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冯康

文章来源:[SouVR.com]网络收集整理 作者:Frank/Tracy 发布时间:2010年03月18日 点击数: 字号:
微积分,虽然行之有效,但缺乏巩固的教学基础。Schwartz的分布论一出,就弥补了这一缺陷,广义函数论,应运而生。Schwartz的工作得到冯康的赞赏,随即写出长篇综述文章,并开始在这一领域工作。到1957年,冯康已经是一个成熟的数学家。研究工作已牛刀小试,更加突出的是他对数学具有非凡的taste,即眼光,或鉴赏能力。但应当承认,在纯粹数学中冯康尚未充分发挥其所长,成果尚不够丰富和突出,给人以厚积薄发的印象。
  1957年由于工作需要,将他调去搞计算数学,进入这一全新的领域,对他来说,既是挑战又是机遇。这样一来,他的优势,深通物理和工程就能够充分发挥出来了,而纯粹数学的素养又使他有别于其他应用数学家。还有,这是一门全新的交叉科学,完全向能力开放,没有任何碍事的“权威”,像一张白纸,可以不受任何限制地画出最新最美的图画。显然开拓新的领域,既需要过硬的工作能力,又需要具有高度的识别能力,这两者冯康都具备,终于使他成为“眼高手亦高”的大师。当然这需要艰辛的工作,不但自己要学习,还要练兵和带兵,训练出一支过硬的研究工作的队伍。


冯康-两次重大的科学突破

   
  在科学上做出重大突破,往往是可遇而不可求的。眼光、能力和机遇,三者缺一不可。冯康在一生中实现了科学上的两次重大突破,是非常难能可贵的,值得大书一笔。一是1964—1965年间独立地开创有限元方法并奠定其数学基础;二是在1984年以后创建的哈密尔顿系统的辛几何算法及其发展。当前科学上创新的问题成为议论的焦点,不妨以冯康这两次突破作为科学上创新的案例,特别值得强调的是,这两次突破都是在中国土地上由中国科学家发现的。对之进行认真的案例分析,尚有待于行家来进行。我只能围绕这一课题,谈些外行话。
  值得注意,这两次突破之所以能实现,不仅是得力于冯康的数学造诣,还和他精通经典物理学和通晓工程技术密切相关。科学上的突破常具有跨学科的特征。另一点需要强调的是在突破之前存在有长达数年的孕育期。需要厚积而发,急功近利的做法并不可取。开创有限元方法的契机来自国家的一项攻关任务,即刘家峡大坝设计中包括的计算问题。面对这样一个具体实际问题,冯康以敏锐的眼光发现了一个基础问题。他考虑到按常规来做,处理数学物理离散计算方法要分四步来进行:即(1)明确物理机制,(2)写出数学表述,(3)采用离散模型,(4)设计算法。但对几何和物理条件复杂的问题,常规的方法不一定奏效。因而他考虑是否可以越出常规,并不先写下描述物理现象的微分方程,而是从物理上的守恒定律或变分原理出发,直接和恰当的离散模型联系起来。在过去Euler、Rayleigh、Ritz、Polya等大师曾经考虑过这种做法,但这些都是在电子计算机出现之前。结合电子计算机计算特点,将变分原理和差分格式直接联系起来,就形成了有限元方法,它具有广泛的适应性,特别适合于处理几何物理条件复杂的工程计算问题。这一方法的实施始于1964年,解决了具体的实际问题。1965年冯康发表了论文“基于变分原理的差分格式”,这篇论文是国际学术界承认我国独立发展有限元方法的主要依据。但是十分遗憾的是,对冯康这项重大贡献的评价姗姗来迟,而且不够充分。在70年代有限元方法重新从国外移植进来,有人公开在会议上大肆讥笑地说“居然有这样的奇谈怪论,说有限元方法是中国人发明的。”会上冯康只得噤口无语,这个事实是冯康亲口告诉我的。后来国际交往逐渐多起来了,来访的法国数学家Lions和美国数学家Lax都异口同声地承认冯康独立于国外发展有限元方法的功绩,坚冰总算打破了。但这项工作仅获得1982年国家自然科学二等奖。冯康得悉这一消息后非常难过,这是可以理解的,因为他对科学成果的估价具敏锐的眼光,曾打算将申请撤回,由于种种原因而未果。
  文革以后,他虽然继续在和有限元有关的领域进行工作,也不乏出色的成果,例如间断有限元与边界归化方法等,但他也就开始在搜寻探索下一次突破的关口。他关注并进行了解处在数学与物理边界区域中的新动向,阅读了大量文献资料。有两篇介绍性的综述文章可以作为这一搜索过程的见证:“现代数理科学中的一些非线性问题”与“数学物理中的反问题”。文革后期一直到80年代中他经常和我谈论这方面的问题:诸如Thom的突变论,Prigogine的耗散结构,孤立子,Radon变换等。这种搜索过程,有点像老鹰在天空中盘旋,搜索目标,也可以比拟为“独上高楼,望尽天涯路”。70年代Arnold的“经典力学的数学问题”问世,阐述了哈密顿方程的辛几何结构,给他很大的启发,使他找到了突破口。他在计算数学中长期实践,使他深深领悟到同一物理定律的不同的数学表述,尽管在物理上是等价的;但在计算上是不等价的(他的学生称之为冯氏大定理),这样经典力学的牛顿方程、拉格朗日方程和哈密顿方程,在计算上表现出不同的格局,由于哈密尔顿方程具有辛几何结构,他敏锐地察觉到如果在算法中能够保持辛几何的对称性,将可避免人为耗散性这类算法的缺陷,成为具有高保真性的算法。这样他就开拓了处理哈密尔顿系统计算问题的康庄大道,他戏称为哈密尔顿大道(TheHamiltonianway),在天体力学的轨道计算,粒子加速器中的轨道计算和分子动力学计算中得到广泛的应用。这项成果在1991年国家自然科学奖评议中评为二等奖。冯康获悉后撤回申请。直到1997年底,在冯康去世四年之后,终于授予了国家自然科学一等奖。
  我在此提到冯康的成果评奖问题,并不是要非难评奖的机构或评委,而是强调对创新成果进行正确评价是一件极其困难的事情。我个人也多次参与国家自然科学奖的评议工作,也深深体会到评议者的难处。值得注意的是即使是享有盛誉的诺贝尔奖,也遭受许多人的议论。而时间也是一个重要因素,经过时间的淘洗,问题就看得清楚了;昔日曾获高奖的项目,今天看来,有些尚保留其价值,有些已有明日黄花之感。“岁寒而知松柏之后凋也”,信然。


冯康-后人借鉴

   
  

如今的福建

  冯康的大学生涯一波三折,受到人们的关注。Lax教授所述“冯康的早年教育为电机工程、物理学与数学,这一背景微妙地形成他后来的兴趣。”点出了相当关键的问题。作为应用数学家而言,工程和物理学的基础是至关重要的。
  冯康的经历可以说是培养应用数学家的最理想的方式,虽然这并不是有意识的选择与安排,而是在无意中碰上的。1938年秋冯康随家迁至福建,有半年在家中自学,读的是萨本栋的《普通物理学》。1939年春去僻处闽西北邵武的协和学院数理系就读。
  1939年夏又考上了中央大学电机系。这可能和当时的时代潮流有关。电机工程被认为是最有用的,又是出路最好的。当时学子趋之若鹜,成为竞争最激烈最难考的系科。冯康也有青年好胜心,越是难考的,越想要试一试。另外,大哥冯焕(他是中央大学电机系毕业生)的影响也可能是一个因素。这样他就以第一名的成绩考入中大电机系。
  入学之后逐渐感觉到工科似乎还不够味,不能满足他在智力上的饥渴感。于是就想从工科转理科,目标定为物理系。由于提出的时间过迟,到二年级尚未转成,就造成并读两系的局面,同时修习电机系与物理系的主课。结果是负担奇重,对身体产生不利影响,此时脊柱结核已初见征兆。从有益方面来看,这样一来冯康的工科训练就比较齐备了。
  在三、四年级,冯康几乎将物理系和数学系的全部主要课程读完。在此
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