《三栖》数学大师林家翘

文丨关品方

今年高考，据报浙江省物理类满分（100分）状元为周凌宇（总分723分，其中数学考得148分）；数学满分（150分）考生徐可是数学状元，总分686分。新高考Ⅰ卷（11省）只有徐可考得数学150分满分。周凌宇来自浙江省宁波市的镇海中学。徐可来自浙江省乐清市的知临中学（乐清市是由温州市代管的县级市）。以上是媒体报道；因为程序问题，考试院尚未盖章确认官宣。全国还有新高考Ⅱ卷、全国甲卷、全国乙卷、多省自主命题试卷，还有多少考生在其余试卷取得数学满分？细节不在本文多说。

高考的物理和数学有密切关联。本文着重介绍林家翘喜欢数学的中学生。林家翘是著名的三栖大师，今天的中学生“曾祖”辈分的人物。

林家翘（1916至2013，享受97岁）是世界级应用数学、流体力学、天体物理三栖大师，美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士；被誉为现代应用数学奠基人之一，研究横跨宏观流体、星系宇宙、生命数学三大领域。

流体力学是研究流动稳定性与湍流理论（上世纪40年代）。林家翘的平行流动稳定性理论用渐近分析，完整求解Orr-Sommerfeld方程，厘清层流失稳演化规律，证明流动失稳是湍流产生的根源。理论结果被大量流体实验验证，奠定现代转捩理论基础，学界称他为“不稳定性先生”。他的“各向同性湍流谱理论”，与导师冯·卡门合作，完善了湍流相似性理论，建立早期湍流统计理论的主流框架，长期指导航空、气象、海洋流体计算。飞机在空中“乱流飞渡仍从容”，得力于他的理论。他又彻底解决海森堡遗留的流动稳定性数学争议，证明关键微分方程的定理。

林家翘提出天体物理的星系密度波理论（上世纪60年代，是里程碑成果）。他攻克困扰了天文学界数十年的星系旋臂缠卷疑难，创立螺旋星系密度波理论，证明银河系等盘状星系旋臂不是固定物质臂，而是恒星、气体形成的密度波动图案。他建立了完整的动力学方程，解释旋臂长期稳定存在、恒星轨道分布、星际尘埃带的成因。该理论至今是星系动力学的标准框架。他的学生徐遐生进一步完善这理论，现已成为天文经典。

林家翘提出的应用数学方法论体系，贯穿他全部学术生涯。他系统发展了WKBJ渐近方法、解析特征线法，打通纯数学与工程、物理、天文的壁垒。他在麻省理工学院（MIT）搭建完整现代应用数学学科体系，曾出任美国工业与应用数学学会（SIAM）主席。他著有经典教材《自然科学中确定性问题的应用数学》今天在全球高校通用。他更提出核心治学思想，应为应用数学是用数学语言解释自然规律、同时催生新数学的工具。

林家翘晚年（从2002年起、他86岁回国之后）开拓交叉前沿研究，率先提出“21世纪应用数学主战场是生命科学”，主攻理论生物/蛋白质折叠、细胞凋亡数学建模，开辟国内“计算系统生物学”的新方向。

林家翘的国际学术荣誉包括1951（35岁）美国艺术与科学院院士，1962美国国家科学院院士，1975国际力学最高奖铁木辛哥奖，1994（78岁）中国科学院外籍院士。

林家翘2001年受聘为清华大学教授，翌年全职回国，直至2013年逝世，全部精力投入中国应用数学学科建设。他创办国内顶尖应用数学平台“周培源应用数学研究中心”并担任名誉主任，仿照MIT经验搭建国内首个对标世界一流的应用数学交叉平台。他亲自引荐国际知名学者谢定裕担任中心首任主任，搭建海内外人才互通通道。他打通数学、物理、力学、生物、信息五大学科的壁垒，确立了该中心的三大方向：流体与力学、星系天文、理论生物（蛋白质折叠）。

林家翘开辟了中国“数学+生命科学”的交叉新领域，明确提出战略判断：“上世纪应用数学服务物理工程，本世纪核心突破口是生命科学”。他90岁后仍持续研究蛋白质折叠数学模型，撰写系列论文，带动一批青年学者转向计算生物学。他又催生了清华系统生物学、计算生物学的交叉学科方向，填补国内这段空白。他捐资助研、倾囊支持学科发展，将国家发放的全部生活津贴常年捐赠给中心；他又变现自己持有的全部美国股票，一次性捐赠约400万元人民币、全部用于中心的科研与人才培养。他不追求个人待遇，所有资源向青年学者与基础交叉研究倾斜。

他回国效力的11年间，经常开设前沿讲座、一对一指导青年教师与研究生，引进海外顶尖学者来华交流，致力人才培养与学术思想传承交流。他纠正国内长期“重视纯粹数学、轻视应用数学”的偏向，呼吁建立独立应用数学学科体系。他多次向教育部、高校建言，推动国内应用数学学科布局、学科评价体系改革。他搭建中美应用数学长期交流渠道，持续输送国内青年学者赴MIT等名校深造。他以学术理念引领与学科顶层设计，结合自身MIT的办学经验，为清华乃至全国应用数学发展制定完整路线：强调问题驱动数学，反对脱离实际的纯理论推演，推动数学主动服务航空、能源、生物医药、天文学、宇航学等国家重大需求，深刻影响国内应用数学的发展路线。他从零做起搭建国内一流应用数学研究高地，开创数学与生命科学交叉赛道，捐资助学、育才传薪，彻底改变了我国应用数学长期薄弱、交叉学科滞后的局面。中国过去25年来在上述五大领域突飞猛进，有林家翘不可磨灭的功劳。

林家翘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，父亲林凯。1898年百日维新失败，慈禧太后下旨斩杀六君子，亲自决定问斩的先后次序，将林旭排在最后，有意放他一条生路。主斩官爱才，前面五人已死，轮到林旭，行刑前还三番四次劝他叩头认罪可免死罪，林旭宁死不从。小说《铁马秋风大散关》对此有详细论述。

林家翘1933年（17岁）考入清华大学物理系，师从周培源等知名教授，1937年毕业，留校担任物理系助教，抗战爆发后迁至昆明西南联合大学，1939年考取留英奖学金，计划赴英深造，但欧战爆发海路受阻，滞留昆明，后改派多伦多大学攻读应用数学硕士。林家翘1940年（24岁）先赴加拿大深造，翌年收获多大硕士学位，随即转入美国加州理工学院（Caltwch）深造，师从航空力学大师冯·卡门。他1944年取得Caltech航空学博士学位后短暂任教，后转布朗大学，1947年到MIT，长期从事学术研究，2002年回国，定居清华。

林家翘英文姓各芝Chia-Chiao LIN，文献中普遍简写为C.C.Lin，笔者早前介绍周培源的罗曼史时，有提及林家翘。林家翘本科就读清华物理系时，受周培源启发、指引和推荐，出国研究湍流理论。名师出高徒，百年回眸，令人感慨万千。

林徽因的三弟林恒和林家翘同年出生（1916）因为祖籍同是福建，在清华时期互相认识。林恒1937年（21岁）投笔从戎，抗战爆发后离开清华进入中央航校为第十期学员，随同航校一路南迁；两人1939年在昆明重遇。西两联大在沙坪坝，中央航校在巫家坝。1940年林恒离昆明赴成都驻防，林家翘离昆明赴加拿大留学。林恒的姐姐林徽因和姐夫梁思成在西南联大任教，因此他常去联大宿舍探望。当年林恒和林家翘两位既是老乡亦是清华同学更是同龄人，时有交往。正是：《恒持铁翼护神州，翘倚讲坛为国谋。相濡以沫逢乱世，同怀赤胆报金瓯》。林恒1941年在抗日空战中殉国，年仅25岁。林家翘的伯父林旭1898年被慈禧太后下令斩杀时，年仅23岁。