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文史 | 林家翹:數學大師“從清華到清華”

在清華大學校園中心地帶的樹蔭靜謐處,有三幢精緻的白色別墅,這就是被譽為“清華大師別墅”的地方。有三位科學家曾受邀入住,他們是諾貝爾物理學獎得主楊振寧、著名應用數學家林家翹、國際計算機界最高獎——圖靈獎首位華人獲獎者姚期智。

在中國,林家翹不是一個人們熟悉的名字。但是,這並不影響他受人敬仰。他是世界著名的應用數學家、美國科學院院士、中國科學院外籍院士。29歲時,他就已經“暴得大名”。

2002年,林家翹從美國麻省理工學院回到了母校清華大學。這是清華大學繼楊振寧之後邀請回來的第二位世界級大師。這時,距他上個世紀30年代在清華讀書,已經整整70年了。2013年1月14日,林家翹先生在北京逝世,享年97歲。

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清華啟蒙

1916年7月7日,我生於北京。原籍福建省福州市。

1933年,我以全校第一名的成績,考進了當時國立清華大學的物理系,當時的清華園只是一個方圓幾百米的小學堂,但是,這裡卻彙集了一大批從海外留學歸國的著名學者。包括著名物理學家葉企孫、吳有訓和數學家周培源等人。後來者,將20世紀30年代的清華大學物理系,譽為“黃金十年”。

那時候,雖然華北一帶的政局,已經很不穩定,可是初入校時,清華園中的一切,還是給人一種“世外桃源”之感。美麗的校園,草地、建築、裝置都是富有國際風味的;與那時候北京城內的舊式房屋,頗為不同。許多同學,都是在校園中第一次喝到咖啡、紅茶,吃到冰激凌,並享受到二院食堂的鬆軟玉面饅頭。此外,還有許多中學時代沒有見過的東西,如體育館、游泳池、淋浴,以及在我記憶中尤為深刻的深秋時圖書館中臺階旁的大盆菊花。這種環境,對於同學們安心求學工作,很為適宜。

我在清華做學生時,那時候清華比現在規模小得多了,老清華這個區,就是在二校門裡面的,大禮堂前面的草地,就是清華的主要草地了,從這一部分就可以看出當時清華有多大了。那時候,清華收學生非常嚴格,我們的物理系一個年級只有十個人吧,算是學校比較大的繫了,其他一些系只有五六個人,清華那時算是很特殊的學校,並不是所有的大學都能達到清華的水平。在美國那會兒,這樣的小班教學算是好的學校才會有。清華大學當時考試,收學生都非常嚴格,不容易考進去。

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本文作者和林家翹先生(左)

那時候清華好幾位教授的課都很好,而且物理系還在不斷進新人,剛剛從國外好大學拿到博士學位的年輕人非常有精力,帶來的科學很前沿。比如我就記得葉企孫,三年級給我們教統計力學,他上課,第一堂課就講得很深入,關聯上的問題都想得很清楚,然後再講一些細節。現在像這種高瞻遠矚的講法很少的。因為學生這麼多,你也不敢這麼講,一講就講空了。那個時候完全是美國教育,我們的教師都是美國留學的博士,這些人給我們的教育就完全合乎於現在國外大學那個精神。

在清華大學物理系老師中,對我影響最深最廣的,正是後來被稱為中國應用數學鼻祖的周培源先生。當時周培源放棄了長年研究的廣義相對論,專心於將數學應用到航空上,為中國製造出自己的飛機。

1937年日本人打中國了,所以大家都覺得中國很吃虧,就是因為飛機根本沒有,所有的物理學家說愛國,就應該學航空。他不僅在治學態度上深刻影響了我,而且也從此引導我走上了應用數學的道路。我跟他,至少學跟航空有關係的問題,就學湍流問題。周培源老師已經吩咐我,“一定要研究‘湍流’,因為這是一類基礎科學研究。”

對於我來說,20世紀30年代的清華園是學習的天堂,能聆聽大師

的教誨,能感受學術的繁榮。

1937年,我畢業於清華大學物理系,隨即留校擔任助教。同年,“七七事變”爆發,我就跟著清華大學的師生一起搬到長沙,半年後又遷到了昆明。

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西南聯大好在一個“聯”字

1938年2月,我到達昆明西南聯大。那時我留校擔任清華大學無線電研究所的助教。無線電研究所是任之恭先生創辦的。任先生是我的老師,所以當時就被送到無線電研究所去當助教。

孟昭英先生當時剛剛從美國加州理工學院獲得博士學位,從國外回來後,就被清華大學聘為無線電研究所的教授。當時他的家眷還沒有到校,所以我和他兩個人一起住在清華無線電研究所的宿舍裡,那時我和孟昭英先生就有過一段交往,受益甚多。雖然我當時是個小學生,孟先生是大教授,但是我還是能感覺到他是個非常腳踏實地的人,這一點給我的印象很深。他當時只有三十一二歲,剛剛成為教授,但是他的學問做得非常好。他非常正直,做事情總是從大處著眼,從來不把個人的利益放在第一位,而是把清華大學的前途和無線電研究所的前途放在首位,考慮一件事情如何去做都是從是否有利於學校發展的角度去想。

孟先生是做實驗的,強調學生的實驗技能。我在無線電研究所主要是助研的工作,可是我發現自己做實驗的本領不是很強。我的另外一位老師是周培源先生,周培源先生和任之恭先生是非常好的朋友,所以後來周培源先生就和任之恭先生說,不如把我調回到物理系做助教,由他來指導我做研究。這樣我就離開了無線電研究所,到物理系做助教。

自那以後我和孟昭英先生就沒有更多的交往了。但是,在無線電研究所工作的短短一段時間使我感覺到孟昭英先生是一個非常正直的人。再後來由於我到了國外去做研究,研究領域與孟先生不同,所以在以後的日子裡就沒有更多接觸了。

西南聯大好在一個“聯”字。中國最好的大學都聚集在那兒去了,名教授都聚在一起了。

在極其艱苦的條件下,西南聯大培養出了大批傑出人才。其中有許多後來蜚聲中外的一流科學家。這不是偶然的。在西南聯大,學生積累基礎知識,沒有這個基本知識,不可能得諾貝爾獎。就跟種一棵樹一樣,它慢慢生長,哪一段出了問題,它都不成功了。

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幸遇馮•卡門,曾和錢學森先生共事

1939年,我與郭永懷、錢偉長等共二十一人同期考取庚子賠款留英公費生。其中有一段波折,因為那個時候中國跟日本已經開戰,日本侵略我們,大家都不願意坐著海船到日本靠岸。當時為了這個事,大家有很多的討論,結果最後是因為這個討論,改變航行的旅程。

直到1940年,我才赴加拿大多倫多大學深造,1941年獲多倫多大學碩士學位。我能夠赴加拿大留學,也得到了恩師周培源先生的幫助和支援。

最初是去英國留學,但後來改到加拿大。那個時候不能到英國去了,英國已經跟德國打起仗來了,所以我們就改變留學的地點,改去了加拿大。因為加拿大是跟英國最靠近的一個所謂“子國”,那時候還有大英帝國。我們是去多倫多大學。當時,歐戰已經爆發,英國也成為主要戰場。回憶起這段曲折的出國經歷,我1940年去加拿大,然後去美國,避開了歐戰,這可以說是不幸中的大幸。對於一個一心要進行科學研究的年輕人而言,有一個能擺得下書桌的環境大概是最大的欣慰。

我們那時候因為是公費留學,所以我們比一般普通的中國留學生生活要好。尤其是到加拿大這種地方,不如英國那邊費用高,所以我們花的錢差不多隻有公費的一半就夠了,所以我們那時候還可以拿一點求學的公費資助自己在國內的家人。

我1941年獲多倫多大學碩士學位後,去了美國,進入加州理工大學學習。

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三代航天傳奇人物在一起(從左到右:普朗特,錢學森,馮·卡門)

在加州理工,我遇到了我的博士生導師、世界導彈之父馮•卡門,這位大師級學者把年輕的我帶到了應用數學研究的前沿。California Institute of Technology(加州理工大學),我記得當初是我的老師周培源讀博士學位的地方。馮•卡門對中國是很有興趣的,他很願意幫助中國發展。我是在加州理工大學才讀的博士學位,錢偉長是在加拿大已經讀完博士學位以後,到加州理工大學做博士後,都是跟著馮·卡門學習。他在加拿大很快把學位論文大綱已經做好了,所以很快的就把學位唸完了,兩年博士論文就完成了。他的博士論文是一篇很有權威性的論文,題目是關於板殼理論的。錢偉長這個人是非常聰明的,板殼理論他原來不會,可是他在那兒很快的就把這個學會了,掌握了,然後就做出來了。

我初到美國時,曾和錢學森先生共事過。當時有一箇中美合作的研究中心,是關於導彈研究的。錢學森先生當時已經是馮·卡門手下的助理教授,我曾在他的指導之下做一項研究,他是我的老師。不過很短的時間我就離開這項研究。

師從馮·卡門,主要有兩個方面的收穫:第一,他給了我一個一般性的指導;第二,他給我一個很好的論文題目,這個論文題目就是海森堡的論文題目,他做的時候,結果有爭議,而且他沒有算完。

1945年,我博士畢業時,撰寫了三篇關於海森堡問題的博士論文,這些文章後來發表在美國應用數學雜誌上。因為證明了一位科學大師不能解決的問題,我在學術界有了名聲。當時我是29歲。

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與馮·諾依曼和海森堡見面

在加州理工馮·卡門實驗室,我的成績比較突出。在馮·卡門的指導下,我撰寫了一系列關於應用數學在航空學領域的研究論文,我在美國應用數學領域的地位不斷抬升,對海森堡爭議問題的證明,更讓我有了與另外兩位科學大師接觸的機會。

我得學位的時候,馮·卡門就請了另外一個人——馮·諾依曼,他跟馮·卡門都是匈牙利的猶太人,而且馮·諾依曼的爸爸,是馮·卡門的朋友,而且曾經把馮·諾依曼託給他照應,就是託給馮·卡門照顧。所以我畢業那天,馮·卡門就請我到一箇中國飯館吃飯,把馮·諾依曼介紹給我。當然,老師常常請學生吃飯。他那會兒正在做推進電子計算機的用法,他把這個問題就拿給馮·諾依曼,我做的這個題目,結果一算出來是對的。

我與海森堡見面是在麻省理工學院了,他們那會兒請海森堡來講演,就是數學會請的,因為海森堡跟物理學界有矛盾,他在德國幫助希特勒做原子彈的問題,所以物理學界對他很有意見,就特別請他只講這個問題,算是數學界請他到美國來。那時候我是頭一次跟海森堡見面。

他那天演講,特別講我那篇論文,他就覺得很好。而且海森堡給他的老師寫信說,這個問題不是有人批評嗎?不過現在那個中國人給我解決了。

所以他認可這個事情是一個重要的貢獻。那對於我來說,有這麼一個有名的大師,那麼一提,當然在學校裡面地位就不同了。

有人就問我,跟大師接觸是怎麼樣一個情況,要緊的還是我剛才提的那個issues(問題),就是說你考慮的問題,是不是他有興趣的問題。他對於那個問題根本就有興趣,你去討論,他當然願意跟你談了。

我畢業選擇工作時,好多崗位都要我,我開始去了Brown(布朗大學),後來MIT(麻省理工學院Massachusetts Institute of Technology,縮寫:MIT)也請我,我在Brown只做了一年半,就到MIT去了。

那會兒在中國上大學的人到美國、英國、德國留學,沒有想到說是為了中國去跟世界上的研究機構競爭的。沒有想到,根本不可能,明擺著,不是一回事兒。我們就是抱著一個求學的目的去的,因為各方面的名師都在那兒,你也可以看一看,比較一下,哪行是怎麼做的

,另外一行是怎麼做的。

跟研究環境沒有多大關係的就是純粹數學,其餘的科學都是沒有辦法,因為你實驗室沒有的話,你沒法做實驗,沒法做研究。

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我在陳省身家寄宿了一夜

我和陳省身同是清華大學的校友。我在清華大學上學時就知道了陳省身的名字。我1933年考入清華大學物理學專業,陳省身當時是清華大學數學系第一位、也是唯一的一位研究生。當時清華大學的物理系和數學系規模都很小,我每年都會選擇數學課程,當時就到數學系聽熊慶來教授的課,知道了陳省身的名字,但我是大學生,而他是研究生,當時並沒有接觸。

我們的第一次見面是在20世紀50年代的美國,當時我是美國麻省理工學院的數學教授,陳省身應邀到哈佛大學演講,哈佛和麻省理工學院同在馬薩諸塞州的劍橋城,我就去幫助招待客人,這是我們的第一次會面。

20世紀60年代初,我應邀到芝加哥大學演講,陳省身當時是芝加哥大學的幾何學教授,我在陳省身家寄宿了一夜。

20世紀60年代初,我為《美國數學會年報》寫了一篇論文,陳省身正好是這篇文章的編輯,因此就知道了我所做的工作。陳省身是做純數學的,我是做應用數學的,二者差得很遠,但欣賞彼此所做的工作,也互相鼓勵,但沒有合作過。

20世紀90年代末,陳省身曾邀請我到南開大學數學研究所開展應用數學研究,但當時清華大學也向我發出了邀請,最後我選擇了清華。

我認為陳省身是比較領先一段時間的人物。陳省身是一位世紀級的幾何學大師,同時也樹立了一個榜樣,那就是回南開大學建了幾何之家。

得知陳省身先生去世後,我和夫人向陳省身的子女發去唁電,並賦詩追憶:“滿門桃李多偉績,幾何之家留舊情。九三高齡示風範,巨星隕落舉世驚。”

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回到清華

1972年,我第一次回到祖國,之後我曾多次回國做學術訪問和講學,並介紹多位學者去美國麻省理工學院深造。

2002年,我從美國麻省理工學院回到了我的母校清華大學。這距我在清華大學讀書,已經整整70年了。70年前,清華大學是我走向成功的起點,70年後當我葉落歸根的時候,我又回到了這裡。

重回清華園後,我想在這裡做成一項新的研究,我主持成立了清華大學周培源應用數學研究中心,希望推動清華的應用數學研究水平。

中國的當務之急,是根據國家需要,提高整體的研究水平,中國需要一批一流的大學。返回清華時,我的研究領域在中國還不為人熟知。應用數學,應該成為一門與純數學有重大區別的獨立學科,有自己研究問題的態度和模式,有自己的教育理念和方法。但國內的應用數學現狀未如理想。

在過去的一個世紀,在西方,應用數學解決了大量物理學、天文學、經濟學難題,取得了長足的進步。我希望,在國內,也使應用數學從不受重視的學科成為令人尊敬的學科。

口述/林家翹  整理/周海濱

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監製:田東鋒

責編:李   旌

編輯:史   音