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“九院”元勛周毓麟的數學人生:著迷到“無法自拔”

2021年04月13日 09:49
來源:中國新聞周刊

  “九院”元勛周毓麟的數學人生

  中國新聞周刊記者/宋春丹

  發于2021.4.12總第991期《中國新聞周刊》

  改革開放初期,葉其孝由北京大學數學力學系選派,赴美國明尼蘇達大學訪學。導師聽說他是周毓麟的學生,急著問他:“周毓麟這二十年在學術界怎么不見了?”

  那是1960年5月的一天上午,還是北大數學力學系教師的周毓麟剛上完課就接到通知,國家要調他參加一項重要的國防工作。他連工作都沒來得及交接,當天下午就來到二機部所屬的北京第九研究所(簡稱“九所”)報到。自此,他從學術界隱身,近20年沒有公開發表一篇新論文。

  周毓麟不止在國際學術界隱身了20年,在公眾視野中更是長期形同隱身。

  榮獲國家1982年度自然科學一等獎的“原子彈氫彈設計原理中的物理力學數學理論問題”的9位署名者,排在前四位的彭桓武、鄧稼先、周光召、于敏后來皆被授予“兩彈一星”元勛稱號,名字婦孺皆知,而位列第五的周毓麟及其后的秦元勛、江澤培、何桂蓮等數學家,則幾乎在公眾視線中整體不可見。

  同事們要幫周毓麟準備“蘇步青獎”等獎項的評獎材料,他幾次說“算了”。

  “為什么說‘算了’?因為我覺得沒意思。為什么沒意思?一般人都覺得,原子彈、氫彈,不都是物理學家操心的事情嗎?要我去解釋我有什么貢獻,我不愿意費心思費口水! 他如此對“周毓麟學術成長資料采集工程”小組成員吳明靜等人說。

  2021年3月2日,周毓麟在北京靜靜地離世,享年98歲。至此,中國早期核武器攻關中貢獻卓著而又罕為人知的數學家群體的身影已漸漸遠去。

  八大主任、四大數學家

  1960年1月,經中共中央書記處總書記鄧小平批準,二機部調郭永懷、程開甲、陳能寬、龍文光、周毓麟、秦元勛等105名高中級技術骨干加入核武器研制隊伍。

  周毓麟等人調來時,鄧稼先已率領第一批青年骨干做了兩年的理論準備。這是一支由16個應屆大學畢業生組成的年輕隊伍,由鄧稼先從北京大學、復旦大學、北京航空學院等高校挑選而來。北京大學數學力學系畢業生朱建士、北京航空學院飛機設計系空氣動力學專業畢業生傅櫻也在其中,被分在力學組。

  周毓麟是這批年輕人等來的第一位數學家。他們遇到深奧難解的數學問題都會去請教他,他也會馬上停下手頭上的事,當場在紙上做推算講解。

  他們跟著周毓麟學習激波運動和圖像,當時傅櫻的妻子已懷孕,同事們開玩笑給他未出世的孩子取名“周激波”,但生出來后是個女兒,名字沒有用上。

  1960年10月,九所調整機構設置,成立一室,即九院理論部的前身。時任二機部副部長劉西堯稱理論部為“龍頭的三次方”,因為中國核武器研制的龍頭在二機部,二機部的龍頭在九所,九所的龍頭在理論部。

  在進行原子彈研制的同時,郭永懷還受聘于國防部第五研究院,參與導彈技術攻關。他曾感慨,理論部的工作方法和五院很不一樣。理論部就是搞計算。五院設計一件東西,要做出多個用于實驗,其他軍工研究單位也都可以做大量試驗來做判斷,而搞核武器設計不行。因此,核武器理論研究工作的難度極大,分量也極重。

  鄧稼先領銜的理論部“八大主任”中,有四位物理學家、四位數學家。

  電影《美麗心靈》中有這樣一句臺詞:“是數學家贏得了世界大戰,是數學家破解了日本密碼,也是數學家發明了原子彈!睏钫駥幵f:“理論物理的工作是‘猜’,而數學講究的是‘證’!庇绕涫窃谌狈ΜF代高性能大型計算機的情況下,要處理原子彈爆炸這樣的復雜運動過程,只能由物理學家和數學家緊密配合,物理學家給出粗估,數學家做精確計算。

  四位數學家中,江澤培是周毓麟的留蘇同學,獲副博士學位后兩人都回到北京大學任職。秦元勛與何桂蓮都從中科院數學所調來,何桂蓮畢業于燕京大學,兼理論部黨支部書記,分管計算機和行政工作,秦元勛曾獲美國哈佛大學哲學博士學位,與周毓麟共同領導數值計算工作,主要負責核武器設計中威力計算方面的工作。

  周毓麟經常和后輩談起理論部的數學家。他自己認為,論思想活躍,他不如秦元勛;論數學的嚴謹,他不如江澤培。

  周毓麟與秦元勛好像冥冥之中有某種緣分。兩人同年同月同日生,在調入九所前都做過拓撲和微分方程研究:秦元勛研究點集拓撲,周毓麟研究組合拓撲;秦元勛研究常微分方程,周毓麟研究偏微分方程。

  傅櫻說,秦元勛思維很靈活,性格更外向活躍,一會兒一個主意,也愛聊天。周毓麟性格更內斂,不作聲不招搖,總是踏踏實實坐辦公室,安安靜靜做學問,看書推公式。周毓麟身上有種數學家的獨特個性,衣著利落,襯衫總是有棱有角,沒有褶皺。

  科研人員們私下說:“跟著兩個老周走,沒有錯!”兩個“老周”,就是周光召和周毓麟。

  “九次計算”

  1960年4月,為了突破原子彈的工作原理,鄧稼先將16位年輕大學畢業生分成力學組、數學組、動態方程組三個組,一天三班倒,用4臺手搖計算器(后用半自動的電動計算器),利用“特征線法”解流體力學方程,模擬起爆后的物質運動全過程。

  第一次計算結果基本完滿,但是炸藥爆炸后在內爆過程中產生的壓力總是小于蘇聯專家提供的一個數據,且差了幾倍之多。

  二機部部長宋任窮等曾回憶了這個數據的來歷。

  1957年10月,中國和蘇聯簽訂了國防新技術協定。根據協議,1958年7月,蘇聯政府派出3名高級別核武器專家抵達北京,先去青?疾炝撕宋淦餮兄苹貜S址,7月15日回北京作了一個報告,聽報告的有宋任窮、劉杰、袁成隆、錢三強、吳際霖和郭英會等。報告講到中途,蘇聯專家宣布不許記筆記。但核物理專家錢三強完全聽懂了。他的回憶加上大家的記錄被迅速整理出來,其中就有這個重要參數。

  計算進行了九次,歷時九個月,史稱“九次計算”。但結果大同小異,都與蘇聯的數據不符。

  與此同時,周毓麟也在用數學方法即“差分法”來計算流體力學方程。

  當時理論部主要研究三類方程:流體動力學方程、輻射擴散方程、中子輸運方程。其中流體動力學方程是最難的,難就難在它有間斷。一旦有間斷,差分就沒有辦法了,這與解其他方程不同。二機部黨委研究決定,由周毓麟帶領計算組集中力量探索新的流體力學計算方法。

  1960年底,周毓麟帶人展開廣泛調研。他每天早晨8點準時上班,末班車回家,到家還要工作到12點才上床休息。他后來回憶這段時期的工作是“形勢所迫、責任很重、心氣十足”,各方面的知識而且是前沿的、深刻的、實用的知識涌進腦海,自身的知識結構和能力也在顯著提升。

  周毓麟找到了一本書,是美國人R·D·里奇特邁爾寫的《初值問題的差分方法》。這本書總結了美國研究原子彈時的計算方法,介紹了機器計算處理沖擊波的問題,還有關于中子的計算,很有參考價值。

  通過調研,周毓麟選中了美國的馮·諾依曼方法,即“人為黏性法”。這個方法的關鍵,是增加一個人為黏性項。

  周毓麟給大家作了一個報告。他說,計算沖擊波,解是有間斷的,機器不能算,那怎么辦?可以用“人為黏性消去法”,加上一個系數,變成拋物型方程。拋物型方程就有連續性,是有光滑解的。

  在周毓麟的指導下,編制出了程序。調試完成后,與使用“特征線方法”的九次計算手算結果相比較,誤差只在5%左右,表明程序是可靠的。消息傳來,還在三班倒苦苦運算的傅櫻等精神為之一振。

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編輯:甘曉玲