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数学巨匠谷超豪的数学人生

时间:2010-02-27 11:15 来源: 作者:

    2010年1月11日,2009年度国家最高科学技术奖颁给谷超豪。谷超豪,我国著名数学家,中科院院士,国家基础研究重大项目“非线性科学”首席科学家,教育部数学和力学指导委员会主任。担任过复旦大学副校长和中国科技大学校长。回顾他过去的大半辈子,热爱数学,与以国家需要为己任,是纵贯其整个人生的两条明暗线。

  带200斤谷子上学

    谷超豪是谷家的第二个儿子。
    谷宅,位于温州市区的高盈里,那是一条短而僻静的小巷。2004年,由于旧城改建,整条小巷拆迁,谷宅被整体搬迁至温州市区的锦绣路与温瑞塘河及飞霞南路交会处的白鹿洲公园内。
    谷超豪在高盈里的谷宅度过了少年和青年时期。
    谷月霞是谷超豪最小的妹妹,比谷超豪小6岁。在谷月霞的记忆里,似乎没有谷超豪与他们小孩一起玩闹的痕迹。在谷超豪的人生中,“有一个人不能不提,那就是他们的大哥谷力虹。”谷力虹是谷超豪无形的学业和政治方向启蒙者和领路人。
    小学六年级的“鸡兔同笼”、“童子分桃”等应用题,有些同学死背公式,但谷超豪却琢磨着用更简单的方法来解。谷超豪拿来大哥谷力虹的代数书,看着看着,豁然开朗:设未知数、列方程……
    谷超豪一次温州中学演讲,这样回忆自己的中学生活。“我是1938年春进温中初中一下的,一上是在联中(现温二中)。在温中我读了5年半,1943年秋温高毕业,当时是在抗日战争时期。1937年7月,日本帝国主义侵略我国,抗日战争爆发了。母校初中被炸时,幸好及早疏散,没有人员伤亡,但校舍被炸成废墟了,母校搬到青田去。在青田的生活比温州艰苦得多。那时粮价涨得快,交学费外,每人还要带200斤谷子。当时吃饭没有什么菜,只求吃饱。怎么能吃饱饭呢?要想办法:用的碗比较大,第一碗盛浅些,很快吃完第一碗,马上去盛第二碗,第二碗装得满满的,这样才能吃饱。如果第一碗盛得多了,等你吃完第一碗,饭桶空了,就盛不到第二碗了。现在说起来,这也算是运筹学。”

  曾经迷过武侠小说

    1931年,“九一八”事变后,还是小学生的谷超豪,偶然间看到学校礼堂墙上的标语:“青少年要立志做大事,不可立志做大官——孙中山”,一个念头逐渐在心中腾起:此生要做两件大事——一是要做科学家;二是要做革命家。而回顾他过去的大半辈子,热爱数学,与以国家需要为己任,是纵贯整个人生的两条明暗线。
    他从小就显示出了对数学的兴趣与天赋。上中学时,一次,老师问:一个四边形,每边边长都是1,面积是否是1?谷超豪想了想,站起来:“不一定。四边形一压就成了直线,面积就成了0。”那时他还没有学习菱形的面积公式,但却从形状的变化想到了这个问题,引得老师对他大为欣赏。
    学业进步,谷超豪归功于课外阅读。“课外阅读很重要,好多知识都是课外阅读得到的。我很喜欢看课外书,一年级暑假里我看武侠小说入迷。我的哥哥谷超英(现名谷力虹),叫我不要再看武侠小说了,他介绍给我3本书,一本是艾思奇写的《大众哲学》,一本是苏联译本伊林著的《十万个为什么》,还有一本是数学的普及读物。读了《大众哲学》,我大开眼界。《十万个为什么》使我学到许多科学知识,并且和日常生活相联系。那本数学读物提高了我学习数学的兴趣,例如,书里讲到用3个‘9’拼成一个最大的数。不是999、(99)9,而是999。大家想一想,这数字有多大?这书使我开始有‘概率’的概念,如买彩票有多少机会得奖。”
    在“既要做革命家也要做科学家”的想法驱动下,同时也在哥哥的影响下,谷超豪在少年时期就阅读了《大众哲学》等进步书籍,加入学校的进步组织,写文章、贴标语,为抗日宣传做后勤工作。1940年,年仅14岁的谷超豪就加入了中国共产党。解放前夕,他还和同志们一起成功策反了国民党国防部雷达研究所。
    少年谷超豪,留给同龄人的印象是一个偶像性人物。曾任泰顺县县委副书记、谷月霞的爱人李定荣说:“他(谷超豪)读小学六年级,我读三年级,当时整个学校的人都知道他。”

  数学“金三角”游刃有余

    少年谷超豪从数学中获得了单纯的快乐。而在此后更长的时间里,他则一直试图将对数学的热爱,与国家的需要统一起来。我国计算数学、概率论、偏微分方程都比较薄弱,到了莫斯科大学之后,除了完成规定课程,谷超豪开始有意识地学习偏微分方程,并听了一些与高速飞行器密切相关的流体力学课程。
    偏微分方程通俗一些讲,解决的是飞机翅膀怎么设计更合理的问题,外形怎样做才能安全稳定,都要通过艰深复杂的数学理论计算出来。而这些背后的努力,是别人看不见的。
    从1960年到1965年,谷超豪进入了学术丰收季节,尤其在混合型偏微分方程方面,取得了重要突破。从亚音速飞行器到超音速飞行器,这一过渡过程所对应的数学基础正是混合型偏微分方程。谷超豪对此的研究是先驱性的。由于当时中外学术交流所限,国际学界并未及时知晓他的成果。到1973年前后,美国数学家代表团来复旦访问时,才惊讶的发现,他们刚刚完成的研究,谷超豪在10多年前就已经做出来了!
    谷超豪将自己的三大研究领域——微分几何、偏微分方程和数学物理,亲昵地称为“金三角”。因为它们都平行的属于数学的3级学科,但也互有交融。在这对于行外人简直就是会“迷路”的“百慕大三角”中,他却发现了挖掘不尽的宝藏。
    谷超豪院士的爱好之一,是计算台风走向。2004年“云娜”袭击闽浙,预报说要影响上海,老先生早晨看到的是东北风,到吃中饭时,朝南的窗子却有雨点打进来,说明风转为东南,他用“简单的几何”一算,就估计出台风中心已经在上海以南的偏西方向,对上海没有多大威胁了。
    1974年,规范场的创始人杨振宁在深入研究时发现,规范场与微分几何有着密切关系。巧合的是,杨振宁的父亲杨武之也是复旦大学数学系教授,此前在与儿子重聚时,就向他介绍过复旦在微分几何领域有很强的实力,而谷超豪是这一学科的带头人之一。于是,在上世纪70—80年代,杨振宁便与谷超豪所率领的团队展开了合作,这其中还包括谷的妻子、一直致力于微分几何研究的胡和生院士。

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