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| 秦元勋 | |
|---|---|
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中国科学院数学研究所 研究员 | |
| 出生 |
1923年2月13日 贵州贵阳 |
| 逝世 | 2008年9月13日 |
| 国籍 | 中国 |
| 职业 | 科研工作者 |
秦元勋(1923-2008 )，当代著名的数学家[1]。研究员,博士生导师[2]。贵州贵阳人。1943年毕业于浙江大学数学系。1946年获美国哈佛大学文学硕士学位，1947年获美国哈佛大学哲学博士学位，1988年被美国俄侅俄大学玛丽塔学院授予荣誉科学博士。1948年从美国回国，历任西南军政委员会文教部调研室副主任、科学普及处处长，中国核工业部(二机部)九院理论部副主任，中国科学院数学研究所研究员，中科院应用数学研究所研究员、执行副所长，中国核学会计算物理学会理事长，中国人工智能学会理事长。长期从事数学理论及其应用的研究。
目录
人物综述
贵州贵阳人，生于1923年2月13日。1943毕业于浙江大学数学系。1947年获美国哈佛大学哲学博士学位。
1948年回国，历任西南军政委员会文教部调研室副主任、科学普及处处长，中国科学院数学研究所研究员，中科院应用数学研究所研究员、副所长，中国学会计算物理学会理事长，中国人工智能学会理事长。长期从事数学理论及其应用的研究。在常微分方程的定性理论、运动稳定性、近似解析、机器推导公式等方面的研究。在中国处于开创的地位。其中极限环的研究，具有国际先进水平。负责完成了中国第一颗原子弹和氢弹的威力计算工作。是1982年国家自然科学奖一等奖的原子弹氢弹设计原理中的物理力学数学理论问题项目的主要工作者之一。在上述工作的基础上，开辟了计算物理学这一新的分支学科。发表论文九十余篇。
爱好与品格
秦元勋是多才多艺的人。他酷爱音乐，有一副男高音的好嗓子，在重大节日的庆祝会上常可听到他那动人的歌声;在舞会上常可见到他陪伴其夫人翩翩起舞。也喜欢体育运动，特别喜欢游泳，跳水的姿势也很美。为了克服心脏早搏现象，每天早晨坚持爬16层楼的楼梯，有时抱着小孩子上下地走动。健康的体魄使他始终保持旺盛的精力。
秦为人热情，坦率诚恳，爽直正派。对学生爱护备至，对同志热情相助。因而受到人们的爱戴和尊敬。
思索已成为秦元勋生活的第一需要，天长日久已成习惯。不论是上班还是在家，吃饭还是休息，脑子里总是在想问题，探索与研究已溶化在日常的生活之中。在科学的园地里，辛勤地耕耘的他，硕果在望，无穷乐趣也在其中。
求学经历
家庭教育
秦元勋是贵州省贵阳市人。父亲秦学仁从事小本经营的工商业，文化不高，收入很少，因此鼓励孩子努力学习，盼子成龙;母亲支氏，从事家务劳动，虽无文化，但乐于助人，父母对秦元勋性格的形成有很大的影响。他有三个姐姐和两个哥哥，他排行第六，自幼便不甘落后。
教育经历
在贵阳达德学校从幼儿园上到初中。该校为进步人士黄齐生、王若飞等人所创办，使他从小受到革命思想的薰陶。后在贵阳高中及中央大学实验中学上高中。1939-1943年，在由于抗日战争爆发而迁至贵州的浙江大学数学系学习，获理学士学位。在数学方面受过苏步青、陈建功等老一辈学者的严格的科班训练。他特别喜欢几何学，在理论物理方面也有良好的基础。在外语方面选修英、德、法、日语，课外还学过俄语。优异的成绩得到当时浙大校长竺可桢的赏识和高度评价。从已出版的《竺可桢日记》中查悉:(1)1943年7月2日记载:"阅本届毕业生共311人……其中平均成绩在85以上者，有……数学秦元勋87.2.贵阳人……共七人而已。"(2)7月 11日记载:"……秦为贵阳人，本届毕业生中平均成绩最高之一，其人体格亦佳，而性温厚，洵难得之人材也。"
留学哈佛
秦元勋于1944年底到美国哈佛大学数学系学习。他有强烈的求知欲望和惊人的毅力，分秒必争，用他自己的话说:"把喝咖啡的时间都用上了。"只五个学期就取得了硕士(M.A.1946)和博士(Ph.D.1947)学位。按当时校方的规定，上课至少四个学期，还要考两门外语(中、英文不算)，写两篇论文，还要考Final。这种速度实在惊人，在哈佛校史上也是创纪录的。在哈佛期间他主攻主科数学(侧重拓扑学)，副科物理(侧重理论物理)，还利用暑假进修其它科目。1945年夏，在哥伦比亚大学学过经济;1946年夏在哈佛大学工商管理学院学过管理课程。学习期间他广泛接触第一流学者，取得博士学位后，在哈佛大学有名的数学家伯克霍夫(G.Birkhoff)手下当过助教。所有这些，为秦后来无论是从事科研组织工作，还是搞科研，都奠定了良好的基础。
当年，美国政府要求曾参与过要害部门工作的留美中国学生，宣誓、签字划押作出下述保证:若美国与另一国(包括中国)交战时，要效忠于美国。对此，秦断然拒绝，毅然决定回国。
职业生涯
秦元勋于1948年回到贵阳，与毕业于贵州大学外文系的冯敏女士结婚，从此俩人相亲相爱，相依为命.冯是秦的好帮手，秦所取得的成就与她默默无闻的帮助是分不开的。1987年1月20日，冯敏突然患脑溢血去世。
参加解放战争
婚后不久，秦去香港参加解放斗争。与曹日昌一道筹建香港九龙科学工作者协会，任业务部副部长(部长是曾昭伦)。主要任务是:团结过港的和在港九工作的科学工作者;负责输送去解放区的同志和家属的后勤工作。在香港时，他写了《几何学通论》一书，作为对新中国成立的献礼(该书后曾再版两次)。1949年，香港新华社邀请秦作为港九的三名代表之一(另两位是曹日昌、严希纯)去解放区参加第一届科协大会的筹备工作。当时面临去解放区，或去美国为中国共产党做生意的两种选择。秦选择了前者，从香港乘船到大连进入东北解放区，于同年7月到达北平。除参加全国第一届科协大会筹备工作并出席了会议外，还应聘为北京师范大学数学系副教授[3]。
边区工作
当海内外知名人士汇集北京时，陈毅代表党中央动员在北京的人到边疆去工作。秦元勋又一次面临两种选择:留在北京当教授教书，或去边远地区工作。秦选择了后者，他脱下海外时装，与妻子冯敏穿上第二野战军的灰棉军装，背上简单行装，随楚图南进入重庆，过着每月只有两元零用钱的全供给制生活。他回忆说:"看到新中国各项建设像雨后春笋，个人生活又何必计较。"1950-1953年，他任西南军政委员会文教部(部长是楚图南)调研室副主任、科学普及处处长，参加接管、整顿西南大行政区的文教事业;制订高等学校院系调整方案;建立西南科学普及机构和协会;建立西南文化馆系统等，工作十分繁忙。1953年秋，西南大区撤消，调回北京任中国科学院计划局处长。1954-1959年，因国家发展新学科的需要，在中国科学院数学研究所任副研究员，研究室副主任(主任是吴新谋)，从事常微分方程的研究。同时兼任北京市数学会主席(1955-1964)、全国科普协会常委(1950-1958)、全国青联常委(1955-1959)等职。
秦在美国取得博士学位后便回国投身革命。1950年，加入新民主主义青年团，同年加入九三学社，任九三全国科技委员会委员。开国时，共同纲领强调"普及第一"，秦元勋以一颗火热的心致力于刚诞生的新中国的科学普及工作，以国家需要为己任。1959年，加入中国共产党。
1953年，中国科学院代表团访问苏联回国后建议:数学理论要联系实际，必须发展两个"触角"--微分
方程(确定性规律)和概率论(随机性规律)。秦受数学研究所华罗庚所长之邀，担负起在中国组织和发展常微分方程的任务。他与其他学者一道，通过种种培干形式，在中国建立了常微分方程定性理论及运动稳定性理论的队伍。30多年来的工作，包括引进和开发了"实定性理论"和"运动稳定性理论"两个分支，并开创了具有中国特色的"复定性理论"和"近似解析解"两个新分支。为了表彰他所取得的成就，1978年科学大会上，他的100多万字的《常微分方程系统研究》被授予重大成果奖。
继承发扬
50年代，秦元勋是当时最年青有为的专家之一。他继承和发扬法国著名数学家庞加莱(Poincaré)于1881、1882、1885、1886年发表的四篇论文所开创的研究工作，即由微分方程直接作出它所定义的积分曲线，编著《微分方程所定义的积分曲线》一书(1959年)。开展了关于极限环的研究，共发表论文和著作16篇(本)(1954-1960年)。其中区域分析理论可大致确定极限环的位置;1955年第一次给出(E2)有一个极限环的具体类型，是二次系统已知的唯一有表达式的情况。他和他的研究生蒲富全(后为清华大学教授)对二次系统提供了在奇点附近构造出具有三个极限环的具体例子的办法;指导研究生董金柱(后为科大研究生院教授)解决了二次系统极限环的相对位置分布。这些重要成果均为海内外学者所公认和引用。
秦元勋带领王联、王慕秋(现均为中科院数学所研究员)、刘永清(现为华南理工大学教授)、蔡燧林(现为浙江大学教授)等开展运动稳定性方面关于具有时滞的系统以及大系统分解为子系统的研究，是大系统稳定性分解理论的开创者。解决了钱学森提出的燃烧的不稳定性的时滞控制参数的界限。这结果曾作为中国向1960年莫斯科举行的第一届国际自动化会议所提交的四篇论文之一，被译成俄文在苏联出版。这些成果总结在国内出版的《运动稳定性的一般问题讲义》(1958年)和《带有时滞的动力系统的运动稳定性》(1963年)两书中。
由于工作需要，秦元勋于1960年调离中国科学院，他在微分方程方面的纯理论研究暂停了下来。
国防科研
1960年，是秦元勋研究工作的一个转折点。他放弃出席莫斯科会议的机会，调到国防科研战线上工作。从此埋名隐姓、销声匿迹，在番号为中国人民解放军总宇819部队的理论部任副主任(主任是邓稼先)及研究员，由纯粹数学理论研究转向结合国防任务的应用研究。学科分工是，负责数学、计算机和计算方面的组织管理工作;任务分工是，负责抓核武器设计中的威力计算方面的工作。在边干边学、以任务带学科的口号下，秦与参战人员一起解决了核装置设计过程中遇到的各种数学问题。提出非定态中子输运方程的"人为次临界"解法;用拓扑学方法论证球形合成的块数;对原子弹威力计算的误差作出整体估计;给出原子弹威力计算的粗估公式等等。这些理论成果经受了中国第一颗原子弹爆炸成功的实践检验。秦对上述成果又及时地加以总结提高，写成了百万字的《核装置分析》一书(内部油印发行)。同时培养了中国第一代核威力计算工作者队伍。在完成任务过程中，秦深知计算机的重要性。当时使用了中科院计算所刚研制的104机，又及时向中科院计算所提出研制109丙机和向上海华东计算所提出研制J-501机的任务，使这两台计算机及时地支持了中国氢弹研制的过关。在氢弹研制过程中，秦提出了"天然差分"概念，解决邻域选取问题，有助于克服二维流体力学计算中遇到的困难;对加强型装置作出粗估公式;对氢弹威力计算的误差作出整体估计等等。1967年，秦亲临第一颗氢弹试验的现场，亲眼看到理论计算与实验结果的符合。关于这方面的工作成果，秦曾以《596及639任务的威力计算》为题，在1978年的全国科学大会上荣获重大成果奖。1982年，国家科委授予《原子弹及氢弹中的物理力学数学的理论问题》国家自然科学一等奖，秦元勋是荣誉证书上9名列名代表者之一。
文革期间
随着原子弹、氢弹试验的成功，实现了毛主席发出的"原子弹、氢弹我们也要有"的号召，那时"文革"已开始了两年。尽管受到周恩来总理倍加爱护和关怀，也难免遭受"文革"的灾难。由于秦曾去过海外，学术上也有成就，便成了"双料货"。加上红卫兵从他家中抄出几两从国外带回的黄金，更是大祸临头。1968年，他受到冲击批判;1969年，他全家被迫离北京城，来到河南上蔡"五七"劳动学校，过着艰苦的生活，边劳动边接受批判，被剥夺了读书和搞研究的权利。但秦没有因此而意志消沉，忘记自己的责任。他脑子里仍在思考问题，比如:在食堂里烧火，就在思考如何使用有限的物质燃烧而获得最大的有效能量问题;在割麦时，抓住根部去割就可以割干净，一点不漏，由此启发联想到极限环若从复域里去抓"根"就可能不漏的问题;坐在汽车、火车上时，就在想爱因斯坦(Einstein)的时空相对论。在那艰苦岁月，秦总是在知识的海洋里寻找自我的欢乐和安慰。最后还得感谢1972年第一批华裔美国科学家代表团的来访者，他们曾指名道姓要会见秦元勋，而秦在1960-1972年间几乎与外界隔绝。好不容易才查到此人还在河南"五七"劳动学校，要调秦也绝不是一件容易事，几经周折，于1972年秦才回到了北京，接待了这些美国客人，并又回到了中国科学院数学研究所工作。
历任头衔
秦元勋于1972-1977年在中科院数学所，1977年至今在中科院应用数学所任研究员，其中1979-1984年出任应用数学所副所长，1983年7月至1984年3月任执行副所长(所长是华罗庚)，主持全所工作。1985年7月至1986年6月出任黄河大学首任校长，1987年8月至1990年，在美国佛罗里达(Florida)大学数学系任访问教授。
学术成就
由于他具有纯粹数学的坚实基础，又在解决国防的实际任务中积累了丰富的经验，两者相结合，使秦的研究涉及众多领域，在微分方程、应用数学、计算物理、计算数学、相对论、人工智能和经济数学等方面都取得了丰硕的成果。其中在微分方程方面有:
建立复域定性理论
常微分方程所定义的积分曲面.作出有关希尔伯特(Hilbert)第16问题的第一个结果N(2)=4。50年代中期，苏联莫斯科大学校长彼得罗夫斯基曾对(E2)系统得到N(2)=3的结果，即最多只能有三个极限环，惊动了当时世界数学界本行同仁。但1978年在北京，秦元勋指导研究生史松龄证明了N(2)≥4，推翻了苏联数学家下的结论。最终打开大门的金钥匙还是在"五七"劳动学校割麦劳动时割麦抓根的启迪。在复域上极限环变成了"孤立极限积分曲面"，(En)在复域中的积分曲面都有根(包括实、复奇点，有限和无限奇点)。1983年，秦证明了:N(2)=4，并证明极限环的分布为(1，3)分布，即一个极限环和三个套在一起的极限环。1987年，进一步得到N(n)≤2n(n+1)，这些结果为复域定性理论打下了基础。1988年，秦写成了《常微分方程定义的积分曲面理论的新发展》一文，在《科学通报》上发表.
解决大量实际问题
比如，大型发电机负荷平衡控制问题;电解加工成型问题;大型体育馆通风设计问题等等，在此基础上写成《常微分方程近似解析解的理论与实践》一文(1975，1977)，提出了以"五步法"为核心的近似解析解的理论，开创了常微分方程近似解析解这一分支。美国Bell实验室数学家波拉克(Pollark)教授来华访问时，在交谈中认为比他们的工作更完善，还多了两步。张锁春成功地应用此方法得到布鲁塞尔振子(Brusselater)的周期与参数的关系公式。
人工智能
(3)1979年，开始了常微分方程的计算机公式推导的研究工作，此项工作实属"人工智能"的范畴。秦与刘尊全、秦朝斌合作，对二次微分系统中十分复杂的中心焦点判别公式，通过计算机的符号运算加以实现了。发现苏联科学院院士巴乌金的著名结果有一个关键性的符号错误，纠正其错误后得到了全部参数的二次微分方程系统的判据。关于这方面的研究成果，曾以《计算机的新应用》为题，荣获中国科学院重大成果二等奖。同时秦还在1981年发起组织了中国人工智能学会，出任第一届理事长(1981-1987)，推动了这一新领域在中国的发展。对变系数系统、非线性系统、李卡提方程的研究 (4)对变系数系统、非线性系统、李卡提方程等方面进行研究。出版了《运动稳定性的理论及其应用》一书(1981年)。
秦一贯的学术指导思想是从攻难题出发，建立新分支，以找出"微分方程的基本规律"为目的，顺便解决难题。他认为，不攻难题，没有深度;只攻难题，提不出系统的新理论，对数学学科也不能算是大的贡献。
计算物理
1972年夏天，秦从"五七"劳动学校回到科学院后，在国防科研的基础上，将保密部分取掉，提出"计算物理学"这一新学科。这方面中国与国际上大体是同时发展的。但秦确立了具有明确定义的，具有中国自己特色的新学科。亲自发起和组织了中国的计算物理队伍。1982年，成立了"计算物理学会"，出任学会理事长。1984年，创刊了《计算物理学报》杂志，任主编。秦十分重视将此学科应用于民用科学的研究中去。比如，他与杜家瑶、吴声昌、常谦顺等人合作解决过犁体曲面的设计，将现代数学方法成功地应用到农业机械理论设计研究中，是1978年科学大会获奖项目之一;他与胡文瑞等将计算物理用于解决星系密度波漩涡星云不稳定性的论证;指导研究生管克英(后为北京航空航天大学教授)、王红研究非线性方程的孤立子问题，雷克耀研究渤海潮汐的计算等等。这些成果都达到了很高水平。秦及时总结这方面的研究成果， 1984年主编出版了中国第一部《计算物理学》著作。
狭义相对论
秦元勋对爱因斯坦的相对论进行了长期的研究，不仅把相对论的实质提炼出时间相对性，井应用直线的解析几何表达，出版了《空间与时间》一书(1973年)，使狭义相对论成为中学生都可以学懂的知识，而且提出了"空时对称理论"。他的理论突破了相对论光速不可超越，成为中国第一个指出粒子超过光速以后能量越小速度反而越快规律的人，秦元勋为了更多的人了解这个规律，甚至到中学去做科普报告，对以后中国超光速的研究起了引路人的作用。又对黑洞的存在性问题提出了自己的新见解。这方面的研究工作仍在进行之中，著有《空间、时间和运动着的物质》一书(1979年)。
非线性物理
秦元勋也对非线性物理，尤其是孤立子有极大的兴趣。在他的指导下，他的学生管克英早在二十世纪八十年代就研究了非线性KDV方程的孤立波解，在《应用数学与力学》等国内学术刊物上发表了数篇论文，取得了当时国内的这个领域的一流的学术成果。1991年，他的博士生之一张鹏 (1988年从中国科学院应用数学所博士毕业，然后在 理论物理所的郝柏林院士的博士后，尔后长期在美国和英国工作。于2008年到北京师范大学任技术物理学教授，是<Industrial Control Technology : A Handbook for Engineers and Researchers>和<Advanced Industrial Control Technology>这两部均由美国的爱思唯尔ElsevierInc.出版社出版的著作的唯一著者)在美国<Journalof Mathematical Physics>上发表了论文"Ona conjecture about the invariance of the collision between solitary waves"(Nov91,Vol. 32 Issue 11in 1991, p3055 – 3058).这篇论文被美国的1992年<PhysicalReview D>专文评论,在发表后的几十年来，被引用上百次。
社会贡献
综述
1980年起，为了适应经济发展的需要，开展了有关经济工作的数学研究。比如，建立农业数据库，综合运输的规划，研究积累与消费最佳比例等等。
总之，秦元勋既从事纯理论的数学研究，又从事解决实际任务的应用研究;既引入国际的先进学科，又开创具有中国特色的新分支学科，并都取得了重要成果。
组织工作
近代科学技术的重大课题很少能一人完成，秦深知这一点。故在进行研究工作的同时，十分重视科研组织工作和干部培养工作。他总结说:"我们科研基础薄，时间缺保证，但我们可用正确的哲学思想指导和依靠集体去补偿。"他从1948年参加革命工作以来，基本上一直担任科研组织和行政管理工作。除上面已提及的外，还在国内外的社会学术团体兼职。比如任国家科委数学组成员、中国数学会理事、中国核学会常务理事，中国力学会、中国天文学会、中国自动化学会的会员.还兼任河南省数学所名誉所长。除任国内多种杂志的编委外，还是美国《计算物理》杂志的编委，英国爱丁堡皇家学会Proceedings A .的编委。此外，还兼任华北任丘油田顾问和一些院校的名誉教授等等。
培养人才
秦热心培养科技人才，关心年青人的成长。他有一套将大批干部快速地带入科研第一线的培干方法。1954-1960年，培养了一批微分方程人才;1960-1972年，带出了第一批核威力计算的队伍;1973一1976年，业余培养了北京大学附中的一些学生，以优异成绩进入了大学学习，有的出国深造;1977-1984年，培养了中国的计算物理队伍。自从1978年中国恢复研究生招考以来，一共培养了23名硕士生，6名博士生，9名进修教师。秦元勋的这些学生们都在各自的研究中得到优秀的成果，绝大部分都被聘为教授、副教授，其中有不少人在重要岗位上担任领导职务。
秦十分重视科学普及工作，建国初期亲手抓普及，还亲自动手写了不少科普的书。比如《几何学通论》、《空间与时间》、《从算术到常微分方程》、《无限的数学》、《中等数学自学丛书》等。并经常深入浅出地作科普工作报告，深受听众欢迎。他的观点是:"如果读者看不懂，问题在于作者;作者如果真正懂了，应当用自己的语言使读者懂，这才表明作者真正懂了。"
学术交流
秦积极开展国际间的科学交流和合作活动。他每年都要邀请和接待不少国外的来访者。1980年以来也经常出国访问和考察，比如1980年9-10月作为中国数学家代表团成员访问了美国有名的大学、公司和高级研究所等 20多个单位;参加 1980年8月和1983年9月在中国北京召开的第一届和第四届国际"双微"会议;1984年5月，访问英国的8所著名大学;7月出席了丹地的第八届国际微分方程会议，访问了法国巴黎高级研究所;1985年，到英国实地考察运输信息系统两周，并到西德去讲学;还与英国伯明翰大学签订三年(1986一1988)人员互访交流协定;1986年5-6月，对匈牙利和罗马尼亚进行学术访问;1987年8月至1990年，在美国佛罗里达大学数学系作访问教授。