侯一钊：从华工走向世界应用数学的舞台

6/6侯一钊：从华工走向世界应用数学的舞台今年是华南理工大学建校50周年,也是我们七七级的同学毕业了整整20年。当年在校园中唱着“再过20年我们来相会……〞,充满理想的同学们又经过20年的努力和追求,如今在各自的领域中做出了许多为世人所骄傲的成就。本文所要介绍的侯一钊博士就是他们当中的一位。侯一钊博士现是加州理工大学的教授、世界著名的应用数学家。他从华工起步一步步地走上了世界应用数学的舞台。1977年是中国教育史上不寻常的一年,中断了十年的高考制度恢复了。十几年的高中毕业生与在校的高中毕业生一起,参加了关系到他们命运的高考。侯一钊作为一名在校高中生考上了华南理工大学应用数学系,当时他只有15岁。命运把一个时代的年轻人放到了一场不可思议的剧烈竞争之中,这些来自农村、工矿、学校、机关等各行各业,年龄从15岁到30多岁同堂学习的同学,深深知道走进华工的课堂是时代赐给他们的一次时机。那是一个教与学都充满生气和忘我精神时代。20年过去了,同学们那种如饥似渴、“疯狂〞般的学习情景就象发生在昨天一样。老师们也以极大的热情投入到他们的教学。一钊当时在班上年龄最小,但他与所有同学一样努力和认真。当我们回忆这一切时,一钊说：“我们那些老同学确实对我的成长有很大的影响,我非常感谢我在华工所受到的教育,四年的大学生活给了我许多美好的回忆。我的数学生涯是从华工开始的。〞1982年毕业后,侯一钊走上了他充满挑战和成功之路。毕业留校后,一钊参加了当时卢文教授带着的拓扑和几何研究小组,他说：“大学的四年,老师们给我们打下了坚实的数学根底,而在这个研究小组里,卢文教授的指导翻开了我成为研究者的大门〞。正是这一时期,一钊开始了对应用数学的兴趣。为了走上现代科学竞争的世界舞台,他与那个时代刚毕业的七七、七八级的年轻人一样,寻找着进一步学习提高的时机。1983年,他来到了加州大学洛杉机分校〔UCLA〕,开始了他研究生的生活。当时UCLA正在组建应用与计算数学专业。几个世界一流的应用数学家被吸引到了UCLA,一些来自不同国家的优秀博士生也来到了这里,这是一个充满生机的研究环境。在这里,一钊眼界大开,对应用数学有了更广阔和深刻的认识。在UCLA,他师从应用数学权威BjornEngquist教授。在其带着下,开展了对具有多重时间和空间尺度物理问题数值近似解的研究。在他的博士论文中,他和他的导师提出了一整套用于计算多重空间和时间尺度物理解的数值计算方法。他们改良了传统的收敛概念,证明了用新的方法能够大大减少计算机的空间和时间,使得许多原来解决不了的问题能够得到解决。他们的研究成果引起了世界应用数学界的极大兴趣和高度评价。一钊作为一个年轻的应用数学家开始被应用数学界关注和认识。在他取得博士学位时,几所著名的大学和数学研究所,其中包括柯朗研究所(CourantInstitute)、加州大学柏克莱分校(UCBerkeley)等纷纷给他发出聘请信。1987年,一钊选择了到柯朗研究所从事博士后的研究工作。在这所著名的应用数学所里,一钊如鱼得水。与许多世界著名的专家学者一起工作和研究,他的眼界和能力更上一层楼。由于他出色的工作成绩,1989年柯朗研究所正式聘请他为助理教授。在美国的大学和研究所里,很少把做博士后工作的研究人员转为正式职员的。一钊以自己的能力和成绩赢得了柯朗研究所的一席之位。他已成为应用数学界一颗新星。1993年应加州理工大学〔Caltech〕应用数学系的邀请,他到了该系当副教授〔终身〕。这是一所世界名校,虽说规模不大,却出了许多世界一流的传奇式的科学家,如国内著名的科学家钱学森、周培源都曾在这里学习和工作过。在这世界一流的研究环境中,一钊在多尺度模型与计算模拟、多流体自由介面等问题的研究中都取得了重要的突破性的进展。2019年他被提为正教授,2019年当上了应用数学系的系主任,并为该校工学院事务委员会的成员,同时兼任多尺度模型与计算模拟研究中心副主任。他在其所从事的应用数学领域中,发挥着越来越重要的作用。从华工起步,这20年来不停息的努力和研究,一钊取得了一系列令人瞩目的成绩,使他成为世界著名应用数学家。他的第一个成就是关于在二维和三维不可压缩流体点湍方法的收敛分析。这是一个曾使人们感到惊奇和意外的结果。因为许多这一领域的专家们都曾经认为这是一件不可能的事。他的这一研究成果改变了人们对这一领域的认识,改变了这一领域的研究面貌。第二个引人注目的成就是在多重尺度物理问题研究中提出的多重尺度分析和计算方法。这是一个有着重要应用价值的研究,其广泛的应用背景包括石油工业、流体动力学、大气、海洋、河流污染和材料科学等不同的领域。一钊在他的研究中所提出的多尺度计算方法,既能获得类似传统方法的精度和效果,又能大大地减少计算时间和空间,使得许多重要的应用问题得以解决。第三个成就是他提出用于计算具有外表张力自由介面流体的更有效的计算方法。过去在这一类问题的研究中,当人们用传统的方法所得到的解是不稳定时,常会有人把数值方法的不稳定性误以为物理现象本身的不稳定。一钊的研究找出了传统计算方法数值解不稳定的原因,并提出了排除不稳定因素的方法。他的这一成果使人们对许多问题有了新的认识,已被人们在许多不同的领域中广泛应用。最近,一钊和他的合作者在他们的研究中又取得了新的突破。在许多流体动力学的不稳定性研究中,Kelvin-Helnholtz不稳定性问题是一个被人们研究得最多的典型问题,然而,有许多现象人们仍然无法得到满意的解释。一钊和他的合作者成功地解决了一个与Kelvin-Helnholtz不稳定性相关的长期未被解决的问题。在今年3月国际工程与应用数学协会新闻杂志〔SIAMNEWS,Volume35/Number2,March2019〕的一篇长文中,介绍了他们这方面的研究工作。正如文章所说“一钊和他的合作者的这一新成果使得人们在对湍流和流体动力学中不稳定性问题的认识--这一似乎遥不可及的目标又迈进几步！〞侯一钊博士在应用数学方面的一系列出色的研究成果,也赢得了世界不同组织和协会的一系列奖励和荣誉。1990年AlfredSloan基金委员会奖给了他年轻科学家研究基金奖；2019年他获得了中国科学院计算科学冯康奖；2019年每四年召开一次的国际数学家大会邀请他作了45分钟的专题报告。这是国际数学界对在数学上作出了杰出奉献的数学家的一种极高的荣誉；同年,美国物理协会为了表彰他在Kelvin-Helnholtz不稳定性研究方面的奉献,授予他FrancoisN.Frenkiel奖；2019年,国际工程与应用数学协会〔SIAM〕授予他在数值分析和计算科学上最重要的JamesH.Wilkinson奖。这是对他多年来在计算数学理论和应用的奉献的一个大奖。有趣的是1977年当这一大奖设立时,他的博士导师BjornEngquist是这一大奖的第一个获得者。近年来侯一钊的工作得到越来越多不同领域的专家和学者的重视。他经常被邀请到各种国际会议做大会报告,并参予组织国际会议和专题学术会议。另外,他还受不同基金会和管理机构的委托,对一些世界主要研究中心的研究进行审议。同时他经常应邀到一些世界名校和研究机构做报告和合作研究〔从2019年始是北京大学客座教授〕。他已被邀请,在明年(2019年)悉尼召开的国际工程与应用数学大会作大会报告。侯一钊现已培养了6个博士,并带过4个博士后。其中3个他培养的博士获得了优秀博士论文奖。最近,他的一个刚毕业的博士生胡刚获得了SIAM每3年一次的优秀应用数学博士论文奖—RichardC.DiPrima奖。在Caltech,他现在带有6个博士生和2个博士后。另外,他是6个科研专业杂志的编委。今年〔2019〕一月,他创办了国际工程与应用数学协会〔SIAM〕下的一个多学科交叉的杂志?MultiscaleModelingandSimulation〔多尺度模型与计算模拟〕?,并为该杂志的主编。许多不同领域世界一流的专家和学者都给予该杂志极大的支持并为该杂志的编委。随着计算机功能的成倍增长,人们对复杂物理现象的模拟的要求也不断提高。研究与开展完整和系统的计算模型与模拟技术对未来的生物,化学,地质,信息,材料和环境科学等行业,都会产生巨大的影响。一钊正以极大的热情推动着这一研究领域的开展和应用。从华工四年的苦读到今天成为一名世界著名的数学家,仅仅有聪明和知识是不够的,更需要的是要有远见和执着的努力。这里我们只能描述出一些他所取得的成就,我们更希望描述出他从华工走上世界应用数学舞台这一过程中所应具有的远见、专心和执着的努力。生活中的生机和美正是来源于人们的执着和努力！我知道在我们的同学中,有许多有远见和执着的努力者,有许多让人们感到骄傲的故事。他们和侯一钊一样还会继续创造出新的成绩。还会有更多从华工出来的学生走向世界科技领奖台。在华南理工大学建校50周年、77级同学毕业20周年之际,一钊和我特别想在此向母校和那些为我们付出过辛勤劳动的老师们,在过