人民網
人民網>>上海頻道

大江東丨走近科學大咖⑥“小波之母”多貝西:數學的終極浪漫,是美得有用

大江東-復旦融媒體創新工作室
2026年11月09日11:37 | 來源:人民日報客戶端
訂閱已訂閱已收藏收藏小字號

“完全是巨大的驚喜!看到自己與其他很棒的科學家們同列獲獎名單,真是歡喜又意外!”

2026世界頂尖科學家論壇,將千萬元獎金的“智能科學或數學獎”單獨授予了數學家英格麗·多貝西,她是現代實用小波的奠基人,國際數學聯盟首位女性主席,也是沃爾夫數學獎第一位女性得主。

英格麗·多貝西。金立旺攝

在復旦大學報告廳旁的休息室,我們見到了前來做講座的多貝西。這位笑容溫和的世界級科學家見我們好奇打量她胸前的項鏈,便摘下讓我們細瞧。吊墜是由五個四面體螺旋嵌套而成的十二面體,在古銅色澤之下,棱角分明又不失圓潤。

“它是用3D打印技術和失蠟鑄造工藝制成的,”多貝西說,“3D打印技術在我小時候還聞所未聞,但幾千年前中國工匠就能熟練應用失蠟法鑄造了。我喜歡這個吊墜,因為它讓我把前沿科技和古老文明一起戴在了身上。”

多貝西不願把數學之美鎖在講義與論文中,而是希望這份美感,如同這件首飾一樣,走入普通人的日常生活。

以工程師思維,拓展數學應用邊界

今天幾乎人人都在享受“小波(wavelet)”技術帶來的便利——以“.jp2”為擴展名的圖片格式就建立在這套理論之上,但真正了解“小波”的人並不多。

多貝西有個通俗的解釋:小波就像是變焦放大鏡,廣角看清圖像全貌,特寫捕捉邊緣與紋路。通過小波技術壓縮圖片,可以舍棄畫面大面積重復信息,保留各種充滿差異的微小細節,既節省存儲空間,又提高傳輸效率。

小波的故事,要從一百多年前說起。

1909年,匈牙利數學家哈爾提出最早的小波,波形如同陡然起落的台階,簡潔卻生硬。用它解析信號,好比一把刻度粗糙的尺子,只能看清大致變化,難以分辯細膩起伏。

此后法國數學家梅耶爾取得重要突破。他設計出更加平滑的小波,能夠精細解析圖像線條紋理,不同層級分析結果互不干擾。不過,這種小波還有一個麻煩:波形會向兩端無限延展,這對需要大批量快速運算的計算機而言,實用性大打折扣。

能不能造出一種小波,既能看清細節,又把計算范圍限制在有限區間?多貝西找到了答案。

1987年初,在紐約大學庫朗研究所訪學期間,她成功構造新型小波,同時具備數學上的正交性、光滑性和緊支性三大特質。波形足夠平滑,信息分層清楚,更重要的是,超出特定區間,數值便直接歸零。

多貝西的突破,為小波走向實際應用打開大門。

在那篇奠定學術地位的經典論文中,除了嚴謹的數學証明,她還附上大量圖表和具體計算數據,方便工程師直接照著操作。“工程師未必會讀完復雜的數學証明,但需要拿來就能應用的工具。”多貝西說。

小波理論誕生之際,全球信息產業正蓬勃興起。數字圖像、通信和數據處理需求爆發,這項源於純粹數學探索的成果,很快找到廣闊的應用場景。

1992年,多貝西與合作者構造出CDF雙正交小波,成為JPEG 2000圖像壓縮標准的核心數學基礎。雖然普通手機仍在使用傳統的JPEG格式,但JPEG2000深刻改變了影院數字放映和醫學影像領域。

小波的用途遠不止圖片壓縮。借助多尺度分析,研究人員可以從復雜圖像中提取肉眼不易察覺的特征,為指紋比對、刑偵物証和藝術品真偽鑒別提供輔助依據。抽象的數學理論,跨界走進許多看似無關的領域。

有趣的是,這些現實應用並非多貝西最初的研究目標。她說,“我們當時想法很簡單:這太酷了!一起做點酷炫的事情吧!”

遞給學生一把走進數學世界的“鑰匙”

美國杜克大學教授莉蓮·皮爾斯,早年在普林斯頓讀本科,常在空蕩蕩的機房裡寫論文。有一天卻被管理員告知,這裡是研究生專用機房。年輕的皮爾斯不知所措,僵在原地。

這時,身后有人說:“給她一把鑰匙!”出言相助的,正是當時在普林斯頓任教的多貝西。

還有一次,一名博士生即將論文答辯,導師因飛機延誤無法到場,答辯委員會湊不齊人便無法進行。這名學生隻好到休息室碰運氣,看能不能找到一位能替代的教授。不一會兒,他帶著滿臉笑容的多貝西回來參加他的答辯……

這是倪憶記憶中的多貝西教授,他曾在普林斯頓留學。

善待年輕人,尤其扶持女性科研后輩,一直是多貝西的本色。她說,“我是很多數學獎項的第一位女性獲得者,比起自己獲獎,我更想看到第二位、第三位……前不久,我見到王虹,她是第三位女性菲爾茲獎得主,我很開心。”

英格麗·多貝西在女科學家大會上發表主旨演講。孔陳杰攝

不僅為女性數學科研工作者鼓勁,多貝西還為她們提供實實在在的幫扶。

2011年至2014年,在擔任國際數學聯盟主席期間,她大力推動數學教育機會平等,重點關照發展中國家的青年女數學家成長。

2014年,劍橋大學想把多貝西挖走,請她擔任盧卡斯數學教授,那曾是牛頓、狄拉克、霍金擔任過的職務,如果入職,她將成為這一教席自1663年創立以來的第一位女性教授。為了留住多貝西,杜克大學開出豐厚條件,其中一條承諾,便是推動數學系女性教授佔比提高到30%。多貝西留了下來。

每當有人稱頌多貝西對新生代數學家的付出,她總說,“我沒做什麼,只是在有精力有資源的時候,提供一點微不足道的幫助。”

此次獲獎,多貝西開心的理由很多。“說真的,我很需要這筆頂科獎金,”多貝西盤算好了,比如為發展中國家設立數學研究生資助金﹔還有一個幫扶女大學生的暑期學校項目,過去是由政府出資,但如今經費中斷,舉步維艱,她希望用獎金把項目辦下去。

數學之美,美在交融和合

四十多歲時,多貝西確診慢性抑郁症,園藝和數學是她走出低谷的療愈方式。“很遺憾,種花這件事我沒有天賦,一次次失敗,就像做數學研究。但挫敗沒有讓我沮喪,反而治愈了我。園藝和數學,都是如此美麗。”多貝西感慨。

數學之美需要共賞,數學的園地,也需要共同栽培。

每個周六,在她家種滿黑莓、三葉草和鳶尾花的庭院,多貝西常和研究生們聚在一起切磋廚藝。來自世界各地不同文化背景的學生,分享家鄉食譜,學習烹飪技巧,在煙火氣中彼此交流。“我希望搭建人與人聯結的社群,而不只是純粹的智力思辯。心態越放鬆,思想交流就越順暢。”多貝西說。

1996 年起,多貝西就給普林斯頓非數學專業本科生開設《讓數學活起來!》課程,借助豐富的現實案例,帶領學生感受數學推理的力量,廣受追捧﹔任職杜克大學后,又開設同類課程《無處不在的數學》,依舊座無虛席。

對有志於投身理工科的年輕人,多貝西建議:“要有遠大志向,不要自我設限,貶低自己﹔高中階段盡量多修數學與科學﹔進入大學與科研環境,主動尋找志同道合的同伴。”

多貝西本科主修物理,並非數學科班出身,這也造就了她開闊的研究視野。她的中國學生、醫學博士吳浩榳向她發出跨界合作請求,她毫不猶豫接受了。吳浩榳採用數學方法解析醫療數據,成果豐碩,如今已是杜克大學數學系教授。

多貝西眼中,理想的學術合作,本該是一加一大於二。幾個人協作推進不同課題,產出多篇成果,其整體價值遠超一個人單打獨斗完成一篇論文。

“很抱歉,我至今隻會用中文說‘你好’,請相信我,明年我會努力學說更多的中文”。多貝西第一次到訪中國,是上世紀九十年代,南開大學邀請她開設暑期課程,之后多次來華交流。“中國數學水平很高,有很多很棒的大學。我期待科研合作能超越利益與國籍,從事數學是人的天性。”她說。

在頂科論壇開幕日前三天,她輾轉上海五所高校分享數學人生,用行動踐行對國際數學合作的信念。

英格麗·多貝西獲“2026年世界頂尖科學家獎”后接受媒體採訪。鄧建國攝

“合作、交流、信任,是我們在數學世界共同相處的前提,數學應該是所有人的。”訪談中,多貝西張開雙臂,懇切呼吁。

偶爾,她在日常生活認出小波,會非常開心。據媒體報道,有一次多貝西和丈夫觀看英超比賽。丈夫看得入神,她卻突然驚呼:“哇!他們用的是小波!”原來,她從電視裡草坪畫面的像素痕跡,認出了自己研究的小波。丈夫無奈回應道:“是,是,可這會兒誰在乎草坪啊!”

在頂科論壇,她對我們說:“我從不把小波視作我的個人所有。我為人類所成就的一切感到自豪,人類的獨創性與創造力,正是我生活的動力。”

從一組坐標系中的波紋開始,多貝西完成了圖像壓縮,卻延展出一個更廣闊的世界——讓普通民眾,在無聲之間,擁抱獨特的數學之美。

統籌:吳焰 李泓冰 伍靜

記者:曹玲娟

實習生:孔陳杰 劉圓圓 季江睿

學術指導:復旦大學新聞學院教師鄧建國

出品:大江東-復旦融媒體創新工作室

(責編:沐一帆、軒召強)

分享讓更多人看到

返回頂部