 图为国家体育总局局长刘鹏（左二）视察四川米易水上运动激流皮划艇项目国家队冬训基地时听取佘振苏的科研攻关情况汇报。 |
1998年岁末,北京大学首批聘请的“长江学者特聘教授”中,有一个令人瞩目的名字――佘振苏。他是世界湍流研究领域的知名学者、美国加州大学洛杉矶分校终身教授。
士逢知己:实验室来了长江学者
佘振苏在湍流研究领域成果卓著。1990年,他在Nature上发表的关于小尺度“强涡元的管状特性”的工作成果,被美国《今日物理》作了封面介绍。1994年,佘振苏和他的学生发现了She-Lev-eque(简称SL)标度律,这一成果被美国科学院院士卡达诺夫称为“标度律唯象理论的重要部分”。1995年佘振苏等推导出SL标度律的数学模型――对数泊松模型,则被美国工程院院士斯尼瓦森在1997年的《流体力学年鉴》上评价为是一个“特别有意义,受欢迎的,和具有巨大潜力”的模型。据科学网统计,1970年至2004年在美国《物理评论快讯》(PRL)发表的900余篇关于湍流研究的论文中,佘振苏的SL标度律和对数泊松模型两篇文章被引用频率分别列第一和第十位。这些在SCI网站上公开的统计数字客观地反映了佘振苏的湍流研究成果在国际湍流研究,尤其是在湍流理论创新思想中的学术地位。基于佘振苏在湍流研究中的重要贡献,1993年美国斯龙基金会授予他斯龙青年学者奖。
北京大学湍流研究实验室是在周培源先生的倡导下于1995年建立的。周老从加强基础研究的需要出发,推动了这个国家重点实验室的立项。然而,实验室成立初期,担任实验室主任的魏庆鼎教授就感到了实验室的人才危机。他希望找到一个能够将实验室托起并将它带到国际湍流研究领域最前沿的有志之士来接班。他盯上了当时正在美国加州大学洛杉矶分校数学系做终身教授的佘振苏。
1998年,国家提出要建设若干所世界一流大学。紧接着,一个今天在国内外产生极大反响的计划――“长江学者奖励计划”产生了。长江学者特聘教授的计划成就了魏庆鼎的“如意算盘”,也为佘振苏实现科学报国之志提供了平台。
1998年底,佘振苏接受了北京大学聘书,担任“湍流研究国家重点实验室”主任。1999年3月27日,佘振苏代表首批73名长江学者在人民大会堂受聘仪式上发言。作为长江特聘教授中首位美国一流高校终身教授,他被誉为“长江学者第一人”。
1999年以来,每年4月至9月,他在北京大学度过;3月和12月,他利用美国大学的假期回国工作;此外,他还利用美国的感恩节、总统节、退伍军人节等各种节假日以及前后没有教学安排的日子短期回国。多年来,他在国内的工作时间是早上八点到凌晨一两点钟,每天12―16个小时。一个学生说:“我上午看见他,他在工作;下午看见他,还在工作;晚上甚至到凌晨看见他,他仍在工作。”在美国期间,佘振苏也利用网络和电话保持与实验室的随时沟通,几年间用过的电话卡有厚厚一叠。
2006年3月的一天,凌晨6点,刚刚从洛杉矶飞回北京,佘振苏放下行李,匆匆问候了家人就直奔实验室。这天上午,他与国家体育总局水上中心的领导讨论备战奥运的科研工作;下午,与学生和助手讨论具体落实奥运项目。当时,佘振苏已经连续高烧了3天。傍晚,爱人到实验室接他。佘振苏太疲惫了,一上车就睡着了。当他睁开眼睛时,发现自己躺在了医院的病床上。他埋怨爱人小题大做,说自己根本没事儿。然而,当他被推进放射室拍胸片时,一阵剧烈的咳嗽,竟吐了血。爱人急得落了泪,他却笑着安慰说:“不要紧的,我没事的。”大夫说:“你必须休息睡觉至少两周,而且以后不能再过度劳累……”
他和他的团队没有辜负校领导的期望。短短几年,实验室快速发展:2002年,国家科技部的整改考核结果表明,实验室在项目、经费和论文发表等方面都比前几年增长了3倍;2005年,实验室再次被评为良好类国家重点实验室。统计结果表明,2000年至2004年间,重点实验室在PRL发表的湍流论文的篇数与普林斯顿大学、剑桥大学等相关实验室持平。在湍流原创性研究成果方面,重点实验室正在向世界一流大学实验室迈进。
1998年,佘振苏获得“国家海外杰出青年基金”;2002年,荣获“中国青年科学家奖”;2003年,他又获得“国家杰出青年基金”。几年的踏踏实实的工作,佘振苏赢得了力学界同仁的认同。
湍流激荡:带队勇闯科研路
什么是湍流?地面上卷起的狂风是湍流,湖海上奔涌的漩涡是湍流,机翼下甩开的云河是湍流,恒星、星系的形成过程还是湍流……
湍流就是在时间空间上出现的不规则图案的流动。自然界绝大多数流动都是湍流。大楼桥梁的建设、气象气候的预报、火箭升天、星系演化,没有哪一样能够离得开湍流研究。湍流研究成为近年来宇宙天体物理研究的热点,航天器进入大气层以后外缘的湍流问题更是航空航天领域著名的科学问题,美国、俄罗斯在二十世纪投入了大量的人力物力,对湍流展开了深入的研究,奠定了他们在航空航天界的霸主地位。中国航天资深专家庄逢甘院士说,湍流问题是制约我国航天技术发展的“卡脖子”问题。
湍流不但在众多研究领域和工程设计上有重要的应用价值,而且本身就是著名的基础科学“世纪难题”。维氏百科全书罗列了包括“时间箭头”、“宇宙非对称”在内的物理学22个著名难题中,湍流就是其中之一。描写湍流的数学模型经典的纳维斯托克斯方程,是美国数学学会悬赏百万美金求取相关证明的难题。
湍流研究的突破需要思想的创新。然而,在一个已有百年历史的研究领域讲思想创新,谈何容易!
我国力学界的泰斗钱学森发展的“开放的复杂巨系统”理论中有关“定性分类下的定量研究”的思想,对身在北京大学的佘振苏具有启迪性意义。日复一日,一个湍流研究的原创思路正在形成。
湍流是由湍流运动的有序部分与无序部分有机结合而成,恰恰是有序部分的性质随时而变,因地而异,两者结合,表现出丰富多彩和不可预测的特点。佘振苏在北京大学就致力于建立这样一个理论框架,通过对湍流无序到有序的结构系综的描述,将湍流基础研究与工程应用密切结合起来。这一在SL标度律理论基础上的新发展,不仅需要第一手的实验数据,还需要开发应用函数分解、结构识别、优化计算等复杂系统分析工具,是高难度的课题。
重点实验室的大风洞开始运转了,柱群尾流、管流、喷流、混合层等一个个流场在实现,大样本的湍流实验数据在北大产生了。
庄逢甘先生亲自担任湍流重大研究计划的专家组组长,亲自和佘振苏讨论复杂系统的理论问题;空气动力学家张涵信先生亲自开发出应用层次结构理论的湍流计算模型,给佘振苏很深的触动;理论物理学家陈式刚先生将层次结构模型列入自己开发湍流气动光学问题计算的核心计划,并多次派人邀请佘振苏到他的课题组进行交流,还带病参加佘振苏的报告会;崔尔杰先生和佘振苏一起探讨基础研究与工程实践的关系。
2002年8月,由佘振苏领导的重点实验室组织的“纪念周培源先生诞辰100周年暨国际湍流研讨会”在北京大学开幕,包括数名美国科学院工程院院士在内的来自世界各地的80多位湍流学者齐聚北京。除了国际学者的高水平报告外,一批我国年青的知名学者,如陈十一、吴雪松、符松、吴子牛、欧阳颀、夏克清、何国威、孙茂、沈清、刘宇陆、罗纪生、林建忠、李存标、吴锤结等都到会并作了精彩的报告,展现了我国年青湍流学者的风采。这些学者积极支持湍流国家重点实验室的各项活动,与佘振苏结下了深厚的友谊。正是这些朋友,使佘振苏对担当实现周培源先生振兴我国湍流研究的遗愿的重任充满信心。
几年来,在北京大学,佘振苏倾注最大心力的就是建设一支高水平的研究团队,他花费最多时间和精力的工作就是培养青年学者和学生,他甚至因此忽略了与外界的“社交”。
2003年,几个年轻人走进佘振苏的课题组:陈军、陈凯、史一蓬。陈军硕士毕业留在力学系工作已有若干年,这几年中,他目睹佘振苏在实验室建设上的投入,心中钦佩,也希望自己能尽快成长起来,为实验室的建设出一份力,于是报考了佘振苏的在职博士生。陈凯和史一蓬刚刚进入力学系工作,也希望在佘振苏指导下进入湍流研究这个挑战性领域。这个年青的团队在SARS横行、北京万巷空人的月份,开始了新的征程。史一蓬引进了叠代函数的概念,陈凯抓住了层次结构与流动结构的联系,陈军依仗长期从事流体实验所积累的直觉,在流动结构的定义、分类、计算和实验提取等方面下功夫。
在这探索的过程中,一批聪明勤奋的学生也迅速成长起来,几位博士后出站后,已在北京航空航天大学、北京大学、中国气象局等单位工作;十几名研究生从佘振苏身边毕业离校后,有的奔向了国内多所研究单位,有的正在美国斯坦福大学、霍普金斯大学、加州大学等知名学府继续深造,而他身边的学生也纷纷在各自的课题上取得显著的进展。
2004年全国湍流年会上,当年研二的张志雄和研三的刘建,以自己的投稿论文和出色演讲,分别获得研究生优秀论文的金奖和银奖,且得分遥遥领先;在2006年全国空气动力学研讨会上,佘振苏的助手和学生们提交的6篇论文被选录为会议交流论文,空气动力学会理事长张涵信先生频频表示:贡献很大、很大。
这些学生与他结下了深厚情谊。在一份教师节座谈会记录中,笔者看到了这样发自内心的声音:
“他给我的感受是一个字:真!他对待周围每个人都十分真诚,对同学们更是关怀有加。”
“我在做人的道理和处世的方式上有很大的收获。”
“佘老师既是高人又是真人,在学术上总能使我们打开思路,有‘柳暗花明又一村’的感觉,这是有目共睹的。”
“身为几十人的老师仍能对每位学生都付出如此的关怀,每次想到这我都觉得很感动。”
“当我看到佘老师头上的白发时,心里有一种很复杂的感觉:为了我们学生的成长,老师们付出的不仅仅是辛勤的汗水。”
赤心报国:八载奋斗志千里
2006年秋,在温家宝总理主持召开的教育座谈会上,清华大学原校长王大中院士建议,培养和引进并重,应设立海外著名学者引进计划,引进国外一流大学教授和终身教授。
佘振苏就是这样一位人才。事实上,在1999年3月人民大会堂代表全体长江学者作下承诺之后,他便让自己马上安静下来,把有限的时间实实在在地放在了办公桌上、实验室里、讨论会上。转眼间8年过去,他走着一条艰辛而漫长的科学研究之路。
就在佘振苏埋头于北大实验室潜心做研究的同时,他却常常被一个简单而直接的问题困扰着:“你什么时候回来的,这次呆多久?”人们下意识难以摆脱那种“又回国来转一转”的印象。这对于办事认真、已经把自己当作北大人的佘振苏,心中难免惆怅。一次,佘振苏参加一个学术委员会年会,主持人将佘振苏的单位介绍为美国加州大学,佘振苏认真地提出更改:“我的第一单位是北京大学”。确实,8年来,佘振苏所有发表的论文都是以北京大学为第一署名单位。有一次,一位前任主管副校长见到佘振苏时不经意地问了一声“什么时候回来的?”这引起佘振苏极大的不快,他答道:“你怎么也老是这样问?我根本就没离开。”
遇事豁达的佘振苏在这个问题上较了真!“士为知己者死”,传统知识分子的烙印深深印在这位有性格的学者身上。佘振苏多么渴望得到理解!
8年过去了,人们看到,从佘振苏跨进实验室的第一天起,他的理想和理念、他的步骤和措施、他的努力和拼搏,都从来没有改变过;8年过去了,北京大学力学系的师生们最清楚,佘振苏是怎样全身心地投入在重点实验室以及力学系的建设和发展中的。
佘振苏还是幸运的,他的同行们了解他,支持他,他们是佘振苏的坚实依靠。2002年,国际著名应用数学家林家翘先生在清华创建“周培源应用数学研究中心”。林先生在流体力学和天体物理领域做出过卓越贡献,而耄耋之年仍勤耕不辍,继续在生物学中的蛋白质结构研究这一崭新领域开拓探索。林家翘,佘振苏,这两位应用数学学者虽然年龄相差近半个世纪,然而灵犀相通。受林老先生和中心谢定裕主任的热情邀请,佘振苏担任由国际知名应用数学学者组成的中心学术委员会主任,几年来协助中心开展了多方面的工作。2005年11月,在院士选举后的第三周,流体力学界的院士们齐聚北大,与佘振苏一起商量依托北京大学筹备“全国湍流中心”的有关事宜,他们鼓励佘振苏不受干扰,继续前行;2006年7月,国家体育总局水上运动中心特聘佘振苏担任“首席科技指导暨备战2008奥运攻关组组长”;2006年10月,佘振苏被选为中国力学学会常务理事及副理事长。同仁们的期望和信任,为佘振苏准备了充分的精神食粮和抗干扰的免疫剂。
令人欣喜的消息在不断传来。SL层次结构标度律在众多的系统中被证实其有效性:在脑电波振动的信号中,在宇宙早期物资不均匀分布的脉动结构中,在多组分化学反应形成的螺旋波时空混沌场中,在生物DNA序列中核酸分子的复杂排列结构中……2006年2月,一批学者撰写的题为“大尺度低红移宇宙重子流与She-Leveque普适标度率”的论文发表在《物理评论快讯》上,SL层次相似律在宇宙演化动力学中被证实,佘振苏提出的最高激发态概念被成功地应用于刻画宇宙重子流特性。这意味着SL普适标度率可能是非线性世界脉动结构的普遍规律,可能对人类在更广阔的领域认识自然起到积极的作用。
佘振苏的团队没有片刻的放松,扎扎实实地从事着各项工作,不断在湍流研究、生物研究、和奥运科研工作中取得新的结果。最近,“自由剪切湍流中的层次结构”被国际著名的《流体力学》杂志录用;“进化树与进化速率估算的TREBLE方法”一文已被国际《生物信息学》杂志录用;佘振苏课题组设计的激流赛道在贵州国际公开赛中获得各国教练员、运动员的好评;佘振苏两名博士生在国家皮划艇激流回旋队担任一线教练,这些来自北大的“科技教练”,担当着训练国家奥运种子选手的崇高工作,开创了中国体育史上的先例;佘振苏的3名博士生取得激流项目的国际裁判资格;由于佘振苏课题组的出色工作,北京大学被授予“中国奥委会备战2008年奥运会科技合作伙伴”,这是迄今中国内地唯一获此殊荣的高校。
