编 辑:吴恙  叶开甫
来 源:吴晓波频道(ID:wuxiaobopd)
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2019年高考刚刚落下帷幕。再过半个月,今年参加高考的1000多万名考生就要开始选择专业,填报志愿了。
每到这时,关于热门专业和冷门专业的话题就会被大家探讨起来。
今天,我们想谈谈一个比较“冷门”的专业,就是基础数学。
一次采访提27次
为什么任正非如此爱数学?
最近企业界出现了一个很有趣的现象,就是几位顶级的中国企业家在不同的场合都谈到了数学。
相信很多人都已读完了任正非于5月21日接受媒体采访的2万字实录。74岁的任正非在回答中27次提及了“数学”。
任正非提到了数学对于华为的实际贡献:华为5G标准是源于十多年前土耳其Arikan教授的一篇数学论文;华为终端每三个月换一代,主要是数学家的贡献……
他甚至表示,等自己退休了要找一个好大学,学数学
无独有偶,5月份马化腾在全球数字生态大会上提到,中国已经走到发展前沿,拿来主义的空间越来越少,如果我们不继续在基础研究和关键技术上下苦功,我们的数字经济就是在沙堆上起高楼,难以为继。
早在两年前,马化腾就捐助设立了“未来科学大奖”中的“数学与计算机科学奖”,奖金为每年100万美元,承诺捐助10年。
我们还看到,去年阿里巴巴拿出100万元的奖金举办全球数学竞赛,吸引了4万多名全球的数学高材生。
马云表示,数学是科学的基础,数学应该成为年轻人的基础,就像运动、绘画和音乐一样,只有数学基础坚实,人类才会坚实。
“硬科技”的落地
处呼唤着数学
为什么近年来,中国企业界这些大佬越来越重视数学了呢?
原因很简单:产业发展遇到了瓶颈,亟需更多基础理论支撑。当今中国的科技领域,至少有三个领域急需数学人才。
第一是芯片材料领域
任正非在5月底的这次访谈中多次强调数学,很大的一个原因在于,最近美国政府发布禁令,禁止美国企业向华为出售芯片,而数学对于芯片研究是至关重要的。
在芯片设计、制造的繁复流程中,每个微小差别——比如不同的组件尺寸、组件材质、元器件排布等——都可能使芯片性能产生巨大差异,所谓“失之毫厘谬以千里”。而数学的引入,则能在仿真和模拟环节代替成本高、耗时长的真实实验,提前预判芯片的效果。
目前,科学家已找到了许多描述半导体特性的数学方程,但是在求得精确解上,数学家仍束手无策,只能借由计算机得到近似解。随着芯片制造难度的升级,工业界急需找到更优的计算方法。
2012年,在任正非与内部专家的一次座谈《中国没有创新土壤,不开放就是死亡》中,他提到:“我认为用物理方法来解决问题已趋近饱和,要重视数学方法的突起。
所以任正非表示,对待芯片研究光砸钱不行,要砸数学家、物理学家。
2017年5月发布的《中国集成电路产业人才白皮书》显示,目前我国的集成电路从业人员不到30万人,但是按总产值算,至少需要70万人,缺了40万,其中就包括数学人才。
第二是人工智能领域
如今大热的人工智能领域,数学缺席的瓶颈感也格外明显。业界对过去一年的人工智能有一个评价:2018年,人工智能的进展就是没有进展。
在2017年的中国计算机大会(CNCC 2017)上,首位华人菲尔兹得主、哈佛大学终身教授丘成桐曾从数学家的角度发出提醒:“人工智能需要一个坚实的理论基础,否则它的发展会有很大困难。”
虽然人工智能乍一听和计算机的关系比较大,但是它的基础是大数据与算法,前期需要进行大量的基础数学工作。
比如通过线性代数将研究对象形式化,运用概率论描述统计规律,通过数理统计以小见大,最后运用目标函数寻找最优解,作出最终的决策。而所有这些工作都需要一个成体系的基础数学人才团队。
如今,中国人对攀登人工智能高地踌躇满志,在应用领域也是“形势一片大好”,诞生了诸多知名的业界公司,但却面临着丘成桐提及的“基础不牢”的隐忧。
我们的从众心理很严重,比如在人工智能领域,深度学习很热,发表论文的作者中几乎70%是华人,但是其他非热门领域,包括不确定性推理、知识表示等几乎没有华人作者。这就是从众扎堆,不愿意去探索“无人区”。
中国人工智能领域目前仍长于跟随,不擅拓荒。
当被问及瓶颈该如何突围时,中国科学院院士、清华大学教授张钹给出了两个方向:“一是数学,二是脑科学。”
第三个领域就是5G通信
华为在通信领域能够处在世界的领先水平,主要就得益于长期在数学人才上的投入。任正非在今年5月的一次采访中说:
“大家今天讲5G标准对人类社会有多么厉害,怎么会想到,5G标准是源于十多年前土耳其Arikan教授的一篇数学论文?Arikan教授发表这篇论文两个月后,被我们发现了,我们就开始以这个论文为中心研究各种专利,一步步研究解体,共投入了数千人。
十年时间,我们就把土耳其教授数学论文变成技术和标准。我们的5G基本专利数量占世界27%左右,排第一位……”
其实早在1999年,华为就在俄罗斯设立了数学研究所,开展通信业务的研究。而在2016年,它又在法国设立了一个新的数学研究所,挖掘法国基础数学资源,长期聚焦5G。
其他领域,包括对新型燃料电池、高端装备、高端制造影响深远的材料科学领域,科学家也在呼唤数学家的跨学科援助。比如,离散几何分析极有可能助力对纳米多孔材料的研究,进而攻克氢燃料电池的应用难题,从而带来新一轮的汽车革命。
不知不觉间,艰涩的数学支撑起了很多人的平凡生活中的“小确幸”。
俄罗斯数学家罗巴切夫斯基曾说:“不管数学的任一分支是多么抽象,总有一天会应用在这实际世界上。 ”
正应了一种说法:所有理论数学,最终都是应用数学。
数学人才短缺的尴尬现实
中国是一个人口大国,同时也是一个数学大国,但是我们不是一个数学强国。
原因在于,在之前几十年的快速发展中,我们对实际应用的需求远远超出了对基础原理突破的重视,因此也就造成了对数学研究浅尝辄止,没有深耕的结果。
国际知名的数学家、菲尔兹奖的首位华人得主丘成桐在2016年的一次采访中说:“相对于欧美的数学水平,中国数学界没有辉煌过。一味地往脸上贴金是没有用的。
他认为,中国数学界最伟大的大师只有陈省身、华罗庚和周炜良,应用数学家则有林家翘和冯康,而周炜良、林家翘两位学者长期在美国,不能够代表中国。
同时我们看到,在今天的中国,人才对基础数学的热情是远远不够的。举个例子,北京大学有一个数学科学学院,但是在2018年该学院毕业的96个硕士中,基础数学的毕业生只有11个,而金融硕士和应用统计学却占到七成,且半数以上的毕业生选择了金融行业作为就业领域。
现实的原因其实也很简单,一方面是读基础数学非常辛苦,另一方面则是基础数学毕业后的就业方向非常模糊。
原清华大学副校长施一公曾发出这样的感慨:
清华 70%至 80%的高考状元去哪儿了?去了经济管理学院。连我最好的学生,我最想培养的学生都告诉我说,老师我想去金融公司。
“我们以前太强调学以致用。最常说的一句话就是‘加强转化’。但我想问一句,转化从哪儿来?无论是科学发展还是技术革新,你都是无法预测的,这个无法预测永远先发生,你预测出来就不叫创新。

言犹在耳。
结语
回顾历史,我们会发现:大国崛起,必然伴随着基础科学的崛起。
二战期间,大量科学家因战乱移民美国,没有这群天才,盟军破解纳粹密码的进程不会那么快;美国也可能没法这么快完成曼哈顿计划,投下一锤定音的原子弹。
更深远的影响发生在战后。
40年代,费米设计建造了世界上第一个核反应堆芝加哥1号,奠定了日后核电产业的基础;
50年代,冯·诺依曼帮助IBM第二任掌门人小沃森完成了第一套存储程序计算机701的开发,开启了美国制霸电子信息技术的辉煌;
同一时期,战后从英国移民而来的晶体管共同发明人肖克利创立了仙童半导体,该团队的骨干诺伊斯、摩尔等人后来出走,创立了另一巨头英特尔。
此后,在科技上长于应用而弱于基础的“二流暴发户”美国一把翻身
美国普林斯顿高等研究院成了基础科学的圣殿,全球顶尖人才开始源源不断涌入这个国家——这是美国近80年来高速发展的最大护城河。
这几年从制造业和互联网企业对基础数学的呼唤可以看出,中国产业的发展已经进入到了一个新的阶段,光靠学习一些热门专业,搞搞经济实践已经远远不够了。
我们国家如果要在下一阶段的国际竞争中不落后,就必须要在基础学科的研究上实现重大的突破。
而这一工作需要长期坚决地在人才和资本上进行投入,同时更要有长期的规划和足够的耐心。
惟愿这一次,数学不再孤独,工业不再无援。
参考资料:
时代呼唤数学家(甲子光年)
一次采访提27次,为什么任正非如此爱数学?(吴晓波频道)
任正非:“中国要和美国竞赛,唯有重视数学!”(阅读第一)
排版 | 吴恙  审校 | 林红瑜
图片 | 视觉中国  东方IC  主编 | 叶正新
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