■本报记者 高毅哲

  2013年1月13日凌晨4时50分，97岁的林家翘停止了呼吸。

  巨星陨落，学界震恸。

  在所有介绍林家翘的文字里，人们都能看到这样的表述：他在流体力学、天体物理学领域取得了巨大的成就。他在86岁高龄，主导建立清华大学周培源应用数学研究中心，并亲自选定将理论生物学中的“蛋白质折叠”作为研究领域。

  绝大多数人都会觉得奇怪：林家翘的研究生涯，怎么能横跨流体力学、天体物理学、理论生物学三大领域？隔行如隔山，林家翘到底拥有怎样的能力，可以在不同的学科之间纵横驰骋？

  周培源应用数学研究中心副研究员洪柳是林家翘回国后带的直博生。他说：“老师最重要的头衔是应用数学大师。可以说，是应用数学串起了他的学术生涯，让他在不同的学科游刃自如。”

  要创作出自己心中的艺术品，作家离不开手中的笔，雕塑家离不开手中的刀，而林家翘，离不开应用数学。因为有了应用数学，他眼中的世界变得和别人不一样。

  天地玄黄，宇宙洪荒。在林家翘眼里，这无限时间无限空间里的无限万物，从巨大的星系，到躁动的细胞，再到飘忽不定的粒子，都可以用数学符号表达出它们的基本规律。林家翘的使命，就是要用简洁、优雅的数学语言，描绘出宇宙万物的运行原理。

  哪怕为此穷尽一生，哪怕只能迈出一小步，也要追寻这极致的科学之美。

  因为，这是他的信仰。

  自然界的事物基本上都很简单，所有的基础原理及主要问题都可以用数学方式表达。这是应用数学家的信仰。

  ——林家翘

  捕风捉水

  1933年，林家翘以第一名的成绩，考入清华大学，并在大二时选择了物理系。1940年，经物理系教授周培源引荐，林家翘来到加拿大多伦多大学，师从著名应用数学家辛吉（J.L.Synge），学习数学物理。1941年，林家翘拿到硕士学位后，来到美国加州理工学院攻读博士学位。

  这一次，他的导师是冯·卡门。

  当代科学史上的传奇人物冯·卡门，是航空航天领域的一位奇才，在流体力学上有极高的造诣。同时，冯·卡门也是一位应用数学的实践者和倡导者，一生未婚的他，毕生都在那些光凭经验无法澄清的混沌领域里寻求数学解答。

  林家翘投入冯·卡门门下不久，导师就为他指定了博士论文题目。那是物理学巨擘海森堡一篇关于湍流的论文留下的“尾巴”。

  湍流就是乱流，是流体（水、空气等）的一种流动状态。在经典物理中，给定一个物体的运动参数，你可以清楚地知道它将在何时出现在何地。科学家们一直试图在湍流的混乱和互相扰动中建立精确的数学模型，使湍流的世界犹如高速路上汽车的运动一样清晰明了、简洁有序。

  海森堡的论文，即是对湍流运动中的Orr-Sommerfeld方程的求解，但是他却有一步没有算出来——没有解决平行流的不稳定性问题。这导致他的论算一直存在争议。

  冯·卡门给林家翘的，就是这样一个题目：彻底解决海森堡遗留的问题，结束争议！

  湍流之难，犹如捕风捉水，直到今天，湍流仍然是经典物理学“最后的疑团”。物理大师索末菲曾说：“我只指望在我去世前，能有人告诉我量子力学的秘密。”学生们问他：“那湍流呢？”索末菲回答：“那只有到天堂去问圣彼得（耶稣十二门徒之一）了。”对只有二十五六岁的林家翘来说，这是巨大的挑战。

  要想比巨人看得更远，唯一的选择就是超越巨人。林家翘接受了这个挑战。到1944年，林家翘博士毕业时，已经完成了3篇论文，彻底解决了海森堡遗留的问题。海森堡兴奋异常，他说：“不是有人批评我的论文吗？现在一个中国人给我解决了！”

  大师自己无法解决的问题，一个小伙子却解决了！林家翘自此响彻学林，他不再是一个无名小卒，而是科学界无人不知的C.C.Lin（林家翘的英文名字是Chia-Chiao Lin）。

  然而，对林家翘来说，这次研究最大的收获，不是获得了赫赫声名，而是深刻感受到了他在清华读书时就接受的熏陶：“永远追求第一等的题目”。“做科学研究，就一定要在最前沿的领域找题目，只有这样，才能获得最有意义的突破。”林家翘说。

  这一理念，林家翘坚守终身。1965年，林家翘和清华校友、历史学家何炳棣相聚。林家翘对他说：“咱们又有几年没见啦，要紧的是不管搞哪一行，千万不要做第二等的题目。”

  回到清华创办应用数学研究中心以后，林家翘亲自为中心确立了研究方向：理论生物学中的蛋白质折叠。周围的人都倍感惊讶，林家翘却告诉大家，如同20世纪的物理学革命推动了人类社会大发展一样，“21世纪是生物学的世纪，所以我最近这几年的努力，都是在这个方向”。

  当然，他也没忘了把自己最宝贵的经验告诉年轻的清华学子。在给他们做讲演的时候，林家翘说：“做科研始终要关注那些热点的前沿问题，你们要‘赶时髦’啊！”

  年轻的学生们笑了，然后，掌声一片。

  追星撩尘

  “除了逻辑本身，世上不会再有比数学更对的东西。因为数学就是逻辑最严格的表述。”洪柳说。

  这是数学家的自信。科学界也公认，依靠严密的逻辑推理所进行的数学证明，一经证明就永远正确。

  正因如此，在数学家眼里，物理学、化学、生物学、天文学等自然科学都是经验科学。应用数学的任务，就是利用数学，帮助经验科学建立最严密的逻辑结构。

  说起来容易，但是要真的建立起严密的数学模型，使之在任何条件下都与实际观测相符，又谈何容易？

  上世纪60年代，林家翘就面临着这样的挑战。

  那时，林家翘正在全力研究天体物理学界的“缠卷疑难”问题。每个旋涡星系都有旋臂。传统上，人们一直认为旋臂是星系的物质组成部分，里面的天体是固定不变的。但如果是这样，由于旋涡星系内部的自转角速度大于外部的角速度，因此，旋臂应当越缠越紧，最终将使星系中的所有天体如同纺锤上的线一样，完全“缠绕”在一起。而实际上，这个现象并不存在，这就是“缠卷疑难”。天文学界数十年来无法为其提供合理的解释。

  林家翘则认为，旋臂不是物质而是密度波。经过艰苦的计算，他建立了螺旋密度波理论。按照该理论，旋臂是恒星、尘埃等天体绕星系中心运动时空间分布较密集的区域，两个旋臂之间较暗的部分，则只有较少的天体。组成旋臂的天体并非始终处于旋臂中，而是有进有出。换句话说，人们看到的旋臂，是密布其中的恒星发出的光，而非星系长出的“肢体”。

  密度波理论模型搭起来了，但是到底对不对，还要靠实际来验证。台湾天文学家袁旗当时是林家翘的学生，跟着林家翘搞观测。老师的大家风范给袁旗留下了深刻的印象。

  有一次，袁旗算出了一个数值，然而将这个数值代入理论模型后，银河系的猎户臂始终无法与理论模型吻合。如果不能合理解释这个问题，就意味着模型是错的。林家翘大胆提出，猎户臂不是银河系的主旋臂，而是一个枝节，因此不完全适用于模型。如今，这一论断已被天文学界广泛接受。对此，袁旗始终“不知道他怎样能得出这样一个大胆的结论”。

  密度波理论正式公布后，立刻震动国际天文学界。大量的观测支持了林家翘的理论。曾有人对密度波提出反对意见，林家翘立刻用相关概念反驳，并和几个学生一起建立了相关概念的完整理论模型，使密度波成了颠扑不破的理论。这令袁旗感慨：“他的成功绝非偶然。在温文尔雅的外貌下，他是如此强韧，如此有竞争力！”

  从1940年到1970年，30年间，林家翘连续攻克两大科学难关。如果说湍流研究是捕风捉水，那么建立密度波理论就是追星撩尘。在人类探寻自然奥秘的征程中，林家翘一鸣惊人、再鸣惊天，奠定了自己在科学史上的地位。

  凭借这两项研究成果，林家翘成为公认的应用数学大师。1962年，林家翘当选美国国家科学院院士；1972年，林家翘当选美国工业和应用数学学会主席；1975年，为表彰林家翘对应用数学和力学的巨大贡献，美国机械工程学会为他颁发了国际力学界的最高成就奖——铁木辛哥奖。

  然而，与密度波理论创建过程中的一项发现相比，这些荣誉，就变得无足轻重。

  因为这项发现，关系着林家翘、以及所有科学家毕生追求的一个梦。

  一个终极之梦。

  终极之梦

  在密度波理论的创建过程中，林家翘发现，密度波与湍流存在某种规律相似性。这意味着，长达几万、十几万光年的旋臂，可能与地球上随处可见的水、空气有着相同的运动规律。

  既然如此，在这千变万化的物质世界里，有没有一种理论，包含着“造物主”所有的奥秘，描述着自然界一切现象的最本质规律？