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在诗意盎然的数学世界里——记温籍科学家谷超豪
编辑:上海温州商会  来源:上海温州商会  日期: 2010-5-31

  2010年1月11日上午10时,寒冬的北京。
  人民大会堂里华灯绽放,鲜花吐艳,国家科学技术奖励大会在庄重而热烈气氛中隆重举行。上海温州商会高级顾问——84岁的数学家谷超豪从国家主席胡锦涛手中接过2009年度国家最高科学技术奖获奖证书,现场掌声雷鸣。国家最高科学技术奖是我国对伟大科学家毕生成就的最高表彰,杂交水稻之父袁隆平、汉字激光照排系统创始人王选等都曾获此殊荣。
  荣誉面前,面对记者的采访,谷老既激动又平静,他说:“我要努力再做些事情。”

  【人言数无味,我道味无穷。良师多启发,珍本富精蕴。解题岂一法,寻思求百通。幸得桑梓教,终生为动容。】
  1926年5月,谷超豪出生在温州市区。

  他纯真文雅,善于思考,热爱阅读各种有趣的课外书籍,自幼便表现出极强的数学天赋。
  小学三年级,奇妙的无限循环小数1÷3=0.333333……启发了他无尽的数学想象空间。到了六年级,开始涉及“鸡兔同笼”、“童子分桃”等应用题,当大部分同学都死记硬背公式时,谷超豪却琢磨着用更简单的方法来求解。他拿来大哥的代数书研读,看着看着,豁然开朗:设未知数X、列方程,难题不就迎刃而解了么?
  上了初中,适逢一批大学教师返乡,为温州中学汇聚了最优质的教育资源。老师的博学不但打开了学生的视野,启发式的教育方法也使学生的学习兴趣得到培养。初一时,老师出了道习题:用4个“1”组成一个最小数,但不能用运算符号。谷超豪举手回答:是1  。老师又说“3个9组成的最大数是多少呢?”“是9  。”
  老师还在课堂上问道,一个四边形,每边边长都是1,面积是否是1。他想了想,回答说:“面积不一定是1,把这四边形一压,压扁成为直线,面积就变0了”。
  1937年7月,日本帝国主义侵略我国,抗日战争爆发了。中学校舍被炸成废墟,师生们搬到青田去继续上课。艰苦的环境并没有消磨谷超豪对知识的热爱,随着学习的深入,他对数学的兴趣越来越浓厚。

  【稚年知国恨,挥笔欲请缨。读书明真理,宣誓向红星。】


  生活中沉默寡言的谷超豪,曾经还是一名“地下党”。
  追忆往昔时,谷超豪说,“我在初中念书,还是一个12-14岁的小孩,按理正过着幸福的童年生活,却遇上艰苦的抗战时期。在小学里就开始意识到我们国家、民族的危难,知道国家兴亡,匹夫有责。”
  温州中学那时的革命气氛非常浓厚,在温中读书时,谷超豪“一方面觉得艰苦;一方面又觉得高兴,因自己能为国家作出贡献,为自己确定正确的政治方向。”1940年,年仅14岁的谷超豪加入了中国共产党。作为温州中学“五月读书会”的成员。除了读进步书籍外,谷超豪积极走上街头写壁报、演街头戏,他们还多次到野外或山上去开会。
  1943年,自小喜爱数学的谷超豪考入浙江大学数学系。在认真学习的同时,他与进步同学组织了“求是学社”并担任负责人。他们学习马列主义,阅读《新民主主义论》、《论联合政府》、《整风文献》等大量进步书刊,推动了杭州大中学生的“五二〇反饥饿反内战”学生运动,并参与组织了“六?一三”反内战游行。
  1947年,浙大学生运动的浪潮一次次席卷而来,反动派杀害了学生自治会负责人于子三,全校师生悲愤而起,新的浙大的学生自治会就在运动中进行改选。谷超豪由于在历次运动中做了不少核心工作,而且学业突出,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。在选举中,他以一千多票的最高票数当选为学生会的主要负责人之一。
  他们的进步行动受到了浙南党组织的重视。在党组织的授意下,谷超豪参加了“科学工作者协会”。谷超豪回忆说:“那时我已经在大学里面做助教,党给我的任务就是要做上层工作。协会里有许多上层的科学家。党告诉我们,叫我们通过协会来做工作,团结广大的科技工作者,在解放的时候,把科研机构、科研人员都保留下来。”
  在这段时间里,他还在从事一件极其危险的工作——策反国民党国防部雷达研究所,这是当时国内唯一的雷达研究机构。1948年底,国民党国防部命令雷达研究所撤离南京去台湾。当时在雷达所里的进步科技工作者张叶明联系到谷超豪,并加入地下党。谷超豪说:“我花了比较多的精力来联系和研究这个雷达所的问题,发展了‘科协’,组织了‘应变会’,把广大职工都团结起来,把国民党反动派的党代表孤立起来,把所长给争取过来了。”1949年3月,谷超豪代表杭州党组织,正式向张叶明等传达了仿照学校工厂的护校护厂方式,顶住了国民党国防部的南迁命令,保全了全部物资,为新中国雷达事业保存了一批工程技术人员,更为解放后人民空军第一支雷达部队的组建打下了基础。

  【学海茫茫欲何之,惜阴岂止少年时。秉烛求索不觉晚,折得奇花三两枝。】

  纵观几十年的学术生涯,谷超豪始终活跃在核心数学的最前沿。为了国家科技发展需要,他三易其志,先后在微分几何、偏微分方程和数学物理等三个高难度的领域,做出了富有开创性的贡献。
  法国科学院院士Y.Choquet-Bruhat评价说:谷超豪先生“有独特、高雅、深入、多变的工作风格”,他往往能找到最利落而高明的方法解决数学研究中的疑难问题。
  在浙江大学就读时,系里强大的师资阵容和优良的学风为谷超豪提供了肥沃的求知土壤。苏步青教“综合几何”,陈建功教“复变函数论”,难度都非常大。过去的惯例是,每个学生只能参加其中之一。这一年,他们破例允许谷超豪和另一名同学两个专题都参加。虽然学生运动非常繁忙,但谷超豪每天都强迫自己必须抽出时间来攻读学术论文。1948年,谷超豪大学毕业,苏步青选留他做助教。1953年,全国高校院系调整,谷超豪随苏步青来到上海复旦大学,开始了他长达半个世纪的科研和教育工作。
  谷超豪对数学的热爱到了痴迷的程度。他对苏步青先生课程中“K展空间”非常感兴趣,日夜琢磨。一次睡梦中忽然来了灵感,设想出有关子空间理论的一种思路,并构想了一种适宜于解决这个问题的新方法,于是他立即翻身坐起,彻夜进行大量复杂的计算,终于获得成功。“我拿着这些结果向苏先生汇报,他非常高兴。”谷超豪说,“这是我在苏先生指导下完成的最初的系统性的研究。”
  上世纪50年代初,谷超豪主要从事古典微分几何的研究,是苏步青教授所领导的中国微分几何学派的中坚,在一般空间微分几何学的研究中取得了瞩目的成就。他的博士论文《无限连续变换拟群》被认为是继20世纪伟大几何学家E.嘉当之后,第一个对这一领域做出的重要推进。
  1957年,谷超豪被公派到莫斯科大学力学数学系进修。同年10月4日,苏联发射了第一颗人造卫星。这让谷超豪开始主动钻研空气动力学。同时他还挤出时间旁听本科生的流体力学课程,钻研其中的数学问题。1959年,他在变换拟群的研究方面取得了突破性的成果,并于6月通过异常严格的苏联学位制度,获得物理—数学科学博士学位,这是同届200多名留苏中国学生中唯一的正博士名额。
  1959年7月毕业归国后,谷超豪意识到与高速飞行器设计相关的数学理论研究既是国防建设的需要,也是数学发展的重要方向。他将主要精力从微分几何转向偏微分方程的研究,提出要以高速飞行器为实际背景,以机翼的超音速绕流问题为突破口,开始组织队伍进行科学攻关。为解决平面超音速机翼绕流问题,他开始以高速飞行为实际背景,以超音速绕流问题作为一个模型开展研究,解决了一系列混合型偏微分方程的难题,系统地开创了多元和高阶混合型偏微分方程理论, 为我国高速飞行器的研制等重大国防科研项目做出了贡献,还培养出李大潜等优秀人才。
  1974年,在超音速绕流问题上取得了世界先进的成就后,他再次转变研究方向,成立了复旦科研小组,就杨振宁和R.米尔斯提出的物理学中“规范场理论”的数学结构开展合作。杨振宁提出了若干值得研究的问题,其中之一是“洛仑兹规范”的存在性问题,谷超豪同夫人胡和生合作当天就解决了。不久,他们又把它用于解决杨-米尔斯方程的初始值问题,在国际上最早证明了杨-米尔斯方程的初始问题的局部解的存在性,弄清了无源规范场和爱因斯坦引力论的某些联系和区别,取得丰富的成果。
  谷超豪常说,他一生最喜欢的是做研究,唯一能把他从某项研究中拉开的就是国家需要。这也是他们老一代科学家的特点,永远把国家的需要放在自己的发展之前。
  “在一个领域做到了顺风顺水,但却放弃这些从零开始,投入一个不知能取得什么成就的未知领域。”谷超豪的学生李大潜院士说,这考验的不仅是一个人的科学能力,而且还有他的学术追求。

  【半纪随镫习所之,神州盛世正可为。乐育英才是夙愿,奖掖后学有新辉。】

  谷超豪在纯粹数学和应用数学等方面取得了举世瞩目的科学成就,同时他还孜孜不倦地培育学生。从教60多年来,他亲自带出来的学生中,李大潜擅长应用数学,洪家兴专攻偏微分方程,穆穆则用数学方法解决气象问题,3人均当选为院士。而受他指导的学生中,还有7位院士和大批高级数学人才,他直接指导的博士生中有若干篇论文获得全国优秀博士论文奖。
  在2002年国际数学家大会上,国际数学家联盟主席Jacob Palis教授把谷超豪教授列为培育中国现代数学之树的少数几位学者之一。面对一次次的成就,谷超豪首先想到的总是自己的老师苏步青。在谷超豪看来,“成功的秘诀除了持之以恒的努力外,有一个好老师也是至关重要的。”如今,他也用自己的言行影响着学生们。
  在培育学生的过程中,他非常重视基础研究。十几年前,穆穆即将参加有关“大气物理”的博士论文答辩,导师谷超豪认为论文不错,却又叫他去大气物理研究所呆半年再答辩,原因是“对大气物理的基础了解不够”。他认为“如果没有基础研究,就算拥有技术,我们可能连其中的奥妙在哪都不知道。比如说,电磁波、放射性和半导体,都是在物理学和化学的研究中发现的,现在成为人类生活中必不可少的技术手段。19世纪中有人把逻辑推理代数化了,形成了最初的电子计算机的思想。基础研究的重大突破,会使得社会文明获得长足的进步。”

  “他没有任何架子,对所有人都很客气。我几乎从没听他说过使人难堪的话。”学生刘宪高回忆说。他最大的乐趣就是引导年轻人做最有前途的研究,用最好的内容和方法启发他们。他“最高兴的事情,一是解决了数学问题,二是看到学生取得成绩。”还经常教导学生们:“写文章要一篇比一篇好,科研不要永远停留在同一水平上。”
  关于谷超豪学术研究的几次转向,洪家兴院士打了个比方:“他带队找到一条通往金矿的路后,就把金矿让给跟随他的年轻人去继续开掘,自己则带另一批年轻人去寻找另一个金矿。”
  如今学术界,有些导师“名正言顺”地把学生成果视为己有。可到了谷超豪这里,即使论文题目的确定和具体做法都是他一手指导,只要是学生自己深入研究和计算了,他就绝不署名。洪家兴说:“我在做谷先生的学生时,论文题目的确定和具体做法都是谷先生亲自指导的,但他从来不在论文上署名。”在他迄今发表的130篇学术论文中,有100篇为独立发表。他说,“这是学生的权利,作为老师怎么能去剥夺?”
  在复旦大学,苏步青等倡立了一个每周一次的青年教师讨论班。20年多来,谷超豪不管多忙都会参加。近两年虽身体原因行动不便,仍然坚持隔周参加。学生说,“我们每个星期都要讨论新近的研究内容,哪个学生发言里稍有差错,他第一时间就会指出来。不仅如此,他还会顺着问题举一反三,让学生从多层面来思虑、考察。”谢纳庆是谷超豪的博士生,“有几次我介绍自己阅读的科技文献,有些问题很难,实在搞不懂,就想混过去算了。可是老师每次都能把问题揪出来,问得我下不来台。”
  谷超豪教导青年学子:“我在读大学时,除了学数学,还选修了物理系的相对论、量子力学、理论物理等课程,尽管当时不是很懂,但以后碰到物理方面的问题,我就不怕了。现在我能在数学和物理两个领域展开科研,得归功于当时的跨学科学习。做学问就像下棋,要有大眼界,只经营一小块地盘,容易失去大局。”

  【上下兴衰一念间,耕耘未取半日闲。天时地利交界处,能得人和事不难。】

  1988年,62岁的谷超豪成为中国科技大学校长,当时的中科大因为某些原因,处于比较困难的时期,谷超豪把这项工作称为“临危受命”。当接到调任命令时,谷老与杨振宁的研究进展比较顺利,如果赴任可能对研究有影响。谷超豪的第一反应是要继续做研究,但在老师苏步青和杨振宁的劝说下,为了国家大局和革命信仰,还是走马上任,而将学术研究放在了休息时或旅途中——正如他诗中所写的“数苑从来思不停,穿云驰车亦有成。”
  学生李大潜和洪家兴有时忍不住感慨自己的老师是“超人”,70岁前担任那么多行政工作,每个月往北京跑好几次,仍能做出这么大的成绩,他是把业余时间都用在数学上面了。谷超豪最后一篇论文发表于他80岁那年,是关于广义相对论的。
  中科大上任伊始,他就着手推动中国科大的多学科交叉研究。五年任上,谷老为稳定科大局面、提高教学质量做出了重要的贡献。在改革和发展中,谷超豪强调,高校要把教书育人放在首位,其次是提高科研水平,再次是开发工作。在他的努力下,1992年中国科大“非线性科学”获国家正式立项,中科大成为国家在该领域研究的南方中心。1993年8月谷超豪离任之时,该校的同步辐射和火灾科学两个重点实验室等都已建成。当时的教育部授予谷超豪“全国教育劳动模范”的称号。
  从上世纪80年代末开始,谷超豪还和苏步青等温州学人一起,为建立温州大学奔走。2002年5月,谷超豪联合9名温籍院士向温州市有关部门建议尽快建成一所综合性大学。他先后通过多种途径向国家和省市有关部门反映温州大学情况,争取得到支持。2006年2月,教育部发文批准温州师范学院和原温州大学合并,正式设立新温州大学,温州高等教育事业先掀开了新的一页。
  从1999开始,当了整整七年的温州大学校长。他将自己在温大的薪资全部捐出设立了“谷超豪奖学金”,用于表彰温州大学特别优秀的学生,激励着他们立志成材。
  有人曾这样问谷老:如果没有那么多社会工作,对您来说是不是会更好?
  谷老的回答简洁,却不简单:“我情愿肩负历史责任。”

  【苦读寒窗夜,挑灯黎明前。几何得真传,物理试新篇。红妆不须理,秀色天然妍。学苑有令名,共庆艳阳天。】

  成功男人的身边,有一位杰出的女性。
  谷超豪的夫人胡和生秀外慧中,是我国第一位女数学院士,与谷先生同样曾师从数学家苏步青。
  她对齐性黎曼空间进行了深入研究,解决了60年前意大利著名数学家福比尼所提出的问题。1974年,夫妇俩与美籍物理学家杨振宁教授开始了在规范场问题上的多次合作,后来联名发表了《规范场理论的若干问题》等论文,取得了很好的研究成果。
  1991年,胡和生当选为中国科学院院士后,谷超豪比自己当选的时候还高兴,欣然为妻子赋诗一首,表达其从牵手到白头几十年间对夫人的所有印象。
  他们家庭的学习气氛很浓,研究数学成了二人共同的乐趣。谷超豪幽默地说:“我们两人研究的事情互相都熟悉,都能理解。所以我要更努力,把研究做好一些,这样她就会更重视我。”
  两人的生活一贯非常简单。“早在新婚的时候,我就对胡和生说,我们不要在家务上花费太多时间。”他们每天七点钟起床,八点开始研究、工作。偶尔也会自己做饭,他们把这叫做“自作自受”——自己做饭,自己享受。
  现在,他们工作依然忙碌,生活依然简单。

  【请勿歌仰止,雄峰正相迎。】

  有一次,谷超豪的学生、现任复旦数学系教授的刘宪高陪谷超豪去香港中文大学访问。两人在便利店里买矿泉水的时候,一直没怎么说话的谷超豪忽然对他说:“你知道怎么用数学来描述随着时间的推移冰的融化过程吗?”这时,刘宪高才明白,原来老师的脑子里一直都装着数学。 
  1980年代,谷老曾在赴舟山讲学途中自勉道:“人生几何学几何,不信庄生殆无边。”在另一首《夜读偶感》中,他又写道:“谁云花甲是老人,孜孜学数犹童心。”几年前,80高龄的老先生因病住院后,没有就此闲着。而是开始思考爱因斯坦的广义相对论里关于天体运行的方程和流体力学里的一些问题。
  2009年10月20日,国际行星命名委员会将一颗小行星命名为“谷超豪星”。谷老在命名仪式上表示,这是一次极大鼓励,自己在数学研究上只是取得了“一点点建树”。
  “抚今追昔,我从事数学研究活动已60余年,我一贯认为数学研究要适应国家建设的需要,要不断创新和不断提高,并为此目标而努力奋斗。”

  后记:
  提起温州,人们首先想到的或许是“老板”,其实这座城市还有一个“数学家之乡”的美誉。近百年来,温州籍数学教授有200多人,其中以中国现代数学奠基人苏步青及弟子谷超豪最为著名。
  09年10月3日,上海温州商会举行顾问茶话会,我负责陪同谷超豪院士和夫人胡和生院士。二老的时间观念非常强,到了约定的2:15,二老整整洁洁地互相搀扶着准时下楼。交谈中,胡和生院士处处散发着灵动与聪慧,我们一起谈论最新的电影《建国大业》和她喜欢的明星张国立,还谈到了羽西化妆品和女性社会地位等话题。晚上九点半,我把二老送回家。走到门口,一路未曾言语的谷先生突然握着我的手,说:“谢谢你,霍然!”我非常惊讶:仅仅是白天跟他说了一次,老先生竟然记住了我这个普通学生不起眼的名字。
  考虑到谷先生的身体和最近事务繁忙,我实在不忍心去打搅、采访。于是收集了70多页关于谷老的文字材料,用了几天时间进行研究作为参考,综合相处7小时中对谷老的印象写成此文,力求展现谷老的奋斗理想和最真实的人生经历。
  谷老不仅是举世瞩目的数学家、教育家,还是一位诗人。文中小标题均选自谷老的诗作。  文/霍然

 

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