大師林家翹:七十年,從清華到清華

在清華大學校園的中心地帶，有三棟精致的白色別墅，這就是被譽為“清華大師別墅”的地方。有三位科學家受邀入住這里，他們分別是諾貝爾物理學獎得主楊振寧、著名應用數學家林家翹和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，九十五歲的林家翹不是個大眾熟悉的人物。

這位世界著名的應用數學家、美國科學院院士回國九年來很少面對媒體。

但是，這并不影響他受人敬仰的程度。在應用數學界，二十九歲時他就已經“暴得大名”。

2010年7月30日，和林家翹一同出國留學的同學錢偉長去世。記者隨即輾轉聯系到林先生。先生坦言：“與偉長是兩個領域，沒法去評價他。”他解釋了很多，言語中夾雜著美式英語。

他在國外生活了六十四年之久，他的辦公室里堆滿了英文材料。

2002年，林家翹從美國麻省理工學院回到了他的母校清華大學。他是繼楊振寧之后，清華大學邀請回來的第二位世界級大師。這距他20世紀30年代在清華讀書，已經七十年。

2011年的一天，在清華大學“周培源應用數學研究中心”，林家翹坐著輪椅從幽暗的樓道駛過來。

“四時可愛唯春日，一事能狂便少年”，清華四導師之一的王國維，以其《曉步》詩句，寓意把握光陰追尋夢想，被譽為“春天的擁護者”。

這恰如林家翹的人生。

林家翹緩步走到窗戶旁邊，面向鏡頭留下自己的身影。此刻，他的導師、航空航天時代的科學奇才馮·卡門拿著煙斗朝他微笑著，馮·卡門的畫像就懸掛在緊靠窗戶的墻壁上。

考取國立清華大學物理系，

遇到影響我一生的周培源先生

我原籍福建省福州市，1916年7月7日生于北京。

1933年，我考進了當時的國立清華大學物理系，當時的清華園只是一個方圓幾百米的小學堂，但是，這里卻匯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。后來者將清華大學物理系的20世紀30年代譽為“黃金十年”（包括“兩彈一星”元勛在內，從1929年第一屆本科畢業生到1938年，清華物理系共培養本科生六十九人，研究生一人。這其中有二十一人后來成為中國科學院院士；一人成為美國科學院院士，這個人就是林家翹。還有一人成為美國工程科學院院士）。

我在清華做學生時，清華比現在規模小得多，那時，清華大學考試、收學生非常嚴格，不容易考進去。我們物理系一個年級只有十個人，算是學校比較大的系了，其他一些系只有五六個人。

那時，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。比如葉企孫，教我們統計力學，他上第一堂課就講得很深入，關聯上的問題都講得很清楚。然后再講一些細節。那時完全是美式教育，我們的教師都是美國留學的博士，這些人給我們的教育完全合乎現在國外大學的精神。

在清華大學物理系老師中，對我影響最深最廣的，正是后來被稱為“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，專心將數學應用到航空上，以有助于中國制造出自己的飛機。

1937年日本侵略中國，大家都覺得中國很吃虧是因為沒有飛機，所以物理學家認為，愛國就應該學航空。周培源不僅在治學態度上深刻影響了我，而且從此引導我走上了應用數學的道路。我跟他學與航空有關系的問題，即湍流問題。周培源老師也囑咐我：“一定要研究‘湍流’，因為這是一類基礎科學研究。”

對于我來說，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，我從清華大學物理系畢業，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，半年后又遷到昆明。

在西南聯大和孟昭英先生共事

1938年2月，我到達昆明西南聯大。大家知道，無線電研究所是任之恭先生創辦的，而任先生是我的老師，所以當時我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，從國外回來后，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里，有了一段交往，受益甚多。孟先生是個腳踏實地的人，他當時只有三十出頭，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，從來不把個人利益放在第一位，而是把清華大學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于學校發展的角度去想。

后來周培源先生征得任之恭先生同意，把我調回了物理系當助教，由他親自來指導我做研究。我就離開了無線電研究所，到物理系當助教了。

我和孟昭英先生自此便沒有更多的交往了。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。再后來由于我到國外去做研究，研究領域與孟先生不同，因此在以后的日子里就沒有更多接觸了。

我想，當時西南聯大好在一個“聯”字。中國最好的大學都聚集在那兒了，名教授也都聚在那里。在極其艱苦的條件下，西南聯大培養出了大批杰出人才。其中有許多后來蜚聲中外的一流科學家。這不是偶然的。

終于到了美國，有了一個

能擺得下書桌的環境

1939年，我與郭永懷、錢偉長等二十一人同期考取了庚子賠款留英公費生。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，這樣做有失國體，故全體憤然離船，返回昆明。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。能夠赴加拿大留學，也得到了我的恩師周培源先生的幫助和支持。

我1941年獲多倫多大學碩士學位后，去了美國，進入加州理工大學學習。

當時，歐戰已經爆發，英國也成為主要戰場。回憶我這段曲折的出國經歷——1940年去加拿大，然后去美國，避開了歐戰，可以說是不幸中的萬幸。對于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。

幸遇馮·卡門，證明了一代科學大師海森堡自己無法解決的問題

在加州理工大學，我遇到了我的博士生導師、航空航天時代的科學奇才馮·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。加州理工大學是我的老師周培源讀博士學位的地方。而馮·卡門對中國也很有興趣，很愿意幫助中國發展。

我初到美國時，曾和錢學森先生共事過。當時有一個中美合作的研究中心，是關于導彈研究的。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。但不久我就離開了這項研究。

師從馮·卡門，主要有兩個方面的收獲。第一，他給了我一個一般性的指導；第二，他給了我一個很好的論文題目，這個論文題目就是海森堡做過的論文題目，他做的時候，學術界對結果有爭議，而且他沒有計算完。

海森堡做了那個論文以后，就做量子力學了，他是量子力學的鼻祖。海森堡是著名的理論物理學家和量子力學的創始人之一。海森堡成名的時候也就二十幾歲，他是創新型的大師，代表新的物理學的發展方向。所以當時我去做他做過的一個論文題目，應該說也是在前沿了。

那時，馮·卡門正要找一個人來做實驗，這個實驗別人也用別的方法做過了，因為有爭議——是一個數學爭議，馮·卡門就是讓我來解決這個爭議。

我要挑戰的對象，是海森堡的著名論文《關于流體流動的穩定性和湍流》。這篇論文研究了兩維層流的不穩定性，試圖找出湍流發生的本質。

面對這一爭論焦點，我在博士論文中運用了適當的數學變換，澄清并嚴謹化了海森堡的計算，給出了被學術界認可的湍流現象的解釋。當時大家對海森堡有批評，有的數學家說海森堡的結論錯了，而我的工作則證明他是對的。因為這件事，我出名了，海森堡的題目，他自己沒做出來，我做出來了。

多年后，有人用民間語言概括了這段數學史——“海森堡猜出而林家翹算出了二維湍流解”。“二維湍流解”這個說法在學界看來并不準確，但“猜”和“算”兩個動詞活潑地描摹了兩篇論文的意義——前者是創新性的，后者是集大成的。

1945年我博士畢業時，撰寫了三篇關于海森堡問題的博士論文，這些文章后來發表在美國應用數學雜志上。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。當時我二十九歲。

海森堡的演講

讓我年紀輕輕就出名了

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，我撰寫了一系列關于應用數學在航空學領域的研究論文。對海森堡爭議問題的證明，讓我有了與另外兩位科學大師接觸的機會。

我獲得學位的時候，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·諾依曼的父親是馮·卡門的朋友，曾經把馮·諾依曼托給馮·卡門照顧。我畢業那天，馮·卡門請我到一個中國飯館吃飯，把馮·諾依曼介紹給我。

我與海森堡見面是在麻省理工學院，那時，數學會請海森堡來講演，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。請他來演講，算是數學界請他到美國來。那是我頭一次跟海森堡見面。

他那天演講，特別講了我那篇論文，說他覺得很好。還給他的老師寫信說：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。他認可這個事情是一個重要的貢獻。對于我來說，這么一個有名的大師那么一提，我在學校里面的地位就不同了。

我想我是在美國的環境中

取得了很多成績

我畢業選擇工作時，好多崗位都要我。我開始去了布朗大學，后來麻省理工學院也請我，我在布朗大學只待了一年半，就到麻省理工學院了。

1947年，我開始受聘到麻省理工學院擔任副教授，很快升為正教授，繼而又從正教授升為學院教授。在麻省理工這所大師云集的一流學府，全校一百多位教授中能從正教授升為學院教授的不超過十人。 1955年，我在劍橋大學出版社出版了《流動穩定性》一書，是國際上第一本系統地講述流動穩定性的權威教科書和專著。流體力學教科書中經典的“中性曲線”就是最先在我的博士論文中得到確立的。從20世紀60年代起，我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，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，發展了解析特征線法和WKBJ方法。在數學理論方面，我也有些研究，其中最突出的是我證明了一類微分方程中的存在定理，用來徹底解決海森堡論文中所引起的長期爭議。

我主要的工作還是在麻省理工學院做教授，后來當選為美國的科學院院士。我的工作主要依靠的是研究環境，我想我還是在美國的環境中，取得了這樣的成績。

那時，中國人到美國、英國、德國留學，沒有想到是為了中國去跟世界上的研究機構競爭。沒有想到，也不可能想到，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，你在那兒也可以看一看，比較一下，這行是怎么做的，另外一行是怎么做的。

跟研究環境沒有多大關系的就是純粹數學，其余的科學都是沒有辦法的事，因為沒有實驗室的話，就沒法做實驗，沒法做研究。

我與陳省身

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，當時并沒有接觸。

我們第一次見面是在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，他因此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，我們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，最后我選擇了清華。

我認為陳省身是領先一段時間的人物。他是一位世界級的幾何學大師，同時也樹立了一個榜樣，那就是回南開大學建了幾何之家。他的具體做法是將在國外學到的知識介紹給國內，并使自己的專業在國內扎根。其實大家都愿意為國家做貢獻，我到清華大學來也是按這種精神做事的。在細節上，我知道他的事情不多，他知道我的事情也不多，但我們都是理學院的人，志趣相近，共同的精神是：研究科學、追求真理，在前沿上工作。

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

七十年后我回到清華

1972年，我第一次回到祖國。之后我曾多次回國做學術訪問和講學，并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，已經整整七十年了。七十年前，清華大學是我走向成功的起點，七十年后，我又回到了這里。

重回清華園后，我想在這里做成一項新的研究，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。

當然，我也面臨一些新的問題。我回國后的第一個任務，是向學生和公眾厘清“應用數學”的概念。應用數學是不同于純數學的一門獨立的基礎學科，我回國以來在各種場合都要強調。應用數學的核心是用數學方法解決實體科學問題，純數學核心是邏輯構架，在西方數學界，這已經是一個常識。而在國內公眾眼里，這二者的概念與區別還相當模糊，最根本的，國內大學的理科建制也無法從學科分類上保證這種區分。國內還有一個誤區，就是將“應用數學”簡單地等同于“實用數學”。

另一個問題，是后繼人才的缺乏。作為清華大學的一個新型研究所，應用數學中心短期內很難與現有的本科教育之間順暢溝通，而我對于博士生的要求又非常高——必須承擔一個系統而完整的工作，對所在領域有全面了解，能熟練使用英文撰寫論文并和國際同行無障礙探討，這使得人才的遴選變得非常艱難，符合要求的人才非常少。

這種開拓性的工作對我來說并不陌生。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。而我，現在仍然在努力。

為了推進清華大學應用數學研究，我在清華主持建立了“周培源應用數學研究中心”，以恩師周培源的名字命名，以表對恩師的懷念。

2002年我回清華大學是當時的清華大學校長王大中邀請我和另一些人回來的。他當初跟我談，清華想請我們這些人回來，幫助清華成為世界性的一流大學。在這個原則下，請我們幫忙。當時有一些人去了臺灣，我覺得我跟臺灣沒有什么特殊關系，我愿意葉落歸根，愿意回來給母校幫忙。

現在的“周培源應用數學研究中心”，有四個正式研究人員。

對于中國大陸科學家什么時候能問鼎諾貝爾獎的問題，我覺得這完全看中國大學怎么發展，以現在這個發展水平，恐怕還差一點兒。并不是說多少年后，中國能獲得諾貝爾獎，這并不是用多少年來衡量的，這是一個長期的發展過程。我覺得，在中國的大學里出一個人，并且是在中國的大學里做研究而獲得諾貝爾獎，這件事情本身是很不容易的。

研究這個東西，你要知道得非常廣，必須有大的眼界和學術基礎，也就是對一般的大問題都知道了，否則你對整個前沿根本不了解。也就是說，一個問題已經研究得很透了，只是還有一點沒有弄通，大家都已知道這個問題，只在某一點卡住了。你要是能夠解決這一點問題，你就可以得一個諾貝爾獎。

你若不去解決這種問題，諾貝爾獎是根本不會落到你頭上的。

大家看待諾貝爾獎時，不應該以國界來看，應該看人才是從哪兒出來的，他的最后工作地點是哪兒。

中國需要一批一流的大學來做研究，有了這個環境后，人才才會冒出來。單純依靠一兩所大學是不行的，這需要大學的整體水平上去后，有一批一流大學做這個研究，這樣才有研究氛圍，才有人脫穎而出。在美國的一流大學，大家討論的日常性問題，就已經是離諾貝爾獎不遠的地方。國外的大學就是這樣，美國排名前十的大學，討論問題才會有這個層次。目前國內比較好的大學，如清華、北大、中科大、復旦等這種水平的大學數目要加大，增加到十所左右，形成一個很好的研究問題的環境。

國家的需要和獲得諾貝爾獎是兩個方向。這個問題牽涉到整個中國的發展政策，而這個政策是根據國家需要和發展任務制定的，因為，這種事情要投入大量的人力、物力、財力，才會有第一流的水平，這是中國的大事。■

（責任編輯/陳 思）