科學(xué)史上有許多著名的兄弟,，比如發(fā)明飛機的萊特兄弟。來自廣東蕉嶺的丘成桐,、丘成棟兩兄弟,，一位是菲爾茲獎得主，一位是美國數(shù)學(xué)學(xué)會會士,，均蜚聲國際,。他們有著相似的經(jīng)歷，大學(xué)只讀了三年,，就赴美求學(xué),，兩三年時間即獲得博士學(xué)位，在美國名校任教多年,，如今又一同回到清華為中國培育年輕數(shù)學(xué)人才,。與哥哥丘成桐不同，小三歲的弟弟丘成棟更加內(nèi)斂,、寡言,，只有在談起自己的研究時,，才滔滔不絕,。
兒時，父親的教誨,，早已把愛國情懷深深耕植于丘成棟心中,。50歲時，丘成棟第一次回到父母的家鄉(xiāng)——廣東蕉嶺,，感受祖國的溫度,。60歲時，他加入清華大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)系，先后指導(dǎo)了60余名學(xué)生,，主持了10多項科研項目,，并于2022年獲評北京市優(yōu)秀教師。剛剛度過70歲生日的他,，立志繼續(xù)推動數(shù)學(xué)與生物學(xué)的結(jié)合,，為祖國再工作十年。
丘成棟教授參加2021數(shù)學(xué)科學(xué)系畢業(yè)典禮
數(shù)學(xué)與生物：交叉的樂趣
近年來,，病毒性傳染病頻發(fā),，如埃博拉出血熱、非典型肺炎,、新冠肺炎等,，給人類健康造成了巨大的威脅。生物學(xué)主要采用序列對比的方法,，往往受到算力限制,。如何用數(shù)學(xué)的方法，對病毒進(jìn)行快速,、科學(xué)的分類和溯源,，成為丘成棟最關(guān)心的問題之一。早在2004年,，他就開始了相關(guān)研究,。通過構(gòu)建基因組空間幾何結(jié)構(gòu)的方法，他先后在數(shù)學(xué)與生物學(xué)交叉領(lǐng)域取得一系列成果,。
病毒基因組空間中每個病毒科所構(gòu)成凸包的2D投影
丘成棟和團(tuán)隊采用12維自然向量（Natural Vector) 方法,，構(gòu)建病毒基因組數(shù)據(jù)庫, 存儲所有已知病毒基因組序列的自然向量，完成對病毒進(jìn)行任何分類等級上的比較,，極大地降低了算法的復(fù)雜度,；引入了一種新的數(shù)學(xué)上可以嚴(yán)格證明的Yau-Hausdorff距離，通過基因的二維圖形和蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)表示,，有效地完成不同物種的進(jìn)化分析,；通過自然向量形成的集合空間，即利用凸包方法（convex hull）分析基因組序列,，判斷進(jìn)化關(guān)系,。新冠疫情暴發(fā)后，他和團(tuán)隊將上述方法應(yīng)用于新冠病毒數(shù)據(jù)集中,，計算了新冠病毒的全基因組與蝙蝠冠狀病毒的自然度量值,，為尋找新冠病毒的起源作出了積極探索。
丘成棟認(rèn)為數(shù)學(xué)是一個重要的工具,，將基礎(chǔ)數(shù)學(xué)理論用于生物學(xué)研究,，可以發(fā)現(xiàn)更本質(zhì)的定理,，實現(xiàn)更大的突破。美國國防部高級研究計劃署曾經(jīng)提出21世紀(jì)23個待解決的數(shù)學(xué)問題,，其中關(guān)于生物數(shù)學(xué)有兩大問題,，即“建立基因空間，描述它的幾何特性”和“生物學(xué)的基本定律是什么”,。丘成棟提出的“自然向量法”“自然度量”“凸包原理”,，是離散數(shù)學(xué)研究中的一大飛躍，解答了上述問題,。
少時經(jīng)歷：愛上數(shù)學(xué)出于興趣
2019年丘成棟獲得ICCM陳省身獎
丘成棟回憶,，父親對每個孩子要求不一樣。他四歲起開始跟隨父親背古詩詞,、學(xué)習(xí)書法,。小學(xué)六年級，父親過世后,，家里陷入經(jīng)濟(jì)困頓,，全靠母親從事織毛衣等雜活兒維持生計，兄弟姐妹才得以繼續(xù)接受教育,。雖然已經(jīng)過去一個甲子,，談及早逝的父親、堅毅的母親,，這位70歲的老人一時哽咽,，眼眶濕紅，難掩思念之情,。
丘成棟中學(xué)時就讀于教會學(xué)?！獏f(xié)同中學(xué)。從那時起,，他開始對數(shù)學(xué)產(chǎn)生興趣,，覺得代數(shù)等科目“蠻有趣”。那時,，兄長丘成桐還在香港中文大學(xué)讀書,，每每遇到數(shù)學(xué)問題，他經(jīng)常與兄長討論,，還會按照兄長的建議,，選擇性地閱讀一些數(shù)學(xué)書籍。對數(shù)學(xué)感興趣的他,，最終如愿考上香港中文大學(xué)數(shù)學(xué)系,。在兄長的鼓勵下,，大三還沒拿到學(xué)士學(xué)位,，他就奔赴美國紐約石溪大學(xué)深造,。起初，他背負(fù)著巨大壓力,，感覺毫無退路,。直到第一年考試考了第一，超過同期美國學(xué)生,，這才松了口氣,。到了第二年年底，他就完成了博士論文,，花了三年時間獲得了博士學(xué)位,。
2011年，丘成棟決定回到清華,。彼時,，他在伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校擔(dān)任杰出大學(xué)教授，職位在大學(xué)中最高,。然而,，對于回國這一決定，他沒有一絲后悔,。多年來,，他反復(fù)吟誦父親留下的愛國詩詞，它們催促著他要為國家做點事情,。加入清華后,，他專心帶學(xué)生、做研究,，培養(yǎng)了60余名學(xué)生,，做出了一系列科研成果。在他看來,，清華數(shù)學(xué)科學(xué)系日新月異,，數(shù)學(xué)中心不斷引進(jìn)一流人才，清華數(shù)學(xué)國際影響力顯著提高,，未來幾年就能夠躋身國際一流,。
他鄉(xiāng)生白發(fā)，歸國見故鄉(xiāng)
兄長丘成桐以刻苦著稱,，丘成棟也不遑多讓,。28歲時，在哈佛期間,，丘成棟就完成了復(fù)幾何中Kohn-Rossi猜想的證明,，解決了復(fù)幾何的complex plateau問題。30歲前后,，他解決了一系列重要問題,，包括證明了代數(shù)幾何領(lǐng)域Mather-Yau定理,，引入Yau代數(shù)等等。上世紀(jì)60年代,，他與兄長合作,，完全解決了非線性濾波的中心問題，對現(xiàn)代工業(yè)乃至國防工業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,。
回國后,，他先后主持10多項科研項目。在基礎(chǔ)數(shù)學(xué)方面,，利用奇點理論證明了CR流形之間的CR同態(tài)的剛性,，證明了可嵌入的CR流形的非常值自同態(tài)必為自同構(gòu)，并利用Kohn-Rossi上同調(diào)給出CR同態(tài)存在性的一個判別準(zhǔn)則,；與合作者在定義方程的度數(shù)足夠大的情況下證明了Halperin猜想和Wahl猜想,。在控制與非線性濾波理論方面，深入研究了非最大秩情形的有限維估計代數(shù)問題,，解決了有限維估計代數(shù)的分類,、新型有限維濾波器的構(gòu)造等重要公開問題；將Yau-Yau（與兄長合作的工作）算法推廣到了一般的時變?yōu)V波系統(tǒng),，并結(jié)合本征正交分解等方法,，實現(xiàn)了中低維度非線性濾波問題的實時求解；改進(jìn)了卡勒曼線性化技巧,，得到了穩(wěn)定有效的次最優(yōu)濾波算法,；設(shè)計出基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高維濾波算法，有效解決了高維濾波問題,。在生物信息方向,，提出了基于全基因組的非比對快速序列表示法：對海洋微生物基因組進(jìn)行了分類預(yù)測與進(jìn)化分析。近期,，他正在搭建北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院的研究團(tuán)隊,，希望利用凸包方法，計算潛在病毒蛋白質(zhì)序列,，為國家節(jié)省相關(guān)研究費用,。
數(shù)學(xué)科學(xué)系生物信息學(xué)交叉團(tuán)隊合影
如今，丘成棟已經(jīng)在清華度過了十余個年頭,。他十分感謝清華大學(xué)以及清華數(shù)學(xué)科學(xué)系全方位的支持,，讓他得以帶領(lǐng)最好的學(xué)生，專注于教學(xué)科研工作,。今年退休時,，他將自己參與創(chuàng)辦、主編的期刊《代數(shù)幾何雜志》（Journal of Algebraic Geometry）無償捐贈給清華大學(xué),，并表示可以一直參與期刊的一些工作,。他希望未來這本刊物發(fā)展成為代數(shù)幾何領(lǐng)域的頂級刊物,，引領(lǐng)國際代數(shù)幾何的發(fā)展方向，擴大清華數(shù)學(xué)學(xué)科的影響力,。
他鄉(xiāng)生白發(fā)，歸國見故鄉(xiāng),。剛度過70歲生日的丘成棟,，立志再工作十年，以幾何視角,、數(shù)學(xué)工具,，參透基因的奧秘。
（清華新聞網(wǎng)11月17日電）
供稿：數(shù)學(xué)科學(xué)中心
編輯：李華山
審核：呂婷
