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2013年1月13日，著名力学和数学家，天体物理学家林家翘逝世。他是国际公认的学术权威，1994年当选中科院首批外籍院士；应用数学的“魔棒”让他的研究生涯横跨流体力学、天体物理学、理论生物学三大领域，他在不同学科间纵横驰骋的能力令世人叹服。他曾说，“不管搞哪一行，要紧的是千万不要搞第二等题目。”今晚，让我们一同回顾这位大师的璀璨人生。 追寻科学极致之美 年轻时师从名家，破解世界级难题 1933年，林家翘以第一名的成绩考入清华大学，并在大二时选择了物理系。1939年，他考取“庚子赔款”公费留学生资格，赴英留学。然而当时抗日战争已经爆发，一行人途经日本时受阻，不得不折返回昆明。 后在清华大学物理系教授、恩师周培源的帮助和联系下，林家翘1940年改派加拿大，在多伦多拿到硕士学位之后，转赴美国加州理工学院读博，师从当代科学史上的传奇人物冯·卡门。 △青年时的林家翘 这位大师级学者把年轻的林家翘带到了应用数学研究的前沿。“他给了我一个很好的论文题目，就是完成海森伯格论文中存疑的部分。” 海森伯格是著名的理论物理学家和量子力学的创始人之一。他的著名论文《关于流体流动的稳定性和湍流》研究了两维层流的不稳定性，试图找出湍流发生的本质。当时学术界普遍认为，海森伯格的计算结果并不完全清楚，也没有给出湍流出现的令人信服的物理解释。 面对这一争论焦点，林家翘在博士论文中巧妙地运用了适当的数学变换，澄清并严谨化了海森伯格的计算，给出了被学界认可的湍流现象的解释。 对林家翘来说，这次研究最大的收获，不是获得了赫赫声名，而是深刻感受到了他在清华读书时就接受的熏陶：“永远追求第一等的题目”。林家翘说，“做科学研究，就一定要在最前沿的领域找题目，只有这样，才能获得最有意义的突破。” 从“捕风捉水”到“追星撩尘”，他孜孜以求 科学界公认，依靠严密的逻辑推理所进行的数学证明，一经证明就永远正确。正因如此，在数学家眼里，物理学、化学、生物学、天文学等自然科学都是经验科学。应用数学的任务，就是利用数学，帮助经验科学建立最严密的逻辑结构。 说起来容易，但是要真的建立起严密的数学模型，使之在任何条件下都与实际观测相符，又谈何容易？ 上世纪60年代，林家翘全力研究天体物理学界的“缠卷疑难”问题。天文学界数十年来无法为其提供合理的解释。林家翘经过艰苦的计算，建立了螺旋密度波理论。正式公布后，立刻震动国际天文学界。大量的观测支持了林家翘的理论。曾有人对密度波提出反对意见，林家翘立刻用相关概念反驳，并和几个学生一起建立了相关概念的完整理论模型，使密度波成了颠扑不破的理论。 △林家翘在讲解星系螺旋密度波理论 从1940年到1970年，30年间，林家翘连续攻克两大科学难关。如果说湍流研究是“捕风捉水”，那么建立密度波理论就是“追星撩尘”。 凭借这两项研究成果，林家翘成为公认的应用数学大师。1962年，林家翘当选美国国家科学院院士；1972年，林家翘当选美国工业和应用数学学会主席；1975年，为表彰林家翘对应用数学和力学的巨大贡献，美国机械工程学会为他颁发了国际力学界的最高成就奖——铁木辛哥奖。 回清华创办研究中心，再次勇立科研潮头 “愿意为国家做贡献，我到清华大学来就是按这种精神做事的。” 林家翘2002年回到清华，成为继杨振宁之后第二位受邀回国的世界级学者。他主持建立了清华周培源应用数学中心，并致力于以应用数学方法进行生物学研究。 然而中心成立之初却没招来几个学生：大家一看挂着“应用数学”的招牌，以为只是帮助其他学科搞计算，全躲开了。 林家翘不厌其烦地向人们阐述着“应用数学”和“纯数学”的区别，讲着“应用数学”和“实用数学”的区别：“导弹上天、火箭发射需要的计算，是实用数学。而应用数学是要主动提出研究对象中的科学问题，通过问题的解决加深对研究对象的认识。”在他眼里，应用数学的薄弱“对整个科学的发展非常不利，非常不利”。 林家翘亲自为中心确立了研究方向：理论生物学中的蛋白质折叠。周围的人都倍感惊讶，林家翘却告诉大家，如同20世纪的物理学革命推动了人类社会大发展一样， 21世纪是生物学的世纪，如果可以取得成果，将有力推动清华大学应用数学的研究。 原来，林家翘已经洞悉了蛋白质结构折叠问题背后自然规律的端倪。他认为，能量在蛋白质不同尺度之间传递分布的规律，与湍流的某种规律有异曲同工之妙。 已是耄耋之年的林家翘再次激扬于科学潮头，他先后阅读了蛋白质折叠的几本名著，在书中的每一章节都做了详细的标注，几年下来，书里贴满了大大小小、层层叠叠的便签。这成就了他引以为豪的一个绝活：不用翻书，就能准确指出某一结论出自哪本书的哪一章节哪一段落。这一点，让研究中心里的年轻人都自愧不如。 宇宙终极之理，将是我们永恒的探索 再伟大的科学家，都只能洞悉自然规律，却无法抗拒它。林家翘老了。他每周四都要来研究中心主持课题讨论，即便刮风下雨，即便秘书劝他让学生们来家里，他依然坚持前来，因为他不想耽误学生一点时间——尽管他的家就在学校，离中心并不远。他给本科生们做讲座时说：“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事业。” 2012年10月26日，他在家中跌倒，随后被送入北京协和医院。那是他和清华的告别。2013年1月13日凌晨，他与世长辞。 林家翘的伯父林旭，曾与谭嗣同等人参与戊戌变法，是著名的戊戌六君子之一；人们耳熟能详的华裔诺贝尔奖获得者杨振宁、李政道，数学大师丘成桐、陈省身，是他的好友；与林家翘同拜冯·卡门为师的，还有钱学森、钱伟长、郭永怀，他们并称冯氏的四大中国弟子。冯·卡门曾对郭永怀的夫人李佩私下说，他的学生中，郭永怀最用功，林家翘最聪明。 △1947年2月3日，以美国航空事业奠基人冯·卡门(一排左七)为核心的美国国家航空顾问委员会委员群英汇聚。其中共有3位中国学者：钱学森（一排左三），林家翘（二排左一），郭永怀（三排左二）。 尽管如此，对大多数人来说，他的名字依然陌生。其实，知不知道他的名字，以及他的那些研究成果，对你的生活来讲，意义真的不大。 现代科技带给你的便利，跟他似乎没有太大关系。只是突然有一天，当你的双眼从手机、电脑屏幕上离开，开始注视你熟悉又陌生的大自然，你会看到世界向你打开一扇窗，窗外是人类自产生智慧以来，就不断思考的问题：宇宙到底是什么样子？星空有什么奥秘？生命是如何诞生的？ 这是那扇窗带给我们最美丽的景色，这是我们永恒的探索。林家翘和所有那些伟大人物的名字一样，曾经带领我们，在穷究宇宙终极之理的道路上，迈出了小小的、坚实的一步。 他和他代表的科学精神 作者/高毅哲 1月14日下午，我和周培源应用数学研究中心主任雍稳安坐在科学馆林家翘简易的灵堂边。为了不影响别人办公，灵堂里的哀乐声调得很小。在隐隐约约的哀乐声中，我问雍稳安：“该怎样评价林家翘的一生？”雍稳安沉思片刻，说：“林先生是一个真正的科学家，他尽到了一个科学家的本分。对林先生这样的科学家来说，探索自然界的奥秘，是他们终生的追求。” 科幻作家刘慈欣有一篇短篇小说叫《乡村教师》。故事讲的是黄土高原上的一名乡村教师，痛感愚昧对人们生命的束缚，在生命的最后时刻，依然在给山里孩子讲解牛顿三大定律，希望他们能领悟到人类智慧凝结的最美之花。结果就在当晚，懵懂的孩子们用三大定律回答了外星人提出的问题，使外星人确认地球存在高级别的智慧生命，从而使地球免于星际战争的灭顶之灾。 这样的故事当然永远不会发生。但从本质上讲，这名乡村教师和林家翘是一样的。那就是他们都具有科学精神。 一个人拥有了科学精神，就意味着他对人类取得的所有知识成果存有敬畏之心，对自然界无穷无尽的奥秘存有探索之心。而我们又是多么幸运，在宇宙浩瀚的星海中，在这颗小小的蓝色星球上，生活着唯一已知的智慧生命——我们。这其实是“造物主”赋予人类的特权。 科学并不枯燥。在丘成桐悼念林家翘的挽联上，有这样一句话：“用数如神，究星河之形，通水波之变，宏业堪为后世则。”究星河之形、通水波之变，这在中国神话里，是只有神仙才能做的事。对林家翘来说，他从中获得了无以伦比的快乐。也正是这样，他在86岁高龄，又将目光投向理论生物学领域，试图再次挥舞应用数学的“魔棒”，探寻自然界的基本规律。从流体力学到天体物理学，再到理论生物学，无一不是当时最前沿的科学领域。这符合他的信条：“永远做第一等的题目”。他相信，只有在“第一等的题目”里，才能获得最具突破性的成果。这是科学对他的魔力。 彻底摆脱受自然界力量盲目支配的状态，成为自然界的主人，这是人类的终极之梦。有理由相信，当下的中国，正处于基础科学大爆发的前夜。我们要做的，就是像林家翘和那位乡村教师一样，怀着对人类智慧的骄傲和敬畏，点亮一个又一个孩子的灵魂，让他们清澈的眼神，投向头顶深邃的星空。 |
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