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從事數學研究69年的中科院院士林群——讓更多人了解微積分(講述·一輩子一件事)
2021-01-14 | 编辑:

  來源:人民日報   本报记者 施 芳  發布時間:2021-01-14  

    

    林群在與學生交流。 

  

 

    

    林群(右一)和吳文俊夫婦(右二、右三)合影。 

 

 

    人物小傳 

    林群:1935年出生,福建连江人。中国科学院数学与系统科学研究院研究員、中国科学院院士。在计算数学,特别是微分方程的高性能解法方面,进行了长期深入研究。他热爱科普和教育事业,著有《画中漫游微积分》《微分方程与三角测量》《微积分快餐》等科普读物,被评为2019年十大科學傳播人物。 

     

    北京的冬天,空氣中夾雜著些許寒意。一個下午,身著深灰色夾克,頭戴白色帽子的林群緩緩向記者走來……因爲前一陣子身體不適,他的身形比往日更顯瘦削。 

    “怎麽讓普通人學會微積分?就得用他熟悉的知識來講。”到了辦公室還沒坐穩當,林群便從表面斑駁的黑色挎包裏掏出一大摞資料,帶記者走進微積分的世界…… 

    “學習也好,研究也好,一定要有刨根問底的決心” 

    從1952年考入廈門大學數學系算起,林群已經在數學的海洋裏摸爬滾打了69年。數學,在普通人看來,晦澀難懂、推理複雜,林群卻說,“數學領域十分奇妙,你能從一行行公式和一串串數字中,找到樂趣與挑戰”。 

    讀高中時,林群的數學老師常常用一節課中一半的時間講公式定理,另一半時間講數學家的故事。牛頓、柯西、黎曼……這些數學家的故事,讓林群陷入了對數學的向往與著迷,“好老師,就是把書越講越薄,而不是越講越厚。” 

    “我對數學的熱愛,就是那個時候培養起來的。”1956年,廈門大學畢業的林群走入了中國科學院數學研究所的大門,進入了泛函分析和計算數學的研究領域。 

    那時的數學所,聚集了華羅庚、關肇直、陳景潤、吳文俊等一批著名的數學家。林群師從關肇直。那時,關肇直工作繁忙,林群就在快下班時,到老師辦公室門口靜靜等候。“我曾經計算過,老先生從辦公室走回家,大約有20分鍾路程,和老先生這20分鍾的交流,讓我收獲很多。”剛接觸泛函分析,林群覺得十分抽象,他問關先生怎麽辦,關肇直回答得簡單利落:“你試著按照平面幾何的思路去想。” 

    “在科學家身邊,總能學到一些做學問的秘訣,這些秘訣書本上沒有,課堂上也沒有。”按照關老提示的思路,林群把泛函分析重新梳理了一遍,豁然開朗,“學習也好,研究也好,一定要有刨根問底的決心。” 

    “每取得一個階段性成功,就會化作下一次奮鬥的動力” 

    林群總說,自己所做的工作,與前輩相比不值一提,實際上,林群取得的研究成果,也解決了不少實際應用的難題。 

    泛函分析中的相關算法,因爲計算量大、操作難度大,一直以來都是數學界難啃的硬骨頭之一。在老師關肇直的提示下,林群開始將有限元方法結合起來深入研究。“那段時間,就把自己關在一個小屋子裏面,桌面上擺著厚厚的稿紙,用掉的鋼筆墨水一瓶又一瓶,不分日夜、埋頭計算。”林群回憶,有時候沿著一種計算方法不斷前進,但是算到後來結果不對,這時候就會自我懷疑、自我否定…… 

    探索的過程,雖然艱辛、孤獨,但林群最終得出結果,其間也收獲了很多快樂。通過努力,林群最終找到了有限元的加速方法,即叠代伽遼金方法。同樣的計算量,普通算法需要8個小時,采用叠代伽遼金方法只需1個小時。這一算法被廣泛運用到核電站和堆石壩等項目的計算中,使計算速度大大提高。 

    剛解完一個難題,另一個又擺在林群面前:有限元解能否通過外推,提高計算精度?經過日夜攻堅,林群聯合四川大學呂濤、蘇州大學沈樹民,共同提出了有限元外推法,大幅提高了計算精度。“解100個未知數方程,計算量僅是不使用有限元外推法的百分之九。解1萬個未知數方程,計算量是不使用有限元外推法的萬分之九。”呂濤說,“有限元外推技術”1989年獲得中國科學院自然科學獎一等獎。 

    “這便是數學的魅力,剛翻過一座高峰,就會看到下一座;每取得一個階段性成功,就會化作下一次奮鬥的動力。”林群說,研究數學,有時候要試著“和自己較勁”,得出一種相對簡便的算法後,要再問問自己“能不能算得更快一些、更准一些,還有沒有別的算法”。 

    “爲青少年的成長出一份力,是我們義不容辭的責任” 

    畫漫畫、開慕課、做直播、寫博客……林群年逾八旬,新潮的玩意兒卻樣樣精通。林群說,自己還有一個願望,就是把晦澀難懂的微積分,通過科普等生動形象的方式,講給更多中小學生聽。1993年,林群當選爲中科院院士;此後,他一頭“紮”進了科普的世界裏。 

    “微積分向大衆宣傳,就得用大家懂的語言體系來做比喻。”林群說。上世紀90年代,林群隨團旅遊時參觀一棵古樹。導遊說,古樹年年都在長高,怎麽測量樹高?有人說把樹砍倒了量,有人說爬到樹上量。林群立刻想到了可由斜率求樹高,而不必砍樹或爬樹。這不就是微積分的基本公式嗎?回到房間,林群馬上將這個故事寫下來,並配上圖畫,在媒體上發表後,有好幾本教科書用了這幅畫。此後,林群就開始用圖配文的方式來講授數學知識。 

    1999年,得知天文學家王绶琯倡議成立北京青少年科技俱樂部,林群第一時間在倡議書上簽字。此後無論多忙,只要俱樂部有活動,他總會盡力騰出時間,趕來和孩子們見面。次數多了,孩子們親切地叫他“微積分爺爺”。“爲青少年的成長出一份力,是我們義不容辭的責任。”林群總是這麽說。 

    “這麽大歲數了,搞科普沒有名也沒有利,幹嗎還堅持?”有人不解。“是不是科研搞不下去了才去搞科普?”有人誤解。林群不爲所動:“雖然我做的是很普通的科普工作,但是我實在放不下……” 

    中科院成都计算所研究員张景中很是理解林群的坚持。早在19966月,張景中到北京參加會議。一天,他在吃早餐時恰好與林群同桌,“微積分的教學必須改革,要用簡單明了的方式讓它變得更容易理解,而不是讓人心生畏懼……”兩人越聊越投機,一南一北兩位數學家由此開始了長達20多年的科普合作。近期他們正醞釀寫一本名叫《微積分新講》的教材,“這本書會出不同版本,供給不同年齡段的讀者看。”張景中說,“我們平常都是通過郵件溝通,即便林群生病也沒有中斷。” 

    “他呀,除了數學,其他事都不上心。”說起老伴林群,妻子馮榮書很無奈:“整天坐在那兒寫寫畫畫,難得看一會兒電視,不大一會兒眼睛閉上了,但手還在腿上比劃不停……” 

    “一定要把孩子們的興趣搞起來。”林群說,“要做的事太多,我們只是做了一點點努力而已。”他希望,到90歲的時候,能讓微積分普及到中小學生和家長,普及到各行各業。 

     

    ■記者手記 

    始于熱愛 成于堅守 

    林群是溫和的:每當與孩子們在一起時,他總是露出孩童般的笑容;他又是堅定的:面對別人的不解甚至誤解,他執著地前行在科普的路上。讓初學者能理解和運用微積分,這是林群的初心與堅守。爲了這個樸素的願望,他不斷探尋微積分的本源,不斷優化科普傳播方式,雖耄耋之年仍不斷創新、奮鬥不止。其心也誠,其志也堅,令人動容。 

    樹高葉茂,系于根深。科學素質的提升關系每個人的成長,也關乎國家民族的未來。期待有越來越多的同仁爲科普事業的繁榮發展盡一份心力,共同創造新時代科學的春天。 

    

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