1957年的今天(1月24日),時任中國科學院院長的郭沫若揭曉了1956年度中國科學院科學獎金(自然科學部分)的評選結果,這是新中國第一次頒發面向全國的科學獎勵。1978年全國科學大會後,此獎項被追認為新中國首屆自然科學獎,此後“國家自然科學獎”的評獎、頒獎工作改由國家科委組織。
當時共評選出獲獎論著34項,包括一等獎3項,二等獎5項,三等獎26項。錢學森、華羅庚和吳文俊分別憑藉《工程控制論》《典型域上的多元復變數函式論》《示性類及示嵌類的研究》獲得一等獎,獎金1萬元。從金額來看,這在當時可以算是“最高獎”了。
三位一等獎得主獲獎時,錢學森46歲、華羅庚47歲、吳文俊38歲,平均年齡只有43歲,他們斐然的成績背後都有一段值得回憶的故事。
錢學森:在“軟禁”中誕生的《工程控制論》
上世紀五十年代初,早已成為美國航空科技和火箭技術領域權威的錢學森,毅然轉向控制論這個陌生的研究領域。這其中,有偶然也有必然。
1949年,當新中國成立的訊息像春風般傳到美國時,錢學森興奮不已,立即開始籌備回國,他先後辭去了在美國的一切職務,然而美國軍方卻不想放錢學森回國。美國海軍部副部長丹尼爾·金貝爾說“一個錢學森抵得上5個海軍陸戰師,我寧可把這個傢伙槍斃了,也不能放他回中國去!”。最後,美國移民局以其研究工作涉及美國的軍事機密為由禁止他回國,將他非法拘捕,開始了長達5年的軟禁生活。
為了能順利回國,錢學森決定放棄原有的研究領域,“另起爐灶”搞一門新學問,這個“新學問”就是工程控制論。從這個方面說,錢學森進入控制論領域是受偶然因素的影響。
那麼,錢學森選擇工程控制論為研究領域的必然因素又是什麼呢?
1948年,美國數學家維納的《控制論》面世,本書研究的是一個系統的各個不同部分之間相互作用的定性性質以及整個系統的運動狀態。由於書中存在大量的哲學思想,使得內容晦澀難懂,並且該理論還遭到了一些人的強烈反對。
就是這樣一本書,卻引起了錢學森的濃厚興趣,他敏銳地捕捉到了這個新的研究領域,意識到本書的潛在價值。
他在以前的工作中就已經注意到,在整個工程技術範圍內,到處存在著被控制的系統,尤其是他在參與超音速飛機、火箭和噴氣推進飛行器的研究過程中,深刻體會了“工程實踐—科學理論—工程實踐”之間的關係是多麼重要。
在美國被“軟禁”期間,錢學森便開始著手研究這一領域。他將維納的理論用於工程實踐,開創性地提出了一門新的技術科學——工程控制論,同時也將航空航天研究實踐中的問題上升到控制論的理論高度。1954年,《Engineering Cybernetics》(工程控制論)一書出版後,迅速引起了世界科技界的廣泛關注,隨即被譯成多種文字發行。
工程控制論英文版(1954年)、中文版(1958年) 來源:中國科學院官網
《工程控制論》一書在學術上達到了當時國際領先水平,並被廣泛應用到自動化、無線電電子學、航天技術及系統工程等專業領域,從“兩彈一星”到載人航天都發揮出了不可估量的貢獻。書中所闡明的基本理論和觀點至今仍是這門學科的理論基礎,併為世界各國的科學技術工作者所引用和參考。
得獎後的錢學森曾激動地說:“我激動的緣故是因為我回想起了在美國做‘工程控制論’這個研究工作時候的一段情況。我深深感到祖國的偉大,祖國六億人民對科學研究的支援。”
華羅庚:在防空洞中開始的多元複變函式研究
華羅庚對多元複變函式的研究始於上世紀40年代,當時正在西南聯大任教的華羅庚開始思考將單復變數的自守函數理論推廣到多元複變函式。
華羅庚一家住牛棚閣樓裡,人住樓上,牛在樓下。比牛棚的味道更“刺激”的是日軍飛機的轟炸。轟炸時,華羅庚只能躲進防空洞做研究。有一次,炸彈將防空洞炸塌了,正在專心看資料的華羅庚被埋在了土裡,幸好及時被人救了出來才倖免於難。
就是在這樣艱苦的條件下,華羅庚完成了“矩陣變數的自守函式論”一文,並發表於1944年的美國《數學年刊》。
1946年,華羅庚赴美國普林斯頓高階研究所訪學,繼續從事多複變函式的研究。同年,他在美國《數學年刊》上發表“多複變函式的自守函式”一文,該文後來逐漸成為研究自守函式的數學家們所必引之作。
1950年,40歲的華羅庚辭去伊利諾伊大學的教授職位毅然回國,憑藉多年的研究經驗和敏銳的科學直覺,他預測多複變函式論未來在工程與物理學領域具有廣泛的應用前景,並開始全身心的投入到多複變函式論的研究中。
為了解決多復變數在典型域上的調和分析,華羅庚利用矩陣技巧和群表示論的方法給出了典型域上的完備標準正交函式系,提出伯格曼核(Bergman)、柯西核(Cauchy)和泊松核(Poisson)的顯表示式,完成了典型域上的一些積分計算。這就是獲得科學獎一等獎的“典型域上的多元複變函式論”。隨後,他將此成果總結在《多複變函式論中的典型域的調和分析》一書中。
該書在方法上是開創性的,影響極其深遠,隨後被翻譯成俄文和英文,受到了國際數學界的普遍關注和高度評價,成為研究該領域時必然要引用的文獻。
得獎後的華羅庚在《人民日報》上發表了獲獎感言:“在我接受了這崇高的獎勵之後,我只有益自奮發,做出更多更好的工作來報答祖國,只有用培養出更多更好的青年來報答人民。”
正如他所言,越來越多的科研工作者開始投身於多復變研究,華羅庚帶領陸啟鏗等人創立了中國的多複變函式論學科,培養了大批人才,形成了一支研究多復變的學術隊伍,取得一系列重要成果,在國際數學界產生深遠影響。當時,中國在多復變領域的研究被認為“領先西方十年”,成為新中國成立後數學領域研究的亮點之一。
吳文俊:化繁為簡的天賦引發了拓撲學的一次“地震”
1946年,吳文俊師從數學家陳省身,開始研究拓撲學。
拓撲學是現代數學的主要研究領域之一,也是著名的“難學”。示性類理論研究是拓撲學中最基本的整體不變數,堪稱“難學”中的“難學”。
會者不難,入門不久,吳文俊就展露出化難為易的天分。
1947年,剛學習拓撲學不到一年的吳文俊,就利用簡短的證明方法解釋了曾經證明過程及其複雜的美國數學家惠特尼乘積公式,並發表在世界頂尖數學期刊《數學年鑑》上。
同年11月,吳文俊赴法留學,繼續研究拓撲學。當時,示性類研究尚處於起步階段。吳文俊將示性類概念由繁化簡,由難變易,並引入了新的方法和手段,形成了系統的理論,並給出了示性類之間明確的關係和可以計算的公式。由此,拓撲學和數學的其他分支結合得更加緊密,許多新的研究領域應運而生。他的這些研究工作也因此被稱為拓撲學的一次“地震”。
在20世紀50年代,多位菲爾茲獎的獲得者曾間接引用,或是直接使用了吳文俊的成果。而就在他的數學事業風生水起的時候,吳文俊毅然拒絕了國外高校和研究所向他伸出的橄欖枝,於1951年回國,進入中國科學院數學研究所。
此後,他以獨創精神致力於拓撲學中拓撲性而非同倫性的問題,引入了複合型示嵌類,在非同倫性組合不變數、嵌入問題、同痕問題等方面都相繼取得了成功,並最終建立了示嵌類理論。
正是在示性類和示嵌類方面創造性的研究使吳文俊獲得了1956年度科學獎一等獎,對此他謙虛地說:“這使我慚愧。即使我在拓撲學方面還有過些微貢獻,但因之而獲得獎勵,卻主要還是因為黨和政府對於科學工作十分重視的緣故。”
獲獎當年,年僅38歲的吳文俊被選聘為中國科學院學部委員(院士),之後,他轉戰中國古代數學,開拓了機械化數學的嶄新領域。2000年,吳文俊由於對拓撲學與數學機械化的卓越貢獻,獲得首屆國家最高科學技術獎。
附:中國科學院頒發1956年度科學獎金(自然科學部分)的通告