文化 史事留痕
沉默而閃光的基石 "兩彈一星"功臣馮康的故事
華夏經緯網   2017-08-02 14:59:06   
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  馮康銅像。

  我國第一顆原子彈爆炸成功。東方IC供圖

  曾任中科院黨組書記的張勁夫在1999年5月6日《人民日報》發表的《關於中國科學院與“兩彈一星”的回憶》一文中寫道:“‘兩彈一星’的真正功臣,還有原子能所的著名物理學家王淦昌,物理學家彭桓武、朱洪元,科學院的數學家關肇直和馮康……請歷史記住他們!”是的,歷史應該記住他們。其中提到的馮康除了“兩彈一星”功臣的身份,更是一位傑出的數學家,與華羅庚、陳省身組成了中國數學的“三駕馬車”。馮康投身“兩彈一星”一直是個秘密,是沉默的基石,而中國科學院及其科學家,不也正是今日整個中國的基石?必須向基石致敬,他們的故事沉默而閃光。

  “123”任務組與“21基地”

  整個五層都是超級機密。士兵們像在基地一樣筆直,甚至更筆直,沒有坐下,一直站著,站成了弧形。

  1960年3月,春寒料峭,北方的雪尚未消融。一天早晨,一隊解放軍士兵穿著厚厚的冬裝,來到中關村南街中國科學院計算所。不久前這裡還是莊稼地,現在是中科院辦公區,連片的灰色辦公樓在更廣闊的田野構成獨立的超現實的街道,有點“天空之城”的味道。此前,中科院諸多院所分散在老城,計算所原來一直在西苑大旅社辦公,租了四層一層,1958年成為“天空之城”的一部分。辦公樓很新,但因為是深灰色,不顯新,很低調。

  士兵沒帶武器,倒是帶著挎包、文件包,有的帽子下邊還戴著白邊眼鏡。儘管沒帶武器、文質彬彬,但這小隊士兵看上去仍不尋常。這是科學重地,灰調,安靜,士兵的到來又平添了一種神秘的類似基地的氣氛。如果是一兩個士兵只是顏色有點跳,構不成什麼,但如果是七八個,一隊,就是武裝力量。

  士兵到了三樓,見到了同樣神秘的馮康。馮康個子不高,甚至有些駝背,但是目光平靜,淡然,帶著士兵上到五樓。門衛對士兵重新一一核驗證件、相片、介紹信,比進樓門時還要嚴格,馮康耐心等待,有時看一眼窗外。履行完所有程式,馮康帶著士兵到五樓自己專門的辦公室。

  是的,這是馮康在五樓的辦公室,在三樓還有一個。這個辦公室的不同在於沒有任何標識,只有門號,803,沒人知道這數字是怎麼回事。這層樓所有房間都是編號,如果你想按標識尋找辦公室根本不可能。辦公室的堶惜]沒有任何特色,甚至看不出這個辦公室到底是幹什麼的。

  這是“123”任務組辦公室,超級機密,整個五層都是超級機密。士兵們像在基地一樣筆直,甚至更筆直,沒有坐下,一直站著,站成了弧形。馮康坐在辦公桌前,如同將軍一樣,問了“21基地”的生活情況,比如吃什麼,事實上已超出了範圍。馮康當然不是將軍,是數學家,但他的眼中卻有類似的東西。

  馮康是三室業務指導,指導著下面七個任務組,後來又增加了“123”任務組,單列,沒進入任務組序列。七個任務組都分佈在三樓,有十幾個房間。單列的“123”任務組在五層,這樣馮康就有了兩個辦公室,三樓一個,五樓一個。這個任務組的人可以隨便到三樓來,三樓的人卻不能隨便到五樓,除了馮康。馮康任何時候都不需要檢查,倒是他有時檢查一下門口的士兵。

  “123”任務組下面又分三個小組,分別是流體力學、空氣動力學與衝擊波數值計算。此外五層是機房重地,有兩台電腦——103機、104機,佔了兩個很大的房間,這也是五層戒備森嚴的主要原因之一。

  當時,整個中國就這兩台電腦。

  馮康帶著士兵看了機房,將七個士兵分到了三個小組。三個小組分別與導彈、原子彈、衛星相關。來自“21基地”的士兵也不是普通士兵,脫了軍裝與五層剛分配來的大學生也沒什麼不同,他們也都是畢業不久的大學生,都來自一流學校,北大的,清華的,哈軍工的。

  但既穿了軍裝,又來自遙遠的基地,他們就是純粹的軍人,他們一絲不茍,臉帶著風霜,大自然的作用非常明顯,即便戴著眼鏡。不過因為年輕,他們的臉不是黑而是紅,紅撲撲的。蘇聯專家撤走了,他們來到中國最高的數學殿堂,求助這裡的數學家。他們站得筆直,動作乾淨利落,不時條件反射地敬禮,每見一位老師都畢恭畢敬,軍容畢現。他們來這兒工作,學習,完成攜帶的任務。他們代表的不僅僅是個人,也是“21基地”。

  “21基地”,世界上最神秘的基地之一。類似的基地,美國有“51區”,蘇聯有“塞米巴拉金斯克-21”,英國有“馬加林”,法國有“穆魯羅瓦”,中國有“21基地”——下轄羅布泊原子彈實驗場。“21基地”建在馬蘭,一個在當時中國地圖上找不到的地方。馬蘭位於新疆中部,距巴音郭楞蒙古自治州和碩縣烏什塔拉鎮南5公里,北臨天山山麓,西鄰博斯騰湖,東托羅布泊——中國核子試驗場——係戈壁大漠的邊沿地帶。事情開始於兩年前,1958年8月,張蘊鈺被中央軍委任命為中國核子試驗部隊主任,翌年1月張蘊鈺陪同“總參”總裝備部部長方毅、工程兵設計院院長唐凱,由北京飛往新疆戈壁大漠,在已確定的羅布泊場區進行空中視察,回來後形成在此建核基地的報告。國防部批准了報告,並通知新疆軍區,0673部隊進駐新疆。

  部隊走著走著,在和碩縣烏什塔拉以南一塊白地停下來。這裡雖無可耕地、無草木,但地下水源十分豐富,位置也大體合適,東距試驗場區250公里,北靠天山,西20公里處有博斯騰湖;作為戈壁大漠,這裡有很少一點馬蘭草,那就叫馬蘭吧,馬蘭從此得名。不到兩年,這裡有了醫院、學校、招待所、辦公樓、宿舍、禮堂、廣場、軍人服務社、汽車修理廠、軍用機場,世界多了一個神秘地區。

  基地與1957年中國和蘇聯簽訂的《國防新技術協定》有關,根據協定,蘇聯明確承諾向中國提供原子彈數學模型與圖紙資料。翌年中國負責核武器研製的第二機械工業部(二機部)第九研究所(九所)在北京成立。“21基地”正是在這樣的背景下誕生的。但是剛剛起步不到兩年,1959年蘇聯方面致函中國,拒絕向中國提供原子彈的數學模型和技術資料。隨後又照會中國政府:決定撤走在華的核工業系統的全部專家,停止供應一切技術設備和資料。中國的一窮二白立刻暴露無遺,窮不用說了,白,具體在原子彈研製上來說,就是沒專家。無奈之下,錢學森向錢三強推薦了郭永懷。

  飛鳥與青蛙

  馮康還是一個語言的天才,通曉英語、俄語、法語、德語、義大利語、日語六門外語。因此不懂原子彈沒關係,看,直接看大量外文資料。

  郭永懷臨危受命,與王淦昌、彭桓武形成了在蘇聯專家缺席的情況下中國核武器研究最初的三駕馬車,這至關重要,幸好中國有這三個人。然而,事實上他們這三人都不是原子彈專家(而計算所三室的馮康更不是)。王淦昌僅是理論核物理學家,彭桓武也是,兩人各自在自己的領域取得過傑出成就。郭永懷當時任九所副所長、九院副院長,主要負責力學和工程方面的領導工作,接受原子彈任務時,他領導的九院一無圖紙、二無資料。

  九院的依託單位是中科院計算所,這是必然的,共和國最傑出的數學家在這裡,不找這裡又找哪兒呢?事實也是這樣,一個國家的科學院是這個國家的發展後盾。九院交給中國科學院計算所——確切地說三室,大量計算任務,如原子彈圓爆的衝擊波、部分流體力學,不僅原子彈,同時還有導彈,兩者是不可分的。這是個特殊的任務,儘管從7個任務組抽人成立了“絕密123”特別任務組,儘管那時整個國家僅有的兩台電腦——103機、104機放在了計算所,但有關原子彈,特別具體到原子彈的圓爆衝擊波,以及與導彈相關的流體力學,數學家們都沒接觸過,更何況所堣j部分是年輕人,有的甚至比來自“21基地”的士兵還年輕。但是三室還是接下了任務,馮康作為業務指導。

  敖超,1958年畢業于北京大學數學力學系,在計算所工作不過兩年,便被抽調到戒備森嚴的五樓工作,那時在“絕密123”任務組已是一個分小組的組長。現在敖超還記得,當時計算所相當部分人是研究電腦的,所堛犒q腦有一間房子那麼大,103機與104機佔了兩間房子,但它們的計算能力只有1000多個單元,1000多個字節。多少年後敖超還記得當年電腦那碩大的機身,無數的紙孔。敖老說現在一個手機就是4G,4G是多少呢?就是4的49次方。那大房子是4G的幾十萬分之一。七機部、二機部、二院,不斷交來一些課題,關於導彈的,關於原子彈的,甚至還有衛星的。敖超這個分小組研究原子彈爆炸衝擊波,研究破壞力與防禦的措施,建築物要造得多堅固才能防衝擊波,這是空氣動力學問題。但是要計算原子彈爆炸衝擊波,單靠那一間房子的電腦仍很困難,而且雖然有了電腦,可是最終沒有方法也不行。

  敖超學的是數學動力學,雖然當了小組長,可從沒接觸過原子彈。那時馮康正搞世界性的“有限元”研究,沒接觸過原子彈,想都沒想過這件事。也幸好馮康是“飛鳥”型的數學家,憑著學術水準可以俯瞰一些東西。數學物理學家弗堸牷P戴森在《飛鳥與青蛙》一文中寫道:有些數學家像飛鳥,而另外一些像青蛙。飛鳥翱翔于高空之中,遊弋于數學的廣袤大地之上,目及八方。他們著眼于那些能夠統一我們思考的概念,時常將領地當中不同區域的分散問題聯繫在一起。青蛙則棲息于泥沼之中,所見不過是附近生長著的花朵。他們著眼于特殊目標的細節,每次只解決一個問題。

  馮康既是飛鳥,又是青蛙。作為飛鳥,他可以從更高的數學角度看待原子彈、導彈、衛星。馮康早年畢業于中央大學數學系與物理系,五十年代初曾到蘇聯研修,是蘇聯偉大的數學家龐特堥金的學生。有人說馮康的性格也有點像龐特堥金,也就是說才華決定了他們某種高蹈而直率的個性。

  馮康還是一個語言的天才,通曉英語、俄語、法語、德語、義大利語、日語六門外語。因此不懂原子彈沒關係,看,直接看大量外文資料。

  中國的原子彈就是這樣白手起家的。敖超說:那時要是沒馮先生抓這件事還真不行。馮先生不僅是數學家,還懂物理、機械,外語又好,後來“文革”中說他是“七國特務”就是這麼來的。他這個後來所謂的“七國特務”那時先看了很多文章,他不是一定要從頭到尾看,了解重要性即可,瀏覽一下要點,知道這個說的什麼,哪些個地方有特色,有新東西,創造性在什麼地方,然後分頭交給“絕密123”任務組的人。

  另一個幕後英雄

  “原子彈方面,我們當然還談不上創造,主要是研究蘇聯和美國。主要是研究他們那些方法,但是我們通過自己的努力摸索出來了。”

  與此同時,在三樓,馮康的日常工作是指導三室展開理論研究工作,在完成國家急需重大任務之餘寫出高品質高水準學術論文。其中的“無黏超音速繞流數值計算和初邊值問題差分方法研究”工作,無論在理論上還是實踐上都有所突破,獲得許多成果,為國防部門計算出了大量有關的數據,特別是為中國早期的航空航太事業做出了重要貢獻。這一領域的數值計算問題是當時國際上公認的難題。

  當時的另一個難題是原子能反應堆的物理計算,需要求解玻耳茲曼方程。這個問題的難度在當時更大,馮康“鳥瞰”數學力學,提出從積分守畯麮z出發建立差分方程,具體指導“絕密123”任務組推導出解決玻耳茲曼方程的一系列守畬璁﹛A在製造原子彈的實際計算中獲得了成功。同時在理論分析方面也做了一些重要研究,為中國早期的原子彈試製和第一艘核潛艇上核反應爐的設計提供了可靠數據與數學模型。

  “那時候,”五十年後敖超說,“原子彈方面,我們當然還談不上創造,主要是研究蘇聯和美國。主要是研究他們那些方法,但是我們通過自己的努力摸索出來了。應該說通過幾年工作,從原來的一窮二白,後來慢慢地也有些接近他們的東西了。”

  1964年10月16日下午3時,馬蘭,遙遠的“21基地”,羅布泊上空,中國第一顆原子彈爆炸成功。美國人驚訝,蘇聯人更是震驚。中國第一顆原子彈便採用了“內爆”型。所謂“內爆”型是將大量炸藥起爆的能量壓向內心,產生高溫、高壓,使內心堛漁盓鰹ぎㄔ肸硉嚽隉A釋放出大量核能。這樣做的困難在於炸藥起爆後,如果能量並不是完全向內心壓縮,而是向四週擴散,這就無法實現核裂變。

  面對這一技術難題,中國的科學家經過無數次的理論計算和試驗,從北京的中關村到“21基地”,從青海的金銀灘,到新疆羅布泊,從小型到中型到大型,從局部到整體,一步一步地試下去,最後實現了炸藥起爆的能量完全壓向內心,突破同步聚焦技術的世界性難關。當時計算所的士兵們就在爆炸現場,他們出色地完成了從計算所五樓到“21基地”再到羅布泊的任務。他們知道誰起了至關重要的作用,誰一次次給他們上課,講解,指引路徑。

  時間到了1999年,新中國成立50週年之際,當年的幕後英雄走出了時間深處的帷幕,國家表彰了23位“兩彈一星”的科技專家,其中的鄧稼先、于敏、王淦昌、郭永懷現在早已為人熟知。沒有馮康。與別人不同的是,作為數學家,馮康在彼時早已聞名海外,他的主要成就並不在核武器上,作為幕後英雄似更為合適。不過慶功會上,中國科學院第一任黨組書記張勁夫沒有忘記馮康,在談到“兩彈一星”的功臣時,他專門提到了馮康,稱馮康是“另一個幕後英雄,‘兩彈一星’的功勳機109丙機有馮康的一份功勞,他的演算法起了重要作用”。

  有限元

  牛津大學教授特列菲坦在他撰寫的“數值”分析一文中,對計算數學的發展做了千年回顧。劉徽之後,第二個中國人的名字是馮康。

  馮康作為數學家的故事當然遠沒有結束,儘管他所有的故事差不多都在歷史的“褶皺”中,但歷史不會靜止不動,總有人從“褶皺”中走出。

  1965年5月,全國電腦會議在哈爾濱召開,馮康在會上正式做了“基於變分原理的差分方法”的報告,並將報告發表于1965年第4期《應用數學與計算數學》期刊上,題為“基於變分原理的差分格式”。

  這一傑出的論文用高深的數學理論,在極其廣泛的條件下,證明瞭基於變分原理的差分方法的收斂性和穩定性,建立起有限元方法嚴格的數學理論框架,為有限元方法的實際應用提供了可靠的理論基礎,被西方學術界認為是中國學者先於西方創造了有限元方法理論的標誌。

  1981年,法國數學家,曾擔任國際數學家聯盟主席、法國科學院院長的利翁斯院士訪問中國,對馮康和他領導的團隊在1965年關於有限元方法的重大發現給予了高度的評價。利翁斯在那年的世界數學大會上說:“馮康的有限元方法意義重大,中國學者在對外隔絕的環境下獨立創始了有限元方法,在世界上屬於最早之列。今天這一貢獻已為全人類所共用。”

  1982年,馮康與利翁斯一起主持了“中法有限元討論會”,馮康與弟子余德浩聯名發表了論文《橢圓邊值問題的正則積分方程及其數值解》。這是“中法有限元討論會”的兩個最主要的報告之一。同年,馮康獲得特邀,在國際數學家大會上做45分鐘報告,報告的題目就是“有限元方法與自然邊界歸化”。國際數學家大會每四年舉行一次,首屆大會1897年在蘇黎世舉行,除兩次世界大戰期間外,未曾中斷過,已成為高水準的全球性數學科學學術會議。出席大會的數學家的人數,最多的一次是4000多人,每次大會一般都邀請一批傑出數學家分別在大會做45分鐘學術報告。

  國際數學界認為,由馮康開創的有限元研究,在其後的數十年中,經捷克、美國、法國、義大利等許多學者的廣泛參與,最終確定了有限元的逼近性質、逼近精度、有限元尺寸和多項式階次的關係,使有限元方法實現質的飛躍。在這些分析中,廣義函數論、索伯列夫空間理論、偏微分方程的希爾伯特空間方法等現代數學理論都起著重要的作用。而毋庸置疑的是,有限元法的發現,也讓馮康成功步入世界級數學大師的殿堂。

  2006年英國牛津大學教授特列菲坦在他撰寫的“數值”分析一文中,對計算數學的發展做了千年回顧,其重大成就的列表中第一項是“西元263年,高斯消元法。劉徽、拉格朗日、高斯、雅可比。”第九項是“1943年,有限元法。柯朗、馮康、克勞夫。”劉徽之後,第二個中國人的名字是馮康。

  另,根據狄多涅的純粹數學全貌和岩波數學百科全書,綜合量化分析得出的“二十世紀世界數學家排名”,其中進入前200名的中國人(包括美籍華人)共有7位,分別是:陳省身、華羅庚、馮康、吳文俊、周偉良、丘成桐、蕭蔭堂。2002年,國際數學家大會在北京舉行,時任國際數學家聯盟主席的帕利斯在開幕式上說:“中國數學科學這棵大樹是由陳省身、華羅庚和馮康,以及谷超豪、吳文俊和廖山濤,及最近的丘成桐、田剛等人培育和奠基的。”

  1993年8月17日,馮康在浴缸前不慎滑倒,與世長辭。馮康的辭世,震動了國際數學界,美國著名科學家彼得·拉克斯院士專門撰文悼念馮康:“馮康提出併發展了求解Hamilton型演化方程的辛演算法,理論分析及計算實驗表明,此方法對長時計算遠優於標準方法。在臨終前,他已把這一思想推廣到其他的結構。馮康先生對於中國科學事業發展所做出的貢獻是無法估量的,他通過自身的努力鑽研並帶領學生刻苦攻堅,將中國置身於應用數學及計算數學的世界版圖上。馮康的聲望是國際性的,我們記得他瘦小的身材,散發著活力的智慧的眼睛,以及充滿靈感的面孔。”但知道“馮康是誰”的人依然很少。作為聞名世界的數學家馮康在中國或許是最神秘的,這種神秘性也給歷史留下了空間。

來源:北京日報

 

 

責任編輯:虞鷹

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