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流體人物專欄

林家翹(1916-2013)

林家翹,1916年7月7日生于北京,原籍福建省福州市,美國應用數學家、物理學家、天文學家。林先生1937年畢業于清華大學。曾在中國清華大學、美國加利福尼亞理工學院、布朗大學等校任教。對近代應用數學和流體力學的發展做出很多貢獻。2013年1月13日去世。

    1939年林家翹與郭永懷,錢偉長等共21人同期考取庚子賠款留英公費生。因第二次世界大戰突發,船運中斷,改派加拿大。本來,輪船將途經神戶,日本在護照上簽證準許登岸游覽。公費生一致認為,抗日戰爭期間,有失國體,故全體憤然離船,返回昆明。直到1940年赴加拿大多倫多大學深造,1941年獲多倫多大學碩士學位。1944年獲美國加州理工學院博士學位。1953年任麻省理工學院教授,1966年當選為全學院教授。林家翹是美國科學院院士,曾獲該院應用數學獎金(1976年)和美國物理學會第一個流體力學獎金(1979年)等。從1947年起,歷任麻省理工學院副教授、數學教授、學院教授、榮譽退休教授。自1951年起成為美國國家藝術和科學院院士,1958年當選為中央研究院院士,1962年起成為美國國家科學院院士。1994年當選為中國科學院外籍院士,1987年清華大學授予他名譽博士學位和名譽教授,2001年11月被聘為清華大學教授。

年輕時的林家翹

    林先生是國際公認的力學和應用數學權威。20世紀40年代開始,他在流體力學的流動穩定性和湍流理論方面的工作帶動了一代人的研究和探索。他用漸近方法求解了Orr-Sommerfeld方程,發展了平行流動穩定性理論,確認流動失穩是引發湍流的機理,所得結果為實驗所證實。他和馮.卡門一起提出了各向同性湍流的湍譜理論,發展了馮.卡門的相似性理論,成為早期湍流統計理論的主要學派。從20世紀60年代起,他進入天體物理的研究領域,創立了星系螺旋結構的密度波理論,成功地解釋了盤狀星系螺旋結構的主要特征,確認所觀察到的旋臂是波而不是物質臂,克服了困擾天文界數十年的“纏卷疑難”,并進而發展了星系旋臂長期維持的動力學理論。在應用數學方面,他的貢獻是多方面的,其中尤為重要的是發展了解析特征線法和WKBJ方法。在數學理論方面,他也有些貢獻,其中最突出的是他證明了一類微分方程中的存在定理,用來徹底解決海森伯格論文中所引起的長期爭議。他是當代應用數學學派的領路人。在美國有人將林家翹譽為“應用數學之父”,有人說“他使應用數學從不受重視的學科成為令人尊敬的學科。”

    林先生對中國科技事業十分關心。自1972年以來曾多次回中國作學術訪問,邀請眾多美國知名專家來華講學,接受多位學者去美國麻省理工學院深造,為國內培養了一批有造詣的學者,推動了應用數學與流體力學的許多新領域在中國的發展,為中國科技事業的發展做出了突出的貢獻。2002年8月回國定居清華大學,為中國教育事業的發展和清華大學創建世界一流大學勤奮地工作。

    林先生曾擔任美國數學會應用數學委員會主席、工業和應用數學協會主席。他曾獲得美國機械工程師學會Timoshenko獎,美國國家科學院應用數學和數值分析獎,美國物理學會流體力學獎[3]。

    林家翹先生是應用數學家,他的地位和聲望是在不斷與難題挑戰中建立起來的,他與爭議有“不解之緣”。 林家翹先生的博士生導師是馮·卡門,他既是美國航空工程界的首席領導人,也是應用數學及力學界的大師。他交給林先生的博士論文課題就是世界有名的一個多年有爭議的課題。這個課題是當年物理學家海森伯格博士畢業做的論文題目,但許多人對海森伯格的研究結果產生了嚴重的爭議。馮·卡門有一位密友叫John Von Neumann,是近代最有名的應用數學大師、美國原子能委員會委員,他在數學領域的應用有多方面的貢獻。例如,他提倡用數學方法進行天氣預測,最突出的是他發展的一套數學方法可以應用到經濟學領域,他手下的John Nash得了諾貝爾經濟學獎。就在林家翹先生畢業的那一天,馮·卡門請林家翹和John Von Neumann一起吃飯,將這位應用數學家介紹給林家翹,希望他們之間能進行合作。后來,Von Neumann就領導一組有名的學者,用計算方法證實了林先生的研究結果,結束了學術界這一多年的疑案。當時林家翹做的這一課題是一塊難啃的硬骨頭,林家翹通過自己的研究,證明了海森伯格的研究結果基本是對的。于是,海森伯格就寫信給他的導師,說有爭議的問題其實是對的,是一位中國人證明了他的研究結果。為此,年僅30歲的林家翹先生就謀到了美國麻省理工學院副教授的職位。之后,林家翹繼續在湍流理論研究方面探索,沒想到在研究過程中與一位瑞典力學家各執一詞,相同的問題研究結果卻相去甚遠,這位瑞典力學家為此在一次與別人的爭執中得腦中風而亡。林家翹在他去世前曾去醫院看望他,對他講,復雜的問題自然會有爭議,不是你研究的結果與我的不一樣你就不對,其實兩人都對,復雜問題是多方面的,不同的研究結果可以應用到不同方面。他們這一學術理念最后變成了一個大題目——復雜性。有一種雜志專門取名為《復雜性》,對此類問題進行探討。

晚年時的林家翹

    林家翹說,曾以工科成就享譽世界的MIT,如今在理學領域突飛猛進,生物等學科的發展水平更是令人刮目相看,所以和MIT的交流應該理、工兼重,理學方面尤其應該予以重視。林家翹說,“和國外名校交流時,最重要的就是認識彼此的優勢和缺點,取人之長、補己之短。”太過注重實用性、以為“走在尖端和前沿”就是要引入先進技術,這是一種可能陷入短淺片面的看法。原則上先進科學應當與先進技術并重,但此中比例分配是一個比較難決定的問題。因為這個決定要基于國家需要以及人才物力和財政資源的實際情況,而這種情況也隨著時代變更。林家翹引用中國導彈專家梁守盤院士的觀點來作說明:“如果掌握了基本知識、知道了是怎么一回事,那么即使沒看到人家的技術細節,自己也能通過想像把它做出來。”林先生強調,校際交流時,應該明確“想了解的知識”(what we want to understand)和“想制造的東西”(what we want to make)之間的區別。關鍵性的技術可能很難獲取,但基礎知識則是公開的,無需龐大的資金、人力投入就能走得很深。而“更要緊”、更能帶來長期效果的,也恰恰是基礎科學的交流學習。當然,自己首先要“練好內功”,達到能與國際同行平等對話的程度,交流合作才能順利進行下去。

    林家翹說,MIT的“全校必修課”是一個不妨參考的制度。在MIT,所有學生第一年必須全面學習數理化生4門基礎科學的知識。“中國的教育很早就開始突出專業性,MIT的全校必修課則是先廣再深。”林家翹說,哈佛大學、布朗大學等名校普遍采用的“訪問委員會體系”(the Visiting Committee System)。這是一個沒有資金往來、純以領域對口為合作條件的體系,目的是邀請其他高校的學者來參與相關建議、評估指正問題。當年,林家翹自己就曾應哈佛大學邀請加入一個10人左右的“訪問委員會”,為該校應用科學領域的發展建言獻策。林家翹認為,也許不一定要完全照搬這一模式,但請校外學者客觀審視相關領域的教研工作,這個思路是值得借鑒的。

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