建功核武的数学家周毓麟院士:采数学之美为吾美
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①九十歲仍在工作。
②和鄧稼先(左)在一起。
③和于敏(中)、李德元(左)討論問題。
④七十歲工作留影。
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“數學來源于實際,數學研究應基于實際,并提升為數學方法和理論,回歸指導實際?!瓰閲医ㄔO選擇研讀偏微分方程,然后為國防搞差分,后來又從國家建設需要出發再回去搞偏微分方程。國家需要我,是我的榮幸。實際上,我也總是想從更廣闊的視野上,不斷提高自己對數學的認識。這一點是推動我勇于去改變、去做研究的動力。”
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■吳明靜
周毓麟(1923—)
周毓麟,數學家。1923年2月12日出生于上海,1945年畢業于大同大學數學系。早年從事拓撲學研究,1954年赴莫斯科大學留學,主攻非線性偏微分方程。1957年獲物理數學副博士學位后,回北京大學數學力學系工作。1960年奉調參加我國的核武器理論研究。曾任北京應用物理與計算數學研究所副所長、中國工程物理研究院科技委委員以及中國計算數學學會理事長和名譽理事長等職。1991年當選為中國科學院院士。
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周毓麟是我國核武器設計中數學研究工作早期的主要組織者和開拓者之一,為我國核武器事業的發展作出了重大貢獻;在非線性偏微分方程領域,他是我國早期的主要開拓者之一,在長期的研究生涯中獲得了系統的杰出成果;基于科學計算實踐,他建立了離散泛函分析的方法和理論。為此,作為主要完成者之一,他獲得了國家自然科學獎一等獎及國家科技進步獎特等獎各一項。他還獲得了華羅庚數學獎、何梁何利基金科技進步獎及蘇步青應用數學獎特別獎等獎項。
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弄堂里走出小數學家
1923年的2月12日,正值臘月二十七,周毓麟出生在上海市大沽路一條普通的弄堂里。周家是個小康之家,周毓麟的父母勤儉樸實,古板守舊,對子女要求十分嚴格。
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按照父親的安排,周毓麟5歲半進入私塾啟蒙,一年后轉入弄堂口的青華中小學校接受新式教育。小毓麟在小學和初中的成績平平。初中畢業后,父親要他輟學去做學徒,經過苦苦哀求,小毓麟獲得上高中的機會,進入大同大學附屬中學高中部就讀。在大同大學附中,他在數理化方面的潛力被發掘出來,尤其是對數學極有興趣,通過自學,他發現了一系列圓幾何的新定理,被班上同學戲稱為“中國的巴斯科爾”。
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高中畢業前夕,周毓麟立志要上大學繼續攻讀數學。有人勸他說:學數學畢業后不好找工作,應該讀工科,以后好找飯碗,數學嘛,業余搞搞就行啦。周毓麟卻不為所動,他對數學的熱愛已經到了不能舍棄的地步。
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1940年夏,周毓麟考入大同大學數學系。數學系和物理系合并上課,他和徐亦莊、鄭振華三名同學同進同出,人稱“劉關張”。
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因為同時上了數學系和物理系的全部課程,尤其是受到了朱公瑾、高揚芝、葉蘊理等一批名師的傾心指導,周毓麟的眼界大為開闊,為日后參與科學研究打下了堅實基礎。后來他從純理論研究轉向應用研究,特別是國家重大工程需求牽引的應用基礎研究,都得益于在大學時期豐富而廣博的學習。
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跟隨陳省身先生學習拓撲學
1945年夏,周毓麟大學畢業。抗日戰爭的勝利,卻沒有迎來國家建設的振興,畢業即失業,他四處尋找機會無果,深深感受到現實的無奈。年底,在葉蘊理教授的推薦下,他和好朋友徐亦莊獲得了南京臨時大學補習班助教的職位。他們在南京工作到次年5月,臨時大學解散后,又以失業之身回到上海。
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他和徐亦莊決定去國立中央研究院上海分院碰碰運氣,看看物理研究所和數學研究所是否招收研究生。結果兩個所都不招生,徐亦莊失望而歸,周毓麟卻幸運地獲得了旁聽陳省身先生講課的機會。
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那時,受姜立夫所長的委托,陳省身代理籌辦數學研究所。陳省身希望以拓撲學為起點,將數學主流作為研究項目的內容, 并計劃將數學所創建為國內拓撲學研究的基地,因此,他在數學所注重培養新人,開設了一系列講座。周毓麟認真學習,善于領悟,他的進步很快,引起了陳省身先生的注意。雖然沒有名師推薦,但周毓麟還是于1946年11月正式進入數學研究所,并接替赴法留學的吳文俊擔任圖書管理員一職。
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周毓麟順利進入了拓撲學研究的大門。陳省身先生指導他研究“判斷多維空間的雙曲面可定向問題”,1948年初,論文《關于可微流形的可定向性(英文)》在清華大學《科學報告》第五卷上發表。
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這項課題的研究給周毓麟很大鼓舞,他說:“陳省身先生指導我,我好像突然就開了竅似的,對工作對學習都好像很有信心,很有辦法了。心里總覺得無論什么新的學習或新的工作,只要自己肯努力,有一年的時間,總能掌握要領,總是可以入門的。”
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他接著把問題拓展到空間中的兩次曲面的可定向性,甚至是同倫群。陳先生又讓他做Grassman流形的可定向問題。他寫成了一篇《實二次超曲面同調性質之研究》的報告和一篇摘要,在南京舉辦的中國數學大會上作了報告。
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也就在1948年下半年,中央研究院決定搬遷到臺灣,數學所的研究員們紛紛尋找后路。陳省身要去美國,臨行前他找到周毓麟,表示要帶他去美國攻讀學位,讓周毓麟先去臺灣等著。周毓麟沒有過多考慮,當即謝絕。陳先生又推薦他去大同附中任教,周毓麟也不愿意,他覺得自己最好還是到大學里去作研究。
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最終,陳省身先生給清華大學數學系段學復先生寫信,將包括周毓麟在內的5名弟子推薦到清華大學工作。
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從清華到北大,
萌生“數學要有用”的念頭
1949年9月30日,周毓麟攜夫人徐明月坐火車北上抵達清華園。第二天,他驚奇地發現應該很熱鬧的校園里沒什么人:中華人民共和國中央人民政府宣告正式成立,人們都去參加開國大典了。
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他的生活安定下來,工作起來也動力十足。他繼續深入拓撲學研究,華羅庚先生和段學復先生給予他很大的鼓勵與支持。在1951年的《數學學報》上他發表了四十多頁的論文《假流形同倫群與流形同倫群(英文)》。
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在清華大學的研究工作,帶給他精神上極大的愉悅。一次,他深刻領會到偶數維單位球上的連續而又處處不為零的切向量場是不存在的,并由此聯想到了一個問題:地球上不可能處處有和風,如果每一點都有風的話,一定會有旋風。當時他非常激動,沒想到那么偉大、高妙、抽象的拓撲學與人們生活空間發生如此密切的關聯,能夠化作對萬物和諧、 生命美好的具象感受。
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他覺得自己還應該把工作做得更具體一些,這時,院系調整開始了,他被調整到北京大學數學力學系高等數學教研室。在北京大學,他認真教學,也誠懇地參加政治學習和思想改造,感悟到了國家建設需要什么樣的數學家,需要什么樣的數學工作。他逐漸萌發了“數學要有用”的念頭,計劃要學一點計算,而且拓撲學也應該搞一點應用。
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負笈莫斯科大學
1953年夏天,周毓麟被北大數力系推薦參加留蘇生選拔考試,順利考入俄語??茖W校。經過一年的學習和考察,他順利獲得留蘇推薦名額。這時,他決定放棄已小有所成的拓撲學專業,改學能直接服務于社會主義建設的計算數學。他的選擇對許多同學觸動很大。
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1954年夏,周毓麟抵達莫斯科大學,因為同學黃敦的一句戲言,他選擇了攻讀偏微分方程專業,導師是著名的女數學家奧列伊尼克。
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因為周毓麟之前并沒有學習過偏微分方程,起初,導師對這個比自己還大一歲的中國學生充滿顧慮,特意為他制定了一個很詳細的學習計劃。周毓麟理解老師的苦心,他決心抓緊每一分鐘學習,于是自制效率手冊,將每天的學習與鍛煉都一一記錄:每周學習數學的時間必須達到七十個小時,如果不夠,下周要補回來。
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他很快就適應了研究工作。在老師開列的必讀書和參考文獻之外,他另外又找了很多文獻資料,順利通過了起初的幾次測試,使奧列伊尼克老師對他的看法大為改觀。而他也因為擅長使用先驗估計方法,被同學稱為“估算大王”。
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第二學年,他在導師指導下開始研究非線性拋物型方程的第二邊值問題。他巧妙地運用拓撲學不動點定理研究整體解的存在性。他和導師合作研究的成果公開發表,這就是著名的滲流方程的論文。這篇論文揭示了一個重要的事實:即滲流方程的解關于擾動的傳播速度是有限的。滲流方程是非線性退化拋物型方程,而一般非退化拋物型方程的解關于擾動的傳播速度是無窮大。他們的理論很出人意料,也很有應用價值,被公認為是具有開創性的經典性工作。
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這篇文章至今還被不斷引用。而且作為重要的研究成果收入1957年出版的《蘇聯數學四十年·偏微分方程》。
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在北大開創非線性偏微分
方程研究中心
1957年夏,周毓麟順利獲得副博士學位后,重新回到北京大學執教。
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按照系里的安排,他開設了非線性偏微分方程專門化學習班。
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他從蘇聯帶回了對非線性橢圓型方程和拋物型方程的最新認識。非線性橢圓型和拋物型方程是當時國際上最前沿的領域,在國內也是一個全新的領域,周毓麟帶著學生們廣泛閱讀文獻、追根究底,力求掌握文獻中的內容。按照他的要求,學生們理論課學得扎實,積極參加社會實踐,專門化學習班和討論班很快成為了國內非線性偏微分方程研究的著名群體。
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1959年夏,周毓麟編寫了一本講義《非線性橢圓型方程與非線性拋物型方程理論選講》,把非線性橢圓型、拋物型方程研究的最主要的內容做了簡要的描述和刻畫,使得讀者能夠了解非線性偏微分方程研究框架,了解核心問題是要做出先驗估計。這本因為時代原因而未能正式出版的講義體現了當時非線性偏微分方程最現代的思想,標志著中國的數學家在1959年已經將非線性偏微分方程研究發展到了世界一流的高度。
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從北大專門化學習班中走出了一批高水平的教學和科研人才。如同濟大學數學研究所所長、原蘇州大學校長姜禮尚,北京理工大學原數學系主任葉其孝,北京大學的原數學系主任應隆安以及滕振寰教授,清華大學數學科學系韓厚德教授等等。在隨后的三四十年間,這批弟子活躍在非線性偏微分方程研究的前沿,獲得了眾多成就。他們也始終感懷周老師的教導與鼓勵。
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建功核武 功勛卓著
1960年5月的一天,結束了上午教學任務的周毓麟,剛走出教室,就接到調動通知:國家要調他參加一項重要的國防工作。
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周毓麟干脆利落地回答說:沒問題,黨叫干啥就干啥。
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他的新工作單位是二機部九所。在北京海淀區一個沒掛牌子的大院里,鄧稼先熱情地接待了他,但是只言不提具體工作。隨后的一段時間,他按照鄧稼先等人的安排開展學習和調研,慢慢了解到,九所原來是搞原子彈的。
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周毓麟參與了第一顆原子彈理論突破時的“九次計算”。作為數學工作的指導者和組織者之一,他首先著力解決原子彈爆轟過程的一維精確計算問題。他帶領科研人員,通過調研學習,選定了馮·諾依曼方法,在流體力學方程組中增加一個人為黏性項,將沖擊波的間斷面變成有限寬度的連續區,在該區域內方程變成拋物型,從而解決了計算問題。
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1961年底,他指導科研人員完成了內爆動力學過程一維總體計算程序的編制并正式提供使用。
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1962年起,周毓麟又先后組織開展了關于斷裂、爆轟波、點爆炸等問題的數值計算方法研究和編程工作。
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在長達20年的時間里,周毓麟一直主管核武器數值模擬和流體力學方面的研究工作,該領域涉及數學、物理與力學等學科的交叉以及基礎與應用的結合,深刻體現了研究工作的綜合性、復雜性和集體性。他在研究隊伍的組織、數學模型的建立、數值方法的設計以及解決應用中大量數學問題,包括系列計算程序的研制與成功應用等方面,作出了眾多重要貢獻。
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另外,他在長期從事大規模科學計算的基礎上,對大型計算機設計提出了一系列要求。他研究了計算機字長與舍入誤差的關系,建立了相應的概率模型;研究了網絡平均短程與網絡乘積問題,對復雜計算機的網絡設計及其優化問題作出了貢獻。
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他和鄧稼先、周光召、于敏、黃祖洽、秦元勛、江澤培、何桂蓮等科學家密切合作,協同攻關,他們被稱為理論部八大主任。
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作為項目《原子彈、氫彈設計原理中的物理力學數學理論問題》的主要完成者之一,他獲得了國家自然科學獎一等獎。
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開辟基礎研究新領域
1978年之后,在改革開放精神鼓舞下,周毓麟結合核武器理論研究工作的實際情況,又重新回到基礎研究領域,開展與專業相關的應用數學研究。
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在人生邁入60歲之際,周毓麟開始了對非線性發展方程及其差分方法的研究,創造性地開辟了多條行之有效的途徑。這一時期他的一項重大成就是建立了離散泛函分析的方法和理論,并成功地運用于非線性發展方程差分方法,形成了獨樹一幟的系統理論。
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在他創立離散泛函分析方法并應用于有限差分方法研究之前,人們在研究方法上,比較多地重視離散化后得到的代數方程組的“代數”性質,常常忽略了它所具有的微分方程屬性。
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周毓麟提出了一個新的、非啟示性的、嚴謹的方法,仔細研究了這種非線性偏微分方程(組)有限差分格式的基本性質和對非線性偏微分方程(組)的近似問題,獲得了一系列完整而深刻的結果,形成了一個新的體系。并于1990年出版了英文版專著“Applications of discrete functional analysis TO the finite difference method”(《離散泛函分析在有限差分方法中的應用》)。
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這一時期,他的研究成果噴涌而出。從1980年到2003年,他與合作者發表論文共130余篇,豐碩的研究成果展現了他雄厚的理論基礎與豐沛的研究激情。
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三次轉變,三次提升
在70多年的數學生涯中,周毓麟曾三次轉變研究方向,每一次都取得了重大成就。
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1954年,為學習對國家更有用的微分方程,他放棄了已小有成就的拓撲學研究;1960年,當國家征調他去參加核武器理論研究時,他又毫不猶豫地離開了自己一手開創的中國偏微分方程研究與教學中心;當國家改革開放后,他又回到基礎研究領域,著力以理論研究提升應用研究。
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他馳騁在一個相當廣闊的領域:拓撲學、偏微分方程、計算數學、計算流體力學以及計算機應用等。他總是本著一個基本理念:數學源于實際,數學研究應基于實際,并提升為數學方法和理論,回歸指導實際。
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這個基本理念成就了他基礎研究與應用研究緊密結合、多個學科交叉融合的學術特點,使得他區別于同期其他數學家,成為國內少有的在基礎研究和應用研究等方面都作出卓越貢獻的大家。
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當別人稱贊他為國家三次犧牲專業時,他卻認為自己經歷了三次提升。他曾告訴年輕同志:“國家需要我,是我的榮幸。實際上,我也總是想從更廣闊的視野上,不斷提高自己對數學的認識。這一點是推動我勇于去改變、去作研究的動力?!?/p>
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進入20世紀90年代,榮譽紛紛涌向這位默默奉獻的數學家。1991年,當選中國科學院院士;1996年10月,榮獲何梁何利科技進步獎;1997年4月,榮獲第三屆華羅庚數學獎。2006年,榮獲蘇步青應用數學獎特別獎。
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面對這幾項國內數學界至高榮譽,他抱有一種特別的冷靜。他推崇誠懇地工作、誠實地生活,也從不以專業領域的大師自居,更沒有門派之見,所以他從不曾禁錮自己的腳步和眼光,雖年屆高齡,他依然持續關注我國的核武器數值模擬,持續關注計算數學學科發展。
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在這位93歲老人的身上,有一種不顧世俗名利的執著不懈,有一種力求完美的堅定不移,有一份慷慨擔當的使命情懷,還有一份坦蕩從容的人生智慧。
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來源 | 中國科學報
總結
以上是生活随笔為你收集整理的建功核武的数学家周毓麟院士:采数学之美为吾美的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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