语文阅读 林家翘追寻流体力学之美

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引言:林家翘回忆,当时的大学跟国外大学的差距较小,清华好几位教授的课都讲得很好,刚从国外拿到博士学位归来的年轻人带来的知识很前沿,学生都很用功。大学一年级时,林家翘选修了萨本栋教授的大学普通物理。萨先生自撰课本,每周一次15分钟小考。
  林家翘(1916~2013年),应用数学家、物理学家、天文学家。生于中国北京。1937年毕业于清华大学。曾在中国清华大学、美国加利福尼亚理工学院、布朗大学等校任教。对近代应用数学和流体力学的发展做出突出贡献。
  1916年7月7日,林家翘生于北京,原籍福建福州,其父林凯是清末铁道部文职人员, 伯父林旭是戊戌变法牺牲的六君子之一。林家翘父亲英年早逝, 他由母亲邓氏(著名教育家邓萃英之妹)抚养成人。林家翘自幼聪颖,早岁即崭露头角,1933年以全校第一名的成绩考入国立清华大学物理系,1937年又以第一名毕业。
  莘莘清华学子的幽幽报国心
  当时的清华正是梅贻琦掌舵时期,汇集了大批从海外留学归国的著名学者,林家翘所在的物理系就有近代著名物理学家叶企孙、吴有训、周培源等大家。
  1933年,初入清华园的林家翘感觉校园像个“世外桃源”。“美丽的校园、草地、建筑、设备,都是富有国际风味的;与那时候北京城内的旧式房屋,颇为不同。”在清华70周年校庆时,林家翘如此撰文回忆:“许多同学,都是在校园中第一次喝到咖啡、红茶,吃到冰激凌,并享受到二院食堂的松软玉米馒头。此外,还有许多中学时代没有见过的东西,如体育馆、游泳池、淋浴室、图书馆。这种环境,对于同学们安心求学工作,很为适宜。”
  林家翘回忆,当时的大学跟国外大学的差距较小,清华好几位教授的课都讲得很好,刚从国外拿到博士学位归来的年轻人带来的知识很前沿,学生都很用功。大学一年级时,林家翘选修了萨本栋教授的大学普通物理。萨先生自撰课本,每周一次15分钟小考。
  在众多老师中,对林家翘影响最深远的,是后来被称为中国应用数学鼻祖的周培源。当时周培源放弃了长年研究的广义相对论,专心于数学应用到航空上,为中国制造自己的飞机。他不仅在治学态度上影响了林家翘,而且也引导林家翘选择了研究和航空有关系的问题——湍流。林家翘曾感慨:“虽然我最后在学术界的工作方向,并未完全限于大学时代所学;但是这一段求学经验,对于我日后事业的发展,关系非常重大。”
  清华毕业后的林家翘,梦想着到美国学习顶尖的科学与文化,以便让中国能够尽快步入现代国家之林。1939年,林家翘与钱伟长、郭永怀等21人同期考取庚子赔款留英公费生。因二战爆发,船运中断,一行人途经日本时受阻,折返回昆明。后来在周培源先生的帮助下,直到1940年林家翘等人才改派加拿大多伦多大学深造。一年后,林家翘拿到了硕士学位,受周培源推荐入加州理工大学学习,在世界导弹之父西奥多·冯·卡门教授的门下攻读博士,在大师冯·卡门的门下,走出了钱学森、郭永怀等如明星闪耀的名字,林家翘在大师的指导下研究流体动力学稳定性和湍流问题。
  冯·卡门除了给予林家翘一般性的指导,还让他完成著名理论物理学家和量子力学创始人之一海森堡的论文《关于流体流动的稳定性和湍流》中存疑部分。1944年,林家翘博士毕业时,撰写了3篇关于海森堡问题的博士论文,这些文章后来发表在美国应用数学杂志上。
  因为解决了海森堡没有解决的问题,29岁的林家翘从此在学术界声名大噪。获得博士学位时,冯·卡门请林家翘到一家中国饭馆吃饭,把日后成为世界计算机之父的冯·诺依曼介绍给他。当时冯·诺依曼正在做推进电子计算机的用法,冯·卡门把林家翘所做题目拿给冯·诺依曼做,结果相同。海森堡后来评价林家翘:一个中国人运用深刻的数学方法,得到了更好的结果。
  博士毕业后,林家翘先去了布朗大学,一年半后被麻省理工学院挖走。1953年,林家翘被评为教授,1966年又从教授升为学院教授。在大师云集的麻省理工,全校100多位教授中能从教授升为学院教授的不超过10人。1962年起,林家翘成为美国国家科学院院士。在应用数学领域,林家翘发展了解析特征线法和WKBJ方法,是当代应用数学学派的领路人。他将数学应用到航空和天文物理方面的研究,曾大大推动这两个领域的基础科学进程。在美国,有人将林家翘誉为“应用数学之父”,有人说“他使应用数学从不受重视的学科成为令人尊敬的学科”。
  “台湾中央研究院”天文研究所袁旗曾到麻省理工跟随林家翘攻读博士后。林家翘给袁旗留下的第一个深刻的印象,不是他数学研究之高深,而是他物理研究之透彻。袁旗记得,林家翘决不抢人家的研究成果,他甚至一再把密度波的创始归功于林德布。其实,林德布1959年提出的密度波“非常粗略原始”,与林家翘精心构建、演绎出来的理论并不是一回事。但当麻省理工Toomre教授对密度波提出反驳时,林家翘立刻用驻波的概念挡住反驳,后来又用数学物理的框架将密度波概念建立起来,并使之发展成为可证的理论。
  在袁旗的记忆中,林家翘是一副恂恂儒者彬彬君子的模样,个子不高,对人和气,一口“京片子”。其夫人梁守瀛是著名飞鱼导弹之父梁守盘的妹妹,夫妇两人同乡。梁守瀛一直在哈佛大学教中文,不仅是林家翘的贤内助,对待学生、晚辈如家人子弟一般。袁旗1966年刚到波士顿时举目无亲,是林夫人的照顾给他带来了温暖。
  执着坚守科研与教育阵地
  林家翘虽长期在美国从事科学研究,但一直关心中国教育和科研发展。1972年,中美关系融冰之后,林家翘多次回国做学术访问,并邀请众多美国知名专家来华讲学,接受多位中国学者到麻省理工学院深造,为国内培养了一批学者。
  林家翘的头衔很多,诸如国际力学和应用数学权威、天体物理学家,美国国家科学院院士、美国国家艺术和科学院院士,麻省理工学院荣退教授、清华大学高等研究院教授。他的一生见证了剧烈变动的中国。在人生的最后10年,他回到了母校。
  2002年,86岁的林家翘决定回清华大学定居,当时他的好友、微分几何之父陈省身已在南开大学创办了数学研究所。林家翘说,因为有陈省身的先例,他愿意“落叶归根”,回母校帮忙。为了推进清华大学应用数学研究,他主持建立了清华大学周培源应用数学研究中心,并致力于用应用数学方法进行生物学研究,他认为这个领域“充满了机会”。正如他1965年与清华校友、美籍华裔历史学家何炳棣相见时所说:“要紧的是不管哪一行,千万不要做第二等的题目。”
  林家翘的理想是希望清华理学院能重回当年辉煌。据周培源应用数学中心主任雍稳安介绍,归国后,每周一和周四上午,林家翘都要去数学中心上班。2005年起虽然要靠轮椅代步,他仍坚持出席该中心每周的讨论班。他将国家发的生活费全部捐出,2007年卖掉了在美国的全部股票,400万元全部捐给数学中心。
  针对国内大学的教育和科研现状,他都强调,国内应用数学和纯数学概念与区别相当模糊,大学将“应用数学”简单等同于“实用数学”,重科技,轻科学。而应用数学的核心是用数学方法解决实体科学问题,在中国它应该成为一门与纯数学有重大区别的独立学科。
  林家翘对理想中的博士研究生要求太高:必须承担一个系统而完整的工作,对所在领域有全面的了解,能熟练使用英文撰写论文并和国际同行无障碍探讨。
  林家翘对于中国高等教育的历史与现状有着尖锐的反思。新中国成立六十年来高等教育的成效甚低,可能与新中国建国之初高等学校院系调整有关。当时中国向苏联学习,将所有的人才集中在一起,解决实际的问题,但不一定是学术的问题,因此可能逐渐远离了大学的主要职责。大学的主要职责应该是教育新的人才,推动新的学术发展,大学应该坚持学术第一原则,不能喧宾夺主。
  面对中国学界何时获得诺贝尔奖的问题时,林家翘认为,现在中国大学的发展水平,恐怕还差一点儿,“我觉得,在中国的大学里出一个人,在中国的大学里做研究,并得到诺贝尔奖,这件事情是很不容易的。”当务之急是中国需要一批一流的大学做研究,单纯依靠一两所大学不行,需要大学整体水平提升,“目前国内比较好的大学,如清华、北大、中科大、复旦等这种水平的大学数目要加大,增加到10所左右,才能形成一个好的研究问题的环境。”
  在进行校际交流时,应该明确“想了解的知识”和“想制造的东西”之间的区别。关键性的技术可能很难获取,但基础知识则是公开的,无需庞大的资金、人力投入就能走得很深。而“更要紧”、更能带来长期效果的,也恰恰是基础科学的交流学习。当然,自己首先要“练好内功”,达到能与国际同行平等对话的程度,交流合作才能顺利进行下去。
  “和国外名校交流时,最重要的就是认识彼此的优势和缺点,取人之长、补己之短。”太过注重实用性、以为“走在尖端和前沿”就是要引入先进技术,这是一种可能陷入短浅片面的看法。原则上先进科学应当与先进技术并重,但此中比例分配是一个比较难决定的问题。因为这个决定要基于国家需要以及人才物力和财政资源的实际情况,而这种情况也随着时代变更。
  MIT的“全校必修课”是一个不妨参考的制度。在MIT,所有学生第一年必须全面学习数理化生4门基础科学的知识。“中国的教育很早就开始突出专业性,MIT的全校必修课则是先广再深。”林家翘认为,也许不一定要完全照搬这一模式,但请校外学者客观审视相关领域的教研工作,这个思路是值得借鉴的。
  曾以工科成就享誉世界的MIT,如今在理学领域突飞猛进,生物等学科的发展水平更是令人刮目相看,所以和MIT的交流应该理、工兼重,理学方面尤其应该予以重视。
  追逐钟爱一生的研究事业
  晚年的林家翘深居简出,几乎不接受记者采访。应用数学中心的师生倒是常常可以见到他。在他卧床不起之前,他坚持出席该中心每周的讨论班,不论刮风下雨。人们常常看到他的轮椅准时出现在走廊里。他听完别人的讲座会参加讨论,持续时间通常有两三个小时。
  94岁那年,林家翘为清华大学学生开讲座时提出,做科研始终要“赶时髦”关注那些热点的前沿问题。他给学生们题词:“研究自然科学是没有终点的,可以作为一生的目标,及一生的业事。”