林家翹：大師之憂

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林家翹,，1916年7月7日生于北京。1937年畢業(yè)于清華大學(xué)物理系,，隨即留校擔(dān)任助教,。1940年赴加拿大多倫多大學(xué)深造,，1941年獲多倫多大學(xué)碩士學(xué)位，1944年獲美國加州理工學(xué)院博士學(xué)位,。從1947年起,，歷任麻省理工學(xué)院副教授、數(shù)學(xué)教授,、學(xué)院教授、榮譽(yù)退休教授,。自1951年起成為美國國家藝術(shù)和科學(xué)院院士,，1962年起成為美國國家科學(xué)院院士。1994年當(dāng)選為中國科學(xué)院外籍院士,。

　　林家翹教授是國際公認(rèn)的力學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)權(quán)威,。從上世紀(jì)40年代開始，他在流體力學(xué)的流動(dòng)穩(wěn)定性和湍流理論方面的工作帶動(dòng)了一代人的研究和探索,。他發(fā)展了平行流動(dòng)穩(wěn)定性理論,，所得結(jié)果為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。他和馮·卡門一起提出了各向同性湍流的湍譜理論,，發(fā)展了馮·卡門的相似性理論,，成為早期湍流統(tǒng)計(jì)理論的主要學(xué)派。從60年代起,，他進(jìn)入天體物理的研究領(lǐng)域,，創(chuàng)立了星系螺旋結(jié)構(gòu)的密度波理論，克服了困擾天文界數(shù)十年的“纏卷疑難”,，并進(jìn)而發(fā)展了星系旋臂長期維持的動(dòng)力學(xué)理論,。在應(yīng)用數(shù)學(xué)方面，他發(fā)展了解析特征線法和WKBJ方法,，是當(dāng)代應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)派的領(lǐng)路人,。

　　林家翹自1972年以來曾多次回國作學(xué)術(shù)訪問，邀請(qǐng)眾多美國知名專家來華講學(xué),，接受多位學(xué)者去美國麻省理工學(xué)院深造,，為國內(nèi)培養(yǎng)了一批有造詣的學(xué)者，推動(dòng)了應(yīng)用數(shù)學(xué)與流體力學(xué)的許多新領(lǐng)域在中國的發(fā)展,。2002年8月回國定居清華大學(xué),。

　　這是一張珍貴的照片。1947年2月3日,，以美國航空事業(yè)奠基人馮·卡門(一排左七)為核心的美國國家航空顧問委員會(huì)委員群英匯聚,。其中共有3位中國學(xué)者：錢學(xué)森(一排左三)，林家翹(二排左一),，郭永懷(三排左二),。
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　　“自然界的事物基本上都很簡單，所有的基礎(chǔ)原理及主要問題都可以用數(shù)學(xué)方式表達(dá),，這是應(yīng)用數(shù)學(xué)家的一個(gè)信仰�,！边@句話出自應(yīng)用數(shù)學(xué)大師林家翹的一次演講。

　　他歸國八年以來絕少面對(duì)媒體,，但幾乎每一次出現(xiàn)在鏡頭前他都會(huì)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)——應(yīng)用數(shù)學(xué)的意義在于揭示自然界和社會(huì)實(shí)際問題的規(guī)律，在中國,，它應(yīng)該成為一門與純數(shù)學(xué)有重大區(qū)別的獨(dú)立學(xué)科,，有自己研究問題的態(tài)度和模式,，有自己的教育理念和方法。但國內(nèi)的應(yīng)用數(shù)學(xué)現(xiàn)狀堪憂,。

　　林家翹2002年回到清華，成為繼楊振寧之后第二位受邀回國的世界級(jí)學(xué)者,。他主持建立了清華周培源應(yīng)用數(shù)學(xué)中心,，并致力于以應(yīng)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行生物學(xué)研究。目前，他已經(jīng)大致完成了對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)問題,，細(xì)胞凋亡問題的研究論文,，正在醞釀發(fā)表。在國內(nèi),，這些領(lǐng)域很少有人涉及,。

　　這位94歲的學(xué)者正用行動(dòng)表明：他歸國的實(shí)際意義大于象征意義。

　　馮·卡門把他帶到應(yīng)用數(shù)學(xué)研究前沿

　　林家翹先生稱自己為“老清華人”。以上個(gè)世紀(jì)四十年代“西南聯(lián)大”成立為分界線,，1933年考入清華物理系的林家翹確實(shí)算是“老清華”的學(xué)生,。

　　1939年,，林家翹考取“庚子賠款”公費(fèi)留學(xué)生資格,，赴英國留學(xué)。當(dāng)時(shí)抗日戰(zhàn)爭已經(jīng)爆發(fā),，一行人途經(jīng)日本時(shí)受阻，不得不折返回昆明,。在清華大學(xué)物理系教授,、恩師周培源的幫助和聯(lián)系下，林家翹1940年改派加拿大,，在多倫多拿到碩士學(xué)位之后,，轉(zhuǎn)赴美國。加州理工大學(xué)成了他最后的落腳點(diǎn),。

　　當(dāng)時(shí),，歐戰(zhàn)已經(jīng)爆發(fā)，英國也成為主要戰(zhàn)場,。回憶這段曲折的出國經(jīng)歷,，林先生說,，“1940年去加拿大后去美國，反而避開了歐戰(zhàn),，這可以說是不幸中的大幸,。”對(duì)于一個(gè)一心要進(jìn)行科學(xué)研究的年輕人而言,，有一個(gè)能擺得下書桌的環(huán)境大概是最大的欣慰,。在加州理工，林家翹遇到了他的博士生導(dǎo)師,、世界導(dǎo)彈之父馮·卡門,，這位大師級(jí)學(xué)者把年輕的林家翹帶到了應(yīng)用數(shù)學(xué)研究的前沿�,！八�給了我一個(gè)很好的論文題目,，就是完成海森伯格論文中存疑的部分�,！�

　　海森伯格，著名的理論物理學(xué)家和量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一,。林家翹要挑戰(zhàn)的對(duì)象，就是海森伯格的著名論文《關(guān)于流體流動(dòng)的穩(wěn)定性和湍流》。這篇論文研究了兩維層流的不穩(wěn)定性,，試圖找出湍流發(fā)生的本質(zhì),。其時(shí)學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為,，海森伯格的計(jì)算結(jié)果并不完全清楚,，也沒有給出湍流出現(xiàn)的令人信服的物理解釋,。面對(duì)這一爭論焦點(diǎn),，林家翹在博士論文中巧妙地運(yùn)用了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)變換,，澄清并嚴(yán)謹(jǐn)化了海森伯格的計(jì)算，給出了被學(xué)界認(rèn)可的湍流現(xiàn)象的解釋,。某次演講中,，海森伯格高興地評(píng)價(jià)了林家翹的結(jié)果：一個(gè)中國人運(yùn)用深刻的數(shù)學(xué)方法,，得到了更好的結(jié)果,。

　　多年后,，民間語言概括了這段數(shù)學(xué)史——“海森伯格猜出而林家翹算出了二維湍流解,�,！薄岸�維湍流解”這個(gè)說法在學(xué)界看來并不準(zhǔn)確,，但“猜”和“算”兩個(gè)動(dòng)詞活潑地描摹了兩篇論文的意義——前者是創(chuàng)新性的，后者是集大成的。

　　周培源應(yīng)用數(shù)學(xué)中心主任,、清華大學(xué)教授雍穩(wěn)安這樣評(píng)價(jià)林家翹在湍流理論上的貢獻(xiàn),，“第一個(gè)系統(tǒng)地建立了流體(比如水,、空氣,、血液)流動(dòng)穩(wěn)定性理論的是林家翹先生,。這個(gè)理論是迄今為止的湍流理論的基礎(chǔ)和一個(gè)重要組成部分�,！�1955年,，林先生在劍橋大學(xué)出版社出版了《流動(dòng)穩(wěn)定性》一書，是國際上第一本系統(tǒng)地講述流動(dòng)穩(wěn)定性的權(quán)威教科書和專著,。流體力學(xué)教科書中經(jīng)典的“中性曲線”就是最先在林先生的博士論文中得到確立的,。

　　中性曲線，看著很像人的拇指,。在采訪中,，當(dāng)記者問林先生他對(duì)海森伯格理論進(jìn)行了怎樣的深化時(shí)，數(shù)學(xué)家饒有興致地說,，“我來給你畫張圖,。”他快速地在一張白紙上建立一個(gè)坐標(biāo)系,，然后盡量定位準(zhǔn)確地勾勒這條數(shù)學(xué)史上著名的“拇指線”——實(shí)線表示海森伯格已證明的部分,，虛線表示待證明的部分。

　　老人身邊放著輪椅,，嘴里喃喃著一些概念,，在畫圖的一刻鐘里，他再?zèng)]聽見記者的任何問話,。

　　他的秘書劉俊麗對(duì)記者解釋,，“林先生一進(jìn)入工作狀態(tài)就注意不到別人說什么了�,！�

　　其實(shí)林家翹初到美國時(shí),，曾和錢學(xué)森先生共事過,�,！爱�(dāng)時(shí)有一個(gè)中美合作的研究中心，是關(guān)于導(dǎo)彈研究的,。錢學(xué)森先生當(dāng)時(shí)已經(jīng)是馮·卡門手下的助理教授,，我曾在他的指導(dǎo)之下做一項(xiàng)研究，他是我的老師。不過很短的時(shí)間我就離開這項(xiàng)研究了,�,！�

　　這是學(xué)界佳話，記者覺得很可惜,，“為什么那么快就離開了,？”

　　“因?yàn)槟遣皇峭牧餮芯俊?937年剛好日本人打中國，大家都覺得中國很吃虧,，飛機(jī)根本沒有,，所以物理學(xué)家說愛國，就應(yīng)該學(xué)航空,。我至少要學(xué)和航空有關(guān)系的問題,，就學(xué)湍流�,！薄袄锨迦A人”林家翹認(rèn)真地補(bǔ)充了一句,，“周先生已經(jīng)吩咐我，一定要研究‘湍流’,，因?yàn)檫@是一類基礎(chǔ)科學(xué)研究,。”

　　數(shù)學(xué)大師不太明白什么是“數(shù)學(xué)科學(xué)”

　　林家翹1940年離開清華,，2002年回到清華,。在中間這六十年中，他更像是一個(gè)美國學(xué)者,，而不是一個(gè)中國“知識(shí)分子”,。

　　“有人對(duì)我說，國內(nèi)院校許多數(shù)學(xué)系都叫做‘?dāng)?shù)學(xué)科學(xué)’系,，我不太明白什么是‘?dāng)?shù)學(xué)科學(xué)’,。”林家翹說,。這種籠統(tǒng)的,、一般性的說法模糊了各個(gè)獨(dú)立學(xué)科之間的區(qū)別，令他覺得相當(dāng)困惑,。在林家翹工作了多年的麻省理工學(xué)院,，數(shù)學(xué)系下面是兩個(gè)委員會(huì)，純數(shù)學(xué)委員會(huì)和應(yīng)用數(shù)學(xué)委員會(huì),，“一看就清楚明白,。”

　　他是國際公認(rèn)的應(yīng)用數(shù)學(xué)大師,，但回國后的第一個(gè)任務(wù),，居然是向?qū)W生和公眾厘清“應(yīng)用數(shù)學(xué)”概念,。應(yīng)用數(shù)學(xué)是不同于純數(shù)學(xué)的一門獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)科，林家翹回國以來在各種場合都要強(qiáng)調(diào),。應(yīng)用數(shù)學(xué)的核心是用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)體科學(xué)問題,，純數(shù)學(xué)核心是邏輯構(gòu)架，在西方數(shù)學(xué)界,，這已經(jīng)是一個(gè)常識(shí),。而在國內(nèi)公眾眼里，這二者的概念與區(qū)別還相當(dāng)模糊,，最根本的,，國內(nèi)大學(xué)的理科建制也無法從學(xué)科分類上保證這種區(qū)分。

　　國內(nèi)還有一個(gè)誤區(qū),，是將“應(yīng)用數(shù)學(xué)”簡單等同于“實(shí)用數(shù)學(xué)”,。林家翹向記者詳細(xì)解釋了這二者的不同：實(shí)用數(shù)學(xué)的主要目的是滿足社會(huì)上的需要，計(jì)算導(dǎo)彈的發(fā)射以及登月等,，這是一種服務(wù)的性質(zhì),，注重的是數(shù)學(xué)的方法；應(yīng)用數(shù)學(xué)則注重的是主動(dòng)提出研究對(duì)象中的科學(xué)問題,，通過問題的解決加深對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)識(shí),，或創(chuàng)造出新的知識(shí)，它所注重的是用數(shù)學(xué)來解決科學(xué)問題,。

　　林家翹說,，“這可能與新中國建國之初高等學(xué)校院系調(diào)整有關(guān)�,！碑�(dāng)時(shí)中國向蘇聯(lián)學(xué)習(xí),，將所有的人才集中在一起，解決實(shí)際的問題,，但不一定是學(xué)術(shù)的問題,，因此有可能逐漸遠(yuǎn)離了大學(xué)的主要職責(zé)。

　　到底什么是大學(xué),？林家翹始終認(rèn)為,，大學(xué)的主要職責(zé)應(yīng)該是教育新的人才，推動(dòng)新的學(xué)術(shù)發(fā)展,。雖然大學(xué)也有義務(wù)幫助國家,、社會(huì)完成急需的工作，“可是這不是大學(xué)的主要任務(wù),，不能喧賓奪主,。”

　　“‘應(yīng)用數(shù)學(xué)’的薄弱對(duì)整個(gè)科學(xué)的發(fā)展非常不利”

　　清華大學(xué)周培源應(yīng)用數(shù)學(xué)研究中心的慣例是每周一次例會(huì),，探討課題進(jìn)度,。林家翹先生目前計(jì)劃完成的關(guān)于生命科學(xué)的論文，就要首先拿到中心會(huì)議上討論,。

　　“論文不能輕易發(fā)表,，應(yīng)該在內(nèi)部先進(jìn)行報(bào)告和討論。要讓自己的同事先看看,，以便糾正里面可能存在的錯(cuò)誤,。”這是林家翹的一個(gè)原則：Quality is above quantity(質(zhì)量重于數(shù)量),。這個(gè)個(gè)案大概可以讓普通人大致了解應(yīng)用數(shù)學(xué)的方法與意義,。生命科學(xué)本身的研究方法是歸納大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以得出結(jié)論，而應(yīng)用數(shù)學(xué)從另外一個(gè)路徑入手,，建立數(shù)學(xué)模型,，并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上簡化相應(yīng)的數(shù)學(xué)問題并求解，再把這個(gè)結(jié)果和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論進(jìn)行比照,。數(shù)學(xué)證明是絕對(duì)的,，但結(jié)論在科學(xué)上的影響是有局限的，而科學(xué)證明則依賴于觀察,、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理解力,，難以達(dá)到數(shù)學(xué)定理所具有的絕對(duì)程度。這是應(yīng)用數(shù)學(xué)的意義所在,�,！皩���(shù)學(xué)的嚴(yán)密和精確引入經(jīng)驗(yàn)學(xué)科，將這些學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)問題歸結(jié)或表示為能用運(yùn)算手段處理的數(shù)學(xué)問題,，從而促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展,。”林家翹說,。

　　“國內(nèi)有沒有學(xué)者在做類似的研究,？”“目前很少，我還沒有看到,�,！�

　　還有一個(gè)大問題，是后繼人才的缺乏,。作為清華大學(xué)的一個(gè)新型研究所,，應(yīng)用數(shù)學(xué)中心短期內(nèi)很難與現(xiàn)有的本科教育之間順暢溝通，而林家翹對(duì)于博士生的要求——必須承擔(dān)一個(gè)系統(tǒng)而完整的工作,、對(duì)所在領(lǐng)域有全面了解,、能熟練使用英文撰寫論文并和國際同行無障礙探討，也使得人才的遴選變得非常艱難,。在林先生向記者展示的照片中,，各年級(jí)博士生們和博士后圍坐在林家翹身邊慶祝圣誕節(jié),，總數(shù)大概六七位。老人說,，“學(xué)生們都很聰明勤奮,，可惜數(shù)量還是太少了�,！�

　　只有說到這樣的話題時(shí)他才會(huì)興致勃勃：“將數(shù)學(xué)應(yīng)用到生物科學(xué)的研究具有長遠(yuǎn)的前途,，充滿了機(jī)會(huì)。我預(yù)期15年以后,，這類研究的成果會(huì)成為生物學(xué)及應(yīng)用數(shù)學(xué)兩科中的主流,，成為本科生教育的一個(gè)主要部分�,！�

　　說到這些時(shí)又會(huì)表情黯淡：“我回國后發(fā)現(xiàn),，‘應(yīng)用數(shù)學(xué)’的薄弱對(duì)整個(gè)科學(xué)的發(fā)展非常不利，非常不利,�,！�

　　其實(shí)，國內(nèi)應(yīng)用數(shù)學(xué)發(fā)展的大環(huán)境已經(jīng)在這位老人的呼吁和帶動(dòng)下慢慢地發(fā)生好轉(zhuǎn),。2008年中國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)第一次嘗試設(shè)立了《問題驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用數(shù)學(xué)研究》專項(xiàng)基金,，2009年又設(shè)立《問題驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用數(shù)學(xué)研究》的重點(diǎn)項(xiàng)目。雍穩(wěn)安教授說,，“雖然不能說設(shè)立這些項(xiàng)目是林先生的提議,，但這個(gè)提法和林先生對(duì)應(yīng)用數(shù)學(xué)的理解基本吻合，即以實(shí)體科學(xué)問題為出發(fā)點(diǎn),�,！�

　　這種開拓性的工作對(duì)林家翹來講并不陌生。在過去的一個(gè)世紀(jì),，在西方,，應(yīng)用數(shù)學(xué)解決了大量物理學(xué)、天文學(xué),、經(jīng)濟(jì)學(xué)難題,，取得了長足的進(jìn)步。美國人這樣評(píng)價(jià)他：林家翹“使應(yīng)用數(shù)學(xué)從不受重視的學(xué)科成為令人尊敬的學(xué)科”�,，F(xiàn)在是他在中國展示這個(gè)“魔術(shù)”的時(shí)刻了,。

害怕伏櫪

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