数学家林芳华:从纽大到上纽大,一个赤子的四十年

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为大一学生上基础课的院士

 

五月初夏,正值上海纽约大学期末季,南楼302教室里,31名大一学生在听这学期最后一节“荣誉数学分析I”。这堂是复习课,授课老师是林芳华。

下课,十几个学生围拢过来,有的就没听懂的内容提问,有的希望与老师合影留念,有的邀请他捧场期末钢琴表演。

在人们的普遍印象里,基础课上难遇大师,可林老师与这里的许多资深教师一样,享受给本科生上课,“就算只对其中几个人的人生有影响,那也非常值得。”

谈笑间,有人提起,上纽大有数学教授访问香港某高校,对方听说林芳华连年给上纽大本科生上一整个学期的基础课,“吃惊得下巴都要掉下来了”。

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林芳华教授在上纽大给大一学生上“荣誉数学分析I”

 

林芳华是世界级的数学家,现为纽约大学库朗数学科学研究所Silver讲席教授、美国人文与科学院院士,是世界华人数学家大会2004年陈省身奖得主,美国数学会2002年博谢奖(Bocher Prize)获得者——该奖项是分析数学领域的国际最高奖。

在偏微分方程、几何测度论、变分学和几何分析等数学领域,林教授贡献广泛而卓越,被公认为这些方向的国际学术领袖和权威。

他成名很早,初执教鞭在1985年。

那一年,26岁的林芳华头顶“明尼苏达大学二十年来最优秀博士生”的光环毕业,加入心中的数学圣殿——纽约大学库朗数学科学研究所,做博士后、助理教授;三年后跳级,跨过评副教授一步,年仅29岁,直接获聘芝加哥大学数学系正教授,一时成为学界传奇;1989年,回到纽约大学任终身教授,同年获Sloan研究奖和美国总统青年奖;2002年成为纽大库朗所第一批Silver讲席讲授。

除了中途在加州大学伯克利分校的美国国家数学科学研究所、芝加哥大学和普林斯顿高等研究院短暂研究、任教和访学,林芳华已在纽约大学库朗所度过了37年。

林芳华是宁波人。1977年恢复高考,数理天赋异禀的18岁农村青年考上浙江大学数学系,靠知识摆脱了在镇海海塘当石头搬运工的命运;可惜高中基础没打牢,大一摸底考试,成绩一度垫底,于是每天苦学12个小时奋起直追,到毕业时学业彪炳,22岁赴美读博,从此在大洋彼岸长居。

生于长于浙东海边的数学家,虽已入美籍多年,但对故土的眷恋无法割舍,“华人”、“中国”,仍是他内心最强烈的身份和文化认同。

1989年,他首次回国。阔别八年,短短八年,他从懵懂青涩的浙大本科小年轻升格为纽大数学正教授。

在之后的三十余载里,除了疫情几年,他年年回来,长则待半年,短则一个月,从南到北,访遍国内名校和科研机构,参会、讲课、做报告、办暑期班、寻合作者、组织学术会议、搭建学术平台、把国外最前沿的学术思想和科研成果介绍进来,用他数十年在国际数学圈淬炼和积攒的眼界、人脉、声誉、魅力、号召力,助推中国数学与世界接轨,更开放地向前走、往远看。

距离他首次回国二十三年后的2012年,代表一种全新大学发展模式和教育理念的上海纽约大学应时而生,林芳华以纽约大学数学教授的身份协助筹办。

二十余年穿行国际的他,对初生的中美合办研究型大学,究竟能写出一篇怎样的高等教育全球化的新故事,好奇又期待。

他决定躬身入局,并由此成为上纽大不可或缺的数学学科奠基者和筑路人。

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2017年3月@上纽大,数学和物理中移动界面和相关现象国际会议

 

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2018年6月@上纽大,非线性偏微分方程及其应用国际会议

 

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躬身入局,从纽大到上纽大

 

林芳华与上纽大的结缘,似一场“双向奔赴”。

上纽大的母体学校是华东师范大学和纽约大学。林芳华与华师大早有渊源,2005年担任华师大名誉教授,多次在华师大开办暑期班,亲身给学生授课。

从2010年开始,他与时任华师大校长、后成为上纽大创校校长的俞立中接触颇多。林芳华眼中的俞校长“熟思中带着随性,跳出圈子又守住规则,思想独立、观念开放”,让他极为敬佩。

同年9月,在纽约大学的一次活动上,他与时任华师大党委书记张济顺和校长俞立中重逢,再次被两位中国教育家传递的前瞻、包容、国际化的教育理念打动,他们的理想主义、激情、开放、务实,对高等教育的深邃思考,林芳华印象极佳。

而林芳华本人,既熟悉美国的数学教育,也了解中国的高校,又有国际影响力,他被邀请深度参与上纽大数学学科体系的建立,亦顺理成章、自然而然。

创校头三年,林芳华主要做了四件奠基之事:

主持并参与数学本科专业培养方案的设计和制定;提出提高核心基础课难度与深度的培养思路,创办本科生荣誉数学项目,并将其打造成亮点;调整本科专业课程,以衔接纽大库朗所硕博阶段课程体系;与美国国家科学院院士、纽大库朗所同事Charles Newman教授搭档,为本科生主讲基础课程“荣誉微积分”“荣誉分析I、II”“复变函数”。

此外,他还担任了两年上纽大副教务长,是华东师范大学-纽约大学数学联合研究中心(上海纽约大学)的创始联合主任。

选教材、觅师资、备课、上课、一对一为学生答疑、带学生做科研……林教授回想,“那几年真是辛苦又兴奋,白天处理上纽大的工作,晚上处理纽大的事务,身体劳累,但激情澎湃,而且不只是我,周围的同事都对教书,对学生,对科研全情投入,有点像我上大学的年代,像1978年,那个科学的春天。”

都是“第一个吃螃蟹的人”,对2013年入学的上纽大首届学生,林教授自然付出最多,印象最深。

大一大二的每一个学期,他都亲自给他们上课。进入大三,大部分学生去往纽约校园进行海外学习,林教授也随学生回到纽约。在纽约期间,部分学生继续接受他的深度指导,甚至直接选他在纽大库朗所给研究生开的课。

龚小月是上纽大首届荣誉数学毕业生,2023年麻省理工学院运筹学博士毕业,现在卡耐基梅隆大学担任助理教授。

她回忆,林芳华教授是让她在大一第一个学期,即感受到数学之美的老师之一,“他的课干净、透彻、直至本质。他对数学品味的指导也是高屋建瓴的。”

所谓的“品味”,意思是,“他帮助刚上路的我们判断,哪些数学是必学的,哪些是有益的,哪些问题是比较有意思的,潜移默化,循序渐进”。

比起普通数学与应用数学,上纽大荣誉数学项目选拔门槛更高,课程内容更精深,与研究生课程难度相若。如果上纽大本科生想尝试日后当一名职业数学家,这一关,通常绕不开。

项目建立的过程耗费林教授大量心血,所以,看见首届毕业生去向亮眼,他感到欣慰又骄傲。

第一届荣誉数学毕业生一共12名,三人就业,四人读硕,五人直博。博士录取院校分别是麻省理工学院(运筹学)、宾夕法尼亚大学(纯数学)、纽约大学库朗数学所(纯数学)、康奈尔大学(应用数学)和阿卜杜拉国王科技大学(应用数学与计算科学)。

“即使学生未来不做数学,在某一方面获得成功,对我也一样是奖赏。”但作为一名纯数学家,师者林芳华最期待的仍是“学生有朝一日超越我,解决我解决不了的数学问题”。

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在他看来,真正的数学人才,都不是靠老师教出来的,“优秀的学生,老师只需要指一指,学生自己会往前走”。成才过程中,天赋、努力,缺一不可。

他还认为,身上如果没有一种nerdiness(书呆子)气质,很难成为数学家。也就是说,这个人要对数学极之认定,在这一件事情上集中精力,比别人想得多,对其他事情似乎都不是很在乎。

他不觉得一个人同时在许多领域放光是一件好事,兴趣太多,精力反倒分散了——“人到最后,一定只能选择一到两个方向深入。面面俱到,可能一事无成。没有特色,也很无趣。”

他反倒喜欢那种也许有的课学得乱七八糟,但有几门课特别好的学生——“给老师提个问题,老师要吃惊、流汗的,这才好。”

从2023学年开始,林教授固定春季来上纽大,给本科生上一整个学期的课,秋季在纽约教书。他发现无论中外,许多学生关心的总是这个知识点考不考,如何拿A。

他理解学生的心情但并不赞同,“学数学,考试是不重要的,甚至学一个知识和定理也没那么重要,知道如何去分析,去思考,才是关键。尤其到了研究生阶段,考试成绩是A还是B,根本无所谓。你有没有发现新的问题,你做的工作里能不能看出新的思想、新的观点,能不能解决哪怕很小的问题,这些实打实的东西,比成绩重要得多。”

从教近四十年,林芳华深切体会到,老师的意义在于启发学生的兴趣,让学生更有好奇心和求知欲,老师教给学生的应该是思想、方法、解决问题的能力,知识只是其中一个结果。好老师,要洞识所教对象,对内容倒背如流都不代表你能教好。

所以,他说,教书是门“艺术”,他投入三成工作时间去做好它。而研究,则是“科学”,他倾注大半生心血在这个高度抽象的不真实世界,极致专注,承受孤独,得到自由。

 

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数学之苦,数学之美

 

林教授介绍,现代数学发展至今,作为基础学科,它的影响和应用已辐射生物、化学、医药、航空航天、人工智能和量子计算等领域。而作为“宇宙的语言”,一门纯粹依赖人的大脑机制进行探索的古老学科,数学有其发展的内在原动力。

在往深处下探的过程里,数学要解决的问题依然是对人类智慧的极限挑战,代表着人类理性思维的最高境界。

那么,在人迹罕至的抽象世界里行走,数学家如何经过漫长跋涉,迎来那些创造性的灵感时刻?在一点点向宝藏接近的路上,他们究竟看见了怎样奇异的风景?

同行总结过林芳华迄今四十多年的主要学术贡献,可如此简要概括:

林芳华教授是创立严格的液晶体数学理论的学术领袖;他最先对Ginzburg-Landau涡旋的动力学规律给出严格的数学证明,从而解决了该领域久未解决的问题;他获得了关于调和映照及其热流的爆破现象、奇点及能量量子化等许多数学结果,它们至今仍是最佳的;他最早建立了映到球面的能量极小映照的奇异线的整体刻画;他开创了关于唯一延拓性理论的定量研究;对著名的混合平均理论,他引进了紧性方法并解决了一系列大问题;林芳华教授近年来研究了各种复杂流体,他的关于粘弹性流体的Oldroyd模型、高分子流体的微观-宏观模型的研究工作都是奠基性的。

一句话归纳林教授从事的研究事业——用严格的数学模型解释自然现象或物理现象。

关于“灵感”,他不觉得那是突然降临,而是一步步积累而来,“看得多,想得深,会给你直觉”。

2020年到2022年,许多人因被困在局促的物理空间不悦,可对林芳华来说,那是一个屏蔽干扰、极度专注,思考得以进入化境的天赐良机,“现实难免烦恼,但一旦进入数学的世界,就感到非常安静、纯粹、深沉、自由,一切都很浪漫”。

他试过长达三个月足不出户。那三年也是他近十年来最高产的时期。

典型的闭关状态是这样的:电话关机,邮件看看但少回复,一天好几杯咖啡、酒,耳边播放古典音乐,桌上有笔、纸、电脑、书,然后是没日没夜的独坐、静思、计算、推导。

有时候脑子想得太快,来不及用笔和电脑记下来,那就先用嘴说,录下来。电脑那头有研究合作者,两人不时在Zoom上讨论,有时林芳华描述思想和步骤,对方迅速记下,细致核查。全程高能,思想和技术缺一不可。

“那几个月,别的什么事都不想,全部精力集中在一个问题上。呕心沥血。这就是纯数学,跟实验不同。要么证明出来了,要么就是错的。错了,可能一辈子也做不出来。”

数学,非黑即白,没有中间地带。围绕着液晶体数学理论,有的问题林芳华已经持续思考了整整四十年。“有时候就差一点点,但错了,就得从头来过。”

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林芳华教授在上纽大办公室

 

近代学者王国维在《人间词话》里描摹治学三境界:“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路。” 此第一境也。 “ 衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。” 此第二境也。“ 众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。”此第三境也。

林芳华感同身受,“立志是第一步,你选择的一定会孤独。第二境,那是更难的守。数十年,一个孤独者,就算你有时能天马行空,也会常感到自己是汹涌波涛中的一枯木,无依无靠。如果幸运,或许到第三境,是好幸福,可做数学的人,又常常会才下眉头,又上心头。”

他甚至觉得,数学家多少有点“病态”,才能忍受这无穷无尽的“折磨”。

另一面,他用近乎哲学的诗性语言,描述数学之美带给他的狂喜:“那种惊人的联想,深刻直观的看法,奇妙无比地,把意想不到却又再自然不过的,似乎在不同世界的东西连在一起。那种超常的直觉和梦境般的意想,敲打着为此苦思冥想几年甚至几十年的我。那种震撼是无法言喻的美,是灵魂的碰撞。”

如今65岁的他,依然自律、专注、活跃,保持高强度的工作。2024年的5月到7月,他走了三个国家七座城市十所大学,全部在为学术奔忙、奉献。

2020年1月,在深圳举办的一场关于偏微分方程的圆桌讨论上,他少有地在公开场合直率地表达了对中国研究现状的反思和建议。

“我们这一代人的表现可能没有达到预期水平。可是现在,我们没有任何借口不去赶上研究的前沿,不去进行高质量和更基础性的研究,我们也没有任何借口不为下一代提供高质量的教学。”

他主张,除了关注自身的研究兴趣,还应把握更大的图景,要有全球视野,而培养年轻人的工作,至关重要,应该从本科生和研究生教育做起。

“组织学生和博士后学习、研讨最重要和最有影响力的研究工作非常有益。这样的研讨会一再被证明是指导学生最有效的方法之一。它可能是改变中国研究领域现状的关键。”

被问及为何会在那个场合做不像他过去风格的发言,他说,到这个岁数,已经不用再为任何人而活了。他还是那个追求真与美的纯粹的数学家,“说自己能说的,做自己真正想做的,内心会自在、安宁”。

他的灯塔,是纽大库朗所的两位大师——Louis Nirenberg(2020年逝世)和Peter Lax。前者是2015年阿贝尔奖得主,后者在2005年获得阿贝尔奖。

被誉为数学界诺贝尔奖的阿贝尔奖,是许多数学家心目中最神圣的制高点,如同终身成就奖,是对数学家一生重大而深远贡献的盖棺定论。

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1992年,林芳华教授与一众数学家。从左至右:Louis Nirenberg、Peter Lax、 Isabeau Birindelli、Mila Spani、林芳华、Jalal Shatah

 

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2005年,林芳华教授与Louis Nirenberg和Ivar Ekeland(法国著名数学家)在匹兹堡

 

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2022年,Louis Nirenberg纪念活动上,林芳华教授与97岁高龄的Peter Lax、Nanette(Louis Nirenberg的伴侣)在Nirenberg家中

 

林芳华加入纽大库朗所时26岁,刚好赶上两位大师庆祝60岁生日,他是最后一批由他们招揽进库朗所的年轻人。“Lax是天才,他的贡献是划时代、开创性的;Nirenberg是集大成者,博古通今。”

在他眼中,两位巨人不只治学严谨,是学术的泰山北斗,而且幽默、优雅,极富个人魅力。

几十年过去,他仍会感叹,“当时以为是平常,后来发现这个方向里有这等魅力的大家,世界上也就这么几位了。能与他们相处几十年,幸运至极。”

Lax和Nirenberg默契地都选择在75岁退休,林芳华距此还有十年。

他不敢奢望能有两位数学巨擘的旷世成就,但他确实愿意再踏实做下去,“起码十年吧,那时候我就为纽大服务50年了,圆满。”