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他大三證明西塔潘猜想,22歲成最年輕教授級研究員

奧數班的掉隊生


學習成績一般般


從沒拿過獎學金

卻轟動了學界


擾動了教育部


為什麼他是破解西塔潘猜想的人?


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在這個大師沒落星光黯淡的年代,不再有二十三歲就寫出《變法通議》的梁啟超,二十六歲在《新青年》發表《文學改良芻議》的胡適,也不會有三十一歲就把文字鑲嵌在康橋水底任人撈取的徐志摩。



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那些逝去的鋒芒畢露,而今不再有。


但滄海總有遺珠。

這個人叫劉嘉憶,遼寧大連人,來自中南大學。



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2011 年,他大三,憑一夜而就的一紙論文,解決了國際數學界塵封 17 年之久的難題「西塔潘猜想」,震驚了國際邏輯數學界,引起了社會和輿論的極大關注,並在大四的時候被正在就讀的母校中南大學聘請成為了中國最年輕的教授級研究員。



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(劉嘉憶本名劉路)


那一年,他才 22 歲,短短一年的轉身就完成了同代人十幾二十年的奮鬥。



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(劉嘉憶成了報紙寵兒)


回過頭來,大家會問:「西塔潘猜想是什麼?它重要麼,難么?」


與費馬大定理的簡單易懂相比,這個猜想對於非數學專業的人理解起來稍顯複雜。


西塔潘猜想由英國數理邏輯學家西塔潘於 20 世紀 90 年代提出,屬於反推數學分支,目的是拉姆齊二染色定理(Ramsey"s theorem)的強度證明。



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(英國數學家、哲學家兼經濟學家弗蘭克·普倫普頓·拉姆齊,1903-1930)


反推數學是數理邏輯的一個小分支,通常的數學大致是從公理到定理的研究,而反推數學則是從定理(陳述)到公理的研究,二者正好方向相反。


在組合數學上,拉姆齊定理是要解決以下的問題:要找這樣一個最小的數 n,使得 n 個人中必定有 k 個人相識或 1個人互不相識。



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雖然這個定理當然比不上哥德巴赫猜想和費馬大定理的聲名顯赫,但作為一個諸多數學家多年欲破未竟之定理,其重要性和難度可見一斑。更何況,是一個還沒畢業的本科生解決了它。


「他靈感的流星雨集中爆發」


大二時的一堂普通數學課,中南大學的何偉教授在課堂上不經意到提起了「拉姆齊二染色定理」,恰逢劉嘉憶正好在思考一個與之相關的問題,他的眼球、腦神經和求知的慾望一下子被調動了起來。


大二暑假,他開始靜下心來系統地了解這個定理。國內外有不少學者正在研究該定理的證明論強度,特別是 1995 年,英國數理邏輯學家西塔潘提出了「西塔潘猜想」。



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(中南大學數學與統計學院)


10 月 26 日,堪稱劉嘉憶幸運日,這一天雖普通卻美好,徹底改變了劉嘉憶的人生軌跡。


當日正在上晚自習的他,突然間「靈感的流星雨集中爆發」,彷彿一股電流傳遍了全身,他意識到,只要把之前的一個方法稍微作一下修改,就可以成為一把鑰匙,證明西塔潘猜想!!


「證明這一結論時,我的心臟都快蹦到嗓子眼了,按捺不住內心的激動和興奮」


他生怕有什麼閃失,本能地抓起了書包就往宿舍里跑,連夜運算,直接用英文寫出了冗長的證明過程,並向美國芝加哥大學主辦的《符號邏輯期刊》發去了投稿。



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從接觸該定理,到證明西塔潘猜想,前前後後只經過了兩個多月。


雜誌主編很快就收到了投稿,但由於該研究領域從來沒有劉嘉憶這號人,所以他也只發來了簡短的例行回復,意思大概是:「我收到了」。


自此便不再有任何進一步的消息,劉嘉憶的心血很可能要石沉大海了。


事情告一段落,似乎這個世界從來沒有發生過什麼。


但一切都在緩慢地醞釀著,就等學校、輿論甚至來自國際數理邏輯學界的暴風將二十歲出頭的他團團包圍。


趁著這風暴還未來臨,我們不妨回到他平庸的過去,去找找「天才」的原因。


他不是一個天才,但卻是一個不折不扣的「怪人」。


是的,他並沒有任何突出的成就,他既不像人類智商第一的陶哲軒一樣在七歲完成了第一本書,



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也不像印度的拉馬努金一樣從小就發明各種神秘的數學符號。



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他在學術成績單上表現平平,毫無天才的潛力和徵兆,如果硬要指出特別之處,那僅僅是他讓人感覺到有一點「怪」而已。


他就是普通學生,穿一身運動裝,說話細聲細氣,不善言辭,十分單純。


這是別人對他的評價。



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他身高 176 厘米,戴著黑框眼鏡,白皮膚,瓜子臉,薄嘴唇,再加上一身寬鬆的運動裝,顯得格外秀氣和年輕。與一個普通的學生沒什麼差別。



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但是,


我也想交朋友,但我性格太悶,大家覺得我比較無趣,所以交不到朋友。


這是他對自己性格的一個的評價。


據說,他在介紹蛙泳技巧時,會說「根據能量守恆定律……」;在解釋交通事故時,一般人說「行駛中的車子」,他則習慣地說「運動中的車子」;如果有人問他想擁有《哈利波特》中的哪項魔法?他會執意要先定一個框架,因為「一般解答數學題都需要一個框架……」



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(劉嘉憶極其痴迷科幻,特別是哈利波特系列)


確實很理科。


大二時,他開始自學數理邏輯,被同學形容為「學術男」。他大學的室友說,劉嘉憶跟寢室里的同學溝通較少,要麼自己看書,要麼上英文網站下載英文資料,很少玩遊戲。


「有時候一大早出去,下午才回來,雙肩書包里塞滿了英文書。為了一個數學問題,他飯也不按時吃,覺也不按時睡。有一次,我半夜兩三時醒來,發現他在看書,一大早起床,已經不在寢室里了。」


確實很怪。


但世間怪人無數,為何獨獨是他解答了西塔潘猜想?這與他多年對數學的專註密不可分。


劉嘉憶出生在一個與科學沒太大關係的家庭,父親是高中學歷,在大連一家公司做後勤;母親上過大學,現在是一家起重機公司的工程師。但他們不擅長數學,老人們也沒有誰表現出特別的數學才能。因此他們並沒有特意在數學方面培養兒子。


「頂多中等偏上吧!」


到了高三,劉嘉憶再次進入學校組建的奧數班,當時高三的奧數指導老師佟偉東這樣評論劉劉嘉憶的奧數成績,說明他的數學成績並不拔尖。



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後來,由於學習難度加大,「平庸的」劉嘉憶徹底掉隊了,並徹底退出了奧數班。「他的考試成績不理想,做題總是看不到步驟,結果出來得莫名其妙,但是中學的考試試卷都是按步驟來算分的。」老師評論道。



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「但他跟其他孩子不一樣」


這是劉嘉憶在毫不起眼的成績之外,唯一能讓人有點印象的地方之一。


「他會在感興趣的一個問題上長時間鑽研、思考,不追求分數甚至結果。而更多孩子則總是急著做出結果來,不會做的就去翻標準答案,而不是自己獨立思考。」


這有點像下圍棋。「日本流」選手喜歡花很長的時間去鑽研下一步要怎麼走,不管這一步走得是對還是錯;「韓國流」選手喜歡打猛烈的陣地戰,快速拼殺,急著把題目做出來。劉嘉憶屬於前者。


「他是學校的跑步雙冠王,也是搞數學的「苦行僧」」


人的性格總是無法藏匿。喜歡什麼東西就會反映出人的內心世界。


他擅長打乒乓球,也愛打羽毛球。尤其是在學院運動會上,他還一人包攬了 400米 和 1000 米兩塊金牌,使得人們對這個話語不多、惜墨如金的人大吃一驚。



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(劉嘉憶參加學校的體質測試)


跑步是一項很無聊的運動。真正喜歡跑步的人,尤其中長跑項目,一般比較能堅持,對於功利方面也相對看得開。劉嘉憶就是這樣的人。


這些年來劉嘉憶與數學的愛情長跑已經走了那麼遠,即使家中父母覺得數學很冷門,極力反對他繼續研究,但心無旁騖的他仍然一意孤行,根本沒有給自己留任何後路。2008 年劉嘉憶參加高考,


「報讀大學專業的時候,從一本到三本,填的全部是是數學。」


高考成績和錄取結果出來後,他如願以償地被中南大學數學科學與計算技術學院的應用數學專業錄取了。



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進入中南大學後的劉嘉憶沒有太大改變,生活依然嚴格地以數學為中心,似乎只是換了一個學習的地方而已。舍友描述說,「他經常會為一個數學問題飯不按時吃,覺也不按時睡,最晚的時候凌晨兩三點都搞過,然後第二天很早又不見了,找老師去了。」


即便如此,「可悲」的是,他的專業成績還是一如既往地平庸,「不特別差,但也不好」,沒拿過任何獎學金。



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(劉嘉憶和導師侯振挺討論數學問題)


劉嘉憶無奈地解釋道,


「這隻怪我馬虎慣了。考試中,我的演算過程太亂、解答不太標準,都影響分數。」


這隻「特立獨行的豬」,如果要報考研究生,都不知道能不能通過正兒八經的考試。


就在這樣的境況下,他一路與數學玩耍,直至觸及西塔潘猜想。


但那一夜的「靈感大爆發」究竟能否成為數理邏輯領域的一個里程碑,抑或只是一個本科生天馬行空的夢中囈語?


「我是過去眾多研究該問題的無果者之一,看到這一問題最終被你解決,感到非常高興——特別是你的證明如此漂亮,請接受我對你研究成果的祝賀!」


在投遞給數理邏輯領域的國際權威雜誌《符號邏輯期刊》(Journal of Symbolic Logic )八個月後,劉嘉憶終於收到了雜誌主編——國際邏輯學知名專家、芝加哥大學數學系教授鄧尼斯·漢斯傑弗德的來信,來信用「漂亮」這樣稀罕的科學界褒義詞,無疑印證著他研究成果的巨大成功。



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「這是一個重要的成果,促進了反推數學和計算性理論方面的研究。」


芝加哥大學達米爾·扎法洛夫博士如此評論道。


只有劉嘉憶一個人收到了這封令人喜出望外的郵件,而一向低調做人的他,並沒有跟別人炫耀討論。這個時候的整個中南大學和社會輿論,還被徹底蒙在鼓裡,沒有人知道發生了什麼,非常平靜。


漢斯傑弗德教授也想找到這個傳說中的「大人物」。但劉嘉憶居然玩「失蹤」?!


「你們中南大學出了個好學生」


原來他原名不是叫劉嘉憶,叫「劉路」,一個過眼既忘毫無存在感的名字,所以對「劉路」這個名字略感不滿的他在投稿的時候把自己的名字改為了「Liu Jiayi」。


這當然也埋下了「禍根」,大洋彼岸的美國主編怎麼知道「Liu Jiayi」是誰?


直到劉嘉憶投稿後的第二年,新加坡國立大學教授庄志達訪問美國,碰巧接觸到《符號邏輯期刊》主編漢斯傑弗德教授時,他被問到是否知道中南大學大三學生劉加一(音譯),庄志達聞所未聞,於是特意給他的老師——南京大學教授丁德成打了個電話,希望他能利用資源查詢此人。



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(南京大學教授丁德成)


巧的是,2 月份劉嘉憶給丁德成發過一封郵件,表示希望能做他的研究生。於是丁德成馬上聯繫了劉嘉憶,並邀請他去參加 5 月份在浙江師範大學召開的邏輯學術會議。


熱愛學術劉嘉憶當然沒有放過這個機會,他如期赴會並做了題為 Ramsey theorem for pair as second order arithmetic statement does not imply Weak Konig Lemma 的報告。這報告否定了西塔潘猜想(即「拉姆齊二染色定理」的證明論強度不強於「弱寇妮定理」)。與會專家覺得這個證明極有可能是正確的。


7 月份,中南大學教授、著名數學家侯振挺拜訪了丁德成,被意外地說道:「你們中南大學出了個好學生。」


一番查找之後,侯振挺這才得知了深藏在本校的「劉嘉憶」。


消息很快傳到了中南大學校長黃伯雲的耳中,他批示劉路碩博連讀;校黨委書記高文兵也提出,要為劉路的成長「創造一切可能的條件」。之後,校方決定讓著名數學家侯振挺收劉路為徒。


另有丁夏畦、李邦河和林群三位院士分別向教育部寫信推薦,請予破格錄取劉路為研究生,並建議教育部有關部門立即採取特殊措施,加強對其學術方面的培養。



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到了這裡,劉嘉憶破解西塔潘猜想的消息才傳開了。中南大學算不上國內頂級名校,但出了這麼個放在世界也算頂級的人才,當然舉校震驚,也轟動了苦苦求解「錢學森之問」的社會各界,全國多家媒體紛紛報道,各種採訪鋪天蓋地而來,他不可避免成了輿論風暴的中心!



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(圖片來自中國新聞網)


「中國最年輕的教授級研究員


成名之後的劉嘉憶獲得了更多意想不到的學術機遇!


9 月 16 日,在《符號邏輯期刊》主編漢斯傑弗德的邀請下,他參加了在美國芝加哥大學舉行的數理邏輯學術會議。



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(劉嘉憶參加國際數理邏輯學術會議留影)


10 月 17 日,劉嘉憶通過了學校特別為他設立的論文答辯,成為中南大學 2012 級直博生,這比正常程序提前了大半年。


鑒於劉嘉憶取得的重大成就,根據規定,中南大學決定獎勵劉嘉憶 100 萬元,作為他攀登學術高峰的物質基礎。



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2012 年 3 月,他被中南大學破格聘為教授級研究員,學校分配給他一間辦公室。


一時間,「中國最年輕教授級研究員」「22 歲成中國最年輕教授」等新聞標題真真假假地登上了各大報紙和網站頭條。而就在那間辦公室里,他一邊自學數理邏輯,一邊攻讀博士,同時扮演教授級研究員的角色,但他不用講課,專攻研究。



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(劉嘉憶在其辦公室辦公)


劉嘉憶的父母從轟動中看到了「數學原來也不太冷門」,再也不反對他學數學。


「他的新論文改寫了計算理論歷史」


劉嘉憶的一鳴驚人自然引來了社會的批評,有人指責他是「學術騙子」,也有人擔憂這樣的年輕天才會不會被功名所腐蝕或壓垮。


劉嘉憶沉默了。他沒有時間給這些負面評價任何的反擊。


他依舊沉浸在數學的世界裡,那才是他的伊甸園。


兩年後,劉嘉憶再次發表論文,新論文的題目是《避免計算——閉集上的所有成員》


中南大學的老師說:


「劉嘉憶的新論文會比上次西塔潘猜想那篇更加轟動!!……」


曾幾何時,他是奧數班的掉隊生,那個同學眼中講話滿口機械味的理科「怪人」,學習成績一般般,他的人生幾乎沒有任何值得驕傲的時刻,不過是個普普通通形同路人的小孩。


一切的改變都只因為兩個字:「專註」。


對於劉嘉憶的新論文,《美國數學學會會刊》雜誌評審認為,劉嘉憶


「發明了一個全新的技術……是計算理論和相關領域近年來最重要的貢獻之一!」


—— End ——


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