《三棲》數學大師林家翹

文丨關品方

今年高考，據報浙江省物理類滿分（100分）狀元為周凌宇（總分723分，其中數學考得148分）；數學滿分（150分）考生徐可是數學狀元，總分686分。新高考Ⅰ卷（11?。┲挥行炜煽嫉脭祵W150分滿分。周凌宇來自浙江省寧波市的鎮海中學。徐可來自浙江省樂清市的知臨中學（樂清市是由溫州市代管的縣級市）。以上是媒體報道；因為程序問題，考試院尚未蓋章確認官宣。全國還有新高考Ⅱ卷、全國甲卷、全國乙卷、多省自主命題試卷，還有多少考生在其余試卷取得數學滿分？細節不在本文多說。

高考的物理和數學有密切關聯。本文著重介紹林家翹喜歡數學的中學生。林家翹是著名的三棲大師，今天的中學生“曾祖”輩分的人物。

林家翹（1916至2013，享受97歲）是世界級應用數學、流體力學、天體物理三棲大師，美國國家科學院院士、中國科學院外籍院士；被譽為現代應用數學奠基人之一，研究橫跨宏觀流體、星系宇宙、生命數學三大領域。

流體力學是研究流動穩定性與湍流理論（上世紀40年代）。林家翹的平行流動穩定性理論用漸近分析，完整求解Orr-Sommerfeld方程，厘清層流失穩演化規律，證明流動失穩是湍流產生的根源。理論結果被大量流體實驗驗證，奠定現代轉捩理論基礎，學界稱他為“不穩定性先生”。他的“各向同性湍流譜理論”，與導師馮·卡門合作，完善了湍流相似性理論，建立早期湍流統計理論的主流框架，長期指導航空、氣象、海洋流體計算。飛機在空中“亂流飛渡仍從容”，得力于他的理論。他又徹底解決海森堡遺留的流動穩定性數學爭議，證明關鍵微分方程的定理。

林家翹提出天體物理的星系密度波理論（上世紀60年代，是里程碑成果）。他攻克困擾了天文學界數十年的星系旋臂纏卷疑難，創立螺旋星系密度波理論，證明銀河系等盤狀星系旋臂不是固定物質臂，而是恒星、氣體形成的密度波動圖案。他建立了完整的動力學方程，解釋旋臂長期穩定存在、恒星軌道分布、星際塵埃帶的成因。該理論至今是星系動力學的標準框架。他的學生徐遐生進一步完善這理論，現已成為天文經典。

林家翹提出的應用數學方法論體系，貫穿他全部學術生涯。他系統發展了WKBJ漸近方法、解析特征線法，打通純數學與工程、物理、天文的壁壘。他在麻省理工學院（MIT）搭建完整現代應用數學學科體系，曾出任美國工業與應用數學學會（SIAM）主席。他著有經典教材《自然科學中確定性問題的應用數學》今天在全球高校通用。他更提出核心治學思想，應為應用數學是用數學語言解釋自然規律、同時催生新數學的工具。

林家翹晚年（從2002年起、他86歲回國之后）開拓交叉前沿研究，率先提出“21世紀應用數學主戰場是生命科學”，主攻理論生物/蛋白質折疊、細胞凋亡數學建模，開辟國內“計算系統生物學”的新方向。

林家翹的國際學術榮譽包括1951（35歲）美國藝術與科學院院士，1962美國國家科學院院士，1975國際力學最高獎鐵木辛哥獎，1994（78歲）中國科學院外籍院士。

林家翹2001年受聘為清華大學教授，翌年全職回國，直至2013年逝世，全部精力投入中國應用數學學科建設。他創辦國內頂尖應用數學平臺“周培源應用數學研究中心”并擔任名譽主任，仿照MIT經驗搭建國內首個對標世界一流的應用數學交叉平臺。他親自引薦國際知名學者謝定裕擔任中心首任主任，搭建海內外人才互通通道。他打通數學、物理、力學、生物、信息五大學科的壁壘，確立了該中心的三大方向：流體與力學、星系天文、理論生物（蛋白質折疊）。

林家翹開辟了中國“數學+生命科學”的交叉新領域，明確提出戰略判斷：“上世紀應用數學服務物理工程，本世紀核心突破口是生命科學”。他90歲后仍持續研究蛋白質折疊數學模型，撰寫系列論文，帶動一批青年學者轉向計算生物學。他又催生了清華系統生物學、計算生物學的交叉學科方向，填補國內這段空白。他捐資助研、傾囊支持學科發展，將國家發放的全部生活津貼常年捐贈給中心；他又變現自己持有的全部美國股票，一次性捐贈約400萬元人民幣、全部用于中心的科研與人才培養。他不追求個人待遇，所有資源向青年學者與基礎交叉研究傾斜。

他回國效力的11年間，經常開設前沿講座、一對一指導青年教師與研究生，引進海外頂尖學者來華交流，致力人才培養與學術思想傳承交流。他糾正國內長期“重視純粹數學、輕視應用數學”的偏向，呼吁建立獨立應用數學學科體系。他多次向教育部、高校建言，推動國內應用數學學科布局、學科評價體系改革。他搭建中美應用數學長期交流渠道，持續輸送國內青年學者赴MIT等名校深造。他以學術理念引領與學科頂層設計，結合自身MIT的辦學經驗，為清華乃至全國應用數學發展制定完整路線：強調問題驅動數學，反對脫離實際的純理論推演，推動數學主動服務航空、能源、生物醫藥、天文學、宇航學等國家重大需求，深刻影響國內應用數學的發展路線。他從零做起搭建國內一流應用數學研究高地，開創數學與生命科學交叉賽道，捐資助學、育才傳薪，徹底改變了我國應用數學長期薄弱、交叉學科滯后的局面。中國過去25年來在上述五大領域突飛猛進，有林家翹不可磨滅的功勞。

林家翹1916年7月7日生于北京，原籍福建省福州市，伯父是戊戌六君子林旭，父親林凱。1898年百日維新失敗，慈禧太后下旨斬殺六君子，親自決定問斬的先后次序，將林旭排在最后，有意放他一條生路。主斬官愛才，前面五人已死，輪到林旭，行刑前還三番四次勸他叩頭認罪可免死罪，林旭寧死不從。小說《鐵馬秋風大散關》對此有詳細論述。

林家翹1933年（17歲）考入清華大學物理系，師從周培源等知名教授，1937年畢業，留校擔任物理系助教，抗戰爆發后遷至昆明西南聯合大學，1939年考取留英獎學金，計劃赴英深造，但歐戰爆發海路受阻，滯留昆明，后改派多倫多大學攻讀應用數學碩士。林家翹1940年（24歲）先赴加拿大深造，翌年收獲多大碩士學位，隨即轉入美國加州理工學院（Caltwch）深造，師從航空力學大師馮·卡門。他1944年取得Caltech航空學博士學位后短暫任教，后轉布朗大學，1947年到MIT，長期從事學術研究，2002年回國，定居清華。

林家翹英文姓各芝Chia-Chiao LIN，文獻中普遍簡寫為C.C.Lin，筆者早前介紹周培源的羅曼史時，有提及林家翹。林家翹本科就讀清華物理系時，受周培源啟發、指引和推薦，出國研究湍流理論。名師出高徒，百年回眸，令人感慨萬千。

林徽因的三弟林恒和林家翹同年出生（1916）因為祖籍同是福建，在清華時期互相認識。林恒1937年（21歲）投筆從戎，抗戰爆發后離開清華進入中央航校為第十期學員，隨同航校一路南遷；兩人1939年在昆明重遇。西兩聯大在沙坪壩，中央航校在巫家壩。1940年林恒離昆明赴成都駐防，林家翹離昆明赴加拿大留學。林恒的姐姐林徽因和姐夫梁思成在西南聯大任教，因此他常去聯大宿舍探望。當年林恒和林家翹兩位既是老鄉亦是清華同學更是同齡人，時有交往。正是：《恒持鐵翼護神州，翹倚講壇為國謀。相濡以沫逢亂世，同懷赤膽報金甌》。林恒1941年在抗日空戰中殉國，年僅25歲。林家翹的伯父林旭1898年被慈禧太后下令斬殺時，年僅23歲。