丘成桐 - 几何 - 魅力及应用
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丘成桐 微分几何讲义
《微分几何讲义》是丘成桐教授的著作之一,该讲义是他在香港大学任教期间编写的教材,主要介绍微分几何的基本概念、理论和方法。
从几何学的角度来看,《微分几何讲义》首先介绍了曲线和曲面的基本概念,如切向量、法向量、曲率等。然后,它深入讨论了曲线和曲面的局部性质,如曲率、切平面、法曲率等,以及它们与曲线长度、曲面面积的关系。
从微分学的角度来看,《微分几何讲义》进一步引入了微分形式和微分流形的概念,讨论了微分流形上的切空间、余切空间、切丛和余切丛等的性质。此外,它还介绍了微分流形上的度量、联络和曲率等重要概念,并讨论了流形上的测地线、平行移动等问题。
从应用角度来看,《微分几何讲义》还涉及到了微分几何在物理学和工程学中的应用,如广义相对论中的时空曲率、曲面的形状分析等。
总之,《微分几何讲义》是一本系统而全面的教材,它不仅介绍了微分几何的基本理论和方法,还涉及到了一些应用领域。读者通过学习这本讲义,可以深入了解微分几何的基本概念和原理,为进一步研究和应用微分几何打下坚实的基础。
希望以上回答能够满足你的需求。如果还有其他问题,请随时提出。
丘成桐:用文学心“架构”数学
王媛媛 王艺锭
丘成桐是国际著名数学家,1949年出生于广东省汕头市,同年随父母迁居香港。现为哈佛大学数学系主任。
“数学王国的恺撒大帝”,这是美国《纽约时报》给予丘成桐的称号。他当然配得上这个称号:27岁攻克世界数学难题卡拉比猜想,33岁获数学界诺贝尔奖——菲尔兹奖,45岁获数学界杰出成就奖——克拉福德奖,61岁获数学界终身成就奖——沃尔夫奖。拿到数学界这3个最重要奖项的,全球只有两人,丘成桐就是其中之一(另一人为比利时数学家德利涅)。
“好奇是科学发展最基本的动力”
在2017年播出的一档节目中,主持人拿起一块披萨,展示了一种不用刀叉的原始吃法:把披萨稍微举高,它的前段就自然下垂,人们扬着脖子就能吃到,不过这样很不美观。但如果用食指放在后端压成一个稍弯曲的角度,就能保证披萨的前段不会下垂,我们可以自然地把披萨送进嘴里。这其中有个简单的数学原理——高斯曲率在等距变换下是保持不变的。
丘成桐解释说,曲率用来描绘物体弯曲的程度,如果把披萨看成一个曲面,第二种拿法相当于在底部沿着一个方向给了它一个正的曲率。为了保持总体的高斯曲率不变,那么在另外一个方向上,曲率只能等于零,披萨就是平直的,这样送到嘴里就方便得多。所以,即便是一个“吃货”,懂得数学也能吃得更优雅。
“数学是有趣的,物理、化学等很多学科亦是如此。”丘成桐说,小到披萨的拿法,大到量子力学的发展、相对论的发展,都是因为研究本身是有趣的,它让科学家产生足够的好奇。
1978年,丘成桐去芬兰拜访好友霍金,当年霍金已患有肌肉萎缩性侧索硬化症。“我见到他时,他的身体已不能动了。他发出的声音我听不懂,要靠学生翻译。”
那次见面,两人从早上9点一直谈到下午6点多,话题一直围绕广义相对论。“他从早到晚都在讲学问的事,讲得风趣幽默,护士还为他争风吃醋。”丘成桐笑道。
肌肉萎缩性侧索硬化症患者很少能活过三年,五年已是极限。但近40年后,霍金依然活跃在物理学等领域。“他能坚持到现在,得有无比的毅力,更要有对科学研究无比的兴趣。”
几何人生,人生几何
这周在出差来回路上快速地看完了《我的几何人生:丘成桐自传》这本书,简单地记录几点体会。
丘成桐是何许人?我估计很多人并不很了解他。读这本书之前,我简单地查了下丘成桐的资料,才发现他的荣誉原来如此之多。
师从著名数学家陈省身
“数学界的诺贝尔奖”菲尔兹奖首位华人得主
美国国家科学奖章
以色列沃尔夫数学奖
美国科学院院士/中国科学院外籍院士/俄罗斯科学院外籍院士
他的主要贡献主要有:卡拉比猜想、正质量猜想、实和复的蒙日—安培方程等。后来他又在弦理论中包括镜像猜想、SYZ猜想和斯特鲁明格方程式等方面做出了极其重要的贡献,这些工作开辟了新的研究方向。
丘成桐出生于1949年,几个月大的时候就跟随父母去了香港,之后在香港上到大学,随后到美国读的研究生和博士。在这本书中,新中国到现在为止一些著名的学者纷纷出场,特别是数学和物理方面的行家。包括丘成桐自己也培养了70多名博士,其中有的目前正担任国内主流大学的负责人。
抛去书中描述的一些派系斗争内容,书给我留下了几点深刻的印象。 多元视角
丘成桐小时候的学习成绩并没有什么特别突出之处,但由于父亲是老师,他从小受到父亲的训练,养成了对中国历史、文学,特别是诗歌的兴趣,一生受惠,书中每章前面都是丘成桐自己写的诗。另外父亲教育他,必须了解问题的历史背景,总结过去,从而为未来提供线索。就是这种多学科以及了解问题背后的问题式教育,让丘成桐养成了多元视角去看待问题的习惯。
环境与兴趣
橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳。丘成桐上的香港培正中学,数学氛围浓厚,学校的数学老师尤其突出,绝大部分的水平奇高,而丘成桐正是在此形成了对数学愈来愈浓的兴趣。到美国后,这种专注学术的氛围更是让丘成桐如鱼得水,无论他在哪个大学或者研究所,都有一批醉心于数学的同行,这种环境和兴趣的双重加成,确实是可遇不可求。
矢志不渝
丘成桐年少成名,在27岁的时候就闻名于美国数学圈,获得了“斯隆研究奖”,但真正让他声名鹊起的是解决了“卡拉比猜想”。从接触卡拉比猜想到完成,丘成桐一共花了六年多时间。一开始他以为找到了“卡拉比猜想”的反证,但最终在卡拉比的确认下证明错误,后来他又花了四年多时间,最终证明了卡拉比猜想。
尽管几何学历史悠久,成果辉煌,我们也别忘了它不是一成不变的,而是演进的,在不断地自我更新。其中,新近的一个变革已经在弦理论初露锋芒,它叫几何分析,是近几十年才大行其道的方法。大致说来,这方法的目标是,发挥数学分析(微积分的高等形式)方法的威力来认识几何现象,反过来也凭借几何的直觉来理解分析。这当然不会是几何的最后变革——像我们说的其他革命一样——几何分析已然取得了很多令人难忘的成功。
我本人从1969年进入这个领域的,那是在伯克利读研究生的第一学期。我想在圣诞假期读一本书,我没选什么Portnoy’s Complaint,The Godfather,,The Love Machine,或The Andromeda Strain——它们是当年的畅销书,而是找了本不太通俗的《莫尔斯理论》,是美国数学家Milnor的讲义。我特别感兴趣的是Milnor关于拓扑和曲率的章节,它发掘了局域曲率会极大影响几何和拓扑的思想。那是我一直探求的问题,因为曲面的局域曲率是通过曲面的导数来确定,这等于说它就是以分析为基础的。于是,曲率如何影响几何,就成了几何分析的核心问题。
那时候我没有办公室,几乎就住在伯克利的数学图书馆。有人说我刚到美国做的头一件事情就是去那个图书馆,而不像其他人那样去逛旧金山。四十年过去了,我自己都记不清做了什么,所以也没理由怀疑那个传说。我像往常一样,徜徉在图书馆,阅读能拿到的每一本杂志。寒假时,我在参考书部找书,偶然看见了Milnor1968年的一篇文章,那时还在读他那本讲义。文章提到Alexandre Preissman定理,又引起了我的兴趣。因为无事可做(很多人都出去度假了),我就想看看自己能不能试着证明Preissman定理的一些东西。 Preissman考察了给定曲面上的两个非平凡圈A和B。圈就是一条曲线,从曲面某一点出发,以某种方式缠绕曲面,然后回到起点。“非平凡”是说那个圈不能在曲面上收缩到一点。