袁亚湘:以稚子之心探数学之美 - 数学史 我爱数学网-数学爱好者的家园-中国专业化的数学论坛之一

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[数学家] 袁亚湘:以稚子之心探数学之美

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发表于 2016-2-18 15:37:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
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当别人都在感叹他未来仕途不可限量时,47岁,他却卸下所有行政职务,以一颗稚子之心回归科研净土,“带带学生,想想数学,写写文章,游游世界,不亦乐乎”。

率真、童趣、高明的“段子手”,很难想象,这几个词可以用来形容一位功成名就的中科院院士。但11月刚刚当选发展中国家科学院院士、中国数学会新任理事长的袁亚湘就是这样一位科学家。今年55岁的他用自己对数学的执着与深爱,用孩提般纯真的科研之心,深深地感染每一位听过他的课或曾与他交谈的人。

翻看袁亚湘的履历,26岁获得英国剑桥大学数学博士学位,37岁担任中科院计算数学与科学工程计算研究所(简称计算数学所)所长,39岁成为中科院数学与系统科学研究院副院长。当别人都在感叹他未来仕途不可限量时,47岁,他却卸下所有行政职务,以一颗稚子之心回归科研净土,“带带学生,想想数学,写写文章,游游世界,不亦乐乎”。

也正是这样一位有着归居田园的质朴、文人侠客豪情的科学家,在最优化计算方法及其理论基础方面作出了举世所瞩目的杰出贡献,在信赖域方法、拟牛顿方法、非线性共轭梯度法、子空间方法等方面的创造性研究成果为世人所共赞。2014年10月26日,他因此荣获发展中国家科学院奖,成为我国第6位获得此殊荣的数学家。

农村走出的“放牛娃”




在计算数学所的网站上,袁亚湘为自己设计了一个页面。上面的个人简介甚少提及荣誉和成绩,却写道:“我叫袁亚湘,‘亚’是因为排行老二;‘湘’是由于来自湖南。我曾是农民,而且从心里一直自认为永远是农民。我五岁上学,十一岁休学一年,在家放牛。十五岁高中毕业后回村当农民三年,我很想当个诗人,可惜没有天赋。”
的确,少时的袁亚湘,求学之路并不顺利。5岁便早早启蒙,小学甚至因成绩优异又跳了一级,让他成为班上年纪最轻的“小神童”。但由于时代的原因,11岁,他不得不中途休学一年。
“整整一年不能上学,蛮痛苦的。”袁亚湘回忆道。但这也有个好处,“你越不让小孩子干什么,他就越想干什么”。因此,眼睁睁地看着其他小孩去上学的“小小袁”,学习劲头更足了。
“文革”期间,15岁高中毕业的袁亚湘回村当了三年农民。那时,爱读书的他由于找不到书看,只能在做农活的间歇来回翻看过去的初高中教材。高考恢复后,袁亚湘立即报考湘潭大学,并以优异的成绩成为“文革”后第一批大学生。
与袁亚湘同龄的人,很多都留在了农村,结婚生子。这时的袁亚湘觉得自己已经非常满足。但却不曾想到,接下来的几次“幸运”的抉择,让他一路从湖南到北京,再到英国留学,一次次打破了他人生的“天花板”。


“幸运”需要有准备




22岁,袁亚湘以研究生入学考试第一名的成绩考上中科院计算数学所(当时名为“中科院计算中心”),师从著名数学家、中科院院士冯康。


“人一生会碰到形形色色的人,但若碰到某些关键的人,可能是你这辈子很幸运的事情。冯康就是这样一位可望而不可及的伟大数学家,我有幸碰到了他。”袁亚湘告诉《中国科学报》记者。


回忆起与导师9个月的短暂相处,袁亚湘笑着透露,冯康是我国数学界的泰斗级人物,而且他们读大学时的教材都是冯先生编写的。因此,无论是他自己,还是给袁亚湘授课的中青年教师,都很敬畏,甚至有点惧怕冯先生。但冯康对这个小徒弟却甚是亲近,有点像爷爷和孙子间的“隔代亲”。
1982年3月的一天,冯康找来袁亚湘,客气地问:“小袁,跟你商量个事儿,组织上要派你出国,你去不去啊?”袁亚湘想了想,答:“我听冯先生的。”冯康接着说:“你同意出国的话,要改学个方向,不要学我的方向了(有限元),学优化吧。”


正是这两句简短的建议,改变了袁亚湘的人生轨迹:“冯先生认为,当时国内优化领域实力较弱,因此如果我学成归国对国家贡献更大,对我个人的研究突破也更有利。从更高层次来说,冯先生是一个智者,他是站在整个国家学科布局和发展的角度来思考人才培养的问题。”


时隔两月,著名数学家、中科院院士华罗庚和冯康联合邀请优化领域POWELL派开山鼻祖M.J.D. Powell教授来京交流。其间,冯康有意安排袁亚湘与Powell见面,并让袁亚湘作学术报告。


“现在回想起来,当时冯先生应该是有意把我推荐给Powell,老师们‘早有预谋’,达成某种默契要把我送到剑桥去。”想起与冯康的师徒情,袁亚湘满是笑容。


1982年11月,袁亚湘作为中科院各单位精心挑选的30多位尖子生之一,派往英国剑桥大学攻读应用数学与理论物理系博士。导师Powell是一位自学成才的杰出数学家,在剑桥大学本科毕业后30多岁就担任剑桥正教授、英国皇家学会会员,40岁出头就成为美国科学院外籍院士,并且是优化领域最高奖项“丹齐克奖”的首位获奖者。


每天上下午茶歇时间,二人几乎都会在系里的休息室中讨论问题。咖啡桌面是用白板制成,喝咖啡的间隙,Powell就会为他指导具体研究问题,或是对大的研究方向进行把握。


休息室的“咖啡时光”,也让袁亚湘有机会与众多世界级大师近距离接触,如著名物理学家霍金等。这些大师治学严谨的态度,对科学的痴迷、纯粹的热爱与激情都深深影响着袁亚湘:“年轻人能够碰到名师是有好处的,榜样的力量是无穷的。”


总结自己求学之路的种种“幸运”,袁亚湘以数学的优化理论分析道:“运气是什么,是你在关键时刻作出对自己最有利的决策,而且正好在对的时间碰到对的人和事情。”


“人们经常抱怨运气不好,运气不是天上掉下来的,是你作出的决策所带来的运气。用我们那个年代经常说的话,就是一个人要‘时刻准备着’。天上掉馅饼,很多人都看得到,你准备好了,跑得最快,自然可以抢到馅饼。”他举例说。


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数学家冯康(1920—1993)


传播数学之美




在授课和作科普报告时,袁亚湘是出了名的“段子手”。



瞎子爬山、达·芬奇与黄金分割、孙悟空与信赖域、守法与惩罚,以及诸如“依葫芦画瓢都行吗”、恐龙是如何灭绝的等等。他所讲的带有“袁氏幽默”特色的数学趣味故事,深入浅出、通俗易懂,让学文科的同学都能兴趣盎然地听下去。


“我想跟年轻人传递一个信息,数学是有趣的。”袁亚湘经常会与学生探讨,为什么数学会如此之美,以至于世界上最聪明的头脑都在钻研数学问题。有的学生说,是因为数学有高深的理论、漂亮的结果、优美的方法、奇妙的技巧,但袁亚湘却认为,“最最美好的是数学的思想,它美得要命”。


也正是出于对数学之美的深爱,对传播数学之美的责任与担当,让袁亚湘在国际科研交流合作中,发挥着越来越大的作用。


“我认为,要成为一个在国际上有影响力的科学家,首先要做好自己的科研,其次就是要做一个有担当的学者,在国际科学舞台上发挥自己的作用,促进国际间学术交流与合作,包括让国际上优秀的科学家为中国服务。”正是与各国科学家紧密的合作交流,也让袁亚湘收获了国际上的肯定。去年,他当选巴西科学院通讯院士,并于今年11月当选发展中国家科学院院士,“我是湖南人,讲英语带着湖南腔。但是我敢于交流和积极参与国际学术活动,为促进和推动我国数学走向国际作努力。”


11月21日,袁亚湘也收获了来自中国数学界的肯定,当选为中国数学会第12届理事长。


“我很感谢中国数学界对我的信任。担任中国数学会的理事长我深感意外,因为我本人所研究的优化领域并不是主流的基础数学,而是数学中比较‘小众’边缘的学科。”袁亚湘表示,在未来四年中,中国数学会将进一步做好承接政府转移职能、学术交流、科学普及、人才举荐等工作,大力加强学会的国际交流与合作。


保持孩提时的天真

袁亚湘非常喜欢的一本科学读物,是《别闹了,费曼先生》。书中讲述了一位著名物理学家幽默机智、几近顽童的行为。



在他看来,要想成为一位成功的科学家,一定要保持孩提时的天真,“因为作研究要求一颗非常纯洁的心,大脑没有太多的杂七杂八的东西,才能安下心来投入全部精力作研究,所以我们不希望这个社会把年轻人搞得太世故”。因此,他也鼓励有志成为科学家的年轻人要保持自己的童真,敢想敢干,思维不受约束,有自己独特的想法。

如今,55岁的袁亚湘也始终保持着一颗稚子之心。


他坚持“兴趣”在人生中的重要作用。他在招收研究生的个人简介中写道:“我爱读书,买书也是我的爱好之一。我爱打桥牌,现在有时也打,如果你感兴趣,可以参加我们所每双周五晚上的定期桥牌活动。我曾经爱中距离跑步,但现在毕竟不再年轻而且也没场地,只好放弃,改成爬山,从2012年起又增加了游泳,每天1000米。”


每周末,只要没有安排,袁亚湘就会带着几个学生一起去郊区爬山,再去农家乐吃饭、打牌,可谓是学生中的“人气之星”。他还不时会把和学生聚会的照片上传到自己的人人网上,如今,他的人人网账号已经有43000次访问量。


在袁亚湘的影响下,一批批带着“袁氏幽默”和科研纯净之心的毕业生也逐渐走向各个科研岗位,发挥着自己的作用。他所培养的研究生中已经有两位获得了国家杰出青年基金、一位获得国家优秀青年基金。


今年,他曾经的学生、计算数学所副研究员、数学与系统科学研究院“陈景润之星”人才计划获得者刘歆,与袁亚湘等合作者共同完成了一项新进展。他们在一类交换关联能的情形下,给出了离散的Kohn-Sham能量极小化问题的全局或局部极小必须满足离散Kohn-Sham方程的一系列充分条件,首次从理论上揭示了这两者之间的关系。


同时,该进展还揭示了关于电荷密度的Kohn-Sham能量极小化问题的强局部极小值点具有如下性质:所有非零元素有一致的下界,从而从理论上证明了问题在解附近适定;给出了自洽场迭代算法及其各种电荷混合变体的收敛性条件,这些条件大大优于已有的条件。该成果发表在《美国工业与应用数学学会数值分析杂志》。


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