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原标题:从祖国建设的需要出发,访谷超豪

浏览次数:189 时间:2019-09-19

第一次见到数学家谷超豪院士是在2006年6月的院士大会上。谷超豪和胡和生这对已过古稀之年的院士夫妻手牵着手,一起开会、一起听报告、一起去吃饭……面对记者的镜头,两位老人笑得安详而平和。

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二〇〇九年度中国国家最高科学技术奖十一日在北京揭晓,中科院院士、著名数学家谷超豪获此殊荣。在记者采访中,这位八十四岁高龄的数学大师儒雅、多变、反应迅速,彻底颠覆了人们对数学家木讷、刻板的印象。

1月11日,谷超豪站在了人民大会堂的领奖台上,从中共中央总书记、国家主席胡锦涛手里接过2009年国家科学技术最高奖证书。三年半未见,老人瘦了。高龄的他,步履已不再显得那样轻快,不变的,依然是那让人如浴春风般的微笑。

“数学最使人兴奋之处,就在于可以用它来解说或解答各门学科中的重要问题,同时又不断吸收其他学科的成就,扩大和充实自己的研究,为国家建设作出巨大的贡献。”——谷超豪

幼时“用运筹学吃饭”

谷超豪自幼就有这样的信念:“一是做革命者,救国救民;二是做科学家,改变世界。”这正是他最真实的写照。

几十年间,在当今核心数学前沿最活跃的三个分支——微分几何、偏微分方程和数学物理,中国科学院院士、复旦大学教授谷超豪取得了举世瞩目的科学成就,成为海内外著名的数学大师。

谷超豪从不讳言自己在数学方面颇有天赋。回忆抗日战争期间在温州读中学的往事时,他说,当时粮食紧张,为了吃饱饭就得动脑筋:用大碗,第一碗盛浅些,很快吃完,马上去盛第二碗,第二碗装得满满的,这样才能吃饱。如果第一碗盛多了,等你吃完第一碗,饭桶空了,就盛不到第二碗。这就是运筹学的一种。

国际数学家联盟主席帕利斯教授曾这样评价:“中国数学科学这棵大树是由陈省身、华罗庚和冯康,以及谷超豪、吴文俊和廖山涛,及最近的丘成桐、田刚等人培育和奠基的。”

“从祖国建设的需要出发”

爱好计算台风走向

洪家兴、忻元龙、周子翔、丁青……谷超豪的几代学生围坐在一起谈起这位老师时,都回忆起这样的细节:“谷先生话很少、几乎从不闲聊,数学就是他生活的全部。向他汇报工作时,往往是一、二、三点讲完就没话了,我们只能告辞出门。”

谷超豪身上那种数学家与生俱来的严谨让人惊叹。除了专业思考,更有对这个学科长远发展的考虑,数学情缘已经化进他的骨子里。数学是他的生命。谷超豪说,自己在数学领域里的奋斗经历,最早来自苏步青教授的引导。大学三年级时,他遇到了仰慕已久的苏步青。苏先生那种条理清楚、推理严谨、图文并茂的讲授方式,让他非常着迷。大学毕业后,他仍坚持不懈地去听苏先生上课。一天,苏先生在课堂上提到,在“一般空间微分几何”中,有关“K展空间”的子空间理论尚未建立。这就激发了谷超豪一股创新的强烈愿望,他努力去思考这个问题。有一天夜里睡觉时,灵感如微风般将他唤醒,一个新的方法进入了他的构思,经过连续几天的复杂计算,终于算成功了。苏先生听了汇报后非常高兴,还帮助对这种新的方法进行了计算验证,并作为一章写进了专著。1956年,苏联《数学评论》杂志创刊号刊载了长篇评论,系统介绍了谷超豪对研究K展空间的新方法。

谷超豪的学生洪家兴透露,老师的爱好之一是计算台风走向。二〇〇四年“云娜”袭击闽浙,预报说要影响上海,老先生早晨看到起东北风,到了中午,朝南的窗子却有雨点打进来,说明风转为东南,他运用几何学“掐指一算”,估计出台风中心已转移至上海以南的偏西方向,对上海没有多大威胁了。事实果真如他预料。

为数学而生,这是谷超豪留给人们最深刻的印象。做饭时,他用统筹法节省时间。“比如炒个菜,你当然可以先把碗洗好再去炒菜,然后把炒好的菜盛到碗里。但是根据统筹的方法就该先炒菜,在炒菜的时间里去洗碗,这样时间就省出来了。”

上世纪50年代初,谷超豪从事古典微分几何的研究,几年后却转变了自己的研究方向。导致这次“转型”的,是1956年制定的国家12年科技规划。当时,计算数学、概率论、偏微分方程都是新中国比较薄弱的,国家希望在这些领域能有所突破。听闻这个消息,谷超豪就自觉地想要承担起这个使命,而当时正是谷超豪在微分几何方面作出引人注目成就的时候。1958年,苏联人造卫星上天,正在莫斯科留学的谷超豪毅然决定开垦偏微分方程这块国内数学领域的薄弱园地。偏微分方程是数学和物理科学、工程科学沟通的桥梁,国际上已经有久远的历史,谷超豪想用自己的方式进入这个领域。他高瞻远瞩地提出要以高速飞行为实际背景,以空气动力学的需求和成果作为研究的切入点。

浪漫的诗人数学家

连谷超豪的业余爱好都和数学有关。“我对台风非常感兴趣,每次台风来,我都注意观察风向,再运用几何知识和天气预报作出同步判断。因为预报一天只有三四次,我的观察有时还更及时。”有一次强台风在浙江登陆,上海非常紧张。台风登陆前,谷超豪的预测和预报一样,都认为台风会在浙江或者福建登陆。“可我中午前后发现朝南的窗口打着雨点,这说明风向已经朝东南方向转变。我预测台风已经在浙江登陆,而且中心在向西或西北方向移动,上海不会有大问题。事实证明,这个判断很正确。”

那时,他有空就去听力学院的本科生课程,和中国留学生交流,并阅读了大量资料,知道了这里有许多非常有趣而艰难的数学问题。1959年,他回到国内,即以机翼的超音速绕流问题为突破口,开始组织精干队伍,进行潜心研究。

严谨的数学家与浪漫的诗人,两种风格截然不同的身份在谷超豪身上巧妙地融合在一起。他常将自己悟到的数学哲理用诗词表现出来,化枯燥为理趣。八十年代他在赴舟山讲学的船上曾作诗:“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。”其中第二句讲的就是微分几何中的两个著名定理。

谷超豪从不讳言自己在数学方面是“有些天赋”的。在他看来,数学不仅是看得见的数字,更是无穷的想象空间。谷超豪回忆说,小学三年级时,他就被除不尽的循环小数迷住了,“这让我觉得数学里面有非常奥秘的东西,做不到的东西可以想象。”还有一次几何课上,老师出了这样一道题:一个每边长都为1的四边形,面积是不是1?许多同学都肯定地回答是1。谷超豪却回答说:“四边形每边都是1,你可以把它压扁,变成一条线,这样面积就差不多没有了,所以面积不一定是1,可以是1,也可以比1小很多。”

对于一个科研工作者来说,放弃已有成绩,归零后重新出发,是何等的艰难。而谷超豪作出这个知难而上的重大抉择,仍是考虑国家需要和个人兴趣后的结果。尽管深爱数学,谷超豪却不认为数学凌驾于其他学科之上。相反,他对“数学是科学的仆人”一说很是欣赏。“数学最使人兴奋之处,就在于可以用它来解说或解答各门学科中的重要问题,同时又不断吸收其他学科的成就,扩大和充实自己的研究,为国家建设作出巨大的贡献。”谷超豪说。

他常告诫年轻人,数学与古典文学都十分重视对称性,许多作品中还蕴含着丰富的科学思想萌芽,千万不要重理轻文。

1943年9月,谷超豪考入浙江大学龙泉分校数学系。在这之后的半个多世纪中,谷超豪一直沉浸在数学世界中。在国家科学技术奖励办公室提供的资料中这样评价说:谷超豪“在当今核心数学前沿最活跃的三个分支——微分几何、偏微分方程和数学物理及其交汇点上作出了重要贡献”。

1974年,诺贝尔奖获得者杨振宁来访,建议和复旦大学教师们进行合作研究。谷超豪在合作和单独的研究中获得了多项很有意义的成果,杨振宁比喻为是“站在高山上往下看,看到了全局”。著名的物理学杂志《物理学报告》为此出了一本专辑,还加上了一页中文摘要。在国际著名杂志上有中文摘要出现,这在当时是非常难得的。通过这些研究,谷超豪从物理学中又提炼出了“波映照”问题,得到了深刻的结果,并引发了国际上许多著名科学家的后续研究,他的论文成为这一领域的经典性引文。

举案齐眉的婚姻生活

特别是上世纪70年代,谷超豪在与诺贝尔奖得主、著名物理学家杨振宁的合作中,最早得到经典规范场初始值问题解的存在性,对经典规范场的数学理论作出了突出贡献。后来,谷超豪又给出了所有可能的球对称的规范场的表示;首次将纤维丛上的和乐群的理论应用于闭环路位相因子的研究,揭示了规范场的数学本质,并应邀在著名数学物理杂志《物理报告》上发表专辑。

从上世纪80年代后期一直到现在,谷超豪对偏微分方程又一前沿领域“孤立子与可积系统”发起了进攻,取得了一系列很有创造性的成果,担任了首届国家攀登计划项目“非线性科学”的首席科学家。

谷超豪与夫人胡和生,是人人称羡的数苑比翼鸟。一九九一年,胡和生当选为中国科学院院士,谷超豪比自己当选的时候还高兴,欣然为妻子赋诗一首:“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。”

洪家兴说:“谷先生从事的是纯数学研究,很难让大家直观地感受到成果对现实生活的意义,但却是关系到国计民生的基础科学。比如在资源环境模拟、人口模拟、天气预报、建筑学中的弹力计算……这些复杂问题,都需要通过偏微分方程组来解决。”

在数学的王国里,他不会停下来。谷超豪75岁高龄时,还一年发表了3篇论文;至今,他已经发表数学论文129篇,获国家自然科学奖二、三等奖各1项,以及华罗庚数学奖、何梁何利科技进步奖和柏宁顿孺子牛奖(杰出奖)等多种奖励。

“最好的是我们俩研究事业互相熟悉,都能理解。”谷超豪说到这里顿了一顿,带着略微有些孩子气的表情补充道,“所以我要更努力,把研究做好一些,这样她就会更重视我。”

几十年从教,谷超豪为国家培养了一批数学人才,李大潜、洪家兴、穆穆先后当选中国科学院院士

多年后,学生李大潜感叹说,谷先生在治学中有一种“多变”的精神。这种“多变”,表现为科学家独特的个人风格和超强的创新能力,实际上却缘起于谷超豪强烈的社会责任感——从祖国建设的需要出发,才能不断发现学科创新点,从祖国建设的需要出发,才有源源不断的激情和智慧。

门下诞生九位院士

复旦大学副校长、数学家陈晓漫说:“谷超豪先生是数学方面的多面手,在理论数学和应用数学方面都培养出了一批优秀学生。”李大潜因在应用数学方面取得的成就当选为中国科学院院士,洪家兴院士专攻偏微分方程,穆穆则因用数学方法解决气象问题被增选为中国科学院地学部的院士。李大潜说:“谷先生的博学影响着我们,对我们的选择也很支持。但他对我们有一个要求,就是要越做越好,不能在一个层次上重复。这样的要求时刻警醒着我,工作要更加深入,要不断开辟新的领域。”

谷超豪也常说:“我的研究有两个原则不变,一是围绕国家的总目标,二是围绕学科的发展。”

从教六十多年来,谷超豪桃李满天下,其中涌现了李大潜、洪家兴、穆穆等九位院士。“乐育英才是夙愿,奖掖后学有新辉。”谷超豪的这两句诗,也是他诲人不倦的真实写照。

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