谷超豪：在數學的宇宙里寫“詩”

2012-12-31 00:00:00

云南教育·視界(綜合) 2012年7期

2012年6月24日，對中國科技界而言，意義非凡。

“神舟九號和天宮一號手控交會對接成功”、“蛟龍探測器成功下潛到7 000米”，舉國上下沉浸在“神九”飛天和“蛟龍”入海的喜悅中。

也就是在這一天的凌晨，著名數學家和教育家谷超豪先生，永遠地離開了這片他為之奮斗終生的土地。他為我國尖端技術尤其是航天工程的基礎性研究作出了重要貢獻，為大量前沿科技的應用攻克了數學難題。

兩年前，谷超豪因為在微分幾何、偏微分方程和數學物理領域的突出成就獲得2009年度國家最高科學技術獎。在捧得這個中國科技界最高獎項時，他說：“我在數學方面還有一點點能力，我要把這個能力全部貢獻給國家，這也是我的樂趣。”

年少立壯志

年少時谷超豪就立下兩個志向：一是學好數學，當一個科學家；二是肩負歷史，做一個革命者。

在一般人看來，數學抽象而高深，但對喜歡數學的人來說則全然是另一番景象——數學是一種文化，是對世間規律的精確刻畫與極簡表達。

谷超豪從小就對數學情有獨鐘，那些數字和符號在他眼里美得讓人著迷。小學三年級學除法，1除以3除不盡，無限循環，“在0.3的‘3’上面點一點，非同小可，要想一想才能明白。”他覺得，學數學要有想象力，這一“點”讓他從此與數學結下了緣分。

很快，谷超豪便展露出了他在數學方面的過人天賦。有一次老師出了一道題：一個四邊形，邊長都是1，問面積是不是1。谷超豪的答案和同學們不一樣：不一定，因為可以變成菱形，還可以壓得很扁，這樣面積就是零了。

然而年少的時光并不只有學習那么單純，谷超豪上小學時正逢國家動蕩，禮堂墻上孫中山先生的話“青少年要立志做大事，不可立志做大官”，深深地刻在了年幼的谷超豪的腦海里。他當時就立下兩個志向：一是學好數學，當一個科學家；二是肩負歷史，做一個革命者。這兩個目標，從此成為谷超豪“人生歷程中相互交叉的兩條線”。

1937年，谷超豪進入溫州中學讀書。除了學習課本上的知識，他努力閱讀課外書汲取數學的營養，“記得看了劉熏宇的《數學的園地》，其中有一段講述了微積分思想，從什么是速度講起。當時我自以為很懂得速度、加速度等概念，然而讀了這本書后才發現，原來真正的速度概念要用微積分才能深入了解，于是對數學愈發地感興趣了”。而當時侵華日軍已開始南下，因此在讀書之余，他積極參加學校“五月讀書會”等進步組織。1940年3月，不滿14歲的中學生谷超豪宣誓加入中國共產黨。對這段經歷，谷超豪曾作詩寫道：“抗敵效微力，報國托童心。”

1943年谷超豪考入浙江大學龍泉分校后，他與進步同學組織了“求是學社”，閱讀了大量進步書刊，參與組織了不少學生運動。在學生會選舉中，他以最高票數當選為學生會的主要負責人之一。入學兩年后，他的家鄉淪陷，因為曾經的“地下工作”經歷，他只能被困在家中不能出門，但他努力克服困難，繼續鉆研數學。

正是學生時期的坎坷經歷，塑造了谷超豪堅韌不拔的學習態度和匹夫有責的家國情懷。在戰亂年代，他邊學習邊革命，投入抗日救國的歷史洪流；到了和平年代，他用知識去創造，國家和社會的需要成為了影響他一切選擇的決定性因素。

“多變”的學術生涯

有人不理解：這不是自找苦吃嗎？但谷超豪心里明白，幾次重要的“轉向”皆因國家需要。

法國科學院院士肖蓋曾這樣形容谷超豪的研究風格：“獨特、高雅、深入、多變”。如果說前三者是許多杰出科學家的共性，“多變”恐怕是谷超豪學術生涯的一大特點。有人不理解：這不是自找苦吃嗎？但谷超豪心里明白，幾次重要的“轉向”皆因國家和社會的需要。

微分幾何、偏微分方程和數學物理是當今核心數學最活躍的三個分支。谷超豪從早期跟隨蘇步青專攻微分幾何，到留蘇歸國后轉向偏微分方程，在超音速繞流、混合型方程組等方面作出了世界領先的成績，之后又一頭扎進數學物理的前沿，與楊振寧就理論的數學結構開展了合作研究。他先后涉足這些領域，并且在這三個方向及其交匯點上獲得了國際認可的突破性成果。

1958年，正在莫斯科留學的谷超豪看到蘇聯的人造衛星上天，內心產生了強烈的震動。于是，谷超豪在蘇聯便有意識地學習空氣動力學方面的課程，而空氣動力學中不少問題的原理正需要用偏微分方程來計算求證。1959年歸國以后，他毅然決定開墾偏微分方程這塊國內薄弱的領域，從數學的角度為實際應用領域尋找新的突破口。同時，谷超豪還培養了李大潛、俞文此等學生，對這一類的邊值問題作了很重要的推進。15年后，當美國的希弗教授得知這些成果時大為驚奇，因為他剛剛做完了平面機翼超音速繞流解的存在性的數學證明，想不到這個困難的數學問題早就被谷超豪解決了，而且在他學生的手中得到了很大的發展。

在李大潛、俞文此致力于雙曲型方程的研究時，谷超豪又轉向于對鈍頭物體超音速繞流的研究。這一問題在數學上難度很大，牽涉到非線性、混合型、不定邊界、求整體解的問題，公認的多個難點都集中到了一起，當時被國外同行認為是21世紀的數學問題，已有的數學工具遠遠不夠。谷超豪決定從混合型方程入手，對高維混合型方程的邊界問題進行研究，取得了一系列在國際上領先的成果。“文革”開始以后，谷超豪的研究一度被迫停止，但他還是不斷尋找機會，在極其艱苦的條件下，最終算出了導彈設計中極有價值的數據。

1974年，諾貝爾獎獲得者楊振寧教授來訪，開展和復旦大學教師的合作研究。在合作中，谷超豪在“洛侖茲規范”的存在性問題、楊—米爾斯方程的初始值問題等領域獲得了多項成果。通過這些研究，谷超豪從物理學中又提煉出了“波映照”問題，引發了一批國際上的后續研究。上世紀80年代后期以來，谷超豪對偏微分方程又一前沿領域——“孤立子與可積系統”發起了進攻，取得了創造性的突破。

對于谷超豪的“轉向”，他的學生、中國科學院院士洪家興打過一個形象的比方：“他帶著大家探索、開路，而在找到了一條通往金礦之路后，他就把金礦讓給跟隨他的年輕人繼續挖掘，自己則帶著另一批年輕人尋找另一個金礦。”

比“轉向”更不容易的，是谷超豪每次都能在新的領域中迅速占領制高點。對此，學生李大潛院士回憶道，在剛剛投入偏微分方程研究時，谷先生就體現出過人的戰略眼光，提出了五六個方向，“從線性到非線性，從固定邊界到自由邊界，從單個方程到方程組，從固定類型到變化類型，從局部情況到整體情況等”，準確預言了這一領域后來幾十年的研究演進路線。

生前最關心的一件事

離世前，他已一年多不能說話，但得知上海數學中心獲批時，第一次激動地說起話來，卻無人能聽懂。

在數學的道路上，谷超豪從來沒有停下攀登的腳步。楊振寧與谷超豪是相識數十年的同行和摯友，楊振寧把谷超豪的研究比喻成“站在高山上往下看，看到了全局”，評價谷先生本人“立德、立言、立身三項都做到了”。

75歲時，谷超豪仍活躍在學術界，一年發表3篇論文。80歲時，他依然每天工作8小時，每周至少有兩個半天與學生討論，甚至給一些學生開小灶。他的同事和學生給他過八十大壽，他在許愿時說，“希望自己能再干若干年”。到2006年因病住院，他還是沒有閑下來，在桌子、茶幾上堆滿了各類書刊資料，把病房變成了微型圖書館、實驗室、研究室，“我的兩個‘關門弟子’，去年就是在這里完成論文答辯的”。

“做學問就像下棋，要有大眼界，只經營一小塊地盤，容易失去大局。”谷超豪在自述中這樣寫道。

“向上，向上，再向上，做一個數學王國里不知疲倦的攀登者”，是他一生的追求。而建設一個可以吸引全世界著名數學家、讓國內年輕人能及早接受大師熏陶的數學中心，是暮年疾病纏身的谷超豪最關心的一件事。

2010年2月，谷超豪還專門給胡錦濤總書記寫了一封信。信中他大力強調基礎學科，尤其是數學研究對于國家科技持續發展的重要性，提議建立一個以上海為基地、聯動周邊地區高校與研究所的“南方數學研究中心”。洪家興說，在上海數學中心這件事上，谷先生既無個人名利要求，也絕非一時心血來潮，而是他對人才培養問題的深思熟慮。

據洪家興介紹，由于健康原因，從去年1月起谷先生已不太能講話。然而，今年2月，復旦大學領導和數學學院院長到醫院告訴他，上海數學中心獲得批準、正式開始籌建時，他卻第一次激動地說起話來，只是無人能聽懂。“我理解，可能是數學中心在他的腦子里有個藍圖，他想說的是，要怎么建設，希望我們這些后輩人把這件事做好……”洪家興說。

讓洪家興印象深刻的是，這些年谷先生在審閱某些青年教師的科研論文時，總是覺得不太滿意。“他常常為這些事一晚上睡不好，腦子里翻來覆去地想：原因何在？如何改變？”谷先生一直憂慮、感慨于國內優秀生源大多擁擠到金融、管理等熱門專業，數學等基礎學科少人問津，即使入門的年輕人往往也只把數學系當作“跳板”，每每這時，他總會大聲疾呼：數學是各門科學的基礎和工具！中國需要數學！

如今，上海數學中心已在復旦大學江灣校區正式揭牌奠基，預計于2013年年底建成，先生的愿望正在成為現實。

對學生有個“三不”原則

不壓制年輕人的想法，不壓制年輕人的發展，不擋年輕人的道。

在谷超豪揚名學界之后，他的老師蘇步青曾不止一次地說：“我的學生超過我了。”但蘇步青又說：“他只有一點沒有超過老師，就是沒有培養出像谷超豪一樣的學生。”而在谷超豪自己看來，蘇先生這句話意在鼓勵他好好培養學生。

還在當助教時，谷超豪就從前輩錢寶琮老師身上學到了一條——“學生來問問題時，千萬不能說這個問題很容易，免得使學生對自己失去信心”。60年來，谷超豪一直謹記照做。他還給自己定出了“三不”原則：不壓制年輕人的想法，要鼓勵年輕人敢想敢做；不壓制年輕人的發展，鼓勵年輕人能夠發展自己的研究方向；不擋年輕人的道。

晚年時，谷超豪自感可以向蘇先生“交賬”了——在本科和研究生受教于谷超豪的學生中，已產生了李大潛、洪家興、穆穆等9位兩院院士和一大批優秀的高級數學人才。

谷超豪很反感現在社會上流行的研究生稱呼導師為“老板”的風氣，認為師生不是雇傭關系，不能搞“按勞取酬、等價交換”這一套。在指導學生論文時，谷超豪常會提出一些創造性的構想，但除非他個人的研究占科研成果的一半以上，或者做了非常實質性的工作，否則他是決不署名的。他說，老師不能剝奪學生學術成果的“所有權”。

復旦大學副校長陳曉漫曾是數學系的研究生，他至今仍清楚地記得，上世紀80年代初，谷先生晚上在數學系講授大廳里開設有關規范場理論的討論班，整整堅持了一個學期，“谷先生把數學物理交叉研究最前沿的信息迅速帶到我們年輕學生面前”。

所謂“討論班”，其實是一種小型的學術研討會，這是蘇步青等前輩們首倡的、推動年輕人進步的授課形式。幾十年來，討論班的學生換了一茬又一茬，但這種傳統卻薪傳火繼，成為復旦校園一道獨特的風景線。谷超豪總是以蘇步青為榜樣，只要時間、身體允許，必會走進討論班聽年輕人的報告。

“我們最怕的就是谷先生開口提問。”谷超豪的關門弟子謝納慶說，討論班上，谷先生有時會將自己讀到的科技論文中的一些問題提出，供大家討論。但有些東西實在太難了，偶爾謝納慶想忽略或糊弄過去，但只要他一開始“混”，谷超豪就會很快打斷他，將他企圖蒙混過去的問題重新拎出來，要他詳細解答。數學科學學院劉憲高教授也仍然記得他剛進復旦時，谷先生囑咐他“寫文章要一篇比一篇好，科研不要永遠停留在同一水平上”。

有人曾問谷超豪，是否認為自己是“嚴師”，他想了想答道：“我是比較嚴格。”中科院大氣物理研究所的穆穆院士不會忘記，當年他即將參加博士論文答辯，谷先生認為他的論文不錯，卻指出“對大氣物理的基礎了解不夠”，于是讓他去大氣所再學習半年，對有關模型的機理加深認識后再答辯。復旦大學數學科學學院的陳恕行教授也不會忘記，谷先生曾帶著他們過了一個“革命化的春節”——寒假期間，谷先生組織一批上海本地的學生每天到辦公室里學習。“谷先生話不多，但是他每天在那里研究，我們也就跟著他去學習。”陳恕行說，“這是身教。”

重理莫輕文

他常常告誡年輕人，不要單純和數字、公式打交道，鼓勵讀數學的年輕人讀一點古典詩詞。

除了對數學的執著喜愛，谷超豪對古典小說和詩詞也十分著迷，吟詩作對成了他閑暇時分的業余愛好。他曾說，“我其實沒有受過正規舊體詩訓練，老也掌握不好平仄。數學工作者也是平常的人，詩詞是興之所至、自娛自樂，把碰到的事情用最少的幾句話表達出來，便是很大的快慰！”

他曾調侃說：“我在中學就學會了用數學的反證法，或許就與我讀《三國演義》有關吧。”他常常告誡年輕人，千萬不要重理輕文，不要單純和數字、公式、公理、定理打交道，鼓勵讀數學的年輕人讀一點古典詩詞，“文學和寫作一方面能夠豐富生活，另一方面也有益于數理思維的發展”。

谷超豪還愛看天象，偶爾客串一把“業余臺風預報員”。有一年，強臺風正向我國東南沿海靠近，天氣預報說會在浙江或者福建登陸。當時上海非常緊張，準備臺風晚間來襲。中午前后，谷超豪看到朝南的窗口打著雨點，風向正朝東南方向轉變，于是認定這個臺風已經在浙江登陸，且中心正向西或西北方向移動，上海不會有大問題。事實證明，他的判斷完全正確。

2009年8月，國際小行星中心和國際小行星命名委員會把國際編號為171448的小行星命名為“谷超豪星”，作為對谷超豪在科學領域所取得的成就的褒獎。在頒獎現場，谷超豪還興致勃勃地分享了自己研究天體運動規律的趣事：1970年中國第一顆人造衛星上天時，他根據報紙上公布的資料，判斷報上登的衛星經過上海上空的時間不準確，結果印證了谷超豪的判斷，讓周圍人十分驚訝。在他看來，“數學不應只停留在紙上，更要用它來解決實際問題”。

數學結姻緣

他曾打趣：“每逢我做一些不太重要的工作，她就不太關心我。為了得到重視，我只能做更重要的工作。”

谷超豪和同為復旦大學數學科學學院教授的胡和生院士是中國科學界聞名的一對“院士夫婦”。讓兩人喜結連理的，是數學——他倆都是蘇步青的學生；而這場姻緣的起點，也源于數學——胡和生同學向谷超豪同學請教數學問題。

1950年的一個秋天，谷超豪在數學系圖書室遇到女研究生胡和生。胡和生說，蘇先生讓她讀一篇論文，但里面有些地方沒弄清楚，找了一些老師問也沒問到，所以想讓谷超豪幫忙看一下。谷超豪欣然同意，她氣喘吁吁地跑回宿舍拿來了論文，給對方留下了良好的“第一印象”：這小姑娘不錯，對學問肯鉆研。1957年同在復旦執教時，他們結為夫妻。

這對數學家伉儷生活樸素，把有限的時間全部用在了科學研究上。“早在新婚的時候，我就對胡和生說，我們不要在家務上花費太多時間。”谷超豪回憶，當年住在12平方米的簡陋房子里，夫婦倆就請了一個鐘點工。阿姨是安徽人，非常能干，幫助夫婦倆節省了很多時間。他們也重感情，這阿姨一請就是45年，“后來她退休了有時還來幫忙，她一家三代都是我們的朋友”。

為了節約時間，谷超豪還包攬了給胡和生理發的工作。“我一般不上理發店，通常都是請谷先生幫我剪短一點，稍微修修就可以了。起初先生說不會剪，我說不要怕，我的要求不高。他慢慢地就學會了，并且稱贊這辦法好，省了不少時間和麻煩。”胡和生說，雖說生活簡樸，卻并不缺少情趣。

在外人看來，這樣終日與數學打交道的生活也許是單調的，而在谷先生看來，這樣的夫妻默契千載難逢：“她做的事情講給我聽，我能聽懂；我做的事情講給她聽，她也知道。”他曾這樣打趣自己的婚姻生活：“每逢我做一些不太重要的工作，她就不太關心我；做重要一些的工作，她就會對我重視一些。為了得到重視，我只能做更重要的工作。”

人物小傳

1926年5月15日，出生在浙江省溫州市永嘉縣（現溫州市鹿城區）。

1940年初，不滿14歲就加入中國共產黨。

1943年至1948年，在浙江大學龍泉分校、浙江大學（杭州）學習。

1953年7月起到復旦大學工作，任數學系講師，1956年任副教授，1960年任教授。

1957年9月至1959年6月，在莫斯科大學數學力學系學習，獲物理—數學科學博士學位。

1964年至2003年，為第三、六、七屆全國人大代表，第五、八、九屆全國政協委員，第八、九屆全國政協常委。

1980年，當選為中國科學院學部委員（院士）。

1982年1月至1986年6月，任復旦大學副校長。

1986年至2000年，任復旦大學數學研究所所長。

1988年2月至1993年7月，任中國科技大學校長。

1994年，當選為國際高等學校科學院院士。