無形之?dāng)?shù)，高精尖技術(shù)的基石
【學(xué)科密碼】
數(shù)學(xué)是什么？有人說是聰明人的游戲，有人說是自然科學(xué)的王冠，還有人說是科學(xué)的語言。第五版《現(xiàn)代漢語詞典》上如此定義：研究現(xiàn)實世界的空間和數(shù)量關(guān)系的學(xué)科。中國數(shù)學(xué)曾經(jīng)有過“高光”時刻，也面臨過發(fā)展的低谷。如今，人們已經(jīng)越來越意識到數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)性地位，特別是對于技術(shù)發(fā)展而言，數(shù)學(xué)“基石”不牢固，高精尖無從談起。
“隱藏的科學(xué)”再次走到臺前
數(shù)學(xué)，在中國曾有過高光時刻。
1973年，陳景潤在《數(shù)學(xué)學(xué)報》上發(fā)表論文《大偶數(shù)表為一個素數(shù)及一個不超過二個素數(shù)的乘積之和》，這一成果作為哥德巴赫猜想研究的重大突破被廣泛討論，國際數(shù)學(xué)界將其命名為“陳氏定理”。1976年，徐遲以陳景潤為主人公創(chuàng)作報告文學(xué)《哥德巴赫猜想》，發(fā)表于《人民文學(xué)》，一個月后《人民日報》用三個整版轉(zhuǎn)載這篇文章。陳景潤的名字傳遍大江南北，青年們慕名去聽他的演講，在筆記本上寫下：“學(xué)習(xí)陳景潤，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化攀登科學(xué)高峰”“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”，這成為時代流行語。
中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)國際數(shù)學(xué)中心副主任、北京大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院教授張繼平回憶他求學(xué)的20世紀(jì)80年代，“一方面，當(dāng)時社會氛圍對個人選擇的影響很顯著，數(shù)理化在當(dāng)時為人們所重視，正是學(xué)真本領(lǐng)、干實事的社會普遍意識驅(qū)動下的結(jié)果。另一方面，數(shù)理化在國家實現(xiàn)四個現(xiàn)代化的進(jìn)程中至關(guān)重要，因此這種說法也體現(xiàn)了人民群眾希望中國社會發(fā)展，向往更美好生活的樸素愿望?！?/p>
“很多人認(rèn)為一張紙，一支筆就可以做數(shù)學(xué)研究，雖然有夸張之處，但相比生物、化學(xué)、物理等需要實驗設(shè)備、依賴于一套完整的支撐體系的學(xué)科，數(shù)學(xué)研究確實獨立性更高，更依賴于個人努力。華羅庚在雜貨店鉆研數(shù)學(xué)，陳景潤在6平方米的房間里做研究，這在其他學(xué)科是難以想象的。這也是當(dāng)我國在國際上還沒有什么領(lǐng)先技術(shù)的時候，數(shù)學(xué)能首先做出一些成果，成為關(guān)注焦點的原因?！敝袊茖W(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院常務(wù)副院長、研究員高小山說。
進(jìn)入新世紀(jì)，我國邁入新的發(fā)展階段，在各行業(yè)、各學(xué)科百花齊放的背景下，數(shù)學(xué)的關(guān)注度有所下降。高小山認(rèn)為這是社會發(fā)展的結(jié)果：“從大的環(huán)境講，社會更加多元，每個行業(yè)都很發(fā)達(dá)，各行各業(yè)都出了很多人才，像今天備受關(guān)注的奧運冠軍是人才，企業(yè)家也是人才，文藝界也有人才，相較之下，科學(xué)家整體的地位沒有當(dāng)時在社會上影響那么大了?！?/p>
作為人類探索自然的基礎(chǔ)工具，數(shù)學(xué)的作用常常隱于成果之中?！半m然說‘生活中處處有數(shù)學(xué)’，但公眾一眼看到的都是硬技術(shù)，比如生命科學(xué)的進(jìn)步可以提高醫(yī)療水平；物理的突破可以做出一個新型鋰電池，提高新能源汽車的續(xù)航能力；化學(xué)在生活中更是無處不在……這些成果能讓人直觀感受到生活質(zhì)量的提升，也更容易被公眾理解，但數(shù)學(xué)作為一種隱藏的科學(xué)，更多地以間接的方式做貢獻(xiàn)，這也是它不像過去家喻戶曉、顯示度那么高的原因?！备咝∩秸f。
然而最近三、四年，伴隨著國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要，政府、企業(yè)、科學(xué)家等社會各界關(guān)于重視數(shù)學(xué)的呼吁越來越多了，新一輪對數(shù)學(xué)的強(qiáng)調(diào)是轉(zhuǎn)型的題中應(yīng)有之義——當(dāng)技術(shù)領(lǐng)跑后勁不足，就要回到最基礎(chǔ)的問題。2018年，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于全面加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見》。2019年，科技部、教育部、中科院、自然科學(xué)基金委聯(lián)合制定了《關(guān)于加強(qiáng)數(shù)學(xué)科學(xué)研究工作方案》(以下簡稱“方案”)，這是國發(fā)〔2018〕4號文件發(fā)布后，第一個關(guān)于基礎(chǔ)學(xué)科的工作方案。
2021年5月，科技部發(fā)布“十四五”國家重點研發(fā)計劃重點專項，“數(shù)學(xué)和應(yīng)用研究”也在其中，高小山介紹：“這是‘國家重點研發(fā)計劃’發(fā)布的首個數(shù)學(xué)為主的重點專項，代表著國家對數(shù)學(xué)的重視提升到了新的高度?！?/p>
沒有數(shù)學(xué)，高精尖技術(shù)無法走遠(yuǎn)
紅燈能否根據(jù)路況智能調(diào)節(jié)亮燈時長？航天器的飛行軌道和姿態(tài)如何調(diào)整？如何提高手機(jī)的通訊速度和穩(wěn)定性？人工智能的計算速度如何優(yōu)化……智慧交通需要運籌學(xué)，航空航天制造的基礎(chǔ)是控制論，通訊編碼依賴信息論，人工智能要運用計算數(shù)學(xué)……在向著數(shù)字化、信息化、智慧化發(fā)展的過程中，數(shù)學(xué)起到至關(guān)重要的作用。
“從國家宏觀層面上看，當(dāng)今數(shù)學(xué)的地位越發(fā)重要。黨中央和國務(wù)院早就意識到數(shù)學(xué)學(xué)科的重要性，多次強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)對基礎(chǔ)數(shù)學(xué)的支持和人才隊伍的培養(yǎng)。從個人微觀層面上看，如今的專業(yè)選擇多樣化，學(xué)科間的聯(lián)系更加緊密，數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，廣泛地存在于其他專業(yè)的課程當(dāng)中，其重要性是毋庸置疑的?！睆埨^平說。
“沒有數(shù)學(xué)，幾乎所有定量、精確的描述都無法實現(xiàn)，高精尖技術(shù)也就無從談起?！备咝∩秸J(rèn)為，“10到20年之前，我們國家還是粗放發(fā)展模式，但是發(fā)展到新階段，要實現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，當(dāng)技術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)跑者，就離不開數(shù)學(xué)知識的支撐?！?/p>
“以芯片設(shè)計為例，在‘指甲蓋’大小的芯片里實現(xiàn)各層既不互相干擾，同時布線均衡，是一個非常復(fù)雜的優(yōu)化問題。對芯片制造至關(guān)重要的材料來說，如果能從原子、分子層面預(yù)測最適合的材料，芯片材料設(shè)計的效率將大幅提高，但因為原子的數(shù)量龐大，計算非常復(fù)雜，這一設(shè)想還在探索的過程中?！备咝∩秸f。
對創(chuàng)新主體的企業(yè)而言，數(shù)學(xué)也成為它們能否成功從技術(shù)跟隨走向領(lǐng)跑的關(guān)鍵。中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)副校長、科學(xué)與工程計算中心主任張平文曾撰文指出，企業(yè)在設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)中存在的工程技術(shù)難題，如果能被成功轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，很多時候就意味著問題已經(jīng)解決了大半。企業(yè)和科研的互動，“一方面對應(yīng)用數(shù)學(xué)人才的培養(yǎng)提出了新的要求；另一方面，企業(yè)不斷提出新問題，也讓我國應(yīng)用數(shù)學(xué)得以在企業(yè)創(chuàng)新的土壤中‘落地生根’并不斷成長壯大，甚至產(chǎn)生一些能夠?qū)?shù)學(xué)研究本身有影響力和啟發(fā)意義的問題，從而有力推動應(yīng)用數(shù)學(xué)乃至整個數(shù)學(xué)學(xué)科的發(fā)展”。
“數(shù)學(xué)是科學(xué)和人類之間溝通的橋梁。有了橋梁，大家共同協(xié)作，世界就會更加美好?！睆埨^平的團(tuán)隊一直與華為等企業(yè)保持著密切的合作關(guān)系，就其技術(shù)問題成立研究小組，協(xié)助企業(yè)解決亟須突破的基礎(chǔ)理論問題?！叭魏渭夹g(shù)企業(yè)都需要成千上萬的數(shù)學(xué)家，我們需要加強(qiáng)科學(xué)家和企業(yè)的合作，將技術(shù)問題轉(zhuǎn)化為理論問題，由數(shù)學(xué)家研究新理論，開發(fā)新技術(shù)，解決新難題。只有充分認(rèn)識基礎(chǔ)科學(xué)和尖端人才的重要性，具備足夠的預(yù)見能力，才能登高望遠(yuǎn)，摸索解決問題的實際辦法?！?/p>
高小山長期在科研一線工作，對學(xué)術(shù)與工業(yè)的互動有著獨到的見解：“馬克思認(rèn)為‘一種科學(xué)只有在成功地運用數(shù)學(xué)時，才算達(dá)到了真正完善的地步’。對工業(yè)而言，可以說任何一種技術(shù)只有用到深奧數(shù)學(xué)知識的時候才可以算高精尖技術(shù)?！睆倪@個意義上，數(shù)學(xué)和工業(yè)的合作雖然已經(jīng)逐漸鋪開了廣度，但在深度上還有很大發(fā)展空間。
儲備人才，為高精尖轉(zhuǎn)型提供智力支持
高精尖產(chǎn)業(yè)也對數(shù)學(xué)人才提出了更高的要求?！爱?dāng)前的先進(jìn)技術(shù)研究陷入瓶頸，歸根到底是人才問題?！睆埨^平說，“我國必須在基礎(chǔ)理論方面自力更生，完全依靠引進(jìn)技術(shù)是行不通的。近百年來，我國的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論研究落后，沒有建立現(xiàn)代、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論，基礎(chǔ)理論的缺失是導(dǎo)致目前‘卡脖子’困境的根本原因，也是我國高精尖企業(yè)面臨發(fā)展瓶頸的根本原因?！?/p>
“總的來說，我們國家做數(shù)學(xué)的人不少，但是相對于國家體量而言，還缺少能開啟重要方向的領(lǐng)軍人物；論文數(shù)量很多，但真正的創(chuàng)新還是不夠?！备咝∩秸J(rèn)為。
“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)解決數(shù)學(xué)內(nèi)部的矛盾，應(yīng)用數(shù)學(xué)受外部挑戰(zhàn)的驅(qū)動，但二者也會在發(fā)展過程中相互轉(zhuǎn)化?！备咝∩浇榻B，相比基礎(chǔ)數(shù)學(xué)的厚積薄發(fā)，國家重大需求和企業(yè)創(chuàng)新對應(yīng)用數(shù)學(xué)拋出的問題更為迫切，隨之而來的學(xué)科發(fā)展機(jī)會也等待數(shù)學(xué)家去把握。“歷史上，應(yīng)用數(shù)學(xué)每一次飛躍都來自現(xiàn)實需求的推動，現(xiàn)在備受關(guān)注的人工智能也有機(jī)會驅(qū)動應(yīng)用數(shù)學(xué)的新一輪發(fā)展。人工智能雖然能量很大、熱度很高，但也有安全性不高、能耗大、參數(shù)不能通用等缺陷，缺乏數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，正因為人工智能缺乏理論可解釋性，各國都在研究，中國如果能走在前面，就是一個機(jī)會?！?/p>
基礎(chǔ)學(xué)科呼喚領(lǐng)軍人物，但領(lǐng)軍人物不是一下子冒出來的，積累的過程不僅需要數(shù)學(xué)家有定力，也需要靈活的評價體系，創(chuàng)造鼓勵和支持?jǐn)?shù)學(xué)家“坐冷板凳”的條件。
張平文強(qiáng)調(diào)應(yīng)用數(shù)學(xué)的人才和成果評價要破除“五唯”，“強(qiáng)調(diào)成果的‘落地’，重點評價科研人員和科研成果是否很好地解決了企業(yè)創(chuàng)新過程中的各種關(guān)鍵性難題，應(yīng)該成為應(yīng)用數(shù)學(xué)新評價標(biāo)準(zhǔn)中的重要內(nèi)容。這實際上也是整個應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域共同面臨的重要議題，需要高校、科研機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位、學(xué)術(shù)團(tuán)體和全體應(yīng)用數(shù)學(xué)工作者共同思考和探索；特別是具有廣泛代表性和立場中立的行業(yè)協(xié)會，可在其中發(fā)揮重要的作用?！?/p>
隨著數(shù)學(xué)應(yīng)用越來越廣泛，張繼平認(rèn)為：“數(shù)學(xué)人才的培養(yǎng)主體，不僅在高校，也在企業(yè)。我們很欣慰地看到，部分大型企業(yè)已經(jīng)開始培養(yǎng)職業(yè)數(shù)學(xué)家，但就目前來說，這一進(jìn)程還有待加速?！?/p>
(作者：陳童 蘇仁心)