科学家当然不是天上掉下来的星宿,而是在人间的凡人,通过家庭、学校和社会的培养和锻炼,逐渐成长起来的。
冯康深厚的文化素质要归功于中学教育。他的母校,有名的苏州中学显然起了很大的作用。从家庭角度来说,主要是提供了宽松的学习环境,一种氛围。“宽松”这一点至关重要,它和当今的情况形成了鲜明的对比。
冯康刚进初中时,英语遇到困难,由于他在小学一点英语也未学过,而其他同学大多学过英语。问题之解决完全靠他自己的努力,很快就跟上了班,不仅如此,还跃居班上的前列。整个这段时期之内,他是轻松愉快地进行学习,而不是中国传统教育强调的苦学,从来不开夜车(这和他后来的情况完全不同),即使考试时期,亦是如此。当时的中学教育强调“英,国,算”作为基础,这里稍加介绍。
苏州中学是省立中学,英语限于课堂教学,毫无口语的训练。他课堂英语学得不错,而且还注意到课堂外的自学,在高三期间,常将《高中英语选》上的一些文学作品译成中文。我记得一篇幽默文章“闺训”曾发表于杂志“逸经”,另有一篇剧作“月起”,则未发表。抗战初期学校图书馆被炸。他曾在断瓦残垣之间、灰烬之中拾得一本英语残书《世界伟大的中篇小说集》,他就津津有味地阅读其中的一些篇章,这是他阅读英文书刊的开始。英文报纸和电影也成为他学习英语的辅助手段。后来他曾在许多国际会议上用流利的英语作报告并和外国学者交流。他从来没有受过正规的英语口语训练,靠的是中学课堂教学的底子,以及后来的多看多用。
至于其它外语,他的俄语受过专门训练,又在苏联住过几年;德语是大学里学的第二外语,可以顺利阅读书刊;法语是自学的,文革后期还用一套唱片学法语会话。
总的来说,他的外语素养是非常突出的,不仅能看狭义的科学文献,而且可以在广泛领域来阅读与科学有关联的著作,涉猎极广,如科学家的回忆录、传记、史料与评述等,这些经历使他广阅世面,眼界开阔,因而对科学的见解高超过人。
另一方面,文化的滋润也给他坎坷的生涯中带来了慰籍和乐趣。1944年,他在卧床不起,前途渺茫之际,即从阅读莎士比亚的“哈姆莱特”的原文中得到了安慰,他大段朗诵其中的诗句与独白,并乐此不倦。
他从英文中读莎士比亚与吉朋,从俄文中读托尔斯泰,从德文中读茨威格,从法文中读波德莱尔,原汁原汤,别有滋味。由此涤荡心胸,陶冶情操,开拓视野,使他在最艰难的岁月里,仍然屹然挺立。
谈到中文,他也根底良好。在中学里文言和白话都教,但以文言为主。他能用浅近的文言来写作。记得在文革后期,无书可读,他就买了一套四史(史记、汉书、后汉书、三国志)来消遣。很显然,他的语文素养也在日后的工作中发挥了很好的作用。冯康的科学报告,乃至于讲课,均因语言生动精炼,逻辑性强,深受听众欢迎。他的文章和讲义,也都反映了这一特点。
至于数学,不仅课堂学习成绩优异,他还参考原版的范氏大代数等国外教本进行学习和解题,应该说他中学数学根底非常扎实。还有值得一提的是,有一本科普著作对他产生的深远影响。
在高三时期,他仔细阅读了朱言钧著的“数理从谈”。朱言钧(朱公谨)是我国前辈数学家,曾在哥廷根大学留学,回国后在上海交大任教。这本书是通过学者和商人的对话来介绍什么是现代数学(其中也提到费马大定理、哥德巴赫等问题),这本书有很强的感染力,使冯康眼界大开,并首次窥见了现代数学的神奇世界,深深为之入迷。这也许是冯康献身数学立志成为数学家的一个契机。当然,道路并不是笔直的。
冯康宽广的专业基础
冯康的大学生涯一波三折,受到人们的关注。正如Lax教授所述“冯康的早年教育为电机工程、物理学与数学,这一背景微妙地形成他后来的兴趣。”点出了相当关键的问题。作为应用数学家而言,工程和物理学的基础是至关重要的。
冯康的经历可以说是培养应用数学家的最理想的方式,虽然这并不是有意识的选择与安排,而是在无意中碰上的。1938年秋他随家迁至福建,有半年在家中自学,读的是萨本栋的《普通物理学》。1939年春去僻处闽西北邵武的协和学院数理系就读。1939年夏又考上了中央大学电机系。这可能和当时的时代潮流有关。
电机工程被认为是最有用的,又是出路最好的。当时学子趋之若鹜,成为竞争最激烈最难考的系科。他也有青年好胜心,越是难考的,越想要试一试。另外,大哥冯焕(他是中央大学电机系毕业生)的影响也可能是一个因素。这样他就以第一名的成绩考入中大电机系。入学之后逐渐感觉到工科似乎还不够味,不能满足他在智力上的饥渴感。于是就想从工科转理科,目标定为物理系。
由于提出的时间过迟,到二年级尚未转成,就造成并读两系的局面,同时修习电机系与物理系的主课。结果是负担奇重,对身体产生不利影响,此时脊柱结核已初见征兆。从有益方面来看,这样一来他的工科训练就比较齐备了。
在三、四年级,他几乎将物理系和数学系的全部主要课程读完。在此过程中,他的兴趣又从物理转到数学上去了。值得注意的是20世纪40年代正当数学抽象化的高潮(以Boubaki学派为其代表),这股潮流也波及中国大学中有志数理科学的莘莘学子,他们存在不切实际的知识上的“势利眼”,理科高于工科,数学在理科中地位最高,而数学本身也是愈抽象愈好。冯康之由工转理,从物理转数学,而且在数学中倾向于纯粹数学,正是这种思潮的体现。
他在学科上兜了一个圈子,对他以后向应用数学方向发展,确有极大的好处。试想当初如果直接进数学系,虽然也要必修一些物理课程,由于上述的心理障碍,必然收效甚微,物理如此,更何况工程了。当前拓宽大学专业的呼声又甚嚣尘上,冯康的事例对此可以给予一些启迪。
冯康在大学读完不久,以脊椎结核发病,由于无钱住院治疗,就卧病在家。1944年5月到1945年9月,这是他一生中最困难的时期。在病床上他仍孜孜不倦地学习现代数学的经典著作。
冯康昼夜沉溺其中,乐此而不疲,使他忘却了切身的病痛和周围险恶的环境。这种数学上的进取精神,既进一步巩固基础,又和当代的新发展前沿衔接起来了,使他对现代数学的领悟又上了一个台阶。1946年夏,他的伤口居然奇迹般地愈合,能站起来了,随后他到复旦大学任教,他仍坚持不懈地自学。
冯康两次重大的科学突破
在科学上做出重大突破,往往是可遇而不可求的。眼光、能力和机遇,三者缺一不可。冯康在一生中实现了科学上的两次重大突破,是非常难能可贵的,值得大书一笔。一是1964~1965年间独立地开创有限元方法并奠定其数学基础;二是在1984年以后创建的哈密尔顿系统的辛几何算法及其发展。当前科学上创新的问题成为议论的焦点,不妨以冯康这两次突破作为科学上创新的案例,特别值得强调的是,这两次突破都是在中国土地上由中国科学家发现的。对之进行认真的案例分析,尚有待于行家来进行。
这两次突破之所以能实现,不仅是得力于冯康的数学造诣,还和他精通经典物理学和通晓工程技术密切相关。科学上的突破常具有跨学科的特征。另一点需要强调的是在突破之前存在有长达数年的孕育期。需要厚积而发,急功近利的做法并不可取。
开创有限元方法的契机来自国家的一项攻关任务,即刘家峡大坝设计中包括的计算问题。面对这样一个具体实际问题,冯康以敏锐的眼光发现了一个基础问题。
他考虑到按常规来做,处理数学物理离散计算方法要分四步来进行:即(1)明确物理机制,(2)写出数学表述,(3)采用离散模型,(4)设计算法。但对几何和物理条件复杂的问题,常规的方法不一定奏效。因而他考虑是否可以越出常规,并不先写下描述物理现象的微分方程,而是从物理上的守恒定律或变分原理出发,直接和恰当的离散模型联系起来。
在过去Euler、Rayleigh、Ritz、Polya等大师曾经考虑过这种做法,但这些都是在电子计算机出现之前。结合电子计算机计算特点,将变分原理和差分格式直接联系起来,就形成了有限元方法,它具有广泛的适应性,特别适合于处理几何物理条件复杂的工程计算问题。这一方法的实施始于1964年,解决了具体的实际问题。1965年冯康发表了论文“基于变分原理的差分格式”,这篇论文是国际学术界承认我国独立发展有限元方法的主要依据。但是十分遗憾的是,对冯康这项重大贡献的评价姗姗来迟,而且不够充分。
在20世纪70年代有限元方法重新从国外移植进来,有人公开在会议上大肆讥笑地说“居然有这样的奇谈怪论,说有限元方法是中国人发明的。”会上冯康只得噤口无语,这个事实是冯康亲口告诉我的。后来国际交往逐渐多起来了,来访的法国数学家Lions和美国数学家Lax都异口同声地承认冯康独立于国外发展有限元方法的功绩,坚冰总算打破了。
文革以后,他虽然继续在和有限元有关的领域进行工作,也不乏出色的成果,例如间断有限元与边界归化方法等,但他也就开始在搜寻探索下一次突破的关口。他关注并进行了解处在数学与物理边界区域中的新动向,阅读了大量文献资料。
20世纪70年代Arnold的“经典力学的数学问题”问世,阐述了哈密顿方程的辛几何结构,给他很大的启发,使他找到了突破口。他在计算数学中长期实践,使他深深领悟到同一物理定律的不同的数学表述,尽管在物理上是等价的;但在计算上是不等价的(他的学生称之为冯氏大定理),这样经典力学的牛顿方程、拉格朗日方程和哈密顿方程,在计算上表现出不同的格局,由于哈密尔顿方程具有辛几何结构,他敏锐地察觉到如果在算法中能够保持辛几何的对称性,将可避免人为耗散性这类算法的缺陷,成为具有高保真性的算法。这样他就开拓了处理哈密尔顿系统计算问题的康庄大道,他戏称为哈密尔顿大道,在天体力学的轨道计算,粒子加速器中的轨道计算和分子动力学计算中得到广泛的应用。
王梓坤
王梓坤于1929年4月21日出生在湖南省零陵县,7岁停学一年回到家乡——江西省吉安县枫墅村。自幼家境极其困苦,过着缺吃少穿的生活。
王梓坤父亲王肇基,又名王培成,长年在外经商,受雇为商店店员,辛苦一生。他受教育很少,但勤奋好学,自学了不少古书,写得一手好字。他曾为王梓坤编了一本“字典”,按同音分类,如“一,衣,依,益”等字排在一起,后面还抄了一些对联、谜语等(如“黄花岗上黄花女,手执黄花;青草桥下青草鱼,口听青草”;“山石岩前古木枯,此不成柴;白水泉下十口田,五口属吾”;“两人两土两张口,普遍天下到处有,若是有人猜得着,半斤牛肉一壶酒”(打一“墙”字),还不时寄回来小说(如《西游记》《民国通俗演义》等)。父亲隔几年回家一次,最后一次教王梓坤打算盘。父子感情很深,可惜父亲早逝,那年王梓坤11岁。母亲郭香娥是农村妇女,勤劳一生,对人热情诚恳。
全家生活主要靠母亲和兄嫂租种地主的田地度日。他当时年纪虽小,也得劳动。常常天刚亮就光着脚下水田助耕,直到吃过晚饭才能洗脚穿上鞋子。
求学生涯
1940年,王梓坤跟村上私塾先生念完初小。由于在祠堂里教书的王少诚老师极力说服和帮助,王梓坤终于冲出了困境,到离家10里外的固江镇内吉安县第三中心小学走读。他自幼聪明好学,也很能吃苦耐劳。在课余、节假日里,他风里来、雨里去,插秧、割稻、打柴、放牛。艰难培养了他朴实的品质,磨练了他坚韧的性格。王梓坤在两年里,走了多少路,干了多少农活,没有人计算过,但他利用走路、放牛、车水的时间看书、算题的事,乡亲们至今还传为佳话。有志者事竞成。王梓坤用两年的辛苦,换来了优异的成绩,数学考试得过多次120分,语文在全县会考中获得第一。
王梓坤至今没有忘记故乡对他的抚育之情。1987年,他怀着对家乡人民的深厚感情和对家乡后一代的殷切希望,将自己的稿费和科学奖金慷慨捐赠给他的母校——吉安县固江镇枫江小学设立“红枫奖学金”,并先后给此小学赠书上千册。
1942年,王梓坤考取了吉安中学,当时正是抗日战争时期,物价飞涨,民不聊生。他无力交纳学费,随时有辍学的可能。在亲友和班主任高克正老师的帮助下,他勉强念完了初中,又考上了国立十三中的公费生。十三中是抗日战争时期全国的重点中学,很多老师是从大地方来的,教学质量高,王梓坤的成绩提高得更快了。
王梓坤从中学时代起兴趣就十分广泛,而且特别注意方法问题。高中时他就钻研过《孙子兵法》,并把这本书从头到尾抄了两遍。一本毕业时作礼物送给了同学,另一本一直留在身边。后来他写《科学发现纵横谈》就与此有关。
1948年,王梓坤结束了中学生活,他的思想更成熟了,有了更明确的学习目标:学习数学。当时他面临考大学的问题,可是身无分文,连赴考的旅费也没有。由于同班同学吕润林的慷慨帮助,他才登上了去往长沙的旅程。
这一年暑假,有5所大学在长沙招生,王梓坤都报了名,全考取了。这5所大学中,最好的是武汉大学。他选择了武汉大学数学系,而且获得系里两个奖学金名额之一,从而解决了学费问题。
王梓坤在革命的熏陶下,很快提高了觉悟,他还写了“堆在下层的落叶”、“奢侈品论”、“论消费”等文章。前者是短篇小说,发表在1948年《新世纪》杂志上;后者是关于经济学的论文,刊登在1949年武汉《大刚报》上。这些文章在当时是进步的。在大学的四年里,王梓坤还逐步培养了使他终身受益的自学能力。
1952年,王梓坤大学毕业时,本来被学校保送去北京大学当研究生,到北京报到时,突然方案改变了,王梓坤被分配到南开大学数学系。从此,开始了他的教师生涯。他在南开大学工作了32年,直到1984年才调到北京师范大学任校长。
王梓坤热爱教育事业,在他心目中,没有什么比亲眼看见一批批新人成长,而其中也有自己的一份辛劳,更有乐趣了。1955年,王梓坤在南开大学任教期间,经推荐考取了留苏研究生,去莫斯科大学数学力学系攻读概率论。当时国内的数学系还没有这门课,而苏联的5年制本科生从三年级就开始学这门课了。王梓坤在苏联莫斯科大学的学习期限,实际上要完成苏联同专业的研究生累计5年的课程。王梓坤没有辜负祖国人民的重托,三年里,他的大部分星期天都是在图书馆和教室里渡过的。假期里,他放弃了去伏尔加河沿岸旅行的机会,留在学校刻苦攻读。他的女友谭得伶(现在是北师大苏联文学研究所教授)当时也在莫斯科大学读书,他们丝毫不敢费时光,而是相互勉励,以优秀成绩向祖国人民汇报。
王梓坤在苏联的导师是近代概率论的奠基人柯尔莫戈罗夫,当时还很年轻、才华横溢的杜布罗辛,那时莫斯科大学念概率论的研究生在念大学本科时都已写过论文。王梓坤在出国前仅自学过三个月的概率论,现在要从头念起,因此学习任务非常艰巨。杜布罗辛帮助王梓坤订好学习计划,开始念哈尔摩斯的《测度论》,再念杜布的《随机过程论》。杜布罗辛指导很具体,很耐心,王梓坤至今对他满怀感激之情。1958年,王梓坤三年苦心的结晶《生灭过程的分类》在莫斯科大学的学术答辩会上一致通过,校方授予他副博士学位。王梓坤在莫斯科期间交了很多苏联朋友。结业后,本来可以安排一段时间访友和旅游。但他当时一心想快点回国,报效国家,连学校组织的游览都没去。在苏联期间,王梓坤一直保持着勤俭的作风,结业时节省出的生活费全上缴国家,回国时连一个小杯子也没有买。
王梓坤1958年回国,当时正值大跃进。他先到数学所为一位波兰统计学家当翻译。有人告诉他,可以跟这位专家到南方转转,王梓坤无动于衷,马上回南开大学工作了。
学术生涯
回国以后,王梓坤继续进行概率论的研究工作。主要研究的是一类重要的随机过程,即马尔科夫过程。现实中许多客观对象的演变过程具有偶然性(数学上称为随机性),它的发展前途人们不能准确地预言,只能预测它的各种可能性,这种过程称为随机过程。例如,全世界人口总数是随时间而变化的,它是随机的。我们不能确切预言10年以后全球的人数,只能须测人数在某一范围内(比方说,在60亿至70亿之间)的可能性有多大,因此人口总数的演变过程是随机过程。类似地,某地区的年降雨量、癌症患者人数、炮弹运行的轨道、液体中微粒所作的布朗运动等等,都是随机过程。由此可见,随机过程是非常普遍的。严格说来,几乎现实的运动过程都有随机性,只是偶然的程度大小不同而已。有一种随机过程,在已知它的现在的情况下,它将来的发展,不依赖于过去的历史,我们称这种随机过程为马尔科夫过程。它是由俄国数学家马尔科夫首先研究的。例如,上面所说的布朗运动、进入到某百货商场的人数、森林中某种动物总数等等,都可近似地看成为马尔科夫过程。
马尔科夫过程论是近几十年来数学中很活跃的一个分支,有许多新问题有待人们去探索。如果把这些尚待研究的问题比作一片原始森林,王梓坤则是这片森林的开垦者之一。在中国,王梓坤则是开创这一领域研究的先驱。
王梓坤对教学工作同样有浓厚的兴趣。1958年留学回校后,每学期他都讲课和主持讨论班。讲授过数学分析、概率论、随机过程、布朗运动与位势、统计预报等课程。1960年,年刚30岁的王梓坤开始带研究生,以后,除文化革命期间外,这项工作一直没有间断;他的学生中,有多名在20世纪80年代中期就已晋升为正教授,其中有两名国家级有突出贡献的中青年专家和两名大学校长,很多人都已成为教学和科研骨干。与此同时,在王梓坤的主持下,还招了几班进修教师,从而扩大了概率论的教学队伍。这样,从南开大学出来的概率论方面的本科生、研究生、进修教师有相当数量而且不少具有南开大学的严谨、朴实的学风,这与王梓坤的言传身教是分不开的。
为了发展我国的教育事业,王梓坤把全部身心都投入了教学和科研工作。他成家以后,夫人在北师大工作,家也安在了北京。他过了26年牛郎织女的生活。王梓坤却庆幸这为他免去了许多杂事,能有更多的时间致力于教学和科研。他的作息时间表里,很少有节假日,有好多次回家探亲,都是除夕那天才上路。
1977年,王梓坤由讲师直接提升为教授,这是文革以后全国第一次晋升,只提了两个人(另一人是天津大学的贺家李),香港《文汇报》还作了报导。
1984年5月,王梓坤被国务院任命为北京师范大学校长。在繁忙的行政工作之余,他坚持抽暇从事教学和科研,他在当校长的同时,还在北京师大和南开大学带有博士和硕士研究生多名。
王梓坤深感校长任务的艰巨。因为它不仅依赖于个人的才智和辛勤,还需要社会的积极支持和领导班子的同心协力。社会像是汪洋大海,大学只是其中的海轮,船能否顺利前进;在很大程度上依赖于大海的波涛。他深信,要办好学校,需要有正确的办学思想,高质量的师资队伍和工作人员,还要有足够的经济后盾,这些是必不可少的重要条件。
关于治校方略,王梓坤认为:一所大学首先要有明确的办学目标,要有一个能够调动全校绝大多数教职工积极性的奋斗方向。对于北师大来说,奋斗目标就是要把学校建成国内第一流的、在国际上有影响的、高水平的重点师范大学。
为达到这个目标,王梓坤和北师大的领导班子提出“高水平、多贡献、严管理、好校风”的十二字方针。他认为:“要创造条件,让学校出更多的名人、名作、名专业。一所学校要有一批名学者、名教授和优秀的管理人员、要有出色的教学、科研成果,还要有较多的名专业,这所学校才能说是高水平的。正像一个剧团如果没有名演员,演不出名剧目,能说是好剧团吗?”
关于“好校风”王梓坤认为:“正如文天样所说,‘天地有正气’。一所学校的正气就是优良的校风。校风是抽象的,也是具体的,其中大部分没有文字约束,但大家都会共同遵守和爱护。校风无时、无地不存在,就像在百花丛中,到处可闻到花香一样。学校的校风,对学生的人品、性格、习惯、治学态度的形成,起着熏陶和潜移默化的作用。北师大要把它那勤俭、严谨、团结进取、尊师爱生的优良校风保持下去。”
“喜看新鹰出春林,百年树人亦英雄”这是王梓坤留赠北师大一些毕业生的题字。他说:“教师事业是光荣的事业,也是英雄的事业。欢迎全国更多的优秀青年献身于教育事业。”
20世纪80年代,北师大向着“第一流”的目标迈进,其中有着王梓坤付出的辛勤劳动和他作出的巨大贡献。
1984年底;王梓坤和北京师大的教授们建议设立教师节,他第一次提出了“尊师重教”四个字,1985年9月10日,我国庆祝了第一个教师节。
1985年初他和刘文教授应邀到加拿大巴贾纳大学、曼尼托巴大学和温尼辟大学讲学访问两个月,他们的访问受到这三所大学的各级领导以及专家、学者的高度重视和十分热情友好的接待,里贾纳市的华人团体还为他们举行盛大的欢迎会。当地华文报刊报导说:“此次访问,展开序曲,无疑地将增进加拿大中西部平原三所省立大学与中国有关最高学府的科技交流,互益互惠。”1985年,王梓坤还到澳大利亚悉尼麦克星大学参加了授予他荣誉科学博士学位和名誉学者称号的颁授仪式。王梓坤获得这一荣誉学位是由于他在研究概率论方面的杰出成就和在提倡科学教育和研究方法上所作的贡献。他是该大学30年来授予荣誉科学博士的第六位学者,作为大学校长在澳获得荣誉科学博士还是第二个。国内有几家报纸刊登了这一消息。
此后,王梓坤先后担任过天津市人大代表,南开大学数学系副主任,南开大学数学研究所副所长,概率信息教研室主任;国家科委数学组成员,中国数学会理事,中国科学技术协会第三届委员会委员,中国高等教育学会常务理事,中国自然辩证法研究会常务理事,中国人才学会副理事长,中国概率统计学会常务理事,中国地震学会理事,中国高等师范教育研究会理事长,《中国科学》《科学通报》《世界科学》等杂志编委以及“纯粹与应用数学”“现代数学基础”等丛书编委。
王梓坤的为人,严于律己,宽厚待人;有功而不自居,有傲骨而无傲气。对同行的工作和长处,王梓坤总是充分肯定。至今他还常提到当年的同学齐民友的天资,胡国定、江泽培的能力以及邓汉英的稳重和对他的关心。对多年工作中的合作者吴荣、朱成熹、李占炳三位教授对他的协助,王梓坤更是经常流露感激之情。
王梓坤的一段自勉格言充分反映了他的情操:“我尊重这样的人,他们心怀博大,待人宽厚;朝观剑舞,夕临秋水,观剑以励志奋进,读庄以淡化世纷;公而忘私,勤于职守;力求无负于前人,无罪于今人,无愧于后人。”
荣誉称号和获奖情况
王梓坤曾获下列奖励和荣誉:
(1)1982年获“全国自然科学奖”。
(2)1985年获国家教委“科学技术进步奖”。
(3)1978年获“全国科学大会奖”。
(4)1981年获“全国新长征优秀科普作品奖”。
(5)1961、1979、1982年三次被评为天津市劳动模范。
(6)1990年被全国科普作协评为“建国以来成绩突出的科普作家”。
(7)1988年被澳大利亚麦克里大学授予荣誉科学博士学位,并被列入《澳大利西亚和远东名人录》。
(8)列入《世界名人录》第152版。
(9)1984年被国家人事部授予“有突出贡献中青年专家”称号。
(10)1991年当选中国科学院学部委员。
关于概率论的理论研究
王梓坤在数学方面的研究主要在概率论方面,他的工作紧随着这门学科的发展而前进。早在20世纪60年代,他就是我国概率论的领袖之一,我国概论能有今天的国际地位,应当归功于他的贡献。概括地说,20世纪60年代初,他研究马尔科夫链的构造,彻底解决了生灭过程的构造与泛函分布问题;20世纪70年代,他研究马尔科夫过程与位势论的关系,求出了布朗运动与对称稳定过程未离球的时间与位置的分布,并研究地震的统计预报问题,著有《布朗运动与位势》、《概率与统计预报》等书;20世纪80年代,他研究多指标马尔科夫过程,并在国际上最先引进多指标奥思斯坦·乌伦贝克过程的定义,并研究了它的性质;20世纪90年代初,除继续上述工作外,还从事超过程的研究,这是当前国际上最活跃的课题之一。上述各课题都是当时国际上的重要方向。始终紧随时代的发展,力求在科研重要前沿作出成果,是王梓坤数学研究的一大特色。分述如下:
(1)首创极限过渡的概率方法,彻底解决了生灭过程的构造问题。
随机运动从0开始,可一直伸展到无穷远的时刻,因此要决定一随机过程,必须在无限长的时间中观察它的运动(即给出它的全部有限维分布)。能否在有限的时间内就决定随机过程呢?即在短时间内观察到过程的一些所谓“无穷小”特征后,利用这些特征就能决定它在无限长的时间中的行为呢?这就是构造论所要解决的问题。由此可见问题具有重要意义,同时也非常困难。并不是每个过程都能如此,人们首先从一些特殊的马尔科夫过程开始研究,1958年前后,差不多同时,概率论大家W.Feller与王梓坤都研究生灭过程的构造,但方法不同,Feller用分析方法,王梓坤用概率方法(即他首创的极限过渡法),因而各有特色。正如苏联概率论专家尤什凯维奇评论所说:“费勒构造了生灭过程在轨道到达无穷以后的各种延拓,同时王样坤用极限过渡的方法找出了生灭过程所有的延拓”(请注意“所有的”三字),并在他与邓肯合著的书中加以引用。极限过渡方法后来由一些人所发展。
(2)1961年,王梓坤首创用差分方法研究生灭过程泛函的分布以及停时与首达时的分布,得到了深入的结果。这两项工作后来也被国内一些同行所发展,同时也为一些国外大学、研究所所称道。剑桥大学教授肯德尔在评论此项研究时说:“我认为,这篇文章除作者所说的应用外,还有许多重要的应用,例如,在传染病研究中……这问题是困难的,如本文中所提出的技巧是值得研究的”。
1980年,王梓坤又用递推方法研究积分型泛函,发表了论文。此文发表后,收到9个国家(美国、法国、西德、东德、印度、捷克、以色列、荷兰、意大利)的17个单位(大学或研究所)来信,索取此文的单行本。
(3)关于马尔科夫过程一般性质(遍历性、零一律、常返性、马亭边界等)的研究。
(4)1980年以后,研究马尔可夫过程与位势论的联系,发表了论文及专著。1983年后研究多指标马尔可夫过程。
(5)除马尔可夫过程的研究外,王梓坤还开创了我国随机泛函分析方向的研究。在他的带动下,目前国内这方面的工作已很多。
上述(1),(2),(3)中的研究成果大都总结在王梓坤的专著中。
(6)在国内最早研究多指标马尔科夫过程。在国际上最早引进多指标奥恩斯坦—乌伦贝克过程(简记为oup)的定义,并取得了较系统的成果。从单指标过程发展到多指标过程,正如从单变量函数发展到多变量函数,问题的复杂性和困难程度大大增加。oup是一种重要的随机过程,在物理中有重要应用。但前人只研究了单指标情况,而多指标oup,则是王梓坤首先研究的。后来不少人继续这项研究。
此外,王梓坤还从事于超过程的研究,已取得了“超过程的幂级数展开”等一些成果。
以上各项成果在国内外被引用的次数难以精确统计,估计有上百次。
(7)著书多种,其中《概率论基础及其应用》、《随机过程论》和《生灭过程与马尔科夫链》三本书。从基础到前沿,构成一完整体系,其中第三本主要是王梓坤研究成果的专著,列入科学出版社“纯粹与应用数学专著”第5号,其英文版已由科学出版社与德国一家出版社联合出版。有专家评论此书说:“这是一本优美、清澈的书”。此三书对我国的概率论教学与科研起了重要的促进作用,一些大学(如南开大学、北京师大、中山大学等)用作研究生、大学生及教师进修用的教材。
关于概率论应用的研究
在这方面王梓坤主要做了以下两项工作:
(1)地震的统计预报。王梓坤参加并领导南开大学统计预报组的工作,此组首创“随机转移预报方法”、“利用国外大震以报国内大震的相关区方法”等,曾多次报中过一些地震,受到国家地震局重视,并获天津市科技二等奖。结合地震还进行了地极移动的理论研究。
(2)与部队同志合作,完成了在计算机上模拟随机过程的研究,提出了理论方案,并编出了计算程序。由于有关方面的规定,此项工作在内部交流,未能公开发表。
关于科学方法及科普工作
王梓坤认为,教师不仅要传授知识,而且要培养能力。因此,他很注重学习方法和研究方法,特别是著名学者的经验和体会,更能引起他的兴趣。1960年,王梓坤曾给数学系的高年级学生和青年教师做过一次关于学习方法的演讲,引起了广泛的兴趣。30年后还有人提起那次讲演的内容。在这次成功的激励下,王梓坤更加努力收集这方面的材料,加上他对中国文学和历史也有兴趣,于是便把一些人的治学经验、名言以及名诗句统统记了下来。
1966年,开始了文化革命,在随后的一些年里,南开大学和全国一样乱成一团,既不让教书,又不准搞理论性研究。闲着没事,王梓坤便把20世纪60年代那演讲的内容重新翻出来,加上平日的笔记,归纳整理成一篇文章《科学发现纵横谈》,1977年发表在南开大学学报上,次年,上海人民出版社出了单行本。这是一本别具一格的科普读物,数学界老前辈苏步青在该书的序言中对此书作了确切的评价:“王样坤同志纵览古今,横观中外,以自然科学发展的长河中,挑选出不少有意义的发现和事实,努力用辩证唯物主义和历史唯物主义的观点,加以分析总结,阐明有关科学发现的一些基本规律,并探求作为一个自然科学工作者,应该力求具备一些怎样的品质。这些内容,作者是在形而上学猖獗、唯心主义横行的情况下写成的,尤其难能可贵。”苏老还说,“作者是一位数学家,能在研讨数学的同时,写成这样的作品,同样是难能可贵的。”
《纵横谈》以清新独特的风格,简洁流畅的笔调,扎实丰富的内容吸引了广大读者;书中不少章节堪称优美动人的散文,情理交融,回味无穷,心弦扣动,余音不绝,使人陶醉于美的享受之中。热望探索科学奥秘的年轻人,更是竞相争购。一些海外侨胞也纷纷向国内索该书。王梓坤收到的来信就有一千多封。一时间,《纵横谈》畅销国内,短期内再版了四次,发行量达45万册之多,被称为“科普书林的一奇花”。此书曾四次获奖(1979年上海市出版系统优秀读物奖,1981年上海新长征优秀科普作品奖,1981年全国新长征优秀科普作品奖,1982年首届全国中学生“我所喜爱的十本书”之一),共青团中央曾向青年推荐此书。继《纵横谈》之后,王梓坤在红旗杂志、人民日报、光明日报、中国青年杂志等报刊上发表科普文章数十篇,1985年他又出版了另一本书《科海泛舟》。这些文章都对读者有很大影响。
陈景润
陈景润是我国现代著名数学家,中国科学院院士。在解析数论方面成果显著,在对世界著名的数学难题——哥德巴赫猜想的研究上取得了重大突破。
陈景润1935年出生在福建省福州市闽侯镇的一个邮电职员家庭。家中子女多,经济条件不好。
小时候的陈景润长得十分弱小,性格十分内向,显得很不合群,因此遭到小伙伴们的嘲笑辱骂,甚至挨打。
但他对数学却有着浓厚的兴趣,一进入数学的王国,就什么都不顾了。
后来,陈景润进入了福州市的英华中学学习。有一天,老师给同学们讲述了数论中的一道著名难题:1742年,德国数学家哥德巴赫发现,任意一个偶数都可以表示为两个素数的和。他对许多偶数进行了检验,结果都是正确的。
但他无法对此给出证明,因此只能称之为猜想。他写信给当时有名的大数学家欧拉,请他帮助证明,但欧拉一直到逝世,也没有交给哥德巴赫想要的证明。二百多年来,许多数学家都试图证明它,但都没有成功。老师的话一说完,同学们便议论纷纷起来。
老师接着说:“数论是数学的皇冠,而哥德巴赫猜想则是皇冠上的明珠,你们应该从小树立远大的理想,学好数学,长大以后去摘取数学皇冠上的明珠。”教室里立刻鸦雀无声,同学们陷入了沉思,仿佛在思考着什么。陈景润也低头陷入了沉思,这一切对他来说太神秘、太具有吸引力了。
他暗暗下定决心,一定要努力学习,长大以后去摘取这颗明珠。
此后,陈景润更加努力地学习数学。他不仅努力完成数学老师留出的数学题,还自学大量的数学书籍。
有一次,数学老师布置了33道题,让同学们选做10道。可陈景润不仅做完了33道题,而且每道题都给出了多种解答方法。他的数学成绩在班上一直保持在第一名。
到了高二时,因为家里太穷,陈景润被迫辍学。可令人惊奇的是,到了1950年,他竟以“同等学历”的资格考上了厦门大学。四年的大学数学系课程,陈景润只用三年就学完了。
1953年,陈景润以高材生的身份提前毕业,并优先分配到北京某中学当教师。
可是,陈景润内向的性格根本就不适合当教师。他失败了,只得离开中学,来到福州的街口摆书摊度日。但他又是十分幸运的。
厦门大学校长王亚南知道他的情况后,立即让陈景润回到厦门大学当了一名图书管理员。这样他就可以专心研究数学了。
来到厦门大学图书馆后,陈景润如鱼得水地在浩瀚的数学海洋中遨游。他认真研读了著名数学家华罗庚的《堆垒素数论》和《数论导引》,对于书中的每一个问题都进行仔细推敲,他发现,华罗庚的书中竟然存在一些细微的错误。于是他鼓起勇气,写了一封信给华罗庚教授,提出了自己的观点。
华罗庚收到陈景润的信后,对他的观点和才华极为欣赏。华罗庚肯定了陈景润的观点,并热情邀请他参加1956年的全国第一次数学研讨会,并在会上宣读了他的论文。会后,华罗庚又将他调到北京的中科院数学研究所工作。
少年时代的梦想陈景润一直没有忘记,他下定决心,一定要努力去摘取那颗明珠。在调到中科院数学研究所以后,他更加努力地工作。
为了跟踪世界最新数学研究成果,他以惊人的速度在几年之内学会了俄、英、德、法四门语言。在向哥德巴赫猜想进军的过程中,他废寝忘食,潜心思考,进行了难以想象的大量计算,甚至被别人看成是“呆子”。
有一次,他一边走路一边思考,竟撞在一棵大树上,还赶快向“对方”道歉。还有一次,他患肺结核住院,没有痊愈就从医院偷偷地跑了出来——他实在不能再呆下去了,不看数学书,不做数学题,简直是要了他的命。
二百多年来,无数的数学家曾向哥德巴赫猜想发起冲锋,直到1948年,匈牙利数学家恩易才有了较大的突破,他证明了每个大偶数都是一个素数和一个“素因子都不超过6个的”数之和即(1+6)。
1962年,我国数学家潘承桐证明了(1+5)。同年,王元、潘承桐又证明了(1+4)。到1965年,布赫斯塔勃等三位外国数学家证明了(1+3)。
1966年,经过近十年艰苦的努力,陈景润在中国科学院的《科学通报》第17期上宣布他已把哥德巴赫猜想的证明推进到了(1+2)!外国科学家证明(1+3)用的是先进的计算机,而陈景润用的是笔和纸!
“文革”期间,陈景润未能幸免,受到了造反派的批判,被称为“吸血虫、伪科学”。然而他克服重重困难,继续进行研究。
1973年,陈景润找到了简洁地证明哥德巴赫猜想的方法。他发表了《每一个大偶数都是一个素数及一个不超过两个素数的乘积之和》的学术论文,引起了国内外数学界的巨大反响。我国著名数学家华罗庚、闵嗣鹤等都对此给予了高度评价。
世界各国的数学家和权威数学刊物纷纷给予热情的赞扬和肯定,他们称陈景润的研究是“世界上运用‘筛法’的光辉顶点”。英国著名科学家哈勃斯丹和联邦德国数学家李希特看到陈景润的文章后,立即停止正在印刷的著作《筛法》,并推迟出版发行。
他们决定把陈景润的论文要点作为全书的最后一章补写到书中,命名为“陈氏定理”。英国数学家赫胥黎给陈景润写信赞美道:“啊,你移动了群山!”直到今天,这一研究成果仍然保持着世界领先水平。
1996年3月19日,陈景润因长期劳累及没有规律的生活,病情加重而逝世。为他送行的一幅挽联,精辟概括出了陈景润不朽的精神和伟大的贡献:
景星有意顽强拼搏移动数学群山摘取明珠光寰宇;
润物无声奋力奉献攀登科技高峰掬捧丹心照汗青!
吴学谋
吴学谋是中国数学家,生于广西柳州。从1940年起,他相继在桂林、百色、柳州,武汉求学。1956年毕业于武汉大学数学系。现任武汉数字工程研究所研究员。中学时代,他就超前自学。后来就广泛地进行学术研究,涉及理工医文社哲多种专题。主要是在哲学、数学、系统科学三领域苦筹自成体系的一家之言。他先后发表了200篇论文,出版了6本专著、编辑过20多本论文集,创办了跨学科的《科学探索学报》,是15个出版物的编委,15个学会的理事,是20个组织(单位、国际会议)的在职或兼职研究员与教授或特邀科技委、总部学委、主编、副主编、副理事长、顾问、国际会议副主席与学委等,被编入30多种名人录(辞典、百科全书、年鉴等),另外得到国际上30多种荣誉候选提名。美国数学评论等国际刊物对其论著有过40多次评介。许多百科全书、手册、辞典、年鉴、教材与专著都引入了泛系哲学的条目或章节,国际上著名的对话式信息服务系统DIS录入了他开创的泛系哲学与应用文献131篇(截自1990年止),一些国际会议也把泛系理论作为特定征文专题之一,国际名人录还专门为他精印了“泛系缔造者”的金宁封面。吴学谋参加过多种工农劳动和学术与社会活动,成为跨越哲学、数学、系统科学与自我科学的多栖创业人,他在理工医文社哲六合一的哲学专著《从泛系观看世界》的书后自白中说:
“我是个枸喜己悲,狂放不羁,误失彷徨、大忧超脱等兼而有之的人。惨忙挣扎,灾险迭生,也幸缘不断,欢乐奋争;引人争议,也令人欣羡。”
少年时的吴学谋爱钓鱼、养蚕、爬山;骑无鞍的劣马,读书时留过级,学过“武侠”,打过穷架,冒险游泳多次出事侥幸生还,后来也多次跳级,中学与大学时都代老师为同班同学上课或作辅导。他早年就幻想成为对人类有所贡献的一代哲人,幻想小我与大我、有我与无我、自我与超我的协同显生。他研究的范围较广,先后喜欢过文学、医学、工程技术、化学、理论物理、数学、控制论、哲学等。
吴学谋的物质生活一向清贫艰苦,也多次遇险生还。许多研究工作是在坎坷的经历中完成的。例如他的逼近转化论虽研究起自他大学时代(1955年),但主要是在大学毕业后的劳动中完成的,他往往挑着担子在构思他的数学定理;在无灯的月下用意念盲写下有关的论述;在田头小休时,他就把结果画在手掌上;他还在梦中追捕灵感性的思想。
吴学谋长年每天平均干一般人两三天的工作,常常几天几夜连续作战。例如他与人联名的《磁流体力学的等价理论》就是在五天五夜写出采的,从收集材料、博览群书、到一批前沿性的结果的获得都是在随时准备为单位扫地出门氛围里于完成的。他的专著《泛系理论与数学方法》是在春节假日里把自己关在办公室里一周时间完成的,为了谢绝客访,他在家门口写了个闹趣的英文条子:“吴学谋宇宙飞行去了,一周后返回地球,谢谢来访,请留名以便回拜!”
吴学谋能够在噪杂混乱不安定的情况下工作。但也间或无忧忘年地玩游,平时喜欢游泳、唱歌、跳舞、气功和幻想,除了研读各门学科的理论性著作外,也爱读神怪、魔幻、侦破、权谋与武侠小说和童话。他在研究中的许多灵感、构思与素材不是来自书本与文献,而是来自生活观察与社会接触,来自讲授、讨论与实践,来自迎接挑战后的反思。
20世纪50年代,从学生时代起,吴学谋主要是按泛系观或按广义的系统、关系或及它们的种种复合与五互(互联互转互导互生互克)这种相对普适的观点开拓数学内跨专题的逼近转化论,后来又从泛系五互观开拓电磁介质动力学等价论,得到几百个具有前沿性特点的定理与理法(哲理、数理与技理的具体形式),20世纪70年代,吴学谋才正式结合理工医文社哲的具体应用研究筹创泛系方法论与泛系哲学,经过15年的创业历程,拥有70多人的作者队伍,发表了400多篇文章,有4本专著、7册专辑和20次专栏,出版了《泛系学刊》,发展了自己的哲学七论(本体论、认识论、方法论、哲学逻辑、哲学范畴论、哲学真善美禅统一论、哲学人类论)与系统科学三论(系统论、控制论、信息论)以及一系列百科理法的数理枝理研究。得到几百个有哲理技理背景的具体理法和几百个数学结果,为上百个哲学,与科学范畴提供了现代化泛系化的形式,为沿承牛顿《自然哲学的数学原理》与希尔伯特第六问题的意向——哲理的数理技理化以及具体科学技术的哲理公理化进行一些新的具体探索,为百科理法提供了一种宏微兼顾新的多层联网。开拓了一种新的网络型的跨学科研究。
1978年以来,吴学谋讲过数理逻辑、离散数学、泛代数、模糊数学、应用数学、控制论、系统科学、心理学、教育学、医学等20多种课程,更多地是作了约二千小时近百次的泛系哲学与应用的讲学:大连、长沙、昆明、广州、北京、上海、湘潭、镇江、重庆、秦皇岛、贵阳、南京、兰州、武汉。并且先后为武汉数字工程研究所,华中理工大学、武汉海军工程学院、兰州大学、中国科学院昆明生态研究所等单位带过多批研究生,先后用泛系哲学辅导过200多篇论文的写作,涉及理工医文社哲几十种专题。这一些教学相长的活动对泛系哲学的创生起到重要的作用。
在国际上,吴学谋是世界一般系统与控制论组织理事,国际名人传记中心荣誉顾问,国际控制论学报编委。法国Busefal通讯编委,国际非线性力学大会学委与分会主席和主题发言人,中美模糊数学会议分会主席,国际沿江城市发展战略会议副主席,国际自动推理会议程序委员。在数学界他先后任湖北省数学会常务理事兼系统科学与生物数学部主任,武汉工业与应用数学会副理事长,《模糊数学》《应用数学》副主编,《应用数学和力学》学报与丛书以及《模糊系统与数学》常务编委,《数学研究与评论》、《数学方法论丛书》编委,1979年主办了国内早期大型的模糊数学讲习班、1980年主编了国内最早公开发行的模糊数学论文集《乏晰数学专辑》。在系统科学与计算机科学界,他先后是中国系统工程学会模糊系统与数学常务理事,武汉系统工程学会副理事长;湖北省知识工程学会副理事长兼泛系哲学专业委员会主任,中国计算机学会多植逻辑组领导小组成员与泛系逻辑组组长,中国现代设计法研究会总会学委,湖北省计算机学会安全专业委员会特约学术顾问武汉时代科学院泛系工程研究所顾问兼研究员,《水平科学丛书》编委,《泛系学刊》编委,等。在其它具体科学技术与文化界,吴学谋先后任中国核学会计算物理学会常务理事,《计算物理》编委,武汉数字工程研究所研究员,华中理工大学、武汉工业大学、兰州大学、湖北函授大学、湖北国防科技工业职工大学等单位兼职教授,中国力学会理性力学与力学中的数学方法专业委员,湖北省力学会理事,中国舰船研究院科学技术委员会特邀科技委、湖北省气功科学研究会常务理事、《大众气功》编委,北京教授讲学团法治系统工程研究所研究员、华光中医现代化研究所研究员、《中医现代化》编委,《绿色文化丛书》副主编,等等。在哲学与自然辩证法界,吴学谋先后任《中国自然辩证法百科全书》编委,自然观研究会与自然辩证法学会自然哲学专业委员会顾问,兰州大学计算机科学系泛系哲学逻辑教授,系统哲学专业委员会熵与序学科组负责人之一,并多次入册哲学年鉴,等等。
由于种种历史条件,吴学谋在生活与政治上均有所波折,在学术上有许多误解,遇到许多阻难。他的逼近转化论从成稿到出版就经历将近四分之一个世纪,中间稿件还遭失落。吴学谋在他发表的哲理诗《事业与知音》中认为:“追求一旦变成一种事业,它就成为一种痛苦的爱。人生就是奉献,是对事业的献身,也是一个寻觅事业知音惴惴不安而又欢乐战斗的历程。”多年来吴学谋就是在生机与危机互伏的风风雨雨之中而上下求索的。他努力争取得到人们的帮助和理解,追求事半功倍以致事一功万,但也随时准备理解别人对他的不理解,甘于寂寞与孤独,甘于做蠢人——事万功一,即使事万功负,不业不成,出师未捷身先死而成为惨败者,他也庆幸自己有一个美好的心愿:竞业不息,意守胜利!
人贵自我奋斗而又主动服务于社会,人贱无所作为而又怨天尤人地等待社会的恩赐。
吴学谋认为,对历史、人生与事业的紧迫感与危机感,苦难的折磨、惨忙挣扎而又欢乐奋争的生活可以催塑一个衔领风骚的灵魂。作为一个现代型的开拓者,他很欣赏革命家黄兴屡败屡战的精神,有我中要有无我,无我中要有我,把有我与无我、小我与大我、自我与超我辩证地统一起来。吴学谋曾强调说:
“要用旷古的境界去开拓伟大的事业。不要强化生活中悲剧性的成分,要从世界历史的高度来看待既有风险而又幸运的人生。在生活中会遇到一万件不如意的事,但要拼命创造;一万零一件有意义的事去压倒它们。自强助人,善与人同,克己应展,献身成趣,雄观寰宇,珍惜常乐……”
陆家羲
陆家羲是中国组合数学家,生于上海一个贫苦市民家庭。父亲是个收入低微的小商贩,母亲没有职业,靠给别人缝洗衣服弥补家计的不足。他是这个家庭的独子,5岁开始上学,先后在上海正德小学、声扬中学和麦伦中学读书。他十分珍惜父母亲辛劳节俭给他提供的读书机会,从小就勤奋好学,成绩优秀。初中毕业后,因父亲去世家境困窘而中断学业,并到公共汽车五金材料行当徒工。工余时,他仍孜孜不倦地读书自学,立志日后要攀登科学高峰。上海解放后,他考入东北电器工业管理局的统计训练班。短期学习后,于1952年5月被分派到哈尔滨电机厂生产科担任统计工作。在此期间他自修了高中课程和俄语,并广泛涉猎天文、地理、文学、哲学、伦理学等多方面的知识。1957年在职考入东北师范大学物理系接受高等教育。1961年毕业分配到包头钢铁学院担任助教。高校调整时该校下马,他被调入包头市教育系统,先后在包头市教育局教研室、包头8中、包头5中、包头24中以及包头9中等校担任物理教师直到逝世。
在哈尔滨电机厂工作期间,一次,他阅读了一本名为《数学方法趣引》的书——这是对他一生道路有决定意义的一件事。这本书是我国老一辈数学家孙泽瀛编写的数学普及读物。书中所介绍的两个问题——“柯克曼女生问题”和“斯坦纳系列问题”强烈地吸引了他,使他产生了跃跃欲试的愿望。此后,对这两个组合设计问题的追求再也没有同他的生活分离。
他的本行专业不是数学。尽管数学是理工科的基础课,但对从事数学研究工作是远远不够的。50年代末期的中国也还没有开始对组合数学的系统研究,没有中文的参考书。他也难以找到向这方面求教的行家。就是在这样一种环境和条件下,他靠顽强的毅力而闯入组合设计领域。
对于一个外行来说、起步时的艰难是可想而知的。“女学生问题”如果对于较小酌阶数,还可以作为一种数字游戏,以拼拼凑凑的方式去寻求答案。但随着阶数的增大,设计问题的成功已远非碰运气所能奏效的了。在众多的(甚至近乎天文数字的)可能排列组合中去搜寻少得可怜的正确组态真犹如大海捞针,即使是现代高速计算机也难以完全胜任。这里的关键是要掌握现代设计理论的方法和工具。意识到这一点,他感到首先必须去艰苦地学习,才能尽快地进入前沿而想方设法地学习。笔者曾经有幸在他生前于1983年大连会议上听他讲过这样一段话:“我从一名数学外行最终得以入门进到组合设计的前沿,一要感谢孙泽瀛先生的小册子,它确实对我是一个有趣的向导;二要感谢那些可供不同层次读者学习的专业书籍。我没有时间也不需要从头到尾去读大部头的专论。我是带着问题学,实用主义式的。我当然还要感谢国内外数学界前辈和同行的工作,他们的文章为我打好了基础,也使我从中借鉴了不少好的方法。”这就是他所选择的学习道路和研究方式。
这既是一条捷径,也是一条艰难的道路。进入大学后,他借阅有关的书籍,逐一学习自己不懂的数学概念、术语、方法,学习组合设计理论的方法。他边学边实践,搞懂了就去联想、构思,从实用中尝到甜头,提高信心,再进一步学习。这个期间,他先后学习了近世代数、初等数论、0—1矩阵理论、有限几何、差集理论以至正交拉丁方理论等多个数学分支。热切地追求真理的愿望和顽强执着地向既定目标迈进的精神,使图书馆、资料室、走廊灯下、校园僻静处都成了他的数学天地。在这个天地中,他的辛劳勤奋不仅使他以优异成绩取得物理专业的毕业文凭,而且完成了他自己的第一篇数学论文,在攻克“柯克曼女生问题”的道路上迈出了第一步。
工作以后,他承担着繁重的教学任务。为了能在认真完成教学任务的同时再在自己心心思念的两个数学问题上投入力量,他投入了自己所有的业余时间:不分日夜、没有节假、理发周期一再增长、简单的饮食乃至婚姻大事也一直被忽略到37岁的年纪。人们都知道居里夫妇的实验室,既类似马厩,又宛若马铃薯窖。但是谁又能和中国知识分子的工作和生活环境的艰难程度相比呢?陆家羲一家4口挤住在一间10多平方米的小屋内,这既是卧室,又是厨房和写字间。室内仅有一些陈旧的家俱和寒酸的衣物。唯一的一张可写字的桌面要让给上学的女儿用。他是趴在多处贴补了旧报纸的破土炕上演算着世纪性难题!包头地处边睡,信息闭塞,资料缺乏。为了查阅文献,他除了通过各方面关系与一些高校的图书资料部门取得联系外,还不时要千里迢迢自费进京。他唯一的业余爱好是欣赏京剧唱段,但是为了提高自己的英语水平,他的京剧唱片换成了英语唱片。他的一切:家庭生活、时间、精力和有限的金钱都完完全全地付给了唯一的目标——攻克尖端、他逝世后,他的女儿在“悼念爸爸”的短文中遗憾地写道:“爸爸,您走得这样匆忙……您前几年提出要照一张全家福,可一直没抽出时间。如今,我们只有把这张全家福印在心上了。”他的妻子曾说:“……是祖国和人民将他培养起来的……他所以不分昼夜地拼,更重要的还是要干出成绩来报效国家,报效人民。”
从1961年到1983年,他共撰写了20余篇研究论文。这些论文除6篇于他去世前后在美国《组合杂志》上发表外,其余均在国内投稿,但结果不是退稿就是石沉大海。
当然,这里有各种各样的原因。中国数学会有关同志曾于1984年专门就此查询了陆所投稿件的处理情况,发现有的是社会大环境造成的(文革期间,一些学术性刊物已处于实际上停刊的状态);有的是稿件本身的原因(信息的不灵,时间的滞误使国外已枪在前面);也确实有的应归咎于审稿方面(对问题的价值的不理解或判断的失误。最不能让人原谅的是对第2、3两篇的轻率处理,它使我们丢掉了在RB[3,1;V]和RB[4,1;V]方面的优先权)。但不论是哪种因素,对当时的陆家羲来说都是不公正的打击。面对这一再的挫折和不幸,他没有气馁,更没有自暴自弃。对接到的退稿,他或是加以修改,充实后再投、改投,或是更上一层,对新的高度发起下一轮冲击。
他所受到的不公正还不止这一方面。在极左思路泛滥和文革灾难时期,他时常受到一些人的巩笑,说他是“傻子”,有“精神病”;他还被指责为追求名利、不务正业;甚至有一段时间被扣上“不问政治、走白专道路”的帽子,送到干校去集训,接受批判,进行劳动改造……研究成果的不被承认,生活上的窘困,政治上的受压抑,统统压到了他那高度近视的、饱经沧桑的身体上。但是,他以惊人的顽强挺住了,凭着对事业的追求,凭着振兴中华民族的一颗耿耿爱国之心,他含辛茹苦、百折不挠,终于迎来了胜利的喜悦。1983年7月,他应邀在全国首届组合数学会议(大连)上报告了他的研究成果,受到与会中外学者的一致称赞。国际组合论界权威性刊物,美国的《组合论杂志》A辑分别在1983和1984年的两期上,以总共99个印刷页的惊人篇幅连载了他的6篇论文“论不相交的斯坦纳三元系大集”。我国数学界的一级刊物《数学学报》也在1984年底全文发表了他解决“柯克曼女生问题”的重要论文。为了使他能更好地从事前沿研究,华南师范大学开始商调他去任教,加拿大多伦多大学拟邀他去合作研究。美国《数学评论》杂志主管编辑则函请他担任该刊的评论员。1983年10月在武汉召开的中国数学学会第四次全国代表大会破例邀请他作为唯一的中学代表并在会上作报告。
1983年10月30日晚,他从武汉返回包头家中,兴奋地向他的妻子滔滔不绝地讲述着他这几个月来内心的感受:研究成果所受到的重视国内外学术界给他的赞誉,自己进一步攻关的打算……他妻子事后追忆说,她第一次见到他笑得这样爽朗,这样欢快!是的,他笑了,但是这已是积劳成疾的他的最后笑声。当夜凌晨,他带着成功的喜悦和未竞事业的遗憾长逝了!
他不幸早逝后,国内外数学界许多专家学者、学校、部门纷纷发来唁电、唁函表示惋惜、悼念。包头市和内蒙古自治区政府授予他特级教师称号。在中国数学会理事长吴文俊等主持的首届刘微数学讨论班上专门安排了一个介绍他的研究成果的学术报告。1984年10月31日,内蒙古自治区领导召开表彰大会,授予他自治区科技进步特等奖;1987年底,国家科委又将他的大集成果评为国家自然科学一等奖。这也是他理所当然应当得到的荣誉。
1984年9月,我国组合数学界组织的“陆家羲学术工作评审委员会”对他的斯坦纳三元系大集工作给出了这样的评价:“众所周知,1960年Bose等证明了t>1时欧拉猜想不成立;1961年,汉纳尼给出并证明了k=3和4时的B[k,λ;v]设计存在的充要条件。这是区组设计理论中的两大举世闻名的成就。陆家羲关于大集的成果可以与上述两大成就相媲美,并将同它们一起载于组合数学的史册”。国际著名的组合数学家、加拿大多伦多大学教授门德尔森在83年7月访华时赞扬陆家羲的上述成果是“组合设计领域中20年来的重大成就之一”,称他是“一位很好的组合学家。”多伦多大学校长在来信中则称陆是“闻名西方的从事组合理论的数学家”。对陆1961年至1965年未得发表的关于柯克曼女生问题的解决方法,威尔逊等国外学者也表示了极大的兴趣。1988年8月,根据国内外学者的倡仪,在安徽屯溪召开了以纪念陆家羲先生为主旨的“区组设计国际会议”,中国数学会并委托内蒙古数学会组织有关专家编辑出版《陆家羲遗文集》。
丘成桐
1981年,他32岁时,获得了美国数学会的维布伦奖——这是世界微分几何界的最高奖项之一;1983年,他被授予菲尔兹奖章——这是世界数学界的最高荣誉;1994年,他又荣获了克劳福奖。
除此之外,他还获得过美国国家科学奖章和加利福尼亚州最优秀的科学家的称号,是美国科学院院士、哈佛大学名誉博士、中国科学院外籍院士、香港中文大学名誉博士……
丘成桐1949年出生于广东汕头,后全家定居香港。父亲曾在香港香让学院及香港中文大学的前身崇基学院任教。父教母慈,童年的丘成桐无忧无虑,成绩优异。但在他14岁那年,父亲突然辞世,一家人顿时失去经济来源。尽管丘成桐不得不一边打工一边学习,却仍然以优异成绩考入香港中文大学数学系。
大学期间,他以三年时间修完全部必修课程,还阅读了大量课外资料。他的突出成绩和钻研精神为当时的美籍教授萨拉夫所赏识,萨拉夫力荐他到美国加利福尼亚大学伯克利分校攻读博士研究生。七十年代左右的伯克利分校是世界微分几何的中心,云集了许多优秀的几何学家和年轻学者。在这里,丘成桐得到IBM奖学金,并师从著名微分几何学家陈省身。
数学是奇妙的,也是生涩的。即使是立志在数学领域建功立业的年轻学生,能坚持到最后并出成果的,也是寥若晨星。丘成桐正可谓这样一颗“晨星”。常常有这样的情景——偌大的教室中,听课的学生越来越少,最后竟然只剩下教授一人面对讲台下唯一的学生悉心教诲。这唯一的学生,就是丘成桐。到伯克利分校学习一年后,丘成桐便完成了他的博士论文,文中巧妙地解决了当时十分著名的“沃尔夫猜测”。他对这个问题的巧妙解决,使当时的世界数学界意识到一个数学新星的出现。
丘成桐取得博士学位后,在应邀前往普林斯顿高等研究院访问的一年中,他结识了许多年轻的世界一流数学家,完成了两篇论文。1972年秋,年仅23岁的丘成桐应邀来到纽约大学石溪分校担任副教授,又完成了几篇论文。在1973年美国数学会举行的微分几何大会上,丘成桐做了三个学术报告,以卓越的能力和杰出的贡献,向数学界显示了自己在微分几何领域的领先水平。这一年是丘成桐数学事业上十分重要的一年,他完成了题为《完备黎曼流形上调和函数》的著名论文,用他自己的话说,这篇文章是他数学生涯的转折点。实际上,该文奠定了他应用分析方法的基本思想和技巧。
丘成桐最重要、最有影响的工作是对“卡拉比猜想”的证明。他是在1976年底用强有力的偏微分方程估计解决了这一问题的。在解决“卡拉比猜想”的同时,他还证明了负定第一陈类的紧克勒流形上克勒—爱因斯坦度量的存在性。
1976年,丘成桐被提升为斯坦福大学数学教授。1978年,他应邀在芬兰举行的世界数学大会上做题为《微分几何中偏微分方程作用》的学术报告。这一报告代表了八十年代前后微分几何的研究方向、方法及其主流。这之后,他又解决了正质量猜测等一系列数学领域难题。
丘成桐的研究工作深刻又广泛,涉及微分几何的各个方面,成果累累。1989年,美国数学会在洛杉矶举行微分几何大会,丘成桐作为世界微分几何的新一代领导人出任大会主席。
命运是公平的,奖章、荣誉,授予了那个在教室中坚持到最后的人。这,并没有让丘成桐止步不前,他继续进行着大量繁杂的研究工作,并不断取得成就。
坚韧、坚持、锲而不舍,这就是丘成桐的精神。当然,也不是每个有着这样精神的人都能取得丘成桐一样的成就的。数学需要勤奋,更需要天才。正如著名数学家尼伦伯格所说,丘成桐“不仅具备几何学家的直观能力,而且兼有分析家的才能”。著名数学家郑绍远先生回忆说,对于许多艰深的数学问题,丘成桐已思考近20年,虽然仍未解决,他还是没有轻易放弃思考。
丘成桐对中国的数学事业一直非常关心。从1984年起,他先后招收了十几名来自中国的博士研究生,要为中国培养微分几何方面的人才。他的做法是,不仅要教给学生一些特殊的技巧,更重要的是教会他们如何领会数学的精辟之处。他的学生田刚,也于1996年获得了维布伦奖,被公认为世界最杰出的微分几何学家之一。
数学是奇妙的,只有锲而不舍才能探求其中真谛。对于丘成桐这样的数学家来说,这种探求不但是人生的意义,也是人生的乐趣。
毕达格拉斯
古代希腊著名的数学家毕达格拉斯,大约生于公元前582年,幼年时代是在希腊的萨漠斯岛度过的。他的父亲内萨库斯是一个富有的宝石雕刻匠和批发商。他跟父亲学会了在金属上雕刻花纹的手艺,但他从小最喜欢的是数学和音乐,并对几何学发生了浓厚的兴趣。
埃及的先进科学成就强烈地吸引了年轻的毕达格拉斯,他决意到埃及去旅行和考察。据公元前3世纪的亚历山大里亚博物馆的图书馆长卡利马科斯的记载,毕达格拉斯曾在埃及住过多年,并曾向埃及的祭司们学习过数学知识。毕达格拉斯在数学上的成就便是在吸收埃及的科学成就的基础上取得的。
毕达格拉斯把毕生的精力都花费在数学的研究上。他第一个使数学这门学科超出了商业需要的范围。他的刻苦钻研,推进了数学的发展,特别是对几何做出了卓越的贡献。他认为数目是数学中最基本的元素,把数分为奇数、偶数。毕达格拉斯提出了无理数的理论以及几何学上的点、线、面和空间的概念。他认定:在平面上以一点为中心可以延展成6个等边三角形、4个直角三角形和3个正六边形,这是他在对周边事物进行细致观察的基础上,又经过独立钻研而得出的结论。
毕达格拉斯在数学上最突出的成就,是他发现了勾股定理,毕达格拉斯发现花砖上的直角三角形三边之间似乎存在着一种特殊关系。于是,它先在一条直角边上写个a,在另一条直角边上写个b,在斜边上写个c,用a、b、c分别表示三角形三边的长度。相邻的两个黑色三角形组成一个正方形,面积为a·a=a2,相邻的另两个黑色三角形又组成一个正方形,其面积为b·b=b2,相邻又相间的4个黑白相间的三角形则组合成一个更大的正方形,其面积为c·c=c2,而其面积又等于两个小正方形的面积之和。由此他得出了直角三角形三边之间的关系式:a2+b2=c2。
毕达格拉斯在天文学上的研究成果,对后世也有影响。他认为宇宙的中心是“中心火”,月亮、地球和金、木、水、火、土五大行星环绕“中心火”旋转,它们运动的和谐,奏出一种“天体音乐”。他的这种关于天体运行的假说预示了后来地动说的理论。“天体音乐”预示太阳系各行星是有规律、有秩序的。他还发现了月球是从太阳取得光的。
毕达格拉斯还从事哲学研究,是古希腊第一个唯心主义学派的创始人,他提出一对对矛盾的范畴:有限与无限、一与多、奇数与偶数等。这些都为以后哲学的发展做出了一定的贡献。
毕达格拉斯的学说和思想不仅对后世影响非常深远,他那处处留心皆学问,善于思考,刻苦钻研的精神,更为后人树立了榜样。
欧几里得
公元前337年,马其顿国王腓力二世用武力征服了希腊各城邦。次年亚历山大即位,在很短的时间内,他继承父业,开创了一个横跨欧、亚、非三大陆的马其顿王国。在地中海沿岸的尼罗河三角洲上,亚历山大建立了以他名字命名的城市——亚历山大城,并把它作为这个庞大帝国的文化、商业和工业中心,同时也是科学思想的中心。这儿有称誉世界拥有70万卷藏书的图书馆,还有博物馆、天文台和闻名天下的博学园,成为当时欧洲乃至世界数学的中心。欧几里得就是被亚历山大的后继者——托勒密一世重金聘请到博学园的教师。
欧几里得本人始终是个难解的秘密。无人知道他的生死年月和诞生地,惟一可以确定的是他在托勒密一世(公元前305年至公元前285年)执政期间在亚历山大城工作过。根据一些间接的记载推测,欧几里得早年可能在雅典接受过教育,而且曾就学、工作于柏拉图学院,因此熟知希腊的数学知识。
古籍中记述了两则故事说明了欧几里得的治学态度。一个故事说:有一天,托勒密国王问欧几里得,除了他的《几何原本》之外,有没有其他学习几何的捷径。欧几里得回答道:“几何无王者之道。”意思是在几何学里,没有专门为国王铺设的大路。这句话后来被引申为“求知无坦途”,成为千古传诵的箴言。另一个故事说:一个学生才开始学习第三个几何命题,就问学了几何之后将得到些什么。欧几里得说:“给他三个钱币让他走吧,因为他只想在学习中获取实力。”从古籍记载的这两则故事可知,欧几里得主张学习必须循序渐进、刻苦钻研,不赞成投机取巧、急功近利的作风。
欧几里得是一个杰出的科学家,他标志着当时的科学中心从雅典过渡到了亚历山大城。欧几里得的名字与几何学是不可分割的,因为他写了一本几何教科书《几何原本》,此书至今还是几何学的权威著作,当然也经过一些修改。印刷术发明后,出过一千多版。“我学了欧几里得”就是“我学了几何学”的同义语,这句话并非很久以前说的。所以,欧几里得是最成功的不朽的几何教科书作者。
然而欧几里得作为一位数学家的盛名,并非由于他本人的研究成果。在他书中,只有极少的定理是他自己创立的。他所做的一切,以及使他成为伟大的数学家的,就在于他利用了泰勒斯时代以来积累的数学知识,把两个半世纪的劳动成果条理化、系统化,并且编纂成了一本著作。在编写此书时,他一开始就推出一系列令人钦佩的简要而精致的公理和公式。然后他将定理一一排列,其逻辑性非常强,几乎无须改进。
历来公认归功于欧几里得本人的惟一定理,就是他为毕达哥拉斯定理提出的证明。虽然他的这一伟大论著主要涉及几何学,但也提出了比率和比例的问题,以及现在为大家所知的数论问题,正是欧几里得证明了素数是无限的。他还通过一系列干脆利落至今尚未作过任何改进的论证,证明了2的平方根是无理数。他还通过将光视为直线,使光学成为几何学的一部分。当然欧几里得并没有概括希腊的全部数学,甚至也没有概括全部几何学。继他之后,希腊数学在相当长时期内,一直生气蓬勃,像阿波洛尼乌斯和阿基米德等人,都为数学增添了一大笔财富。
后来的哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿这些卓越的科学人物,统统都接受了欧几里得的传统。他们都认真地学习过欧几里得的《几何原本》,并使之成为他们数学知识的基础。欧几里得对牛顿的影响尤为明显。牛顿的《数学原理》一书,就是按照类似于《几何原本》的“几何学”的形式写成的。自那以后,许多西方的科学家都效仿欧几里得,说明他们的结论是如何从最初的几个假设推导出来的。许多数学家,像伯莎德·罗素、阿尔弗雷德·怀特海,以及一些哲学家,如斯宾诺莎也都如此。
除《几何原本》外,欧几里得还有不少著作,如《已知数》、《图形的分割》、《纠错集》、《圆锥典线》、《曲面轨迹》、《观测天文学》等,可惜大都失传了。不过,经过两千多年的历史考验,影响最大的仍然是《几何原本》。
法兰西斯·韦达
16世纪末,法国同西班牙开战。在战争中,西班牙采用密码通讯,符号非常复杂,他们还用这些密码同法国国内的特务联系,致使法国情报泄露,法军节节败退,西班牙步步紧逼。
法军截获了西班牙的一些秘密信件,但人们看到的是天书般的符号,谁也弄不懂。法国国王亨利四世请著名的国务活动家、律师法兰西斯·韦达帮忙。韦达在当时已很有名声,他是一位业余数学家。韦达利用代数知识,破译了一份很重要的西班牙情报,法军扭转了战局,不出两年,西班牙战败。
西班牙的宗教裁判所认为韦达施展妖术,认定韦达背叛了上帝,要把他处以火刑。但是韦达身在战胜国法国,西班牙奈何不了他。
韦达的所有空闲时间都在研究数学,有时为了解决一个问题,他可以几天不睡觉。据说,韦达还以他精湛的数学知识,为国家赢得了荣誉。
当时,比利时也有一位数学家叫罗梅纽斯,他也深受国民推崇,国王感到很自豪。一次比利时使节向法国国王夸口:“你们国家的数学家没人能求解我国数学家罗梅纽斯一个关于45次方程的问题。”这道题是1573年罗梅纽斯在《数学思想》一书中提出来的。
法国国王下令国内数学家求解此题,但很长时间过去了,没有人报告结果,国王心里闷闷不乐。一天,韦达与国王交谈,国王提起这件事情,并把方程给韦达看,结果韦达在几分钟内求出了答案。国王高兴地夸道:“韦达是我国乃至全世界最伟大的数学家。”当场奖赏韦达500法郎。
1591年,韦达出版了《分析方法入门》一书。这部书中,韦达不但使用字母表示未知数,还使用字母表示方程中的各项系数,发展了解二、三、四次方程的统一方法,以及根的各种变换。这是人类历史上第一部符号代数学,它明确区分了“类的算术”和“数的算术”,划分了代数与算数的界限,人们因此称韦达为“代数之父”。
韦达常使用代换法解方程,他只承认方程有正根,因此不能完全认识方程的全部解,他的解法接近了现在的一元二次方程根与系数的关系,为了纪念他,人们把根与系数的关系公式叫“韦达定理”。
韦达于1540出生在法国的丰特内,他本名叫法兰西斯·韦沃特。韦达是他的拉丁文名字。韦达生前写出不少著作,但多数没有出版发行。他利用《几何原本》第一个提出了无穷等比级数的求和公式,发现了正切定律、正弦差公式、纯角球面三角形的余弦定理等。
大数学家笛卡尔说:“我继承了韦达的事业。”
笛卡儿
笛卡儿,1596年3月31日生于法国土伦省莱耳市的一个贵族之家,1650年2月11日卒于斯德哥尔摩。
笛卡儿的父亲是布列塔尼地方议会的议员,同时也是地方法院的法官,笛卡儿在豪华的生活中无忧无虑地度过了童年。他幼年体弱多病,母亲病故后就一直由一位保姆照看。他对周围的事物充满了好奇,父亲见他颇有哲学家的气质,亲昵地称他为“小哲学家”。
父亲希望笛卡儿将来能够成为一名神学家,于是在笛卡儿八岁时,便将他送入拉弗莱什的耶酥会学校,接受古典教育。校方为照顾他的孱弱的身体,特许他可以不必受校规的约束,早晨不必到学校上课,可以在床上读书。因此,他从小养成了喜欢安静,善于思考的习惯。
笛卡儿1612年到普瓦捷大学攻读法学,四年后获博士学位。1616年笛卡儿结束学业后,便背离家庭的职业传统,开始探索人生之路。他投笔从戎,想借机游历欧洲,开阔眼界。
这期间有几次经历对他产生了重大的影响。一次,笛卡儿在街上散步,偶然间看到了一张数学题悬赏的启事。两天后,笛卡儿竟然把那个问题解答出来了,引起了著名学者皮克曼的注意。皮克曼向笛卡儿介绍了数学的最新发展,给了他许多有待研究的问题。
与皮克曼的交往,使笛卡儿对自己的数学和科学能力有了较充分的认识,他开始认真探寻是否存在一种类似于数学的、具有普遍使用性的方法,以期获取真正的知识。
据说,笛卡儿曾在一个晚上做了三个奇特的梦。第一个梦是,笛卡儿被风暴吹到一个风力吹不到的地方;第二个梦是他得到了打开自然宝库的钥匙;第三个梦是他开辟了通向真正知识的道路。这三个奇特的梦增强了他创立新学说的信心。这一天是笛卡儿思想上的一个转折点,有些学者也把这一天定为解析几何的诞生日。
然而长期的军旅生活使笛卡儿感到疲惫,他于1621年回国,时值法国内乱,于是他去荷兰、瑞士、意大利等地旅行。1625年返回巴黎,1628年移居荷兰。
在荷兰长达20多年的时间里,笛卡尔对哲学、数学、天文学、物理学、化学和生理学等领域进行了深入的研究,并通过数学家梅森神父与欧洲主要学者保持密切联系。他的主要著作几乎都是在荷兰完成的。
1628年,笛卡尔写出《指导哲理之原则》,1634年完成了以哥白尼学说为基础的《论世界》。书中总结了他在哲学、数学和许多自然科学问题上的一些看法。1637年,笛卡儿用法文写成三篇论文《折光学》《气象学》和《几何学》,并为此写了一篇序言《科学中正确运用理性和追求真理的方法论》,哲学史上简称为《方法论》,6月8日在莱顿匿名出版。1641年出版了《形而上学的沉思》,1644年又出版了《哲学原理》等重要著作。
1949年冬,笛卡儿应瑞典女王克里斯蒂安的邀请,来到了斯德哥尔摩,任宫廷哲学家,为瑞典女王授课。由于他身体孱弱,不能适应那里的气候,1650年初便患肺炎抱病不起,同年二月病逝。