数论导引》。他对书中提到的梅森素数特别感兴趣;从那时起,他就努力攀登这座数学高峰。为了能看懂一本英文版的数学著作,他又开始自学英语,其记单词方法就是背张其春、蔡文萦合编的《简明英汉词典》。

虽然周海中对数学痴迷,但历史却和他开了一个不小的玩笑。1977年国家恢复高考,他取得了数学正题和附加题满分的好成绩,而且加试英语也获得好成绩,但由于“文革”中被打成“走资派”的父亲尚未“平反”,他报考北京某名牌大学当时属于机密专业的计算数学的愿望落空了,但却被广东外语外贸大学英文学院录取。当时的他感到十分懊恼和苦闷,还因此得了神经衰弱而回家休学一年。后来在父母亲和朋友们的开导和劝慰下,周海中重返广外。他一面学习英语专业课程,一面又自学起模糊数学来,并得到了著名数学家汪培庄的鼓励和指点。寒暑假他也不曾回家探亲,而在校集中精力专攻梅森素数;他的做法得到父母亲的支持和老师同学们的理解。命运的不公反倒练就了他刚强坚韧的性格。“功夫不负有心人”,在广外学习期间,他已经在学术刊物上发表了12篇有关英语和数学的论文。

为了有一个较好的研究数学的环境,周海中1983年大学毕业时就申请到中山大学工作。鉴于他当年的数学高考成绩以及在校期间发表的科研成果,中山大学同意他来任教;从此他当上一名讲授公共英语课的教师。在教学之余,他常去数学系资料室看书,周末和寒暑假就在宿舍潜心研究数学难题,尤其是梅森素数。

什么是梅森素数?2300年前,古希腊数学家欧几里得用反证法证明素数有无穷多个,并提出一些素数可写成“2p-1”的形式,这里的指数p也是一个素数。这种特殊形式的素数具有许多独特的性质和无穷的魅力,千百年来一直吸引着众多的数学家,如费马、笛卡尔、莱布尼兹、哥德巴赫、欧拉、高斯、哈代、图灵、埃尔德什等和无数的业余数学爱好者对它进行探究。而17世纪法国数学家、法兰西科学院奠基人马林・梅森是其中成果较为卓著的一位,因此后人将“2p-1”型的素数称为“梅森素数”。迄今为止,人类仅发现47个梅森素数。这种素数珍奇而迷人,因此被人们誉为“数海明珠”。梅森素数历来是数论研究的一项重要内容,也是当今科学探索的热点和难点之一。

然而对人们来讲,梅森素数却仍然是个谜。梅森素数的个数是不是无穷的?梅森素数有什么分布规律?从已发现的梅森素数来看,它在正整数中的分布时疏时密、极不规则,因此研究梅森素数的分布规律,尤其是个数问题似乎比寻找新的梅森素数更为困难。虽然英、法、德、美等国的数学家曾提出过关于梅森素数分布的猜测,但他们的猜测有一个共同点,就是都以近似表达式给出,其结果与实际情况的接近程度难如人意。因当时国内有关这方面的资料十分匮乏,加之没有计算机,所以周海中的探究在初期就困难重重,有过无数次的失败,但他并不气馁。他曾经尝试过用筛理论、解析数论、数值计算、复变函数等方法,但所得出的结果也都是近似表达式。突然有一天,他想到了“费马数”的形式,这为他后来解决梅森素数分布这一难题找到了突破口。

牛顿说过:“没有大胆的猜测,就作不出伟大的发现。”1992年2月,周海中大胆地提出了梅森素数分布的猜测,并给出它的精确表达式。《科学》杂志有一篇文章指出:这一成果为人们探究梅森素数提供了方便,是素数研究的一项重大突破。后来这项重要成果被国际上命名为“周氏猜测”。美籍挪威数论大师、菲尔茨奖和沃尔夫奖得主阿特勒・塞尔伯格认为周氏猜测具有创新性,开创了富于启发性的新方法;其创新性还表现在揭示新的规律上。我国著名数学家张景中认为周氏猜测揭示了数学之美。近年来这一猜测受到关注和好评,而且在一些数学史、数学文化和数学难题的书籍中都有介绍。

周海中在梅森素数的探究过程中曾经得到过华罗庚、柯召、潘承洞、潘承彪、梁之舜等著名数学家的鼓励或指点,数论专家黎百恬为他的公式简化提出了很好的建议。顺带一提:周氏猜测至今没有解决,但许多专家认为它是正确的可能性很大。

近年来周海中把自己的科研目标主要放在数学与语言学、天文学等学科的交叉研究方面。他与国外学者合作,共同探究机译系统的研发、宇宙语言的设计、近地小行星运行的数学模型等。值得一提的是:为了自由自在地从事科研工作,周海中从来不申请课题或项目,而是自己花钱来探究他觉得有兴趣、有意义的学术问题。他认为做学问、搞研究,要耐得住寂寞和清贫,要有平和的心态;不要急于求成,更不要为名利所累。

周海中说,“数学,作为一门研究数量关系和空间形式的科学,在当代除了自身不断发展和完善外,被应用的领域越来越广泛。而我作为一名数学爱好者,今后会在数学的某些应用领域作些探究,希望能对社会有所贡献”。这就是一位语言学家的数学情怀和奋斗精神。《科学时报》 (2011-09-07 B1 科学与文化周刊)(林强 惠来)

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