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谷超豪用爱解答科学与生活这道多元方程

时间:2022-03-18 09:45:32 浏览次数:

为数学而生,这是谷超豪留给所有接近他的人最强烈的印象。如果说微分几何、偏微分方程、数学物理三个领域,构成了谷超豪生命中的“黄金三角”,那么毫无疑问,科研和教育就是他“人生方程”缺一不可的纵轴与横轴。

70年前的一天,温州市瓯江小学算术课上。老师出了一道题目:“若每个童子分4只桃子,就多1只;若每个童子分5只桃子,就少2只。问一共有几个童子、几只桃子?”一个壮实的小孩第一个将手高高地举起,迅速而又准确地报出了答案:“共有3个童子、13只桃子!”老师十分惊诧:“你是怎么算出来的?!”这个小孩腼腆地回答:“我是用一元一次方程的方法解出来的,方法是从哥哥那儿借来的代数课本里学来的。”

70年后的2010年1月11日,北京人民大会堂。一位天庭饱满的长者拄着拐杖,走到大会堂的领奖台上,从中共中央总书记胡锦涛手中接过2009年度“国家最高科学技术奖”的大红证书。霎时,掌声雷动,久久回荡。

这位年已耄耋的“中国诺贝尔奖”得主,就是当年那位高高举起手臂回答提问而被老师当场夸奖的小学生、今天已享誉国际数学界的谷超豪院士。无论从科研上还是为人上,谷超豪都是实至名归。

为数学而生,这是谷超豪留给所有接近他的人最强烈的印象。如果说微分几何、偏微分方程、数学物理三个领域,构成了谷超豪生命中的“黄金三角”,那么毫无疑问,科研和教育就是他“人生方程”缺一不可的纵轴与横轴。纵览这位数学巨擘的一辈子,你会发现他始终在用爱求解着科学与生活的这道多元方程。

“数学家之乡”走出的地下党员

位于中国黄金海岸线中段的浙江温州有“数学家之乡”的美誉,中国现代数学史上的诸多“第一”在这里诞生。1926年5月15日,温州城高盈里7号的一座老式院落里传出一个男婴的啼哭,时人当然无法预知,他后来会成为从瓯江畔走出的又一位大数学家。

谷超豪在9个兄弟姐妹中排行老四。据他最小的妹妹谷月霞回忆:“小时候,四哥不喜欢玩,也不大爱说话,他最常做的事就是一个人在房间里看书。”虽然四哥比较“沉闷”,但是“脑子转得很快,什么事都能和数学挂上钩”。

小学阶段,谷超豪就读于温州市瓯江小学。他差不多对每门功课都有兴趣,而最有兴趣的还是算术。他平时文文雅雅的,不大爱说话,除踢毽子外,也不大喜爱运动。但是,只要一上算术课,他就特别活跃,而且喜欢独立思考。

数学对他最早的触动是在小学三年级,除法中循环小数的现象迷住了他:“1被3除,是0.3333……永远除不尽,但是可以用一个无限循环的小数表示出来,这给人无穷的想象空间。”到了六年级,又遭遇“鸡兔同笼”、“童子分桃”等应用题,有些同学死背公式,但谷超豪却琢磨着用更简单的方法来解题。

1938年,谷超豪考入浙江省立温州中学。学校雄厚的师资力量和启发性教育方式让他如鱼得水。一次,老师问:一个四边形,每边边长都是1,面积是否是1?许多同学都肯定地回答是1,谷超豪说不一定,如果把它压扁,变成一条线,面积就差不多成了0。老师对谷超豪的想法特别欣赏。

当时,日军轰炸温州,整个城市瘫痪。学校在瞬间被炸毁,全校师生不得不跋涉逃难到青田。敌机的轰鸣声,炸弹刺耳的呼啸声。被炸毁的房子、惨死同胞的躯体……眼前的一切,让谷超豪深切地体会到屈辱和愤慨。

国家民族的危急让谷超豪暗下决心,为国家的兴亡承担自己的一份责任。他立志:一是做革命者,救国救民;一是做科学家,改变世界。这两种身份,成了谷超豪人生历程中相互交叉的两条线。

在哥哥谷超英的影响下,谷超豪阅读《大众哲学》等进步书籍,积极参加学校“五月读书会”等进步组织,还走上街头写壁报、贴标语、演街头戏,为抗日宣传做后勤工作,并笃志钻研科学,学习用自然科学解释世界、改造世界,改变国家的命运和人们的生活。1940年3月,不满14岁的谷超豪在同学冯增荣介绍下加入中国共产党,还担任过温中党支部的组织委员。

1943年,自小喜爱数学的谷超豪考入浙江大学龙泉分校数学系。他积极参加党的地下工作,与进步同学组织求是学社,接受马列主义的思想教育,参加“五·二0反饥饿反内战”学生运动,同时开始了钟爱一生的数学生涯。

1948年,谷超豪以优异成绩毕业,苏步青教授选留他为助教。不过,在这段时间里,他把主要精力放在保全杭州市的科技机构上,以迎接解放。期间,谷超豪成功策反了国民党国防部雷达研究所,为新中国雷达创业保存了一批工程技術人员,更为解放后人民空军第一支雷达部队的组建打下了基础。

数学“金三角”内挖掘不尽的宝藏

1952年,全国高校院系调整,谷超豪随苏步青来到上海复旦大学,开始了他长达半个世纪的科研和教书育人工作。

1956年,国家制定“12年科学规划”,提出要在计算数学、概率论、偏微分方程等方面有所突破。此时,谷超豪主要从事古典微分几何的研究。

1957年10月4日,苏联成功发射第一枚人造卫星“伴侣”1号,此举标志着苏联太空探险的新旅程。这一年,谷超豪被公派到莫斯科大学力学数学系进修,苏联卫星上天给他很大触动。在完成规定课程外,他有意识地学习了与高速飞行器密切相关的空气动力学。

1959年6月,谷超豪综合多项成果,完成了题为《李一嘉当变换拟群的通性及其对微分几何的应用》的学位论文,被认为是继大数学家艾里·嘉当之后,第一个在无限变换拟群理论方面取得重要进展的人,获得苏联莫斯科大学物理数学科学博士学位。这是苏联第一次将该学位授予一个外国人。随后,他由微分几何转入偏微分方程和数学物理这一国内数学的薄弱领域。

1959年,谷超豪回到国内。这时,他放弃已有成绩,归零后重新出发,作出了影响自己一生的重大抉择。他主攻偏微分方程,高瞻远瞩地提出要以高速飞行器为实际背景,以超音速绕流问题作为一个模型开展研究,为此,解决了一系列混合型偏微分方程的难题,系统地开创了多元和高阶混合型偏微分方程理论。

在转型前,谷超豪在微分几何方面的成就已经很引人注目。“在一个领域做到了顺风顺水,但却放弃这些从零开始,投入一个不知能取得什么成就的未知领域。”谷超豪的学生李大潜院士说,这考验的不仅是一个人的科学能力,而且还有他的学术追求。

20世纪70年代初,谷超豪已经在超音速绕流问题上取得了世界先进的成就,他再次转变研究方向,与杨振宁先生就“规范场理论”的数学结构开展合作。他们在国际上最早证明了杨-米尔斯方程的初始问题的局部解的存在性,弄清了无源规范场和爱因斯坦引力论的某些联系和区别,取得丰富的成果。

1988年2月,谷超豪由复旦大学调

任中国科技大学校长一职。上任伊始,他就着手推动中国科大的多学科交叉研究。从非线性科学联合研究组到非线性科学联合研究中心,谷超豪一直以校长的身份兼任组长或中心主任。该中心经常召开研讨会,不同学科的专家热烈交流,每到此刻,谷超豪往往会亲自主持。在他的努力下,1992年中国科大“非线性科学”获国家正式立项,谷超豪被聘为该项目的首席科学家,中国科大成为国家在该领域研究的南方中心。该中心成立后,开展非线性量子光学、非线性等离子体物理、非线性化学等研究,已在相关领域取得诸多重要成果。

微分几何、偏微分方程和数学物理,是当今核心数学的最活跃的三个分支,谷超豪在这三个方向上均获得国际认可的突破性成果。关于谷超豪的一次次“转向”,他的学生洪家兴院士打过一个形象的比方:“他带着大家探索、开路,而在找到了一条通往金矿之路后,他就把金矿让给跟随他的年轻人去继续挖掘,自己则带着另一批年轻人去寻找另一个金矿。”有人看不懂:这不是自找苦吃吗?按照谷超豪自己的说法,这是因为时间有限:“我在研究中发现吸引我的新领域,而学生们又能在原有领域独当一面、有独到见解时,我就鼓励他们做下去。”不过,他的一些学生补充说,国家、社会的需要才是谷老“转向”的核心因素。

谷超豪曾将自己的三大研究领域(微分几何、偏微分方程和数学物理)亲昵地称为“金三角”。因为它们都平行地属于数学的3级学科,但也互有交融。在这对于行外人简直就是会“迷路”的“百慕大三角”中,他却发现了挖掘不尽的宝藏。他的这几次转型都是为了“国家的需要”。“别看它表面上枯燥,其实只要深入进去,你就会发现奥妙无穷,简直是开发不尽的宝藏啊。”谷超豪说。

向“数学王”“交账”的园丁心中有“数”

被誉为“数学王”的苏步青曾这样评价谷超豪:“谷超豪只有一点没有超过老师,就是没有培养出像谷超豪这样的学生来。”几十年来,谷超豪常年耕耘在教坛一线,甘为人梯,不遗余力。现在,谷超豪自感可以向苏先生“交账”了:在本科和研究生阶段受教于自己的学生中,已经产生了李大潜、洪家兴、穆穆等9位院士和一大批优秀的高级数学人才。

在学生们的印象中,谷超豪从未在背后评论过任何人的人品,只有一次,谷超豪对一位四处兼职的同行非常反感,厌恶地说“人也是会变的”。这是学生们听过的谷超豪最严厉的批评。

如今,在教育界、科学界,有些导师“名正言顺”地把学生的成果视为己有,将学术作为工具赚钱——这是谷超豪最无法容忍的学界风气。在一次会议上,谷超豪听到现在有些教授把学生当成廉价劳动力、研究生里流行称导师为“老板”的风气,连连摇头,很严肃地指出:“这样很不好!在教育领域里,不能搞‘按劳取酬,等价交换’这一套。师生之间不是雇佣关系。选择做教师,就是选择了责任和奉献。”

在谷超豪的数学生涯中,培养人才始终是他的重心。无论是科研、教学还是行政工作,他都一贯坚持“育人”的核心。他献身科学,不计较个人名利,毫无保留地把自己的学识传授给年轻人,他常教诲年轻人要严谨、踏实地做学问。在指导学生论文时,谷超豪常会提出一些创造性的构想,但除非他个人的研究占科研成果的一半以上,或者做了非常实质性的工作,否则他是决不署名的。曾有一位学生诚心诚意地将谷超豪的名字署进论文,他获悉后坚决要求删去。谷超豪说,老师应该充分尊重学生的学术成果,不能剥夺学生的“所有权”。

谷超豪是一位卓越的数学家,也是一位著名的教育家。他的研究成果扬名世界,他的“桃李”构成了共和国数学事业的脊梁。他常说:人生几何心中有“数”。2005年,已是80高龄的谷超豪院士仍带着3名研究生,坚持每个星期至少有两个半天与学生进行讨论,甚至给一些学生开小灶。“我很喜欢和年轻人在一起,他们的讨论很有意思,从数学到天体物理,不断有新知识、新成果和灵感涌现。”

一生成就,化做桃李满天下。“半纪随镫习所之,神州盛世正可为。乐育英才是夙愿,奖掖后学有新辉。”这首《和苏诗》是谷超豪一生诲人不倦的真切写照。

“院士夫妇”同解一道有关爱的方程

俗话说:一个成功的男人背后有一个“伟大”而受委屈的女人。谷超豪的夫人胡和生“颠覆”了这个定理,不仅在生活上与丈夫相濡以沫,更在事业上携手共进——她是中国数学界唯一的女院士,并是第一位走上国际数学家大会诺特讲台(诺特,德国数学家,是在国际数学家大会上做全会演讲的第一位女數学家——编者注)的中国女性。

这对“院士夫妇”姻缘的起点是数学。1950年的一个秋日,谷超豪在浙江大学数学系图书室遇到系里的女研究生胡和生。胡和生说:“苏(步青)先生让我读一篇论文,但里面有些地方没弄清楚,找了一些老师问也没有得到结果,你能帮我看一看吗?”谷超豪说:“好呀,论文呢?”胡和生有些歉意:“论文在宿舍里,宿舍比较远,至少有10多分钟的路。”谷超豪笑了笑:“没问题,我在这里等你,你去拿吧。”虽然已经是秋天,可天气依旧很热,谷超豪在树荫下静静地等着。不多久,胡和生气喘吁吁地跑回,拿来了论文。谷超豪接过一看,觉得还是可以理解的。他们共同讨论了一下,胡和生慢慢地把论文的内容弄清楚了……

为此,胡和生给谷超豪留下了良好的“第一印象”:这小姑娘不错,对学问肯钻研。后来,两人越走越近。

胡和生完成研究生的学业后,在院系调整时也随苏步青到了复旦大学。1957年,同在复旦大学执教的谷超豪与胡和生正式结为夫妻。1992年,胡和生当选为院士后,谷超豪特作诗一首表示祝贺:“苦读寒窗夜,挑灯黎明前。几何得真传,物理试新篇。红妆不须理,秀色天然妍。学苑有令名,共庆艳阳天。”

数学成就了谷超豪的爱情之梦。当年的同学少年,如今已经白发苍苍。这对数学家优俪生活朴素,把有限的时间全部用在科学研究上,家里也有着很浓的“数学氛围”。谷超豪笑着说:“我做的东西说给她听,她能懂,她做的东西说给我听,我也能懂。”

曾有人问两位院士,结婚的时候有没有想过,应该牺牲一个人的事业,以使另一半有更多的精力来做更大的贡献?谷超豪回答得斩钉截铁:“从来没有!我们两个人都希望在事业上能够做得很好。有的家庭采取‘二保一’的政策,‘二保一’就是两个人里面牺牲一个,为另外一个做后勤,使另外一个能够上得好一点,我觉得我们家里是‘二保二’。”共同的喜好、共同的理想和追求使得谷超豪和胡和生走到了一起,两人在数学世界里“双剑合璧”、相濡以沫半个多世纪。

有人说,科学是年轻人的事业。谷超豪却认为,老也能有所作为。在数学的王国里,他永不停留。谷超豪75岁高龄时,一年发表了3篇论文,至今,

他已经发表数学论文130多篇,其中整整100篇为独立发表。

现在,爱因斯坦的广义相对论里关于天体运行的方程和流体力学里的一些问题,仍常縈绕在耄耋之年的谷超豪的脑际。有人或许会不理解:既已功成名就,又桃李满枝,何苦仍在数字、符号的世界里苦苦“征战”呢?这在老人的诗作《夜读偶感》中或许可以找到答案:“谁云花甲是老人,孜孜学数犹童心。”谷超豪说,“人生是短暂的,所以我总是尽量多学习,多做些事情。”

对院士夫妻而言,日常生活是一道减法题,挤出来的时间便用在了学问上。“早在新婚的时候,我就对胡和生说,我们不要在家务上花费太多时间。”谷超豪说,当年住在12平方米的简陋房子里,夫妇俩就请了一个钟点工,这个钟点工一做就是40多个年头。“烧一个菜,味道好坏是其次,主要是卫生、有营养,时间最要紧。”

为了节省时间,胡和生很少到美发店整理头发,“通常都是自己洗了头发,再请谷先生帮我剪短一点,稍微修修就可以了。起初先生说不会剪,我说不要怕,我的要求不高。”于是,谷超豪慢慢地也就学会了理发,并且说这办法好,省了不少时间和麻烦。

数学人生中的诗意生活

“人言数无味,我道味无穷。良师多启发,珍本富精蕴。解题岂一法,寻思求百通。幸得桑梓教,终生为动容。”这是谷超豪1991年为母校温州中学90周年校庆作的一首诗。在这首诗中,他抒发了自己对数学的眷恋之情和一种托付终身的欣慰。他的学生洪家兴院士说:“除了国家给他的任务,他生命剩下的95%的时间都给了数学。所以他的生活看起来很单调。”的确,他的世界里,数学就是一切。

生活俭朴,并不意味着缺少情趣。每天,谷超豪都要阅读《参考消息》、《科学时报》等多份报纸。连战与宋楚瑜大陆行、奥运赛况、世博会筹备进展等都是他关注的,时政新闻与重大文体活动他从不漏过有关电视报道。

数学之外,谷超豪最感兴趣的是古典文学。小学四年级时,他就开始读《三国演义》、《东周列国志》等历史小说,四五年级时读《千家诗》、《诗经》,中学时重视写作,中国古典文学的潜移默化对他的数学思维起到了一定的作用。谷超豪说,自己最爱读的文学书是《三国演义》,“因为这是一本很聪明的书,写了很多聪明的人和聪明的事。”

谷超豪常说,文学修养对一个科学工作者来说必不可少。“一方面文学作品很讲究逻辑,另一方面中国文学作品中,非常精练、简朴的词句往往包含许多深刻的内容。比如‘欲穷千里目,更上一层楼’、‘野火烧不尽,春风吹又生’等名句,在具体的事物中蕴含深刻的哲理,既具体又抽象。”他认为,欣赏古典文学的同时也是对自身数学思维的一个拓展。

谷超豪平素爱好诗词写作,这些年来他究竟写了多少旧体诗,无法统计,不过他的大量诗句为身边人熟知或口诵。然而,谷超豪一再谦称“略懂对仗,不会做诗。”他坦言:“诗人中我比较喜欢杜甫,因为他的作品更多反映的是社会民生。数学和诗词有许多相通之处,比如数学重视对称,中国古典文学中也讲究‘对仗’,很有味道。”

处处留心皆科学,生活处处有数学!1986年,谷超豪乘船去舟山讲学时,写过这么一首诗:“昨辞匡庐今蓬莱,浪拍船舷夜不眠。曲面全凸形难变,线素双曲群可迁。晴空灿烂霞掩日,碧海苍茫水映天。人生几何学几何,不学庄生殆无边。”其中颔联讲的是微分几何中的两个著名定理。他说,在他的生活里,数学是和诗一样让自己喜欢的东西,诗可以用简单的语言表达非常复杂的内容,用具体的语言表现深刻的感情和志向,数学也是这样,能给人带来无穷的想象空间。

科学家与诗人是两种气质完全不同的人。诗人浪漫,思想自由驰骋,而科学家则讲究严谨和一丝不苟。然而谷超豪却将二者融合,他的人生充满了诗情画意。说起写诗的心得,谷超豪显得有些不好意思:“我其实没有受过正规旧体诗训练,而且温州方言、上海话和普通话常常混杂在一起,所以老也掌握不好平仄,作品从来没敢给苏步青先生看过。”诗歌于他,是兴之所至,是自娱自乐。

谷超豪为人平和,没有一点架子,身边人与他交流很轻松。不论是穿衣、吃饭,老人都不讲究,非常的随便、朴素,走到大街上,与普通老大爷无异。谷超豪惜时如金,身边人说他吃饭特别快。校园里,早年也常见他行色匆匆,近年因腿脚不便而改坐轮椅或拄拐杖。

生活中的谷超豪喜欢爬山。一首“上得山丘好,欢乐含苦辛,请勿歌仰止,雄峰正相迎。”正是他不断攀登数学高峰艰辛与欢乐并存的真实写照。对于自己的工作,谷超豪深有体会:“研究数学就像爬山,努力地翻过一个山头,会发现眼前一亮,前面的景色多美啊。往上看又见层叠的山峰,只有不断地攀登,才会有更广阔的视野,才能看到更美的风景。”

2009年10月20日,“谷超豪星”命名仪式在上海复旦大学举行。国际行星命名委员会将紫金山天文台于2007年9月11日发现的绕日运行周期为3.47035年的、编号为171448的小行星命名为“谷超豪星”,并演示了“谷超豪星”在太空的运行情况。目前,全世界共有两万多颗小行星获得永久编号,其中以中国人命名的小行星有100多颗。“1970年我国第一颗人造卫星上天时,我根据报纸上公布的资料,判断紫金山天文台预测的卫星经过上海上空的时刻不准确,当时学生不相信,事后验证我的判断是对的。我从小就对天象观察和天体运动规律非常感兴趣,今天这颗小行星被命名为‘谷超豪星’,我除了荣幸以外,更感到这和我的科学兴趣一致,真的很高兴。”在“谷超豪星”命名仪式上,谷超豪的致谢词显现出他很看重这份殊荣,而他39年前和紫金山天文台的“较真”经历,也让在场的包括紫金山天文台负责人在内的嘉宾们发出了会心的微笑。

在数学王国,谷超豪同样是一颗耀眼的明星,光耀中国,享誉世界!

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