华先生教我学计算数学

综合
编辑 尧版式 院张虹 校对 院王剑 圆园10 年 10 月 13 日 星期三 栽藻造押渊园员园冤愿圆远员源缘愿3 82614597 耘原皂葬蚤造押news岳
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华先生教我学计算数学华ຫໍສະໝຸດ 庚诞辰最薄材料展现应用神奇
（上接 A1 版） 薄是因为石墨烯是由碳原子构成的二维晶体， 厚度只有一个原子。强度高是因为它虽然薄到极致却非常致 密， 即使原子尺寸最小的氦也无法穿透它。 “之所以过去认为单层石墨不能稳定存在，是因为它的 但石墨 结构太完美了， 在理论上不符合热力学的稳定性需求， 张广宇解释说。 烯打破了原有的概念。” 在短短的 6 年时间里， 石墨烯给物理学界带来了无限的 意义。 海姆的工作是在科学界引起人们广泛注意 张广宇认为， 的第一个工作。2004 年以前， 这种材料也有不少人关注过， 并 且也有人偶然得到过， 但是没有人意识到它的重要性。 现 “从 2004 年发现石墨烯后， 这个领域呈现爆炸性增长， 把 在全世界有很多科学家在这个领域内做非常前沿的课题， 科学研究推进得非常快。他们的发现在凝聚态物理学领域非 常重要。” 张广宇说， 这也是海姆和诺沃肖洛夫在 6 年之后获 得诺贝尔奖的重要原因。 这种神 科学界都在关注石墨烯的研究进展。可以想象， 奇的材料一旦投入实际应用将给人类社会带来多少革命性 的变化。
天文学不仅是古代科学的源头和摇篮， 也 是近代科学的重镇和前沿。在银河系的万家灯 火中， 人类在一盏叫做太阳的温暖灯光下成长 了自己的文明， 并向着辽阔的宇宙张望。我们 今天已经把望远镜伸向 100 亿光年之外的太 空深处，我们的航天器已经飞向茫茫银河之 滨。 我们已经在探索黑洞、 类星体、 暗物质、 暗能 并推究宇宙的起源和终结。大自然 量的奥秘， 也 许正 是 通过进化出 人类 来实现 自我 认识 的。 1933 年芝加哥世博会没有请总统按下金 键钮。开幕式的指令来自遥远苍穹的 “星星之 火” 。叶凯士天文台用 1 米口径、 世界上最大的 折射望远镜对准牧夫座 α， 即北半球夜空最明 亮的大角星， 将捕捉到的光线转化为电信号输 开启了展区的万 送到世博会的阿德勒天文馆， 盏华灯和千尺喷泉。大角星距离地球约 40 光 因此 1933 年 芝加哥世博会的大角 年， “到达” 星光线恰恰是 1893 年芝加哥世博会期间“出 的。这一设计最巧妙地体现了两届世博会 发” 的传承和联系。大角星由此变得家喻户晓。三 五成群的公众仰望星空指指点点， 成了这届世 博会的独特景观。 1851 年伦敦世博会上， 著名的罗斯天文望 远镜和库克天文望远镜便巍然 雄踞在水晶宫 中央。 1867 年巴黎世博会的西克雷坦公司大型 天文望远镜、 1876 年费城世博会的海军天文台 望远镜，都点染着展区的现代气息和科技品 叶凯士望远镜的 位。1893 年芝加哥世博会上， 便迫不及待地向公众展示 镜片尚未打磨成功， 了 18 米长的镜筒和 18 吨重的镜身。最轰动一 时的望远镜 出现在 1900 年巴黎 世博会上， 这 是法国人德隆科尔制造的长 60 米、口径 1.25 。超高超重的身躯根本无法竖 米的 “观天巨眼” 只能横卧在离地面 7 米高的水平支架上， 起， 靠 一面镜子反射输入光线。这台望远镜完全是为 并 没有考虑 实用性， 世博 世博会展览制作的， 会闭幕后找不到一家买主，只能以解体告终， 仅剩下硕大的镜头还保存在巴黎天文台， 成为 望远镜制造历史上科研与经营双 重失败的 典 型案例。
（中国科学院院士） 阴石钟慈
而此时的新中国还在战后恢复中， 的发展， 这方 面的技术完全是空白。华先生了解到中国要发 就必须发展计算 技术 （包含 计算 展科学技术， 。因此， 在 1956 年我 机、 程序设计和计算数学） 就有 国第一个 《十二年科学技术发展规划》 中， 了包括电子学、 半导体、 自动化、 计算技术在内 的 “四大紧急措施” 。中国科学院委任华先生为 计算技术研究所筹备委员会主任， 负责计算机 华先生心中清楚， 和计算数学的发展。 计算机和 计算数学对国防建设和国民经济的深远影响， 所以他鼓励我去学习计算数学。他积极筹办新 的研究所， 并苦口婆心动员一批年轻人进入这 一新的领域。 为了国家的需要， 不懂也 要去学， 华 先生 那种敢于探索的 勇气 和一 片赤 子爱 国心 教育 了我， 激励着我。 他亲自 带着我们一批年轻的
100
周年
纪念专栏
1955 年秋，我从复旦大学数学系毕业， 分 配到中国科学院数学所工作。当时， 所长是传 奇数学家华罗庚先生。这里可是许许多多数学 学子们梦寐以求的地方， 当时我别提有多高兴 华先生找 了。然而， 不久我就扫兴了。有一天， 很严肃地说“ ：根据国家需要， 我谈话， 组织分派 我一下子懵了， 什么是计算 你去搞计算数学。” 数学？数学研究所里哪几个名家是搞计算数学
未来应用需时间考验
诺贝尔奖评审委员会认为，石墨烯可以应用于晶体管、 同时有望帮助物理学家在量子物理 触摸屏、 基因测序等领域， 学研究领域取得新突破。 因其厚度只有单个原子， 因此 石墨烯这种材料很独特， 是严格意义上的二维材料。张广宇说， 不同于普通的三维材 尤其 料， 因为受到维度上的控制， 石墨烯会显示出限制效应， 是量子的限制效应， 这就导致很多新的物理现象的出现。 无论 张广宇认为“ ：这种二维材料带来了很多新的意义， 能源领域和器件制造等方面， 是物理学、 化学， 还是信息领域、 都是非常有前景的材料。” 石墨烯被认为可以作为替代传统半导体材 在信息领域， 科学家们也已经着手研究。 料的新材料， “想要真正可行， 还需要大量的基础研究工作。目前， 一 还需要科 些原型器件已经做出来， 但以后是否能大规模集成， 学家去努力。” 张广宇说。 石墨烯在信息领域的另一个应用是成为信息载体。因为 与高温超导体、 磁性 石墨烯是具有自旋量子效应的特殊材料， 更容易获得和使用。张广宇说， 石墨烯中有很多较 材料相比， 比如量子霍尔效应在其他材料体系中要 为独特的量子效应， 而石墨烯在普通环境 得到， 需要非常苛刻和极端的环境条件， 下就可以有量子霍尔效应， 是很完美的一种材料。 在能源领域， 石墨烯还可以用作电极材料。石墨烯是理 论上最薄的材料， 可用作透明导电膜的制造。 “石墨烯材料光的透过率在可见波段大于 97%， 导电性能 石墨烯就可以与稀有且昂贵 也非常好。 ” 张广宇说， 这样一来， 的氧化铟锡 （ITO） 相竞争，而氧化铟锡普遍用于有机 LED （OLED） 显示器透明电极中。 石墨烯可以提供成本 美国斯坦福大学研究人员曾表示， 更低、 更薄、 速度更快的替代方案， 与 ITO 相比， 石墨烯的电 这 子迁移率较高， 能把电极做得更薄、 更透明， 导电性也更好。 些优势大大有利于超薄柔性 OLED 显示器的开发。 据了解， 韩国三星公司的研究人员已经制造出由多层石 墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏。 张广宇认为， 石 “已经有很多展示性的产品做了出来。” 是很有前途 墨烯用作透明导电膜的各项参数已经达到标准， 石墨烯用在高频器件上的研究还很少， 据 的产业方向。不过， 了解， 美国军方已经投资几十亿美元在石墨烯高频器件研制 上。 此外，石墨烯用来做传感器也是很重要的一个产业方 向。 不同于 “现在， 我的一个工作就是用石墨烯来做传感器， 信号的灵敏度可以提高 一般材料， 石墨烯的原子都在表层上， 并且由于碳原子的键长是自然界最短的键长， 因 几个数量级。 ” 张广宇说， 石墨烯是做化学、 生物传感器非 此结构非常稳定。 常好的材料。 张广 不可否认， 石墨烯是未来非常有潜力的材料。但是， 还需要 宇也认为， 石墨烯走向市场， 要考虑的因素还有很多， 时间。 石墨烯未来的应用， 需要科学家和工程技术人员不断往 仍然是不确定的。” 前推进。 “如果现在说具体的应用，
大 学 毕业生 一 起 探索， 分 头 找 资料 ， 先 自学， 学习最初步的计算数学。 这 再聚在一起讨论， 种形 式的讨论班 从 1955 年下半年 开始， 在数 可以说， 学所大约坚持了半年多。 这就是新中 国计算数学的开始。在 这期间，我 从不很愿 意， 到跟着走， 最后心甘情愿地留在计 算数学 这个领域，成 为中国计 算数学队伍 中最早的 一批，华先生 则应当算是中国计算数 学最早 的领导人。 1956 年 秋 ， 我 被 中 国 科学 院派 往 苏联 科 学院数学研 究所学习计 算数学。我一辈子都 不会忘记最初的启蒙老师， 衷心地感谢华先生 的鼓励和教导， 领我进入了这个新的数学领域。 现在回想起来，能在华先生身旁学习和工作半 年多， 受到他的教诲和熏陶， 使我后来在数学的 学习和研究上受益匪浅。 电设备同时发动， 2000 个气球腾空而起。这一 开启仪式无疑最能紧扣“太空时代的人类” 主 题， 和 1933 年用大角星光线启动芝加哥世博会 相比， 天文学更加突飞猛进“ ，射电天文学” 已经 成为异军突起的全新分支。 原 来只是 电磁波 人类眼中的 “ 万紫千红 ” ， 中 380 纳米到 750 纳米波长的 “可见光” 对于 ， 红外和紫外的波段我们就 “有眼如盲” 光学望 “视而不见” 了。射电天文学的观测领域 远镜也 是天体发出的无线电波,波长从 1 毫米到 30 米 之间。这是我们通过大气层瞭望太空的又一个 宝贵窗口。1931 年 8 月， 贝尔电话实验室工程 师央斯基为了搜寻无线通讯中的天电干扰， 在 安装在 新泽西制作了一架 30 多米长的天线阵， 这座 “央斯基旋转木 4 个福特 T 型汽车轮子上。 马”无意中接收到了来自人马座方向银河系中 从此宣告了射电天文学的 心稳定的无线电波， 美国工程师雷伯制造了第一架 诞生。1937 年， 射电望远镜， 并在 1941 年扫描天宇， 得到最早 的银河系射电天图。由于可见光在传播中会被 星际尘埃阻挡， 而无线电波却可以长驱直入， 还 “非热辐射” ， 有些天体只发出 因此射电望远镜 送来了许多新的谜团和答案。望远镜的空间分 和波长成反比， 辨率和口径成正比， 无线电波段 难怪射电望远镜 的波长比光学波段长百万倍， “大模大样” 和 “大摇大摆” 个个看上去都 了。英 国洛弗尔射电望远镜口径 76 米， 澳大利亚帕克 德国埃费尔斯贝格射 斯射电望远镜口径 64 米， 电望远镜和美国格林班克射电望远镜口径均为 100 米， 1963 年建成的阿雷西伯射电 望远镜口 径达 305 米。 英 国科学家赖尔 1946 年便制造 出射电干涉仪，将一定 距离下两个 天线信号 的相位进行叠 加，从而提 高射电望远镜分辨 率。1971 年在剑桥大学建成综合孔径射电望 远 镜， 8 面 13 米口 径 的 抛 物 面 天 线 排 列 在 荷兰 、 澳 大利 亚、 5000 米 长的 基 线上 ， 美国 、 射电望远镜的灵敏度、 分辨率 印度急起直追 ， 和成像效果已经和光学望远镜并驾齐驱了。类 星体、 脉冲星、 星际分子、 微波背景辐射， 20 世 纪 60 年代天文学的这 “四大发现” 都是射电望 远镜划时代的独特贡献。 （未完待续）