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伟大的未解猜想 庞加莱猜想与佩雷尔曼的孤勇之路
莱克斯: 恕我冒昧，请允许我问您关于格里戈里·佩雷尔曼的事。您提到您在工作中尽量谨慎，不让一个问题完全吞噬您。只是你真的爱上了这个问题，不解决就无法安宁。但你又连忙补充说，有时这种方法实际上可以非常成功。你举的一个例子是格里戈里·佩雷尔曼，他证明了庞加莱猜想，并且他在七年时间里几乎不与外界接触，独自完成了这项工作。你能解释一下这个已被解决的千年大奖难题——庞加莱猜想吗？也许再谈谈格里戈里·佩雷尔曼的这段经历？
陶哲轩: 好的，这是一个关于弯曲空间的问题。地球就是一个很好的例子。所以地球，你可以将其视为一个二维曲面。而只是在上面移动，你知道，它可能是一个带有一个洞的环面，或者它可能有许多洞。而且一个曲面先验地可以有许多不同的拓扑结构。即使你假设它是有限的、光滑的等等。所以我们已经弄清楚了如何分类曲面。初步近似地看，一切都由一种称为亏格的属性决定，即它有多少个洞。因此，球体的亏格为零，环面的亏格为一，以此类推。
陶哲轩: 区分这些曲面的一种方法是，球体可能具有一种特性，称为单连通性。如果你在球体上取任何闭合环路，例如一根大的闭合绳索，你可以将其收缩成一点，同时保持在曲面上。球体就具有这种性质。但环面不具备。如果你在-一个环面上，并取一根绕着环面外围走的绳子，它无法通过那个洞。无法将其收缩成一点。结果表明，球体是唯一具有这种可收缩性性质的曲面，我的意思是，在球体的连续变形意义上。也就是我所说的与球体拓扑等价的事物。
陶哲轩: 于是庞加莱在更高维度上提出了同样的问题。于是这变得难以可视化，因为你可以将曲面想象为嵌入在三维空间中，但作为一个弯曲的自由空间，我们对生活其中的四维空间没有很好的直观感受。此外，还有一些三维空间甚至无法嵌入到四维空间中。你需要五维、六维或更高维度。但无论如何，从数学角度来看，你仍然可以提出这个问题：如果你现在有一个有界的三维空间，它也具有每个闭环都可以收缩的单连通性质，那么你是否能将它变成一个三维版本的球体？这就是庞加莱猜想。
陶哲轩: 奇怪的是，在四维和五维等更高维度中，这实际上更容易解决。因此，它首先在更高维度上得到了解决。某种程度上，有更多的空间来进行变形。将事物变形为一个球体更容易。但三维情况真的很难。所以人们尝试了许多方法。有一种剖分方法，你把曲面分割成小的三角形或四面体，然后仅根据这些面之间如何相互作用来推导。也有代数方法。有各种代数对象，比如所谓的“基本群”，你可以将它们附加到同调和上同调上，以及所有这些非常精巧的工具。它们也未能完全奏效。
陶哲轩: 但是里查德·汉密尔顿提出了一种偏微分方程方法。所以问题是，你有一个物体，它本质上是一个球体，但它以一种非常奇特的方式呈现给你。想象一个被揉皱并扭曲的球，它不明显是一个球体。但是，如果你有一个某种意义上是变形球体的曲面，你可以把它想象成一个气球的表面。你可以试着给它充气。你给它吹气，自然地，随着你向其中充入空气，皱纹会抚平，它会变成一个漂亮的球体。当然，除非它是一个环面或类似的东西，那样的话它会在某个点卡住。就像如果你给一个环面充气，中间会有一个点。当内环收缩到零时，你会得到一个奇点，并且无法再继续膨胀。无法再继续演化。所以他创造了这种流，现在称为里奇流，它是一种将任意曲面或空间平滑化的方法，使其越来越圆，最终看起来像一个球体。他想证明这个过程要么会形成一个球体，要么会产生一个奇点。我非常喜欢偏微分方程要么具有全局正则性，要么在有限时间内出现爆破的特性。基本上，这几乎是完全一样的。一切都相互连接。
陶哲轩: 他指出，对于二维曲面，如果你开始保持单连通，则永不形成奇点。你永远不会遇到麻烦，而且它会演化，并形成一个球体。因此他得到了二维结果的一个新证明。
莱克斯: 顺便说一下，这是对里奇流及其在此背景下应用的绝佳解释。这里的数学有多难，比如二维情况下的？
陶哲轩: 是的，这些是非常复杂的方程，与爱因斯坦方程不相上下，略微简单一些，但它们被认为是难以求解的非线性方程。在二维情况下，有很多特殊技巧有所帮助。但在三维情况下，问题在于这个方程实际上是超临界的。这与纳维-斯托克斯方程面临同样的问题。随着（量的）爆发性增长，曲率可能会集中在越来越小的区域，并且看起来越来越非线性，情况也变得越来越糟。并且可能出现各种奇点。有些奇点，比如被称为“颈缩”的现象，其中表面行为类似哑铃，并在某一点收缩。有些奇点足够简单，你大致能看出下一步该怎么做。你只需做一个剪切，然后就能将一个表面变成两个，并分别演化它们。但存在这样一种可能性：会出现一些非常棘手、类似于纽结的奇点，你无法找到任何解决办法，也无法对其进行任何“手术”。所以你需要对所有奇点进行分类，比如可能出现问题的所有方式有哪些。
陶哲轩: 因此，佩雷尔曼（Perelman）所做的，首先，他将问题从一个超临界问题转化为了一个能量问题，即哈密顿量问题，这真正阐明了牛顿力学。因此他引入了现在被称为佩雷尔曼的约化体积和佩雷尔曼的熵的概念。他引入了新的量，类似于能量，这些量在每个尺度上都保持一致，并将问题转化为了一个临界问题，在此之下，非线性效应突然看起来远没有之前那么可怕了。然后他必须解决，他仍然需要分析这个临界问题的奇点。而这本身实际上就是一个类似于波映射的问题。因此，就其难度而言，他设法对该问题的所有奇点进行了分类，并展示了如何对每个奇点应用拓扑手术，从而解决了庞加莱猜想。这包含了许多雄心勃勃的步骤，例如，当今的大型语言模型都无法做到。我的意思是，充其量，我可以想象一个模型将这个想法作为数百种尝试方案之一提出。但其他99种都会是彻底的死胡同，而你只有在几个月的工作后才会发现。
莱克斯: 他一定有某种感觉，认为这是值得追求的正确方向，因为从A到B需要数年时间。所以你做过，就像你说的，实际上，即使是严格从数学角度，但更广泛地从过程角度来看，你也做过类似困难的事情。你能从他所经历的过程中推断出什么？因为他是独自一人完成的。在这样的过程中，有哪些低谷期？当你开始，就像你提到了困难，就像人工智能不知道它何时会失败。当你坐在办公室里，当你意识到过去几天，甚至几周所做的事情是个失败时，你会作何反应？
陶哲轩: 嗯，对我来说，我转向了另一个问题。所以，我是一只狐狸，不是一只刺猬。
莱克斯: 但你确实可以采取这种休息方式，就是抽身出来看看另一个问题。
陶哲轩: 是的，你也可以修改问题。我的意思是，是的，你可以添加一些“作弊”手段。如果-有某个特定的东西阻碍了你，某些你的工具无法处理的糟糕情况反复出现，你可以武断地假定这种糟糕情况不会发生。所以你进行了一些魔法思维，但从战略上讲，没关系，这只是为了看看论证的其余部分是否成立。如果你的方法存在多个问题，那么也许你就放弃了。但如果这只是唯一的问题，而其他一切都无懈可击，那么它仍然值得为之奋斗。是的，你有时需要进行某种前瞻性侦察。有时，这种假设——好吧，我们最终会解决的——是有成效的。
陶哲轩: 有时，犯错误实际上也是有益的。所以，其中，我的意思是，有一个项目我们实际上赢得了奖项。之前，我们曾与其他一些人一起研究这个偏微分方程问题。实际上，这又是一个爆破正则型问题。这个问题被认为非常困难。让·布尔甘，他是另一位菲尔兹奖得主，曾研究过这个问题的特殊情况，但他未能解决一般情况。我们研究这个问题两个月，以为我们解决了它。我们曾有一个漂亮的论证，认为一切都吻合，我们为此感到兴奋。我们正在计划庆祝活动。我们说，我们会聚在一起喝香槟或其他什么。然后我们开始撰写文稿。我们中的一位，实际上不是我，而是另一位合著者说，哦，在这个引理中，我们必须估算这个展开式中出现的这13项。我们估算了其中的12项，但在我们的笔记中，我找不到第13项的估算。有人能提供一下吗？我说，当然，我来看看。而实际上，是的，我们完全遗漏了这一项。结果发现，这一项比其他12项加起来还要糟糕。事实上，我们无法估计这个项。我们又尝试了几个月，尝试了所有不同的排列组合，但总有一个东西，有一个项，是我们无法控制的。
莱克斯: 所以这非常令人沮丧。
陶哲轩: 但由于我们已经为此投入了数月的心血，我们坚持了下来。我们尝试了越来越绝望和疯狂的方法。两年后，我们找到了一种方法，它虽然有些不同，但与我们最初的策略大相径庭，这种方法实际上没有产生那些问题项，并真正解决了问题。所以我们两年后解决了问题。但如果当初没有那个看似即将解决问题的虚假希望，我们可能在第二个月左右就放弃了，转而解决一个更容易的问题。如果我们知道会耗时两年，我不确定我们是否还会开始这个项目。有时，实际上拥有不正确的……这就像哥伦布试图了解地球大小测量值的错误版本。他以为他会找到一条通往印度的新贸易路线。或者至少，那是他在企划书中推销它的方式。我的意思是，他可能心知肚明，但……
莱克斯: 就心理层面而言，你是否也有那种最让你不堪重负的情绪或自我怀疑？你知道，因为这些事情，感觉数学是如此引人入胜，以至于当你全身心投入一个问题，结果却发现是错的时候，它能击垮你。你可能会开始……就像国际象棋也击垮了一些人一样。
陶哲轩: 是的。我认为不同的数学家对他们所做的事情有不同程度的情感投入。我的意思是，我认为对一些人来说，这只是一份工作。你知道，你遇到一个问题，如果解决不了，你就去研究下一个。
莱克斯: 是的。
陶哲轩: 所以，你总能转向下一个问题的事实，它减少了情感上的依恋。我的意思是，有些情况下，你知道，有些问题是我称之为“数学疾病”的，我们只是紧抓着那一个问题不放，耗费数年时间，只思考那一个问题。而且，你知道，可能他们的职业生涯因此受损，所以会有一个巨大的胜利。一旦我解决了这个问题，我就能弥补所有失去的机会。我的意思是，偶尔它会奏效，但我真的不建议那些没有足够毅力的人这样做。是的。所以我从未对任何一个问题投入过多的精力。
陶哲轩: 有一点有帮助的是，我们不需要提前预设我们的问题。嗯，当我们进行群体提案时，我们倾向于说我们将研究这一系列问题。即使我们不承诺，肯定在五年内，我将提供所有这些事情的证明，你知道，你承诺会取得一些进展或发现一些有趣的现象。也许你没有解决问题，但你找到了一些相关问题，并能就此提出新的见解。那是一个更可行的任务。
质数之谜：孪生素数与黎曼猜想
莱克斯: 但我确信对你来说，存在这样的问题。在数学史上最困难的问题上取得了巨大进展。那么，有没有一个问题让你魂牵梦萦？它萦绕在阴暗的角落，你知道的，孪生素数猜想、黎曼假设、哥德巴赫猜想。
陶哲轩: 孪生素数，再次，我是说，像黎曼假设这样的问题，它们都遥不可及。
莱克斯: 你是这么认为的吗？
陶哲轩: 是的。甚至没有可行的策略。即使我在这问题中用尽所有已知的技巧，也仍然无法让我做到。我认为这需要首先在数学的另一个领域取得突破。并且需要有人认识到将其引入到这个问题中将是有用的。
莱克斯: 所以我们也许应该稍微退一步，只谈谈质数。好的。因此它们常被称为数学的原子。你能谈谈这些原子所提供的结构吗？
陶哲轩: 自然数附带有两种基本运算：加法和乘法。因此如果你想生成自然数，你可以做两件事之一。你可以从1开始，不断地将1加到自身上，这样就能生成自然数。因此，从加法的角度来看，它们非常容易生成，一、二、三、四、五。或者你可以取质数，如果你想通过乘法生成，你可以取所有的质数，二、三、五、七，并将它们全部相乘。将它们组合起来，就能得到所有的自然数，可能除了一。
陶哲轩: 因此，有两种独立的思考自然数的方式，一种是从加法的角度，另一种是从乘法的角度。而分别来看，它们没那么困难。因此，任何只涉及加法的自然数问题都相对容易解决，任何只涉及乘法的问题也相对容易解决。但令人沮丧的是，当你将两者结合起来时，突然间你就得到了这种极其丰富…我的意思是，我们知道数论中有些命题实际上是同样不可判定的。某些多项式在某些数量的变量中存在，这在自然数域中是一个解。而答案取决于一个不可判定的命题，比如数学公理是否一致。但是，即使是最简单的问题，如果它们将乘性事物（例如质数）与加性事物（例如偏移2）结合起来，虽然我们分别对它们理解得很透彻，但如果你问，当质数偏移2时，你能否得到……你多常能得到另一个质数？将这两者关联起来一直异常困难。
莱克斯: 我们应该说，孪生素数猜想正是如此。它假定存在无限多对相差为2的质数。那么，有趣的是，您在推动该领域发展和回答这类复杂问题方面非常成功，就像您提到的格林-陶定理。它证明了质数中包含任意长度的等差数列。您能证明那样的事情真是令人难以置信。
陶哲轩: 对。是的，因此我们通过这类研究认识到，不同的模式具有不同程度的不可摧毁性。那么，使得孪生素数问题变得困难的是，如果你取世界上所有的素数，比如3、5、7、11等等，其中会有一些孪生素数，11和13就是一对孪生素数等等。但如果你愿意，你可以轻易地修改这些素数，以剔除这些孪生素数。孪生素数确实会出现，而且有无穷多个，但它们实际上相当稀疏。最初它们数量不少，但一旦达到百万、万亿级别，它们就变得越来越稀有。实际上，如果你能访问素数数据库，只需零星地删除一些素数，就能通过移除大约0.01%的素数，使孪生素数猜想不成立。只要挑选得当即可做到。
陶哲轩: 因此，你可以提供一个经过删改的素数数据库，它通过了素数的所有统计检验，例如，它遵循素数定理以及关于素数的其他性质，但却不再包含任何孪生素数。而这正是孪生素数猜想的一个真正障碍。这意味着任何旨在实际素数中找到孪生素数的证明策略，一旦应用于这些略经修改的素数，就必然会失败。因此，这必然是素数某个非常微妙、精细的特征，是无法仅仅通过整体统计分析获得的。
莱克斯: 好的，那排除了。
陶哲轩: 是的。另一方面，等差数列已证明稳健得多。比如你可以取质数，然后剔除其中99%的质数，实际上，你知道，你可以剔除任何你想要的99%。结果发现，以及我们证明的另一件事是，你仍然能得到等差数列。等差数列非常，你知道，它们就像蟑螂一样。
莱克斯: 任意长度的。
陶哲轩: 是的，是的。
莱克斯: 这太疯狂了。我的意思是，对于不了解的人来说，等差数列是一种数列，其中数字之间相差一个固定值。
陶哲轩: 是的，但这又像一种无限猴子现象。对于任何给定长度的集合，你都不会得到任意长度的数列。你只能得到相当短的数列。
莱克斯: 但你是在说双生质数不是一种无限猴子现象。我的意思是，它非常微妙，它仍然是一种无限猴子现象。
陶哲轩: 是的，如果质数确实是真正随机的，如果质数是由猴子生成的，那么是的，事实上，无限猴子定理就会……
莱克斯: 哦，但你是在说双生质数是，它不是，你不能使用相同的工具，就像它几乎不显得随机一样。
陶哲轩: 嗯，我们不知道。是的，我们相信质数的行为就像一个随机集合。因此我们关注双生质数猜想的原因，是一个测试案例，用以验证我们是否能真正自信地、以0%的错误率断言质数的行为就像一个随机集合。好的，我们所知的质数的随机版本包含孪生素数，至少有100%的概率，或者当你向外延伸得越来越远时，概率可能趋近于100%。是的，所以质数，我们相信它们是随机的。
陶哲轩: 算术级数之所以坚不可摧，是因为无论你的集合看起来是随机的还是有结构的，比如周期性的，在这两种情况下，算术级数都会出现，但原因不同。这基本上就是这些定理的证明方式，这类算术级数定理有很多证明，它们都是通过某种二分法证明的，其中你的集合要么是有结构的，要么是随机的，在这两种情况下，你都可以得出一些结论，然后将两者结合起来。但在孪生素数中，如果质数是随机的，那么你就很高兴，你就赢了。但如果你的质数是有结构的，它们可以以一种特定的方式构造，从而消除孪生素数。而且我们不能排除那种阴谋。
莱克斯: 然而，据我所知，你能够在K-元组版本上取得进展。
陶哲轩: 对，是的。那么，关于阴谋有一件有趣的事情是，任何一种阴谋论都很难被证伪。也就是说，如果你相信世界是由蜥蜴人控制的，然后有人说，这里有一些证据表明世界不是由蜥蜴人控制的，那么你会说，这些证据都是蜥蜴人安插的。你可能遇到过这种现象。比如，几乎没有办法彻底排除一个阴谋论。在数学中也是如此，一个阴谋论专门致力于消除孪生素数。你还必须渗透到数学的其他领域。但至少据我们所知，它能够保持一致。
陶哲轩: 但有一个奇怪的现象是，你可以让一个阴谋论排除其他阴谋论。所以，你知道，如果世界是由蜥蜴人控制的，那么它就不可能同时由外星人控制。没错。所以，一个不合理的事情是很难证伪的。但不止一个，有多种工具。所以，是的，例如，我们知道有无限多个素数，它们是……没有两个，它们是……所以，无限多对相差至多246的素数，实际上，就是那个结果。所以对……有一个界限。对。所以，有孪生素数，有一种叫做表兄弟素数的，它们相差四。有一种叫做性感素数的，它们相差六。
莱克斯: 什么是性感素数？
陶哲轩: 相差六的素数。这个名字远没有听起来那么令人兴奋。
莱克斯: 明白了。
陶哲轩: 所以你可以让一个阴谋论排除其中一个，但一旦你有50个这样的，结果是你无法一次性排除所有这些。不知何故，这在阴谋论领域需要太多的精力。
莱克斯: 你如何处理界限部分？对于数量无限的素数，你如何推导它们之间差值的界限？
陶哲轩: 所以它最终是基于所谓的鸽巢原理。所以鸽巢原理，它的表述是如果你有一些鸽子，并且它们都必须进入鸽巢，而且鸽子的数量多于鸽巢的数量，那么至少有一个鸽巢里必须有至少两只鸽子。所以必然会有两只鸽子彼此靠近。例如，如果你有100个数字，并且它们都介于1到1000之间，那么其中必有两个数字，它们之间的差值最大为10。因为你可以把从1到100的数字分成100个鸽笼。假设我们有101个数字。101个数字，那么其中两个的距离必然小于10，因为其中两个数字必然属于同一个鸽笼。所以这是数学中一个基本原理的基本特征。
陶哲轩: 所以它不能直接适用于素数，因为素数越往后越稀疏。素数的数量越来越少。但事实证明，有一种方法可以给数字分配权重。因此，有一些数字算是准素数，但它们并非除了自身和1之外没有任何因数。它们的因数很少。事实证明，我们对准素数的理解远超对素数的理解。于是，例如，长期以来人们就知道它们被视为准素数。这已经得到了解决。所以，准素数是我们大致了解的一类数。
陶哲轩: 因此，实际上你可以将注意力限定在准素数的一个合适集合上。而且，尽管素数总体上非常稀疏，但相对于准素数来说，它们实际上远不那么稀疏。你可以构建一个准素数集合，其中素数的密度大约为1%。这为你提供了通过应用某种原理来证明存在仅相差100的素数对的机会。但是为了证明孪生素数猜想，你需要将素数在准素数集合中的密度提高到50%的阈值。一旦达到50%，你就会得到孪生素数。但不幸的是，存在一些障碍。我们知道，无论你选择哪种好的殆素数集合，素数的密度永远不能超过50%。这被称为奇偶性障碍。
陶哲轩: 我很想找到……是的，我长期的梦想之一就是找到突破那个障碍的方法。因为它不仅会开启 TrinPrime 猜想，还会开启 Go-Back 猜想以及许多其他目前在数论中受阻的问题。因为我们目前的技术需要超越这个理论上的奇偶性障碍。这就像超越光速。
莱克斯: 是的，所以我们应该说 TrinPrime 猜想是数学史上最大的问题之一，Go-Back 猜想也是。它们感觉就像是隔壁邻居。有没有哪天你觉得你看到了方向？
陶哲轩: 哦，是啊。是啊，有时候你尝试一些事情，结果运行得超级顺利。你又会产生我们之前谈到的那种有条不紊的蹊跷感。当事情发展得过于顺利时，你会从经验中得知。是啊。因为总会有一些困难，是你或多或少必须面对的。我觉得我一个同事是这么说的，你知道，就像如果你在纽约街头，戴上眼罩，坐上一辆车，几个小时后，眼罩摘下，你已经在北京了。你知道，我的意思是，那无论如何都太容易了。比如，根本没有渡海。即使你不知道具体做了什么，你也会怀疑有些事情不对劲。
莱克斯: 但你是否还惦记着这个？你是否会时不时地回到质数问题上看看？
陶哲轩: 是的，当我无事可做时，这种情况越来越少，因为我这些天忙于太多事情。但是的，当我有空闲时间，而且对我的实际研究项目感到过于沮丧而无法工作，同时我也不想处理我的行政事务，或者不想为家人跑腿时，我就可以玩玩这些东西。为了好玩。而且通常一无所获。是的，你必须学会说，好吧，没关系。再次，什么都没有发生。我会继续前进。是的，非常偶尔地，我确实解决了这些问题中的一个。有时，正如你所说，你以为你解决了它，然后你可能为此感到满意15分钟，然后你又想，我应该检查一下，因为这太容易了，好得令人难以置信。
莱克斯: 通常确实如此。你的直觉告诉你这些问题何时能解决？何时达到最佳状态并回归？
陶哲轩: 我认为我们将持续获得更多局部结果。它确实需要至少一项。这个奇偶屏障是最大的剩余障碍。存在该猜想的更简单版本，我们正离解决它们越来越近。所以我认为，在10年内，我们将获得更多、更接近的结果。我们可能无法完全解决它。所以双生质数问题取得了一些进展。黎曼猜想，我一无所知。我认为这纯属偶然。
莱克斯: 所以黎曼猜想是关于质数分布的一种更普遍的猜想，对吗？
陶哲轩: 是的，它指出，如果从乘性角度来看，例如对于只涉及乘法不涉及加法的问题，质数的行为确实和你所期望的一样随机。概率论中有一种现象叫做平方根抵消，如果你想就某个问题对比如美国进行民意调查，而你只询问一两个选民，你可能就抽到了一个有偏差的样本，从而对总体平均值得到一个非常不精确的测量。但是如果你调查越来越多的人，准确性就会越来越高。准确性会随着你调查人数的平方根而提高。所以如果你调查一千人，你可以得到大约2-3%的误差范围。
陶哲轩: 同样地，如果你在某种乘性意义上测量质数，有一种你可以测量的特定统计量，它被称为黎曼ζ函数，它会上下波动。但从某种意义上说，随着你不断进行更多的平均，以及样本量越来越大，波动应该会像随机情况一样减小。而有一种非常精确的方法可以量化这一点，黎曼猜想正是以一种非常优雅的方式捕捉了这一点。
陶哲轩: 但正如数学中许多其他方面一样，我们几乎没有什么工具能证明某事物真正地表现出随机性。这实际上不仅仅是有点随机，它要求其行为像一个真正随机的集合一样随机，即这种平方根抵消。实际上，我们在这里知道，由于与奇偶性问题相关的一些因素，我们大多数人常用的技术都无法指望解决这个问题。证明必须以出人意料的方式出现。
莱克斯: 是的，但那究竟是什么，目前没有任何人提出认真的方案。
陶哲轩: 正如我所说，有各种方法，你可以稍微修改素数，然后你就可以“摧毁”黎曼猜想。所以它必须非常精妙。你不能应用具有巨大误差范围的方法。它必须勉强能用。并且有所有这些你必须非常巧妙地避开的陷阱。
莱克斯: 质数真是令人着迷。对你而言，质数最神秘之处是什么？
陶哲轩: 这是个好问题。根据猜想，我们对它们有一个很好的模型。我的意思是，正如我所说，它们有某些模式，例如质数通常是奇数。但除了这些明显的模式之外，它们的行为非常随机。并且只是假设它们行为...所以有一种被称为质数的克拉默随机模型。达到某个点之后，质数就表现得像一个随机集合。并且这个模型还有各种细微的修正。但这是一个非常好的模型。它与数值结果相符。它告诉我们该预测什么。比如，我可以完全确定地告诉你黎曼猜想是真的。随机模型给出了它是真的压倒性几率。我只是无法证明它。
陶哲轩: 我们大部分的数学都被优化用于解决那些包含模式的问题。而质数具有这种反模式，实际上几乎所有事物都是如此。但我们无法证明这一点。我想，质数的行为模式是随机的，这并非神秘，因为它们似乎没有任何理由拥有任何秘密模式。但真正神秘的是，究竟是什么机制真正促成了这种随机性的发生。而这一点恰恰缺失。
冰雹猜想：简单的规则，混沌的轨迹
莱克斯: 另一个极其令人惊讶的难题是科拉茨猜想。哦，是的。它表述简单，其简约性使其可视化时十分优美，但解决起来却异常困难，然而您却取得了进展。保罗·埃尔德什在谈到科拉茨猜想时曾说，数学可能还没有准备好解决这类问题。其他人曾表示，这是一个异常困难的问题，在2010年，这个问题被认为是完全超出现代数学的能力范围，然而您却取得了一些进展。为何它如此难以取得进展？你能实际解释一下它是什么吗？
陶哲轩: 所以这是一个你可以解释的问题。它可以通过一些视觉辅助来解释。但是的，所以你取任意一个自然数，比如13，然后对它应用以下程序。所以如果它是偶数，你就把它除以二。如果它是奇数，你就把它乘以三再加一。因此，偶数会变小，奇数会变大。所以13会变成40，因为13乘以3是39，加一，你就得到40。所以这是一个简单的过程。对于奇数和偶数来说，它们都是非常简单的运算。然后你把它们组合起来，它仍然相当简单。
陶哲轩: 但接着你会问，当你迭代它时会发生什么。你把你刚刚得到的输出再次输入进去。所以 13 变成 40。40 现在是偶数，除以二得到 20。20 仍然是偶数，除以二得到 10。5，然后 5 乘以 3 加 1 等于 16。然后是 8、4、2、1。然后从 1 开始，它变成 1、4、2、1、4、2、1。它永远循环。
陶哲轩: 因此，我刚才描述的序列，13、40、20、10等，也称为冰雹序列，因为有一个关于冰雹形成的过度简化模型，虽然不完全正确，但不知何故被教给高中生作为初步近似，即一小块冰核形成一个漂亮的晶体。它形成并被云层环绕。它因风而上下移动，有时在寒冷时会获得更多质量，也许还会稍微融化一点。这种上下移动的过程会产生这种部分融化的冰，最终形成冰雹。最终它会落到地面。因此这个猜想是，无论你从多高的数字开始，比如取一个数，它可能是数百万或数十亿，这个过程，如果你是奇数就上升，如果你是偶数就下降，它最终总会降到地面。
莱克斯: 无论你从这个非常简单的算法的哪里开始，你最终都会到达1。
陶哲轩: 你可能会攀升一段时间，然后下降。是的，如果你绘制这些序列的图，它们看起来像布朗运动。它们看起来像股票市场。它们只是以看似随机的模式上下波动。事实上，通常情况就是如此，如果你输入一个随机数，你实际上可以证明，至少在最初，它会看起来像一次随机游走。而那实际上是带有向下漂移的随机游走。这就像你总是在赌场玩轮盘赌，而赔率略微对你不利。所以有时你赢，有时你输。但从长远来看，你输的比赢的稍微多一点。所以通常来说，如果你一直玩下去，你的钱包就会归零。
莱克斯: 所以从统计学上讲，这是有道理的。
陶哲轩: 是的。所以我证明的结果，粗略地说，主张从统计学上来看，大约90%的所有输入会向下漂移到，也许不会一直到一，但会比你开始时小得多得多。这就像是我告诉你，如果你去赌场，大多数情况下，如果你玩得足够久，你钱包里的钱会比你开始时少。那就有点像我证明的结果。
莱克斯: 那么，为什么那个结果，比如说，你能沿着这个思路继续下去，以证明完整的猜想吗？
陶哲轩: 嗯，问题在于我使用了概率论中的论证，而且总存在这种异常事件。所以在概率论中，我们有大数定律，它会告诉你，如果你在赌场玩一个预期会输的游戏，随着时间的推移，你几乎可以肯定，或者说，以你希望的接近百分之百的概率，你肯定会输钱。但总有这种异常的离群值，比如，即使当游戏胜算不利于你时，在数学上仍然可能你只是赢的次数略多于输的次数。
陶哲轩: 这非常类似于纳维-斯托克斯方程中，你知道，大多数时候你的波可以分散。可能只有一个初始条件的离群选择会导致你“爆破”。也可能只有一个你代入的特殊数字的离群选择，它会趋向无穷大，而所有其他数字都趋于一。事实上，有一些数学家，例如亚历克斯·孔托罗维奇，他们提出实际上，这些科拉茨迭代就像这些元胞自动机。如果你观察它们在二进制中是如何呈现的，它们确实有点像生命游戏类型的模式。类比于生命游戏如何能够创造出这些巨大的、类似自我复制的物体等等，你可能可以创造出某种重于空气的飞行器，一个数字实际上编码了这台机器，而这台机器的任务就是创造一个更大版本的自身。
莱克斯: 一个编码在数字中并能永远飞行的重于空气的机器。
陶哲轩: 是的，康威实际上也研究过这个问题。
莱克斯: 哦，天哪。
陶哲轩: 事实上如此相似，那是我纳维-斯托克斯项目的一个灵感来源。康威研究了科拉茨问题的推广，在这些推广中，不再是乘以3加1或除以2，而是有更复杂的分支规则。但不再是只有2种情况，你可能有17种情况，然后数值会上下波动。他表明，一旦你的迭代足够复杂，你实际上可以编码图灵机，并使这些问题变得不可判定，以及做类似的事情。事实上，他为这类分数线性变换发明了一种编程语言。他将其命名为“弗拉克拉特”（FractRat），是对“Fortran”的文字游戏。他展示了即使在系统过于不完整的情况下，你也能进行编程。你可以编写一个程序，如果你插入的数字被编码为质数，它就会降至零。它会下降，否则就会上升，诸如此类。所以这类普遍问题的复杂程度，真的与所有数学一样。
P对NP问题与密码学的根基
莱克斯: 我们讨论过的细胞自动机的一些奥秘，需要一个数学框架来阐述关于细胞自动机的任何内容，也许在星系注入器中也需要同类型的框架。
陶哲轩: 是的，如果你想这样做，不是统计学意义上的，而是你真的想要所有输入地球的100%。所以，可行的可能是统计学上的99%，你知道的，趋于一。但就像所有事情一样，那看起来很难。
莱克斯: 在这些触手可及的著名问题中，你认为哪个是我们今天面临的最困难的问题？是黎曼假设吗？
陶哲轩: 黎曼（假设）名列其中。P对NP问题是个不错的选择，因为它是一个元问题。比如，如果你以肯定的方式解决它，也就是说能找到一个P对NP的算法，那么这可能也会解决许多其他问题。
莱克斯: 我们应该提一下我们一直在讨论的一些猜想。你知道，现在很多东西都建立在它们之上。会产生连锁反应。P对NP问题产生的连锁反应比基本上任何其他……
陶哲轩: 对。如果黎曼假设被证伪，那将对数论学家造成巨大的精神冲击，但它会给密码学带来后续影响。因为很多密码学都使用数论，使用涉及质数等等的数论构造。它非常依赖于数论学家多年来积累的直觉，即哪些涉及质数的运算表现出随机性，哪些不表现。特别是，加密方法旨在将含有信息的文本转变为与随机噪声无法区分的文本。因此，我们认为它几乎不可能被破解，至少在数学上是这样。但如果像黎曼猜想这样对我们信念至关重要的事物是错误的，这意味着存在我们尚未察觉的质数实际模式。如果存在一种，很可能存在更多。突然间，我们的许多密码系统都受到了质疑。
莱克斯: 嗯。但那样的话，你又如何去谈论质数呢？嗯。又在走向科莱克猜想了。因为你希望它是随机的，对吗？你希望它是随机地。
陶哲轩: 是的，从更广的范围看，我只是在寻找更多的工具，更多的方法来表明事物是随机的。你如何证明一个阴谋不会发生？对。
莱克斯: 在你看来，P等于NP有没有可能？有没有一些……你能想象一个可能的宇宙吗？
陶哲轩: 这是可能的。我的意思是，有各种情况。我的意思是，有一种情况是它在技术上是可行的，但实际上却永远无法实现。证据略微倾向于否定，即P可能不等于NP。
莱克斯: 我的意思是，这似乎是类似于黎曼猜想的那些情况之一。我认为证据非常倾向于否定。
陶哲-轩: 肯定更多地倾向于否定而非肯定。P等于NP问题有意思的一点在于，我们遇到的阻碍比几乎任何其他问题都要多得多。因此，尽管有证据，我们也有很多结果排除了许多种解决该问题的方法。这是计算机科学实际上非常擅长的一点。它实际上是指出了某些方法无法奏效。不可行定理。
莱克斯: 它可能是不可判定的。
陶哲轩: 我们不知道。
伟大、谦逊与展望 奖项、偶像与数学共同体
莱克斯: 我读到一个有趣的故事，说当您赢得菲尔兹奖时，网上有人写信给您，问您，既然赢得了这项享有盛誉的奖项，您接下来打算做什么？然后您只是很快地，非常谦逊地说，这枚光鲜的奖牌并不能解决我目前正在研究的任何问题。我将继续研究它们。首先，在我看来，您在这种情况下会回复一封电子邮件，这很有趣。其次，这仅仅展现了您的谦逊。不过话说回来，也许您可以谈谈菲尔兹奖，但这也是我询问格里戈里·佩雷尔曼的另一种方式。您如何看待他著名地拒绝了菲尔兹奖和千禧年大奖，后者还附带了100万美元的奖金？他说自己对金钱或名誉不感兴趣。对我来说，奖项完全不重要。如果证明是正确的，那么就不需要其他认可了。
陶哲轩: 是的，他有点特立独行，即使在那些倾向于持有某种理想主义观点的数学家中也是如此。我从未见过他。我想我有一天会很想见他，但我从未有过机会。我认识见过他的人，他对某些事情总是有着强烈的看法。他并不是完全与数学界隔绝。我的意思是，他会做讲座，写论文等等。但在某个时候，他就是决定不与社区的其他人打交道了。他心灰意冷了或者别的什么。我不知道。然后他决定隐退，到圣彼得堡采蘑菇或者别的什么。那没关系。你可以那样做。我的意思是，那是事情的另一面。我的意思是，我们解决的很多问题，其中一些确实有实际应用，那很棒。但如果你不再思考一个问题……所以他从那时起就没在这个领域发表过任何东西，但那没关系。还有很多很多人也这样做了。
陶哲轩: 是的，我猜最初获得菲尔兹奖时，我没有意识到的一点是，它某种程度上让你成为了建制派的一员。所以，你知道，大多数数学家，职业数学家，你只会专注于发表下一篇论文，或许争取晋升一级，启动一些项目，或者指导一些学生之类的。但突然间人们开始征求你对事情的看法，你不得不对那些你本以为没人会听而可能轻率说出的话多加考虑。现在更重要了。
莱克斯: 这对你来说是一种束缚吗？你还能继续享受乐趣，特立独行，尝试疯狂的事情，并玩转各种想法吗？
陶哲轩: 我现在的空闲时间比以前少了很多。我的意思是，这大多是出于我自己的选择。我的意思是，我总可以选择拒绝。所以我拒绝了很多事情。我可能会进一步拒绝，或者我的声誉会变得如此不可靠，以至于人们甚至不再询问。我喜欢这里不同的算法。这始终是一个选择。但是，你知道，有些事情是，我的意思是，我不会像博士后那样花那么多时间，你知道的，一次只专注于一个问题或随意尝试。我仍然会做一点。但是，是的，随着你职业生涯的进步，一些更软的技能……所以数学在某种程度上将所有技术技能都前置到了你职业生涯的早期阶段。所以，是的，作为博士后，作为“不发表即出局”的一员，你受到激励，基本上专注于证明非常技术性的定理来证明自己，以及定理的证明。但当你变得更资深时，你必须开始，你知道的，指导和进行面试，并努力塑造该领域的研究方向，同时，你知道的，有时你必须，你知道的，做一些事情的混合。
莱克斯: 这是一种正确的社会契约，因为你需要在一线工作，才能看到什么能帮助数学家。既定体制的另一方面，或者说真正积极的一面是，你得以成为一道光，为许多年轻数学家或仅仅对数学感兴趣的年轻人带来启发。
陶哲轩: 这就像是，人类思维就是这样运作的。
莱克斯: 在这一点上，我可能会说我喜欢菲尔兹奖，因为它在某种程度上确实激励了许多年轻人。我不，人类大脑就是这样运作的。同时，我也想向像格雷戈里安·佩雷尔曼这样的人致敬，在他看来，他对奖项持批评态度。那是他的原则，以及任何能够为了自己的原则去做大多数人做不到的事的人。这很令人钦佩。
陶哲轩: 某种程度的认可固然重要，但是，不让这些事情掌控你的生活，只顾着争取下一个大奖之类的，同样也很重要。我的意思是，是的，所以你会再次看到这些人只尝试解决真正重大的数学问题，而不去研究那些不那么引人注目，但实际上仍然有趣且富有启发性的事情。
陶哲轩: 正如你所说，就像人类思维的运作方式一样，当事物与人类关联起来时，我们能更好地理解它们。此外，如果他们依附于少数人，以我们人类思维的运作方式，我们能够理解10或20人之间的关系。但一旦你超过100人，就有一个限制。我想这有一个专有名词，超出这个范围，它就变成了“他者”。所以我们必须简化整个群体，你知道，99.9%的人类都变成了“他者”。而这些模式往往是不正确的，这会导致各种各样的问题。所以，是的，要将一个主题人性化，你知道，如果你确定少数人并说，这些人是该主题的代表人物，例如榜样，这确实有一定作用，但它也可能，是的，过多地这样做可能有害，因为，我首先要说的是，我自己的职业道路并非一个典型数学家的道路。非常加速的教育，我跳过了很多课程。我想我一直拥有非常幸运的指导机会，而且我认为我天时地利。仅仅因为某人没有我的发展路径，你知道，这并不意味着他们不能成为优秀的数学家。我的意思是，他们是风格迥异的数学家，我们需要风格不同的人。
陶哲轩: 你看，即使如此，有时人们也会过于关注在数学或其他领域完成项目而迈出最后一步的人，而这实际上耗费了数百年或数十年，投入了大量大量的前期工作。但如果你不是专家，这个故事就很难讲述，因为只说一个人完成了某件事会更容易，这会让历史变得简单得多。
莱克斯: 我认为总体而言，将史蒂夫·乔布斯视为苹果公司的代表来谈论，是一件极具积极意义的事情。我个人清楚，当然每个人也都知道，那些卓越的设计团队、卓越的工程团队，以及那些团队中的每一个个体——他们并非抽象的“团队”，而是团队中的一个个鲜活个体。那里汇聚了大量才智，但这仅仅是一个很好的简称，就像一个非常……就像苹果派。是的。史蒂夫·乔布斯。
陶哲轩: 是的。是的。是的。你看，作为一个起点，作为第一次近似，然后阅读一些传记，再进行更深入的初步探究。
莱克斯: 是的。没错。
回望安德鲁·怀尔斯与费马大定理
莱克斯: 您提到那时您在普林斯顿，安德鲁·怀尔斯也在那里。哦，是的。他是那里的教授。这是一个奇妙的时刻，历史就是如此环环相扣。当时，他宣布他证明了费马大定理。回顾当时，结合更多关于那个数学史时刻的背景信息，您有什么看法？
陶哲轩: 是的。我当时是一名研究生。我是说，我模糊记得，当时有媒体关注，我们都在同一个邮件收发室有信箱格，你知道，所以我们都会去取邮件，然后突然间，安德鲁·怀尔斯的信箱就爆满得溢出来了。
莱克斯: 那是个很好的衡量标准。
陶哲轩: 是的。你知道，所以是的，我们都在喝茶的时候谈论这件事等等。我是说，我们没能完全理解，我们大多数人只是某种程度上理解了那个证明。我们理解一些宏观细节。事实上，现在有一个正在进行的项目，旨在Lean中将其形式化。凯文·巴扎德实际上正在……
莱克斯: 是的。我们可以稍微离题一下吗？这有多难？因为据我所知，费马大定理的证明涉及极其复杂的客体。
陶哲轩: 是的。
莱克斯: 现在要将其形式化真的非常困难。
陶哲轩: 是的，我猜，是的，你说得对。他们使用的那些客体，是可以定义出来的。所以它们已经在 Lean 中被定义了。好的。因此，仅仅定义它们是什么是可以做到的。这确实绝非易事，但它已经完成了。但关于这些客体，有许多非常基本的事实，它们花费了几十年才得以证明，并且散布在所有这些不同的数学论文中。因此，其中许多也必须被形式化。事实上，凯文·巴扎德的目标是，他有一个为期五年的研究生（项目）来形式化费马大定理。他的目标是，他认为自己无法完全追溯到基本公理，但他希望将其形式化，使其只需要依赖那些到1980年时为当时的数论学家所知的、作为黑箱存在的事物。然后，需要由其他人或通过其他工作来在此基础上继续进行。
陶哲轩: 所以，这与我所习惯的数学领域不同。在我的领域——分析学中，我们研究的对象要基础得多。我研究的是质数、函数之类的东西，这些至少可以在高中数学教育的范围内进行定义。但数论还有非常高级的代数方面，人们已经在此构建结构很长一段时间了。这是一个非常坚固的结构。它一直非常……至少在基础层面，它发展得极其完善。有教科书等等。但它确实如此，如果你没有经过多年的学习，却想了解这座塔的第六层正在发生什么，你必须花费相当长的时间，才能让你开始看到并辨认出一些你熟悉的东西。
莱克斯: 他的旅程中有什么让你受到启发，这与我们谈论的相似。七年，大部分时间秘密工作。
陶哲轩: 是的。那是一种浪漫的……所以这与人们对数学家所抱有的浪漫形象不谋而合——如果他们真的会把数学家当回事的话，就会觉得他们是那种古怪的巫师或类似人物。所以这无疑凸显了那种观点。我的意思是，这是一项伟大的成就。他解决问题的方式与我自己的截然不同。这很棒。我的意思是，我们需要那样的人。
莱克斯: 你能谈谈吗？比如什么……比如在你喜欢协作的方面……
陶哲轩: 如果一个问题带来了太多困难，我喜欢不再纠缠。但你需要那些拥有坚韧不拔和无所畏惧精神的人。我曾与那样的人合作过，在那种情况下我想要放弃，因为我们尝试的第一种方法不起作用，而第二种也行不通。但他们坚信，并且他们的第三、第四乃至第五种方法最终奏效了。我得食言了。好的，我原以为这行不通，但事实证明你一直都是对的。
给年轻人的建议与人类的未来
莱克斯: 我们应该告诉那些不了解的人，你不仅以作品的卓越而闻名，还以令人难以置信的生产力而闻名，仅仅是论文的数量，而且这些论文都质量极高。所以，能够从一个主题跳到另一个主题，这确实值得称道。
陶哲轩: 是的，这对我来说很奏效。是的，我的意思是，也有一些人非常有生产力，而且他们会非常深入地专注于，是的。我认为每个人都必须找到自己的工作流程。在数学领域，有一件遗憾的事情是，我们教授数学存在一种一刀切的方法。而且，你知道，我们有特定的课程等等。我的意思是，你知道，也许如果你参加数学竞赛之类的活动，你会获得稍微不同的体验。但我认为很多人直到很晚，或者通常是太晚了，才找到他们本能的数学语言，结果他们停止了数学学习，并且与试图用他们不喜欢的方式教授数学的老师有过不愉快的经历。
陶哲轩: 我的理论是，人类并非天生就……进化并没有直接赋予我们大脑一个数学中心。我们有视觉中心、语言中心以及其他一些经过进化磨练的中心，但我们没有天生的数学感。但我们其他的中心已经足够复杂，以至于不同的人……我们可以重新利用我们大脑的其他区域来学习数学。因此，有些人已经学会了如何利用视觉中心来学习数学，所以他们在进行数学运算时会进行非常视觉化的思考。有些人则重新利用了他们的语言中心，他们以非常符号化的方式思考。有些人，如果他们好胜心很强并且喜欢玩游戏，他们大脑中有一部分非常擅长解决谜题和游戏，这部分也可以被重新利用。
陶哲轩: 但当我与其他数学家交流时，他们并非如此思考……我能看出他们使用的思维方式与我不同。并非完全分离，但他们可能更偏爱视觉（思维）。我其实并没有那么偏爱视觉（思维）。我自己也需要视觉辅助。数学提供了一种共同语言，所以即使我们的思维方式不同，我们仍然可以相互交流。
莱克斯: 但你可以看出，在思维过程中使用了一套不同的子系统。
陶哲轩: 他们采取不同的路径。对于我难以应对的事情，他们非常敏捷，反之亦然。然而他们仍然能达到相同的目标。是的，那真是太美妙了。是的，但我的意思是，我们的教育方式，除非你有一个个性化的导师或类似的东西，从技能培养的本质来看，教育必须是批量生产的。你懂的，你必须教30个孩子。你懂的，如果他们有30种不同的风格，你不能用30种不同的方式教学。
莱克斯: 关于这个话题，你会给那些在数学上遇到困难但对此感兴趣并希望提高的年轻学生什么建议？
陶哲轩: 在这种复杂的教育背景下，有什么建议吗？是的，这是一个棘手的问题。一个好消息是，现在课堂之外有许多数学拓展的资源。所以在我那个年代，就已经有数学竞赛了。你懂的，图书馆里也有一些流行数学书籍。但现在，你懂的，有YouTube，还有专门用于解决数学谜题的论坛。而且数学也出现在其他地方，你知道，比如，有一些爱好扑克者是出于消遣而玩牌的。他们，你知道，出于非常具体的原因，对非常具体的概率问题感兴趣。
莱克斯: 实际上，你知道，在扑克、国际象棋和棒球领域，都存在着业余概率论者的群体。
陶哲轩: 我的意思是，数学无处不在。实际上，我希望借助这些新型精益化工具等，我们能够让更广泛的公众参与到数学研究项目中来。比如说，这种情况目前几乎完全没有发生。所以在科学领域，公民科学仍有发展空间，例如天文学家，有能发现彗星的业余爱好者；还有生物学家，有能识别蝴蝶等等的人。而在数学领域，业余数学家可以参与的活动数量很少，比如发现新的素数等等。但以前，由于我们必须验证每一项贡献，所以像大多数数学研究项目一样，获得公众的参与并无帮助。事实上，这只会耗费时间，因为光是错误检查就需要耗费大量精力。但是，你知道，这些形式化项目的一个特点是它们正在汇集更多人，吸引更多人参与。所以我确信已经有高中生为其中一些形式化项目做出了贡献，他们也为Mathalib做出了贡献。你知道，你不必是博士学位持有者才能从事一项微小的任务。
莱克斯: 这里形式化的过程，作为第一步，也向编程社区开放。是的。那些已经熟悉编程的人。似乎编程在某种程度上——也许只是一种感觉——但对人们来说，它比数学更易于上手。数学被视为一个极其——尤其是现代数学——被视为一个极难进入的领域。而编程则不然，所以这可能只是一个切入点。
陶哲轩: 你可以相当快速地呈现出世界。如果编程几乎完全作为一门理论科目来教授，只教计算机科学、函数和例程等等的理论，那么除了某些非常专业的作业之外，你实际上不会在周末为了乐趣而编程。那就会被认为和数学一样难。所以，正如我所说，有一些非数学家的群体，他们为了某些非常特定的目的而运用数学，比如优化他们的扑克游戏。而对他们来说，数学就变得有趣了。
莱克斯: 你通常会给年轻人什么建议，关于如何选择职业，如何找到自我？
陶哲轩: 那是一个非常非常棘手的问题。如今这个世界上的确定性大大降低了。战后有一段时间，至少在西方，如果你来自一个好的社会阶层，就有一条非常稳定的道路，通往一份好的职业。你上大学，接受教育，选择一个职业，然后坚守它。这正变得越来越像过去的事情了。所以我认为你只需要适应性强和灵活变通。我认为人们必须掌握可迁移的技能。学习一种特定的编程语言或一个特定的数学分支或其他什么，这本身并不是一项超级可迁移的技能。但知道如何用抽象概念进行推理，或者在事情出错时如何解决问题，这些我认为是我们仍然需要的技能，即便我们的工具变得更好，而且你将与人工智能、体育等合作。
莱克斯: 但实际上，你是一个有趣的案例研究。我的意思是，你就像现存的伟大数学家之一，对吧？然后你有一套做事的方法，接着突然间你开始学习。我的意思是，首先，你不断学习新领域，而且你学习了精益思想。那可不是一件容易学的事情。对于很多人来说，这是一个极度令人不安的飞跃，对吗？很多数学家。
陶哲轩: 首先，我一直对进行数学研究的新方法很感兴趣。我觉得我们目前做事情的很多方式都效率低下。我的许多同事，我们花费大量时间进行非常例行的计算，或者做一些其他数学家会立即知道如何做但我们却不知道如何做的事情。为什么我们不能搜索并快速获得回应等等呢？所以这就是我一直对探索新工作流程感兴趣的原因。
陶哲轩: 大约四五年前，我是一个委员会的成员，我们需要征集在数学研究所举办有趣研讨会的想法。当时，彼得·舒尔策（Peter Schultze）刚刚将其一项新定理形式化，而且计算机辅助证明领域也有一些其他进展看起来非常有趣。我说，哦，我们应该就此举办一个研讨会。这是一个好主意。我对这个想法有点过于热情了，结果就被志愿去实际运行它。于是我便和凯文·比泽尔、乔丹·艾伦伯格以及其他一些人一起做了这件事。这次活动取得了不错的成功。我们汇集了一批数学家、计算机科学家及其他人员，并了解了最前沿的进展。这些进展非常有趣，而大多数数学家此前对此并不了解。有许多不错的概念验证，可以说，它们只是对未来即将发生的事情的一些预示。这正是在ChatGPT出现之前，但即便那时，也有一场关于语言模型及其未来潜在能力的讲座。这让我对这个课题感到兴奋。
陶哲轩: 所以我开始发表一些演讲，认为既然我组织了这次会议，我们（更多的人）就应该开始关注这个问题了。然后ChatGPT问世了，人工智能突然间无处不在。因此我经常就这个话题接受采访，特别是关于人工智能与存在性形式化证明之间的互动。我说，是的，它们应该结合起来。这将是完美的协同效应。后来我意识到，我必须言出必行，而不仅仅是纸上谈兵。我不从事机器学习，也不从事证明形式化。我不能仅仅依靠权威，说“哦，我是一个著名的数学家，请相信我说的这会改变数学”，而我自己却不亲自参与其中，这种做法是有限度的。所以我我觉得我必须亲自证明其合理性。实际上，我参与的很多事情，在得到建议时，我并没有完全预见到会投入多少时间。只有当我深入某个项目时，我才意识到，到那时，我已经全身心投入了。
莱克斯: 这确实非常令人钦佩，你愿意投身竞争，在某种程度上成为一名初学者，对吗？或者面临初学者会遇到的那种挑战，对吗？新概念，新思维方式。还有，你懂的，不擅长别人...我想在那次谈话中，你可能是一位菲尔兹奖得主数学家，而一个本科生却知道得更好。
陶哲轩: 是的，我认为数学本质上...我的意思是，如今数学领域如此庞大，没有人能掌握所有的现代数学。而且不可避免地，我们都会犯错。而且，你知道，你不能仅仅靠某种虚张声势来掩盖你的错误。我的意思是，因为人们会要求你提供证明，如果你没有证明，那你就没有证明。我喜欢数学。是的，所以它确实让我们保持诚实。我的意思是，你仍然可以...它不是一个完美的灵丹妙药，但我认为我们确实有更多的承认错误的文化，因为我们一直被迫这样做。
莱克斯: 一个宏大而荒谬的问题。再次为此抱歉。谁是有史以来最伟大的数学家？也许是一位已故的。候选人都有谁？欧拉、高斯、牛顿、拉马努金、希尔伯特。
陶哲轩: 所以，首先，如我之前所述，在一天之中存在时间依赖性。是的，如果你绘制随时间累积的图表，例如，欧几里得是主要影响力人物之一。接着也许是在那之前的某些无名、匿名的数学家，可以说，任何提出数字概念的人。
莱克斯: 今天的数学家是否仍然感受到希尔伯特的影响？仅仅是直接感受到20世纪所发生的一切吗？
陶哲轩: 是的，希尔伯特空间。当然，有许多事物以他命名。仅仅是数学的编排方式以及某些概念的引入。我的意思是，23个问题具有极其深远的影响。
莱克斯: 宣布哪些问题难以解决，即对开放性问题的阐述，具有某种奇特的力量。
陶哲轩: 是啊，我的意思是，这到处都是旁观者效应，对吧？如果没人说你应该做X，每个人就只是无所事事地转悠，等着别人去做点什么，然后什么事都做不成。实际上，在数学领域你必须教本科生的一件事就是，你总是应该尝试一下。所以你会看到本科生在尝试解决一道数学题时出现很多停滞不前的状况。如果他们认识到有某种可以应用的技巧，他们就会去尝试。但有些问题是，他们认为没有任何标准技巧显然适用。而普遍的反应就是束手无策。我不知道该怎么办。我记得《辛普森一家》里有句台词是，“我什么都没试过，而且我一点主意都没有了。”所以，你知道，下一步就是尝试任何东西，不管它有多蠢，事实上，几乎是越蠢越好。这是一种几乎注定会失败的技术，但它失败的方式将是富有启发性的。比如，它失败是因为你完全没有考虑到这个假设。哦，这个假设一定有用。那是个线索。
莱克斯: 我认为你还在某个地方提出过这种引人入胜的方法，它真的让我印象深刻。当他们使用它时，它真的有效。我认为你说过它被称为“结构化拖延”。不，是的。那就是当你真的不想做某件事时，却想象一件你更不想做的事。是的。这比那更糟。然后那样，你通过不做更糟的事情来拖延。
陶哲轩: 是的，是的。
莱克斯: 那是个不错的，是个不错的妙招。它确实有效。
陶哲轩: 是的，是的。我的意思是，对于任何事情，比如，心理学都非常重要。你和运动员，比如马拉松运动员等等交流时，他们会谈论最重要的是什么。是他们的训练方案还是饮食等等呢？实际上，其中很大一部分其实是心理学。你知道，只是诱使自己相信问题是可行的，这样你就有动力去做。
莱克斯: 我们的心智是否有什么永远无法理解的东西？
陶哲轩: 嗯，我某种程度上，就像我说的，一个数学家，我的意思是，你知道，这是通过归纳法。一定存在某个你无法理解的足够大的数字。那是第一个浮现在我脑海中的事情。
莱克斯: 那么，即使从广义上说，我们的心智是否有什么地方是受限的，即使借助数学也无法突破？
陶哲轩: 嗯，好吧。我的意思是，你愿意接受多少增强？比如说，如果我甚至没有笔和纸，如果我没有任何技术，好吧，所以我不允许使用黑板、笔和纸。你已经比通常情况下受到更多限制了。
莱克斯: 极其受限。
陶哲轩: 甚至语言，英语本身就是一种技术。它是一种已高度内在化的技术。
莱克斯: 所以你说得对，问题的表述方式确实是不正确的，因为实际上已经不再存在一个单独的人类个体了。我们已经通过极其复杂、精细的方式得到了增强，对吧？对，对，对。所以我们已经像是一种集体智能了。
陶哲轩: 是的，是的，是的。所以，复数意义上的人类，原则上在其表现良好时，拥有比所有个体人类总和多得多的智能。它也可能整体上更少。好的，但是，复数意义上的数学共同体是一个极其超级智能的实体，任何单个数学家都无法望其项背。你在这些问答和分析网站上能看到一些。比如有 Math Overflow，它是 Stack Overflow 的数学版。有时你会看到社区对非常困难的问题给出非常迅速的回复。实际上，作为一名专家，这令人赏心悦目。
莱克斯: 我是那个网站的忠实观众，只是为了见证那里不同人们的才华，他们知识的深度，以及他们愿意探究特定问题的严谨性和细微之处。看上去非常棒。很有趣。几乎就是一种纯粹的观看乐趣。
莱克斯: 对于我们正在进行的人类文明整体，是什么让你抱有希望？
陶哲轩: 我认为，是的，年轻一代总是充满创造力、热情和发明天赋。与年轻学生共事是件乐事。科学的进步告诉我们，过去非常困难的问题可能会变得微不足道。就像航行一样，仅仅知道你在地球上的位置曾是一个可怕的问题。人们因为无法航行而死亡或损失了财富。而我们口袋里有能自动为我们完成这一切的设备。这是一个完全解决的问题。所以现在对我们来说似乎不可行的事情，未来可能只是家庭作业练习。
莱克斯: 是的，我发现生命有限令人非常悲伤的一点是，我将无法看到我们作为一个文明所创造的所有酷炫事物，你知道吗？因为在未来100年、200年里，想象一下200年后出现的情景。
陶哲轩: 是的，嗯，已经发生了很多事情了，你知道吗？就像如果你能回到过去和青少年时期的自己对话，你明白我的意思吗？仅仅是互联网和我们的人工智能。我的意思是，它们正开始被内化。所以，是的，人工智能当然能理解我们的声音，并对任何问题给出合理的、你知道的、略带错误的答案。这在两年前都令人震惊。
莱克斯: 而在当下，在互联网上观看这些戏剧性的事情等很有趣，人们很快就将一切视为理所当然，然后我们人类似乎就用戏剧性的事件来娱乐自己。对于任何被创造出来的事物，总有人需要持一种观点，另一个人需要持相反观点，并互相争论。但是当你审视事物的发展轨迹时，我的意思是，仅仅是机器人技术的发展，退一步来看，就会觉得，哇，人类能够创造出这样的东西真是太美妙了。
陶哲轩: 是的，当基础设施和文化健康时，人类社群可以比其中的个体更加智慧、成熟和理性。
莱克斯: 嗯，我总能指望找到理性评论的地方就是你博客的评论区，我是它的忠实粉丝。那里有很多非常聪明的人。当然，也感谢您在博客上分享这些想法。今天您能抽出时间与我交流，我感到无比荣幸。我期待这一刻已经很久了。特里，我是您的忠实粉丝。您激励了我，也激励了数百万人。非常感谢您的交流。
陶哲轩: 哦，谢谢您。非常荣幸。
