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女性科學家專欄 #016

瑪麗安·米爾札哈尼

在畫布上探索宇宙幾何,首位榮獲費茲獎的女性數學天才

2014 年,在韓國首爾舉辦的國際數學家大會上,歷史被改寫了。來自伊朗的瑪麗安·米爾札哈尼(Maryam Mirzakhani,1977-2017)成為了自 1936 年設立以來,第一位榮獲「數學界諾貝爾獎」——費茲獎(Fields Medal)的女性。這不僅是女性在最高學術殿堂的重大突破,更是對她那深邃且極具原創性數學思想的最高肯定。

然而,這位名留青史的數學天才,童年時期的夢想其實是成為一名作家。在兩伊戰爭的陰影下長大的她,最喜歡做的事就是跑到書店買各種小說,沉浸在文字的世界裡。直到有一天,她的哥哥回家告訴她一個關於德國數學家高斯(Gauss)童年時如何快速算出 1 加到 100 的故事。那個巧妙的解題思路,宛如一道閃電,第一次讓瑪麗安感受到數學那種「純粹的優雅與美麗」。

打破伊朗的性別天花板:從落後到奧林匹亞滿分

瑪麗安的數學之路並非一開始就順遂。在國中第一年,她的數學成績甚至被老師評為「表現平平」,這讓她一度失去了信心。幸好,在升上高中後,她遇到了一位充滿熱忱的老師,以及她一生的摯友——後來也成為傑出數學家的羅雅·貝赫什提(Roya Beheshti)。

當時的伊朗,國際數學奧林匹亞競賽的培訓班只招收男學生。瑪麗安與羅雅不甘示弱,她們直接跑去敲校長辦公室的門,要求學校為女學生提供與男校同等難度的解題訓練。校長被這兩個女孩的決心打動,破例答應了她們的請求。幾年後,瑪麗安不僅成為伊朗首位入選奧林匹亞國家隊的女學生,更在 1994 年與 1995 年連續奪得金牌,其中 1995 年更是以驚人的「滿分」傲視全球群雄。

瑪麗安·米爾札哈尼肖像
她習慣將巨大的紙張鋪在地板上,用塗鴉的方式來思考極度抽象的數學問題,她的女兒常笑稱媽媽在「畫畫」。

在地板上「畫」出黎曼曲面的奧秘

進入哈佛大學攻讀博士後,瑪麗安的研究領域轉向了極度抽象的「黎曼曲面(Riemann surfaces)」及其「模空間(Moduli spaces)」。這些概念難以用三維空間的直覺來想像,但瑪麗安有著獨特的工作方式:她喜歡把巨大的畫布或羊皮紙鋪在辦公室或家裡的地板上,然後整個人趴在上面,畫出無數看似雜亂無章的曲線、圓圈與幾何圖形。

她的年幼女兒安娜希塔(Anahita)常常看著滿地寫滿奇異符號的紙張,天真地以為媽媽是一位「畫家」。透過這些塗鴉,瑪麗安在腦海中建構出多維空間的形狀。在她的博士論文中,她解決了一個困擾數學界數十年的難題:如何計算在具有多個孔洞的曲面上,閉合測地線(類似於在曲面上拉緊的橡皮筋)的數量規律。這項研究甚至意外地與物理學家愛德華·威滕(Edward Witten)提出的弦理論猜想產生了深刻的連結。

魔法棒與撞球桌:短暫卻璀璨的傳奇

瑪麗安曾形容自己是一位「慢」數學家。她不追求快速發表論文,而是喜歡像在叢林中探險一樣,花上數年時間深入咀嚼一個問題。後來,她與另一位數學家阿列克斯·埃斯金(Alex Eskin)合作,發表了一篇長達 172 頁的史詩級論文,解決了著名的「撞球問題」(探討撞球在多邊形桌面上無限反彈的軌跡規律),這項成果被數學界驚嘆為「魔法棒定理」(Magic Wand Theorem)。

令人惋惜的是,這位正處於學術巔峰的數學天才,於 2017 年因乳癌英年早逝,享年僅 40 歲。雖然她的生命短暫,但她所留下的數學遺產,以及她作為首位女性費茲獎得主所打破的玻璃天花板,將永遠激勵著全世界無數熱愛科學的年輕女孩。正如她生前所言:「數學之美,只會向那些有耐心的追隨者展現。」

「我不認為每個人都應該成為數學家,但我相信許多人如果能給數學一個機會,他們會發現數學的樂趣。做數學就像是在沒有路標的叢林裡健行,你需要發揮所有的創意來尋找新出路。」 —— 瑪麗安·米爾札哈尼
深入了解瑪麗安·米爾札哈尼
Q:什麼是「費茲獎(Fields Medal)」?
A:諾貝爾獎並沒有設立數學獎項,因此「費茲獎」被公認為數學界的最高榮譽。它每四年頒發一次,且得主必須在當年未滿 40 歲,旨在表彰具有卓越貢獻且未來潛力無窮的年輕數學家。瑪麗安在 2014 年獲獎,是該獎項設立近 80 年來首位獲獎的女性。
Q:她的研究「黎曼曲面」到底是什麼?
A:簡單來說,黎曼曲面是一種允許我們用複數(包含虛數)來進行微積分的幾何表面。你可以把它想像成甜甜圈的表面,但它可能有多個孔洞(稱為虧格)。瑪麗安的研究就是在探討這些複雜曲面的形狀、變形規律以及在上面移動的軌跡。
Q:她對未來的女性科學家有什麼影響?
A:她的獲獎打破了長期以來「女性不擅長頂尖數學」的刻板印象。為了紀念她,國際數學界將她的生日(5月12日)定為「慶祝女性在數學領域的成就日」(Women in Mathematics Day),每年全球都會舉辦活動,鼓勵更多女性投入 STEM 領域。