石根华：一位数学家的41年传奇
发布:石根华 时间:2009-8-25 14:48:00 来源:《科学时报》 录入:技艺 人气:119
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1980年4月，石根华公派出国，参加美国数学会年会。在这个会上，他感到了一种巨大的压力。
“虽然我在国内工程学界很活跃，但在国际学术界，我发现自己没有地位；再回去后我不会相信自己是最好的。于是，我想在美国干5年。谁知最后一干就是20年。”他承受了出国不归的内疚和压力。
当时，许多美国的数学教授鼓励石根华重新做数学，但他还是愿意做工程。在加州大学伯克利分校做了一段时间工程师后，他师从世界岩石力学鼻祖Goodman教授。1988年，他获得了岩石力学岩石工程的博士学位。他说：“我低下头，放下专家的身份，重新成为学生。工程师需要谦虚，需要向别人学习。学习是一种进步，也是一种享受。”
在伯克利分校的土木系和劳伦斯国家实验室，他进行了岩石力学数值分析的理论和方法研究，先后创立了块体理论（Block Theory）和非连续变形分析方法（DDA，Discontinuous Deformation Analysis）。DDA用模拟岩体非连续变形行为的全新数值方法，抓住了岩体变形的非连续和大变形这两个物理本质。随后，他提出并在理论上证明了“数值流形”概念及其可行性，完成了被誉为“21世纪的新一代方法”的“数值流形方法”系统研究。
但是，这个理论的建立却经历了太多的磨炼。
在研究中，他们逐步形成了Goodman学派。“我们是岩石力学的工程立体学派，完全按地质的东西来进行计算。”Goodman学派驰骋国际学术界。石根华应邀到日本、瑞典、南美洲国家以及我国台湾地区等地演讲或合作。“我们当时太‘跋扈’了！麻省理工学院的教授到我们这里讲学，也怕我问问题。我一提问就可能让他下不来台，因为数学在我手里已经成为了武器。他首先要将我吹捧一通，然后才能上课。后来，由于我们没有自知自明，也不知道什么是自由、开放，这给我们带来了麻烦。”
在关键块体的研究中，他们遇到的一个最大问题是所谓的“开闭叠代的收敛”。他说：“在数学上这是非线性规划的问题，怎么解这么大的非线性规划？Goodman教授从1968年就开始解这个问题，他的几批法国学生都解不了。我去时，他已经放弃了。后来，别的教授对我说，‘你做有限元吧，你的功夫太好了，一定会成为非常出色的人’。”
然而，石根华在这个开闭叠代问题上做了6年也不行：“我知道这是不连续的大门，我敲不开这扇大门。”
从1983年到1989年，他的自信心跌到了零，“因为我觉得我的数学水平、我的资历是做不出这个问题的……我干了6年，到最后，没办法了，我用一台惠普计算机来算。出去玩了3天后，回来看这个叠代计算还在进行，我就知道不行了。我的经费是美国能源部支持的，我得老老实实告诉大家，我没有做出来。做叠代是不行了，我又回过头来再做块体理论。”
但在隐隐约约的情况下，他感觉自己不属于一个数学家，而是一名工程师，“从一名工程师的角度看，为什么计算不稳定而实际是稳定的呢？这个凳子放在这里，你撞它一下，它是稳定的？我在整个计算中把什么东西忽略掉了？是摩擦力吗？摩擦力不是问题，那是什么？是惯性！如果没有惯性，每个人都会撞到其他人。我们的计算就是没有惯性！”
惯性控制不是石根华首先发现的，是计算大师Desi发现的，但石根华发现这个计算中最关键的问题是在一个积分上。他将程序写出来，重新在计算机上算，终于发现，在这些方程中，每一块的叠代都过去了，直至600块、2000块。然而，他无法证明这个理论。后来，他才知道，这是个活动方程，如果只有一个开闭叠代点的话，肯定是收敛的，如果是两个的话，短时间内是独立的。
用了十多年时间，石根华终于算出开闭叠代是收敛的，却给他们的学派带来了灾难：“不连续的大门打开了。资本主义社会是个竞争时代，他们的学派影响了别的学派的利益。于是，Goodman教授不到退休年龄被强迫退休，我们的学派被解散了。”
Goodman教授对他说：“我走了，你也走吧!”
东山再起时
他们几个人进山隐居了。
石根华说：“Goodman教授到北加州一个海岸，那是一个画家与音乐家集中的地方，我搬到了内华达沙漠边缘的草原上，这是北美最大的高山草原。从此以后，学派消失了，我们无影无踪了。”
然而，在消失的这段时间里，他们的研究并没有消失。
石根华在山里买了80英亩地，住在一个大房子里，开始在数学上证明开闭叠代的理论，并作三维的开闭叠代研究。
几年后，他对美国坝基用基本程序进行了修改，将最现代化的概念整合进去，让这个程序非常好用。美国内务部垦务局用这个程序对西部开发局的主要坝基稳定情况进行了检查，但检查后感到不保险，找到Goodman教授做顾问审查，但没有告诉他程序是谁写的。
“我们彼此一直没有联系，后来Goodman教授一直追问这个程序，凭感觉认为这一定是我做的。他估计我的三维开闭叠代研究已经很厉害了，他知道我是不会停的。”石根华说，“多年以后，他开了8个小时车，从海边来到沙漠，找到我家。我给他看了我的东西，他吃惊地看到，现在我们走了这么远。他知道我们的学派不仅存在，而且要赢了。”
老朋友会面让石根华十分高兴，他为这次会面写下诗句：“风雪夜，故人惊喜，希尔纳东山再起。”他说，“希尔纳在旧金山的东面，是东山。东山再起时，我们都是满脸憔悴。我们老了，穿着农民的衣服，当年的盛气凌人、不可一世、持才自傲的态度没有了，但我们有力量。我们从此希望与别的学派和好，从此希望给社会做一些好东西。”
石根华在美国作科学研究取得了重要成果，却错过国内水电事业快速发展的时期。
1999年，他回到北京，见到了时任水电部部长的钱正英。2002年，长江科学研究院成立国内首家非连续变形实验室，聘请石根华为首席科学家。从此，他每年都回国讲学，对水电工程滑坡灾害的评价、预测及防治关键技术进行研究，用DDA方法进行滑坡启动到停止的运动全过程的数据模拟，验证了其动力学计算精度。
2004年，石根华来到位于甘肃省青海的拉西瓦水电站建设工地。他很高兴地说：“经过这么多年的修炼，我又回到了工程。我爬上海拔2200多米的高山，在开始的1个小时里，我第一次感到脚软，1个小时后，我逐渐恢复了本能，脚不软了，可以行动自如了。这么多年的深山生活没有将我拉得太远。我在业务上、精神上和身体上都追上了中国飞速发展的工程。”
2005年11月，总投资约240亿元的锦屏一级水电站在四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县和盐源县境正式开工建设，这里将建成年均发电量166.2亿千瓦时、305米高的拱坝，为世界第一高坝。
石根华说：“中国的水电工程都是惊天动地的。在最典型、最危险也是最震撼人心的工程中，锦屏算一个。这个工程比我当年参与的工程大得多。”石根华参与了锦屏工程的岩石力学计算。
回顾自己41年的工程师经历，石根华感慨万千：“在这个世界上，主要是靠解决问题的力量，职务、学位、经历等都不太管用。在出现问题时，能解决问题就成功了；失败一次，可能就是永远的失败。成功靠什么来保证？就是数学，在逻辑上靠数学，靠思维的严密，所有的东西，能够用上的，要武装到牙齿。”
“做一个真正的工程师，该有胆量时就要有胆量，甚至把自己的生命赌进去。但赌博不是工程师的性格，工程师是要求绝对可靠的，工程师不是赌徒，在任何情况下都要将所有的东西做好。”
他对中科院计算数学所的研究生们说：“从采矿、水库大坝到地下隧道工程等，世界各国的工程师面临太多的危险。在这些方面，数学是非常有用的，我们周围的人都需要数学。我希望下一代的数学家们，特别是你们，站在计算数学与工程之间，最重要的是用发明出的一些数学方法和工具，写出很好的教科书，把数学交给工程师，追上这个时代。”