第61章 寄情数理 化雨随东风——数学家谷超豪

谷超豪(1926-)
数学家。浙江温州人。1948年毕业于浙江大学。1959年获苏联莫斯科大学物理数学科学博士学位。复旦大学教授,主要从事偏微分方程、微分几何、数学物理等方面的研究和数学工作。在一般空间微分几何学、齐性黎曼空间、无限维变换拟群、双曲型和混合型偏微分方程、规范场理论、调和映照和孤立子理论等方面取得了系统、重要的研究成果。
特别是:首次提出了高维、高阶混合型方程的系统理论,在超音速绕流的数学问题、规范场的数学结构、波映照和高维时空的孤立子的研究中取得了重要的突破。
1980年当选为中国科学院院士(学部委员)。
“用3个9拼成一个最大的数”,这是2000多年前,古希腊哲学家、教育家柏拉图出的一道数学题。无数的数学家、数学爱好者,都没有解答出来。2000多年后,三个9的故事与本文主人公的名字联系在了一起。他就是我国着名数学家谷超豪。那是在他中学的时候,数学老师在课上出了这道2000多年前的问题,谷超豪坚定地给出了答案。
发奋学习,立志为国
在浙江温州市区华盖山麓的高盈里,有一条短而僻静的小巷。1926年5月15日,在这个巷子里的一座老式院落里出生了一个男孩。他就是我国着名数学家、核物理学家谷超豪。
因为叔叔因病早逝,父母就把谷超豪交给没有子女的婶母抚养。婶母把这个侄子视若命根,关怀备至,是她的悲惨生活的惟一寄托。婶母悲天悯人的性格对谷超豪起到了潜移默化的影响,使他从小善良、纯真、乐于助人。他5岁入私塾读书认字,接受启蒙教育。两年后进入温州瓯江小学。谷超豪在那里学到了许多自然科学知识,懂得了下雨、打雷等自然现象的成因,成为一个科学的笃信者。当时正值东北三省被日寇占领,祖国面临危亡的时刻,每当老师给同学们讲述近代史上祖国所遭受的耻辱时,谷超豪幼小的心灵上好似扎上了一根根钢针,万分难受,他下决心要为拯救祖国而发奋学习。谷超豪从小性格文静,聪慧过人,对各门功课都有兴趣。数学、语文、历史、地理、自然等课程,都学得很好。他平时温文尔雅,不太爱说话,不大喜爱运动。但是,在课堂上,他思想活跃,喜欢独立思考。特别是数学,谷超豪从小就对数学感兴趣。
小学三年级学除法,谷超豪被除法中的现象迷住了:1被3除,那就是0.3333……一直循环下去,除不尽,但是可以用循环小数表示。这让他觉得,数学里面有非常神奇的东西,你抓不住它但可以想像。到了六年级的时候,算术上的应用问题是很难的,当时有些升学指导一类的书就针对各类问题写出了解题公式,好多同学就背公式,应付考试。但是谷超豪感觉到,数学不应该是背公式,应该动脑子找到更好的方法。
1937年,全面抗战开始,谷超豪进入温州中学。1939年,他父亲、婶婶先后病故。此时日本鬼子对温州的轰炸也变本加厉。谷超豪第一次离家参加抗战宣传队,写壁报、演街头戏。时代把这位娇生惯养的还不到13岁的小孩,投入了抗日的洪流。不久,学校搬到距离温州有一天路程的青田县。那里的生活本来就很艰苦,更何况是战争年代。就是在这样艰苦的环境里,谷超豪怀着远大的理想,孜孜不倦地探索大自然的奥秘和追求人类社会发展的真理。温州中学后来汇集了不少回乡的大学老师,拥有雄厚的师资力量,尤其是数学和物理,这对谷超豪来说真是如鱼得水。他的语文、社会科学、数理的基础是很全面的,每次考试,成绩都名列前茅。他不满足于课本知识,看了不少课外书,如刘熏宇着的《数学园地》,其中介绍了微积分和集合论的初步思想,使他初步了解到数学中无限的3个层次:循环小数、微积分、集合论。这引起了他对数学更浓厚的兴趣。
受哥哥谷超英的影响,谷超豪成了温州中学“五月读书会”的活跃成员。
1940年3月,谷超豪经人介绍加入中国共产党。这时他不满14岁。这一年暑假,谷超豪初中毕业,以第一名的成绩升入高中。当时环境越来越恶劣,日本侵略者的轰炸,青田也不能幸免。在轰炸、贫困、疟疾折磨下,谷超豪的学业仍遥遥领先,引人注目。同时,他还坚持做地下党工作,学校当局对他也有所注意。温州中学至今还保存着他的成绩单,上面记载着突出的各门课程的分数。1943年春节前夕,党支部书记和另一名党员被捕,谷超豪和党组织失去了联系。当年夏天,他从温州中学毕业,结束了中学生活。
学数学闹革命,九年浙大情
1943年秋天,谷超豪考上了浙江大学龙泉分校,开始了在浙江大学9年的生活。谷超豪晚年回忆在浙大的岁月时这样说:我在浙大九年,正是我国经历巨大变化的时期。在这一系列变动中,浙大经受重重考验,始终走在时代的前列,在学术上不懈地向着崇高目标前进,竺可桢校长倡导的“求是”学风一直起着重大作用。总结谷超豪在浙大的九年,他主要做了两件大事:第一是学习数学,第二是从事地下党工作,闹革命。
当时的浙大数学系,云集了陈建功、苏步青这样国内乃至国际一流的数学大师,其以讨论班为主的培养模式,使数学系发展蒸蒸日上,在同学们中广泛流传着“学数学就到浙大”。在这样一流的数学系学习数学,对谷超豪在数学学习上有非常大的帮助。当时谷超豪在苏步青的门下学习,苏步青对谷超豪的要求非常严格。谷超豪曾回忆这段经历:一门数学研究讨论课,苏步青教授交给学生一篇100页的数学论文,要求先从头到尾抄一遍,认真钻研,然后在课上接受提问,不及格者不得毕业。正是这种严格训练,为他打下了扎实的基础。同时他还向着名的前辈数学家陈建功学习复变函数,又选修了物理系的量子力学、相对论和理论物理等课程。谷超豪在学生时代就开始学术的研究工作。四年级第二学期,他研究了三维空间代数曲线的一项性质,将结果写成论文。为慎重起见,他再一次查阅了文献,发现他人已有类似的研究,文章便不发表了。不久,他对陈建功所提出的有关拉普拉斯变换的一个问题做出了解答,成为和陈建功等合作的一篇论文的部分内容,后来在英国伦敦数学会杂志上发表。因谷超豪的成绩优秀,又师从两位国际一流数学大师,被破例允许同时选修两门课程,这些都对谷超豪的学术产生了深远影响,为他的数学事业奠定了扎实的基础。
在浙大的岁月,并不是只有学习。恶劣的环境,使谷超豪开始从事地下党工作、闹革命。在专业学习的同时,谷超豪和同学共同组织了“求是学社”,并担任负责人。他们阅读《新民主主义论》、《论联合政府》、《整风文献》等书。
1946年暑期,谷超豪和一些同乡同学在故乡温州成立了“大专学生暑假联谊会”,向中学生宣传大学里的学生运动,宣讲时事。当时,一艘外国商船非法驶入瓯江,对这悍然侵犯我国主权的事件,当地政府听之任之,谷超豪和联谊会成员、中学生、温州市民,向外国商船抗议,终于把它驱逐出港。
1947年,浙大学生会改选,谷超豪由于在历次运动中做了不少工作,热心为同学服务,而且功课好,所以在学生中威信很高。竞选期间,学校的壁报上出现了一条醒目标语:“科学+民主=谷超豪”。开票时,谷超豪以一千多票的最高票数,当选为学生会主要负责人之一。在震动全国的于子三事件中,他始终站在前列。他的成绩和进步思想赢得了师长的信任,他努力争取师长们对学生运动的同情。在迎接解放的日子里,谷超豪除了在学生中发展党员外,他以进步团体华社、科学时代社等为平台,在校内外进行了大量的活动。1948年,谷超豪大学毕业,苏步青选留他做助教。
谷超豪说:“革命者我要做,科学家我也想做,就要付出双倍的努力。我的研究有两个原则不变,一是围绕国家的总目标,二是围绕学科的发展。”这种爱国报国情怀,是谷超豪在科学道路上不断进取的动力,是支撑他大学生活和人生的最强大的精神动力。在浙大求学和任助教期间,谷超豪一面学习实现自己当科学家改变世界的理想,一面从事革命工作救中国,虽然花了很多精力投入到了地下党的革命事业中,但是没有影响到谷超豪的数学学习。1957年,他前往着名的莫斯科大学学习,只用了1年多的时间就写成论文,让他跳过副博士,直接得到莫斯科大学的科学博士学位。这位31岁的中国进修生被认为是继20世纪大数学家艾里·嘉当之后,第一位在无限变换拟群领域取得重要进展的人,谷超豪的数学之路也越来越辉煌。
数学如诗
在谷超豪眼里,数学是门重要的工具科学:“天文、物理、航空、航天、金融、保险、经济管理,不都很热门?其实它们很需要数学。在门外看,数学似乎很枯燥,但进去了,如层层剥笋、步步探宝那样探求定理,你会体会到攻克难关的喜悦,有时还有出人意料的结果,给人一种‘意外的美感’。”谷超豪与数学的结缘是奉献与兴趣的完美结合。他从飘舞的肥皂泡里看到数学,他从席卷的台风中看到数学,他从数学里找到爱情,他在数学里发现生命的所有诗意和表达的所有语言。
“昨辞匡庐今蓬莱,浪拍船舷夜不眠。曲面全凸形难变,线素双曲群可迁。
晴空灿烂霞掩日,碧海苍茫水映天。人生几何学几何,不学庄生殆无边。”这是1986年谷超豪乘船去舟山讲学途中写的一首诗。数学在许多人眼里是很枯燥的,而在谷超豪心里,数学就像是一首诗。在他的生活里,数学是和诗一样让他喜欢的东西,诗可以用简单的语言表达非常复杂的内容,用具体的语言表现深刻的感情和志向,数学也是这样,给人无穷的想像空间。谷超豪喜欢观察台风的动向。因为大气物理学家已经发现,台风中心的运动方向主要是从南往北的,是一个逆时针的反气旋。这样,谷超豪根据风向就可以预测台风中心在哪里。2004年据预报云娜台风,要在浙江和福建之间登陆,晚上到上海。
谷超豪早上看到风是从东北方向来的,但到吃中饭时,他看到朝南的窗子有雨点打进来,表明这时的风已是从东南来,谷超豪用简单的几何计算估计出台风中心已经在上海南偏西方向,正往西走,对上海没有太大威胁了。
胡和生,复旦大学教授,中国数学领域惟一的一位女院士。她和他,一对数学王国里令人羡慕的院士夫妻,是数学让他们走到了一起。两个数学家的院士夫妻人生是怎样的呢?相互支持,节省时间,共同研究,齐头并进,而不是以牺牲一个人,来成就另外一个人。他们自命以“二保二”的办法,来共同对付共同研究数学,不需要任何一方作牺牲。对于谷超豪追寻的目标,胡和生都很赞成、支持。对胡和生的目标,谷超豪也很赞成支持。旅游、散步、做诗,夫妻两人携手走过了大半个世纪,在生活和学术上相伴相随。他们俩共同努力,创造了各自在数学王国里的辉煌。
40多年来,谷超豪在微分几何、偏微分方程和数学物理这三个被他自己亲昵地称为“金三角”的领域作出了重要贡献。
谷超豪不仅以他卓着的科研成就饮誉国内外,还悉心培养指导青年,造就了一支教学、科研梯队,1982年培养出了我国自己授予的第一批数学博士。
他亲自指导过的李大潜、陈恕行、洪家兴等人,都已成为国内外有影响的数学家。谷超豪还担任着大量的行政工作和社会工作,他曾任复旦大学副校长、研究生院院长,中国科技大学校长,温州大学校长,第三届、六届和七届全国人大代表,中国数学学会副理事长。近年来,他在Minkowski空间的调和映照和极小曲面、孤立子理论等方面,仍继续不断地取得了受到国际上重视的新成果。
“成汽遨太空,积雪踞高峰。一泻掠江海,化雨随东风。”如今,年逾八旬的谷超豪教授仍然奋斗在数学研究的前线,他的目光,凝视着我国日新月异、风光无限的科技前景,他的胸膛,搏动着一颗为国家科研事业不断创新的赤子之心。

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