新科院士葉向東:求索數學之美

11月22日,中國科學院2019年院士增選結果正式對外公佈,中科大本部陸夕雲、葉向東、楊金龍、俞書宏4位教授當選中國科學院院士。中科大新聞中心對他們的科研歷程、治學之道以及教書育人等方面的成績進行了深度採訪。現將四篇人物專訪發佈如下,以饗讀者。

2019年11月22日,兩院院士增選名單正式公佈,中國科學技術大學葉向東教授入選中國科學院數學物理學部院士。就在10個月前,葉向東和他的同事黃文、邵松研究團隊完成的“動力系統的結構及其複雜性研究”項目,榮獲國家自然科學二等獎。

“院士稱號是黨和國家給予的崇高榮譽”,葉向東說,“研究工作是一項集體的工作,這是對我的肯定,也是對我們團隊的肯定”。

新科院士葉向東:求索數學之美

數學之美

葉向東與數學結緣,並非偶然。

1963年,葉向東出生於皖南寧國市一個知識分子家庭,母親教語文,畢業於徽州師專數學系的父親,自然而然成了葉向東的數學啟蒙人。上世紀70年代,學習資料匱乏,家中僅有的幾本當年父親讀書時保留下來的前蘇聯數學教材,成了可以參考、學習的珍貴讀物。

回想中小學的學習經歷,葉向東認為對自己影響最大的,是高中的一位數學老師。這位畢業於廈門大學的數學老師非常看重這個有天賦又勤奮的學生,經常單獨為他開小灶進行輔導。

1979年,時年16歲的葉向東參加高考,數學考試的最後一道題是證明勾股定理。得益於父親留下來的教材,他很輕鬆地用了幾種不同的證明方法去證明它。同年,他被中國科大數學系錄取,由此開啟了數學的研究之路。

此後,從中國科大到莫斯科,從本科到博士,又到意大利從事博士後研究工作,再回到中國科大任教,葉向東與數學打了三十多年的交道。到目前為止,他在國際高水平數學雜誌上發表論文90多篇,多次在國際數學會議上做邀請報告,擔任多個國際數學雜誌的編委,是所從事領域中有國際影響的學者。1996年,獲得國家傑出青年科學基金資助;2000年,被聘為教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授;2011年,獲安徽省科學技術一等獎(第一完成人);2013年,獲得第十四屆陳省身數學獎。

新科院士葉向東:求索數學之美

數學的美妙之處,在於它能將一些複雜的問題變簡單。在葉向東眼裡,基礎數學充滿魅力, “基礎數學是一門藝術,它追求簡潔和美感”,就像美術作品之於畫家,文學作品之於作家。

基礎研究更大的魅力在於,它是科學技術飛速發展的基石。葉向東介紹:“數學的產生就是為了解決實際問題,從遠古時期的結繩記事,到農業社會的田畝測量,再到當今的CT檢查、令人震撼的5G應用等等,數學來源於生活,如今已經滲透到了日常生活的方方面面”。數學,無處不在。

研究之路

葉向東的辦公室有一面長5米高2米的黑板,上面寫滿了各種演算公式。三十多年的科研生涯,對葉向東來說是一個不斷探索——突破——再探索——再突破的螺旋式上升過程。

新科院士葉向東:求索數學之美

歷經多年不懈的努力,葉向東教授、黃文教授、邵松教授研究團隊對動力系統的結構及逐點多重遍歷定理、熵理論、複雜性層次等進行了深入系統的研究,獲得了一系列研究成果。研究揭示了極小系統最大冪零因子產生的機制;證明了遍歷distal系統的逐點多重遍歷定理;給出Furstenberg不交性問題的充分必要條件;引入拓撲Kolmogorov系統新定義並得到正熵系統新的刻畫;證明了 Devaney 混沌蘊含 Li-Yorke混沌等。

科學研究就是一個不斷修正和調整的過程,他明白,做學問不能停。讀書時,葉向東就很努力。當年中國科大有兩個通宵教室,每天晚上教室裡都坐滿了學生,在那個特殊年代,大家都想把曾經被浪費掉的寶貴時光“搶回來”,如飢似渴地汲取知識。這些對葉向東來說是壓力也是動力。

不惜力。幾十年來,除了出差外,葉向東幾乎都在他的辦公室裡工作、學習,他的學生黃文、邵松感慨,自他在科大讀書起,就記得葉老師幾乎每天都工作到很晚。

曾經,葉向東是“雙肩挑”,歷任數學系主任、理學院執行院長、中國科大副校長、黨委副書記,工作量很大。他的性格是,既然答應去做,就一定要盡全力,“不能辜負學校的信任”。如今,葉向東常常和同為中國科大數學科學學院教授的夫人,每晚結束一天的工作後,在校園裡散步一小時,是休閒放鬆也是鍛鍊。

為師之道

中國科大數學系是1958年由著名數學家華羅庚教授親自主持創辦,並任首任系主任,關肇直、吳文俊、馮康、龔昇、王元、萬哲先、陸啟鏗、石鍾慈、林群、張景中、陳希孺等一大批知名專家曾在此任教,數學系早期由華羅庚、關肇直、吳文俊採用的“一條龍”教學方法被傳為教學佳話。老一輩科學家熱愛科學、鍥而不捨的奮鬥精神始終影響著葉向東。

讓葉向東記憶猶新的是,當年在中國科大讀本科,數學分析的輔導老師在批改他的作業時,感覺演算方法看起來是正確的,但是仔細琢磨又覺得不對。為此,老師從教研室跑到教室三趟,與葉向東探討,最終找出問題所在。

不同導師對培養研究生的方式或有不同,普遍來說有兩種方式:一種放養式,一種保姆式。葉向東的風格介於兩者之間,在研究生培養的前期他深度參與,從選題的確定到論文字句的修改,事無鉅細;後期則放手讓學生獨立做課題,在大方向上為學生做指引。前期的指導很重要,因為“若在做科研的前期遭遇太多困難和挫折,就會喪失自信心”;後期的放手也重要,因為“科研必須要有獨立的過程,讓學生自己摸索,也是成長的過程”。

新科院士葉向東:求索數學之美

他的學生感受頗深,葉向東對他們的培養是啟發式的,是在增長知識見識上下功夫。研究生一年級時,葉向東在一次課上,就拋出了兩個數學問題“正熵是否蘊含Li-Yorke混沌”、“Devaney混沌是否Li-Yorke混沌的”。對於剛接觸科研的學生來說,有些摸不著頭腦。葉向東仔細開出書單、提出方向,讓學生獨立思考,課堂內外大家經常在一起共同探討。最終,他們解決了“Devaney混沌是否Li-Yorke混沌的”這一有關混沌分類的基本問題。


桃李不言,下自成蹊。到目前為止,葉向東已經培養了18名博士,其中2名分別獲得國家傑出、優秀青年科學基金資助;2名獲得全國優秀博士學位論文獎,3名獲得中國科學院優秀博士學位論文獎,1名獲中國科學院院長特別獎。如今,葉向東的學生們也在傳承科大老一輩數學家的精神,撒播數學種子,傳播數學之美。


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