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| 秦元勛 | |
|---|---|
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中國科學院數學研究所 研究員 | |
| 出生 |
1923年2月13日 貴州貴陽 |
| 逝世 | 2008年9月13日 |
| 國籍 | 中國 |
| 職業 | 科研工作者 |
秦元勛(1923-2008 )，當代著名的數學家[1]。研究員,博士生導師[2]。貴州貴陽人。1943年畢業於浙江大學數學系。1946年獲美國哈佛大學文學碩士學位，1947年獲美國哈佛大學哲學博士學位，1988年被美國俄侅俄大學瑪麗塔學院授予榮譽科學博士。1948年從美國回國，歷任西南軍政委員會文教部調研室副主任、科學普及處處長，中國核工業部(二機部)九院理論部副主任，中國科學院數學研究所研究員，中科院應用數學研究所研究員、執行副所長，中國核學會計算物理學會理事長，中國人工智能學會理事長。長期從事數學理論及其應用的研究。
目錄
人物綜述
貴州貴陽人，生於1923年2月13日。1943畢業於浙江大學數學系。1947年獲美國哈佛大學哲學博士學位。
1948年回國，歷任西南軍政委員會文教部調研室副主任、科學普及處處長，中國科學院數學研究所研究員，中科院應用數學研究所研究員、副所長，中國學會計算物理學會理事長，中國人工智能學會理事長。長期從事數學理論及其應用的研究。在常微分方程的定性理論、運動穩定性、近似解析、機器推導公式等方面的研究。在中國處於開創的地位。其中極限環的研究，具有國際先進水平。負責完成了中國第一顆原子彈和氫彈的威力計算工作。是1982年國家自然科學獎一等獎的原子彈氫彈設計原理中的物理力學數學理論問題項目的主要工作者之一。在上述工作的基礎上，開闢了計算物理學這一新的分支學科。發表論文九十餘篇。
愛好與品格
秦元勛是多才多藝的人。他酷愛音樂，有一副男高音的好嗓子，在重大節日的慶祝會上常可聽到他那動人的歌聲;在舞會上常可見到他陪伴其夫人翩翩起舞。也喜歡體育運動，特別喜歡游泳，跳水的姿勢也很美。為了克服心臟早搏現象，每天早晨堅持爬16層樓的樓梯，有時抱着小孩子上下地走動。健康的體魄使他始終保持旺盛的精力。
秦為人熱情，坦率誠懇，爽直正派。對學生愛護備至，對同志熱情相助。因而受到人們的愛戴和尊敬。
思索已成為秦元勛生活的第一需要，天長日久已成習慣。不論是上班還是在家，吃飯還是休息，腦子裡總是在想問題，探索與研究已溶化在日常的生活之中。在科學的園地里，辛勤地耕耘的他，碩果在望，無窮樂趣也在其中。
求學經歷
家庭教育
秦元勛是貴州省貴陽市人。父親秦學仁從事小本經營的工商業，文化不高，收入很少，因此鼓勵孩子努力學習，盼子成龍;母親支氏，從事家務勞動，雖無文化，但樂於助人，父母對秦元勛性格的形成有很大的影響。他有三個姐姐和兩個哥哥，他排行第六，自幼便不甘落後。
教育經歷
在貴陽達德學校從幼兒園上到初中。該校為進步人士黃齊生、王若飛等人所創辦，使他從小受到革命思想的薰陶。後在貴陽高中及中央大學實驗中學上高中。1939-1943年，在由於抗日戰爭爆發而遷至貴州的浙江大學數學系學習，獲理學士學位。在數學方面受過蘇步青、陳建功等老一輩學者的嚴格的科班訓練。他特別喜歡幾何學，在理論物理方面也有良好的基礎。在外語方面選修英、德、法、日語，課外還學過俄語。優異的成績得到當時浙大校長竺可楨的賞識和高度評價。從已出版的《竺可楨日記》中查悉:(1)1943年7月2日記載:"閱本屆畢業生共311人……其中平均成績在85以上者，有……數學秦元勛87.2.貴陽人……共七人而已。"(2)7月 11日記載:"……秦為貴陽人，本屆畢業生中平均成績最高之一，其人體格亦佳，而性溫厚，洵難得之人材也。"
留學哈佛
秦元勛於1944年底到美國哈佛大學數學系學習。他有強烈的求知慾望和驚人的毅力，分秒必爭，用他自己的話說:"把喝咖啡的時間都用上了。"只五個學期就取得了碩士(M.A.1946)和博士(Ph.D.1947)學位。按當時校方的規定，上課至少四個學期，還要考兩門外語(中、英文不算)，寫兩篇論文，還要考Final。這種速度實在驚人，在哈佛校史上也是創紀錄的。在哈佛期間他主攻主科數學(側重拓撲學)，副科物理(側重理論物理)，還利用暑假進修其它科目。1945年夏，在哥倫比亞大學學過經濟;1946年夏在哈佛大學工商管理學院學過管理課程。學習期間他廣泛接觸第一流學者，取得博士學位後，在哈佛大學有名的數學家伯克霍夫(G.Birkhoff)手下當過助教。所有這些，為秦後來無論是從事科研組織工作，還是搞科研，都奠定了良好的基礎。
當年，美國政府要求曾參與過要害部門工作的留美中國學生，宣誓、簽字劃押作出下述保證:若美國與另一國(包括中國)交戰時，要效忠於美國。對此，秦斷然拒絕，毅然決定回國。
職業生涯
秦元勛於1948年回到貴陽，與畢業於貴州大學外文系的馮敏女士結婚，從此倆人相親相愛，相依為命.馮是秦的好幫手，秦所取得的成就與她默默無聞的幫助是分不開的。1987年1月20日，馮敏突然患腦溢血去世。
參加解放戰爭
婚後不久，秦去香港參加解放鬥爭。與曹日昌一道籌建香港九龍科學工作者協會，任業務部副部長(部長是曾昭倫)。主要任務是:團結過港的和在港九工作的科學工作者;負責輸送去解放區的同志和家屬的後勤工作。在香港時，他寫了《幾何學通論》一書，作為對新中國成立的獻禮(該書後曾再版兩次)。1949年，香港新華社邀請秦作為港九的三名代表之一(另兩位是曹日昌、嚴希純)去解放區參加第一屆科協大會的籌備工作。當時面臨去解放區，或去美國為中國共產黨做生意的兩種選擇。秦選擇了前者，從香港乘船到大連進入東北解放區，於同年7月到達北平。除參加全國第一屆科協大會籌備工作並出席了會議外，還應聘為北京師範大學數學系副教授[3]。
邊區工作
當海內外知名人士匯集北京時，陳毅代表黨中央動員在北京的人到邊疆去工作。秦元勛又一次面臨兩種選擇:留在北京當教授教書，或去邊遠地區工作。秦選擇了後者，他脫下海外時裝，與妻子馮敏穿上第二野戰軍的灰棉軍裝，背上簡單行裝，隨楚圖南進入重慶，過着每月只有兩元零用錢的全供給制生活。他回憶說:"看到新中國各項建設像雨後春筍，個人生活又何必計較。"1950-1953年，他任西南軍政委員會文教部(部長是楚圖南)調研室副主任、科學普及處處長，參加接管、整頓西南大行政區的文教事業;制訂高等學校院系調整方案;建立西南科學普及機構和協會;建立西南文化館系統等，工作十分繁忙。1953年秋，西南大區撤消，調回北京任中國科學院計劃局處長。1954-1959年，因國家發展新學科的需要，在中國科學院數學研究所任副研究員，研究室副主任(主任是吳新謀)，從事常微分方程的研究。同時兼任北京市數學會主席(1955-1964)、全國科普協會常委(1950-1958)、全國青聯常委(1955-1959)等職。
秦在美國取得博士學位後便回國投身革命。1950年，加入新民主主義青年團，同年加入九三學社，任九三全國科技委員會委員。開國時，共同綱領強調"普及第一"，秦元勛以一顆火熱的心致力於剛誕生的新中國的科學普及工作，以國家需要為己任。1959年，加入中國共產黨。
1953年，中國科學院代表團訪問蘇聯回國後建議:數學理論要聯繫實際，必須發展兩個"觸角"--微分
方程(確定性規律)和概率論(隨機性規律)。秦受數學研究所華羅庚所長之邀，擔負起在中國組織和發展常微分方程的任務。他與其他學者一道，通過種種培干形式，在中國建立了常微分方程定性理論及運動穩定性理論的隊伍。30多年來的工作，包括引進和開發了"實定性理論"和"運動穩定性理論"兩個分支，並開創了具有中國特色的"復定性理論"和"近似解析解"兩個新分支。為了表彰他所取得的成就，1978年科學大會上，他的100多萬字的《常微分方程系統研究》被授予重大成果獎。
繼承發揚
50年代，秦元勛是當時最年青有為的專家之一。他繼承和發揚法國著名數學家龐加萊(Poincaré)於1881、1882、1885、1886年發表的四篇論文所開創的研究工作，即由微分方程直接作出它所定義的積分曲線，編著《微分方程所定義的積分曲線》一書(1959年)。開展了關於極限環的研究，共發表論文和著作16篇(本)(1954-1960年)。其中區域分析理論可大致確定極限環的位置;1955年第一次給出(E2)有一個極限環的具體類型，是二次系統已知的唯一有表達式的情況。他和他的研究生蒲富全(後為清華大學教授)對二次系統提供了在奇點附近構造出具有三個極限環的具體例子的辦法;指導研究生董金柱(後為科大研究生院教授)解決了二次系統極限環的相對位置分布。這些重要成果均為海內外學者所公認和引用。
秦元勛帶領王聯、王慕秋(現均為中科院數學所研究員)、劉永清(現為華南理工大學教授)、蔡燧林(現為浙江大學教授)等開展運動穩定性方面關於具有時滯的系統以及大系統分解為子系統的研究，是大系統穩定性分解理論的開創者。解決了錢學森提出的燃燒的不穩定性的時滯控制參數的界限。這結果曾作為中國向1960年莫斯科舉行的第一屆國際自動化會議所提交的四篇論文之一，被譯成俄文在蘇聯出版。這些成果總結在國內出版的《運動穩定性的一般問題講義》(1958年)和《帶有時滯的動力系統的運動穩定性》(1963年)兩書中。
由於工作需要，秦元勛於1960年調離中國科學院，他在微分方程方面的純理論研究暫停了下來。
國防科研
1960年，是秦元勛研究工作的一個轉折點。他放棄出席莫斯科會議的機會，調到國防科研戰線上工作。從此埋名隱姓、銷聲匿跡，在番號為中國人民解放軍總宇819部隊的理論部任副主任(主任是鄧稼先)及研究員，由純粹數學理論研究轉向結合國防任務的應用研究。學科分工是，負責數學、計算機和計算方面的組織管理工作;任務分工是，負責抓核武器設計中的威力計算方面的工作。在邊干邊學、以任務帶學科的口號下，秦與參戰人員一起解決了核裝置設計過程中遇到的各種數學問題。提出非定態中子輸運方程的"人為次臨界"解法;用拓撲學方法論證球形合成的塊數;對原子彈威力計算的誤差作出整體估計;給出原子彈威力計算的粗估公式等等。這些理論成果經受了中國第一顆原子彈爆炸成功的實踐檢驗。秦對上述成果又及時地加以總結提高，寫成了百萬字的《核裝置分析》一書(內部油印發行)。同時培養了中國第一代核威力計算工作者隊伍。在完成任務過程中，秦深知計算機的重要性。當時使用了中科院計算所剛研製的104機，又及時向中科院計算所提出研製109丙機和向上海華東計算所提出研製J-501機的任務，使這兩台計算機及時地支持了中國氫彈研製的過關。在氫彈研製過程中，秦提出了"天然差分"概念，解決鄰域選取問題，有助於克服二維流體力學計算中遇到的困難;對加強型裝置作出粗估公式;對氫彈威力計算的誤差作出整體估計等等。1967年，秦親臨第一顆氫彈試驗的現場，親眼看到理論計算與實驗結果的符合。關於這方面的工作成果，秦曾以《596及639任務的威力計算》為題，在1978年的全國科學大會上榮獲重大成果獎。1982年，國家科委授予《原子彈及氫彈中的物理力學數學的理論問題》國家自然科學一等獎，秦元勛是榮譽證書上9名列名代表者之一。
文革期間
隨着原子彈、氫彈試驗的成功，實現了毛主席發出的"原子彈、氫彈我們也要有"的號召，那時"文革"已開始了兩年。儘管受到周恩來總理倍加愛護和關懷，也難免遭受"文革"的災難。由於秦曾去過海外，學術上也有成就，便成了"雙料貨"。加上紅衛兵從他家中抄出幾兩從國外帶回的黃金，更是大禍臨頭。1968年，他受到衝擊批判;1969年，他全家被迫離北京城，來到河南上蔡"五七"勞動學校，過着艱苦的生活，邊勞動邊接受批判，被剝奪了讀書和搞研究的權利。但秦沒有因此而意志消沉，忘記自己的責任。他腦子裡仍在思考問題，比如:在食堂里燒火，就在思考如何使用有限的物質燃燒而獲得最大的有效能量問題;在割麥時，抓住根部去割就可以割乾淨，一點不漏，由此啟發聯想到極限環若從復域裡去抓"根"就可能不漏的問題;坐在汽車、火車上時，就在想愛因斯坦(Einstein)的時空相對論。在那艱苦歲月，秦總是在知識的海洋里尋找自我的歡樂和安慰。最後還得感謝1972年第一批華裔美國科學家代表團的來訪者，他們曾指名道姓要會見秦元勛，而秦在1960-1972年間幾乎與外界隔絕。好不容易才查到此人還在河南"五七"勞動學校，要調秦也絕不是一件容易事，幾經周折，於1972年秦才回到了北京，接待了這些美國客人，並又回到了中國科學院數學研究所工作。
歷任頭銜
秦元勛於1972-1977年在中科院數學所，1977年至今在中科院應用數學所任研究員，其中1979-1984年出任應用數學所副所長，1983年7月至1984年3月任執行副所長(所長是華羅庚)，主持全所工作。1985年7月至1986年6月出任黃河大學首任校長，1987年8月至1990年，在美國佛羅里達(Florida)大學數學系任訪問教授。
學術成就
由於他具有純粹數學的堅實基礎，又在解決國防的實際任務中積累了豐富的經驗，兩者相結合，使秦的研究涉及眾多領域，在微分方程、應用數學、計算物理、計算數學、相對論、人工智能和經濟數學等方面都取得了豐碩的成果。其中在微分方程方面有:
建立復域定性理論
常微分方程所定義的積分曲面.作出有關希爾伯特(Hilbert)第16問題的第一個結果N(2)=4。50年代中期，蘇聯莫斯科大學校長彼得羅夫斯基曾對(E2)系統得到N(2)=3的結果，即最多只能有三個極限環，驚動了當時世界數學界本行同仁。但1978年在北京，秦元勛指導研究生史松齡證明了N(2)≥4，推翻了蘇聯數學家下的結論。最終打開大門的金鑰匙還是在"五七"勞動學校割麥勞動時割麥抓根的啟迪。在復域上極限環變成了"孤立極限積分曲面"，(En)在復域中的積分曲面都有根(包括實、復奇點，有限和無限奇點)。1983年，秦證明了:N(2)=4，並證明極限環的分布為(1，3)分布，即一個極限環和三個套在一起的極限環。1987年，進一步得到N(n)≤2n(n+1)，這些結果為復域定性理論打下了基礎。1988年，秦寫成了《常微分方程定義的積分曲面理論的新發展》一文，在《科學通報》上發表.
解決大量實際問題
比如，大型發電機負荷平衡控制問題;電解加工成型問題;大型體育館通風設計問題等等，在此基礎上寫成《常微分方程近似解析解的理論與實踐》一文(1975，1977)，提出了以"五步法"為核心的近似解析解的理論，開創了常微分方程近似解析解這一分支。美國Bell實驗室數學家波拉克(Pollark)教授來華訪問時，在交談中認為比他們的工作更完善，還多了兩步。張鎖春成功地應用此方法得到布魯塞爾振子(Brusselater)的周期與參數的關係公式。
人工智能
(3)1979年，開始了常微分方程的計算機公式推導的研究工作，此項工作實屬"人工智能"的範疇。秦與劉尊全、秦朝斌合作，對二次微分系統中十分複雜的中心焦點判別公式，通過計算機的符號運算加以實現了。發現蘇聯科學院院士巴烏金的著名結果有一個關鍵性的符號錯誤，糾正其錯誤後得到了全部參數的二次微分方程系統的判據。關於這方面的研究成果，曾以《計算機的新應用》為題，榮獲中國科學院重大成果二等獎。同時秦還在1981年發起組織了中國人工智能學會，出任第一屆理事長(1981-1987)，推動了這一新領域在中國的發展。對變係數系統、非線性系統、李卡提方程的研究 (4)對變係數系統、非線性系統、李卡提方程等方面進行研究。出版了《運動穩定性的理論及其應用》一書(1981年)。
秦一貫的學術指導思想是從攻難題出發，建立新分支，以找出"微分方程的基本規律"為目的，順便解決難題。他認為，不攻難題，沒有深度;只攻難題，提不出系統的新理論，對數學學科也不能算是大的貢獻。
計算物理
1972年夏天，秦從"五七"勞動學校回到科學院後，在國防科研的基礎上，將保密部分取掉，提出"計算物理學"這一新學科。這方面中國與國際上大體是同時發展的。但秦確立了具有明確定義的，具有中國自己特色的新學科。親自發起和組織了中國的計算物理隊伍。1982年，成立了"計算物理學會"，出任學會理事長。1984年，創刊了《計算物理學報》雜誌，任主編。秦十分重視將此學科應用於民用科學的研究中去。比如，他與杜家瑤、吳聲昌、常謙順等人合作解決過犁體曲面的設計，將現代數學方法成功地應用到農業機械理論設計研究中，是1978年科學大會獲獎項目之一;他與胡文瑞等將計算物理用於解決星系密度波漩渦星雲不穩定性的論證;指導研究生管克英(後為北京航空航天大學教授)、王紅研究非線性方程的孤立子問題，雷克耀研究渤海潮汐的計算等等。這些成果都達到了很高水平。秦及時總結這方面的研究成果， 1984年主編出版了中國第一部《計算物理學》著作。
狹義相對論
秦元勛對愛因斯坦的相對論進行了長期的研究，不僅把相對論的實質提煉出時間相對性，井應用直線的解析幾何表達，出版了《空間與時間》一書(1973年)，使狹義相對論成為中學生都可以學懂的知識，而且提出了"空時對稱理論"。他的理論突破了相對論光速不可超越，成為中國第一個指出粒子超過光速以後能量越小速度反而越快規律的人，秦元勛為了更多的人了解這個規律，甚至到中學去做科普報告，對以後中國超光速的研究起了引路人的作用。又對黑洞的存在性問題提出了自己的新見解。這方面的研究工作仍在進行之中，著有《空間、時間和運動着的物質》一書(1979年)。
非線性物理
秦元勛也對非線性物理，尤其是孤立子有極大的興趣。在他的指導下，他的學生管克英早在二十世紀八十年代就研究了非線性KDV方程的孤立波解，在《應用數學與力學》等國內學術刊物上發表了數篇論文，取得了當時國內的這個領域的一流的學術成果。1991年，他的博士生之一張鵬 (1988年從中國科學院應用數學所博士畢業，然後在 理論物理所的郝柏林院士的博士後，爾後長期在美國和英國工作。於2008年到北京師範大學任技術物理學教授，是<Industrial Control Technology : A Handbook for Engineers and Researchers>和<Advanced Industrial Control Technology>這兩部均由美國的愛思唯爾ElsevierInc.出版社出版的著作的唯一著者)在美國<Journalof Mathematical Physics>上發表了論文"Ona conjecture about the invariance of the collision between solitary waves"(Nov91,Vol. 32 Issue 11in 1991, p3055 – 3058).這篇論文被美國的1992年<PhysicalReview D>專文評論,在發表後的幾十年來，被引用上百次。
社會貢獻
綜述
1980年起，為了適應經濟發展的需要，開展了有關經濟工作的數學研究。比如，建立農業數據庫，綜合運輸的規劃，研究積累與消費最佳比例等等。
總之，秦元勛既從事純理論的數學研究，又從事解決實際任務的應用研究;既引入國際的先進學科，又開創具有中國特色的新分支學科，並都取得了重要成果。
組織工作
近代科學技術的重大課題很少能一人完成，秦深知這一點。故在進行研究工作的同時，十分重視科研組織工作和幹部培養工作。他總結說:"我們科研基礎薄，時間缺保證，但我們可用正確的哲學思想指導和依靠集體去補償。"他從1948年參加革命工作以來，基本上一直擔任科研組織和行政管理工作。除上面已提及的外，還在國內外的社會學術團體兼職。比如任國家科委數學組成員、中國數學會理事、中國核學會常務理事，中國力學會、中國天文學會、中國自動化學會的會員.還兼任河南省數學所名譽所長。除任國內多種雜誌的編委外，還是美國《計算物理》雜誌的編委，英國愛丁堡皇家學會Proceedings A .的編委。此外，還兼任華北任丘油田顧問和一些院校的名譽教授等等。
培養人才
秦熱心培養科技人才，關心年青人的成長。他有一套將大批幹部快速地帶入科研第一線的培干方法。1954-1960年，培養了一批微分方程人才;1960-1972年，帶出了第一批核威力計算的隊伍;1973一1976年，業餘培養了北京大學附中的一些學生，以優異成績進入了大學學習，有的出國深造;1977-1984年，培養了中國的計算物理隊伍。自從1978年中國恢復研究生招考以來，一共培養了23名碩士生，6名博士生，9名進修教師。秦元勛的這些學生們都在各自的研究中得到優秀的成果，絕大部分都被聘為教授、副教授，其中有不少人在重要崗位上擔任領導職務。
秦十分重視科學普及工作，建國初期親手抓普及，還親自動手寫了不少科普的書。比如《幾何學通論》、《空間與時間》、《從算術到常微分方程》、《無限的數學》、《中等數學自學叢書》等。並經常深入淺出地作科普工作報告，深受聽眾歡迎。他的觀點是:"如果讀者看不懂，問題在於作者;作者如果真正懂了，應當用自己的語言使讀者懂，這才表明作者真正懂了。"
學術交流
秦積極開展國際間的科學交流和合作活動。他每年都要邀請和接待不少國外的來訪者。1980年以來也經常出國訪問和考察，比如1980年9-10月作為中國數學家代表團成員訪問了美國有名的大學、公司和高級研究所等 20多個單位;參加 1980年8月和1983年9月在中國北京召開的第一屆和第四屆國際"雙微"會議;1984年5月，訪問英國的8所著名大學;7月出席了丹地的第八屆國際微分方程會議，訪問了法國巴黎高級研究所;1985年，到英國實地考察運輸信息系統兩周，併到西德去講學;還與英國伯明翰大學簽訂三年(1986一1988)人員互訪交流協定;1986年5-6月，對匈牙利和羅馬尼亞進行學術訪問;1987年8月至1990年，在美國佛羅里達大學數學系作訪問教授。