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成电先驱-小记“中国微波之父”林为干院士

2021-09-11   电子科技大学长三角校友会   阅读量:1008

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林为干


    林为干,1919年10月20日出生于广东省台山县。1939年毕业于清华大学获工学学士学位。1945年9月赴美留学,1951年毕业于美国加州大学伯克利分校,获博士学位。1951年8月放弃美国优厚条件,克服困难辗转香港回到祖国,先后任教于岭南大学、华南工学院(现华南理工大学)。1955年,协助吴立人筹建成都电讯工程学院,1958年2月举家西迁至成都电讯工程学院,任院长助理,同年12月任成电科学研究咨询委员会主任委员;1980当选为中国科学院院士;林为干长期致力于微波理论与技术研究,是新中国五十年重大贡献科学家之一。他先后出版著作四部,公开发表学术论文300多篇,在闭合场理论、开放场理论和镜像理论方面作出了卓越贡献。林为干先生1978年参加全国科学大会,获优秀科研成果奖,并获“在科学技术工作中作出重大贡献的先进工作者”称号;2015年林为干院士在成都千古,享年96岁。


    在成电的校园里有三座雕像。


    第一座是人类历史上伟大的物理学家、经典电动力学的创始人麦克斯韦。大学物理的课堂上有位成电的教师曾这样说到:“几乎所有的成电人都在研究麦克斯韦方程组,一名理工科的成电学生如果不知道麦克斯韦方程他是不合格的。”这句话从侧面反映了麦克斯韦之于成电根基层面上的重要性。毫无疑问,麦克斯韦方程是我们所有电子电路研究的基石,是我们成电的根。


    第二座是成电的第一任院长吴立人。吃水不忘挖井人,拓荒者的功绩想必不用多说。东湖湖畔撩人的夜色里,一群成电最优秀的年轻人在夜跑,他们的背上写着遒劲的书法“立人”两个大字。偌大的成电校园里,有一座高大宏伟的教学楼,名为“立人楼”。成电培养尖端人才、最优秀的班集体叫“立人班”...如此等等不胜枚举,实至名归,吴立人是我们成电的魂。


    第三座是一尊半身雕像,毗邻电子工程学院楼下的麦克斯韦像,下面刻着一句烫金格言:“做一辈子研究生”。他就是被誉为“中国微波之父”的林为干先生。

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林为干先生雕像揭幕仪式

01

时局维艰辗转求学

毅然东归科技报国


    林为干自出生开始就注定不平凡:林为干的父亲是一名律师,十分重视孩子的教育,甚至他给自己三个儿子起的名字是“为栋、为梁、为干”这样寄托了无限美好期望的字眼。而时间也证明了三个儿子没有辜负父亲的期望:大哥林为栋抱着抗日救亡之心加入了中国国民党,二哥则实现了“我以我血荐轩辕”的革命理想,为新中国的诞生奉献了生命。

    开明的父亲和相对富裕的家庭条件让林为干从小就上了最好的学堂,老天的眷顾和个人努力的完美结合造就了一段令人艳羡的经历:初二的他就已经完成了初中全部学业,并考取了当时广东最好的中学——广东省立第一中学(现广雅中学)。这所中学源于1888年清朝两广总督张之洞创办的广雅书院,广雅书院与湖北自强学堂、两湖书院、上海南洋公学并称为当时中国“四大书院”。张之洞定名“广雅”,取意于“广者大也,雅者正也。”,在这样一所有着深厚历史底蕴的学校中林为干如鱼得水,理科成绩优异,读完高一即直接跳级至高三,并在1935年,15岁的林为干顺利考上清华大学。

    天才,从来都不仅仅因天赋而成才。大学期间的林为干学习更加刻苦,成绩一直名列前茅,这四年扎实的学习给他未来学术的腾飞打下了坚实的基础。在清华园,他也遇到了一群优秀的老师和学友如华罗庚、钱伟长等。在林为干先生的回忆中提到:“钱伟长是很用功的了,可是钱伟长说,后来他发现清华有个人比他还用功,那就是华罗庚了。”

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1939年6月林为干在昆明


    清华园里是非常严格的,当年林为干班级入学时40多位同学之中只有20多位顺利毕业。1937年,日本发动了震惊中外的七七事变,8月5日,清华园就被日军占领。天下之大,竟容不下一张课桌!清华师生被迫南迁,与北京大学、南开大学的师生同舟共济,在湖南联合组建长沙临时大学,1938年4月学校又迁址昆明改名为历史上赫赫有名的“西南联合大学”。

    昆明虽然是大后方,但是也经常遭到日军飞机轰炸。尤其是日军占领武汉之后,敌机直接从武汉起飞轰炸重庆、昆明。联大师生在上课途中警报声就时长响起。而国内此前上映的一部电影《无问西东》中对这个场景就有着生动的刻画:飞机呼啸而来之时,师生们趴在沟壑中躲避。那时的林为干深感亡国之耻,哪怕经常在躲避中也带着书籍,他心中想的就是多学本领,让积弱的祖国科技强大起来。

    在炮火纷飞之中,林为干艰难地完成了学业,1939年7月,西南联大毕业后林为干选择继续深造,考入清华研究院电子工程学部电讯组攻读研究生,师从华裔物理学家、时任清华大学研究院物理研究所所长任之恭教授。然时局动荡,林为干与家人的联系被切断,没有了了经济来源,他被迫中断研究生学业。1941年2月,林为干到昆明电讯局做技术员,因为业务好,加之工作勤奋,很快被提拔为机务段段长兼昆明机务站站长。1944年4月,林为干被借调到保山前线,为中国赴缅远征军中的美军司令部安装新型载波机。他出发去保山的前一天,他的儿子林诒玉在昆明法国医院出生。在前线,林为干凭深厚的专业素养,过硬的实践动手能力,克服了缺乏任何安装资料带来的困难,开通了当时在中国从未见过的最新型载波机,成功地接通了盟军与重庆的电话。受到美军的专门嘉奖。国民政府交通部滇区电讯专员办公室也通令嘉奖,颁发奖金。为战略反攻,战胜日本,作出了贡献。

    1945年,日本宣布投降,抗日战争取得胜利,林为干考取了《租借法案》资助的赴美实习生,一年实习期结束之后凭借科罗拉多州立大学全A的成绩敲开了加州大学(伯克利)的校门。导师温纳里是美国电子学领域的后起之秀,他是温纳里的第一个博士研究生,后来温纳里成为美国国家科学院、国家工程科学院、国家科学艺术院三院院士。他曾称赞林为干是全系最勤奋的学生。


    名师出高徒,林为干在导师指导下完成了博士论文《单腔多模微波滤波器》。美国《应用物理》1951年8月号在首页刊登了此文,林为干在论文中首次发现了一个圆柱谐振腔有五个同谐振频率的简并模可以利用,打破了微波学界长期以来的一个圆柱谐振腔有两个简并模可以利用的观点,首次建立了单腔多模滤波器的多级电路模型,创立了一种新的单腔多模微波网络理论,学界轰动一时,林为干的学术腾飞之路自此而始。在伯克利取得博士学位之后,摆在林为干面前的是一个重大的人生选择:回到刚刚成立的新中国还是留在美国。恰巧钱学森当时也在争取回国,林为干深受触动:“人家条件那么好(当时,钱学森在美国待遇是林的近十倍),都要回国,我又有何不回国的理由!”1951年8月,林为干辞别导师温纳里从旧金山登船赴港香,然而就在林为干一行人抵达祖国的大门口时,香港当局告知因为他们所持中华民国护照因此将被原船送回。林为干急中生智,利用船上的无线电给广东省文教厅留学生委员会发了求救信号,终于在公海上漂泊了两天之后回到了祖国的怀抱!再次踏上祖国的土地,林为干百感交集,他在心里大声地呼喊:祖国我回来了!

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 1946年林为干在加州伯克利分校

02

拓荒成电大展宏图

忍辱负重不坠青云


    归国后,林为干在岭南大学,中山大学任教,并兼任岭南大学电机系系主任。一年后,他被任命为刚成立的华南工学院(现华南理工大学)首任电讯系系主任,高教部李云扬副司长称赞林是他见过的“最年轻的系主任”。
1955年,周总理亲自部署,决定在成都建立新中国第一所电子类高校,并把交通大学、南京工学院、华南工学院三所院校电讯类专业整合到一起。林为干被委以重任,任命为筹委会副主任协助吴立人主任开展筹建工作。林为干对新生的电讯大学充满了期待并为之付出了全部的精力,他协助吴立人南下北上,往返于三校路途,奔走于教授之间,凭着自己的声望和学识,从学科和专业的角度为新生的学校延揽人才。而林为干本人作为华南工学院电讯系的主任则以身作则,义无反顾举家西迁,来到了这所他开垦和奋斗了一辈子的高校——成都电讯工程学院。

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林为干在实验室


    1957年,林为干教授加入了中国共产党,并任院长助理。他在担任学校初期建设的各项筹备事务的同时,在学术科研上也没有丝毫松懈,在六十年代初,即在国内首创无线电物理专业和无线电数学专业,改革开放后,又以此为基础建立了无线电物理系和应用物理研究所,特别是在微波领域更是做出了许多开创性的学术贡献。面对建校初期的千头万绪,他一直利用闲暇对传输线的特性阻抗的计算方法在进行思考,当时的学术界对传输线的特性阻抗的计算主流办法有两种:一是函数变换法,二是变分法。但是这两种方法都有缺陷,计算过于复杂。能不能把两种方法结合起来找到一个最优的计算方法呢?


    1963年,他注意到从南工调来的钟祥礼副教授,钟祥礼展露的专业才华让林为干十分欣赏,林为干做出了一个大胆的决定,与钟祥礼合作开展研究。他找到钟祥礼,并和他进行了详细的讨论。1963年3月,两人合作在《物理学报》上发表了《传输线特性阻抗的一个新计算方法》,在学术界引起了巨大的反响。林为干、钟祥礼将这两种方法结合起来,即利用变分法的一个定理求出特性阻抗准确值的上限和下限,在计算过程中不应用变分法中常用的方法处理,而是利用函数变换法,大大简化了计算方法。1972年,马可尼丛书编者M.A.R·Gunston将林为干、钟祥礼创造的方法称为“林—钟方法”,并将论文中的一些公式绘制成曲线和图表,供全世界的微波工程师使用。该书将“林—钟方法”和其他微波领域的主流科学家的计算公式进行了比较,认为“林—钟方法”的计算公式最准确且计算简捷。“林—钟”方法在一定程度上奠定了林为干“中国微波之父”的地位。

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相关论文刊物(钟祥礼之子钟蓉先生提供)


    二十世纪六十年代末的政治动荡很快席卷全国,林为干也未能幸免。1966年到1971年之间,林为干的科研、教学工作受到极大冲击,他被造反派时长拉出去批斗,被迫打扫厕所、清理地下室、疏通下水道...甚至在武斗期间面临生命危险。这些磨难让林为干一次次在心里问自己,从美国回来难道是一个错误的选择吗?我的祖国啊,为何是现在的样子?然而有信念的人是不会被打倒的!海明威曾经在他的著作《老人与海》中说到:“人并不是生来要给打败的,你可能把他消灭掉,可就是打不败他。”科学家从来不会相信什么牛鬼蛇神,有的只是对科学知识纯粹的渴望。林为干在黑暗中并没有停止对科学的探索,纵然举步维艰但是他没有止步不前,他申请用扣发的工资订阅外文学术刊物,竟意外地获得批准,算是黑暗中让人慰藉的的一缕阳光吧,这几年的积累也为他在“文革”结束之后顺利出版四本专著打下了基础。

    1971年6月1日,林为干等420余名成都电讯工程学院的教职工来到了位于攀枝花市米易县的湾丘干校参加劳动,在这个山清水秀风和日暖的田园之地,林为干甩过牛鞭、犁过田地。作为重点改造对象,刚开始林为干被监视的特别严密,干活的时候总有人在一旁监视,不能有半刻休息,还要一直被挑刺,这做的不对那做的不好。在犁地过关之后,林为干又被派去做饭,因为厨艺还不错受到了同事们的称赞。然而林为干发现了一个问题,每次做饭用水都要去山下挑水,在经过实地考察,林为干认为将山下的泉水引到山上来是完全可行的。经过当地政府部门批准,林为干用水管将山泉水引上了山。这样一来,不但干校的用水问题得到了解决大大方便了人们的生活,引上来的山泉水还可用作灌溉。在这时候,林为干的口碑大大提高,有关方面也放松了对他的监管。

    1971年开始全国大多数高校开始招收工农兵学员,学校恢复了较正常的教学工作。因此七个月之后林为干得以重返校园!在此之后,政治风波也逐渐趋于平缓,1978年3月,科学的春天终于来了!全国科技大会在北京召开,会议吹响了向科学技术进军的号角。在大会上,林为干荣获“全国科学大会优秀科研成果奖”和“在科学技术工作中作出重大贡献的先进工作者”称号。说到这里不得不提到一个小插曲,笔者有幸采访收集过林为干先生当年的合作者——钟祥礼副教授的一些资料,钟祥礼在和林为干合作发表“林—钟方法”之后几个月因病去世了,实在是令人遗憾。我从钟先生的儿子钟蓉处了解到,当年林为干在科学技术大会上获奖之后,竟然不惜多方辗转找到钟家母子,将其中一半的奖金交到了他们手中。要知道此时钟祥礼已经故去十五年了!从情理上讲,时隔多年,而且又不知当年伙伴的后人具体在何处,林为干是完全没有这个义务的。从这件事情上看林为干不仅是一个学术上的巨人,其高尚的品德也令人肃然起敬。

    以后人的视角来看,“文革”之后是林为干的学术科研黄金时代,不但著述颇丰,学术上的研究也突破不断。1977年至1989年十余年间,林为干发表了近60篇学术论文,1979年《中国科学》(英文版)发表的《椭圆直波导理论》一文,文章对椭圆及半椭圆直波导进行了深入研究,为国家制定椭圆波导标准提供了理论依据,被广泛运用于卫星通信。1980年春,林为干教授被选为中国科学院技术科学部委员(现名中国科学院院士),同年他被任命为成都电讯工程学院副院长。20世纪80年代初,毫米波技术是我国才开展研究的前沿课题,林为干做起了领头羊、拓荒牛,带着一群年轻人开展了从8mm到3mm频段前端接收技术的全面研究以及有源无源的关键电路的研究。到1987年已有四项研究获得部级成果鉴定,特别是宽带毫米波源,已达到1986年世界先进水平,被国内同行广泛应用,为开拓我国毫米波事业作出了巨大贡献。

    1989年,这一年林为干七十岁了。电子工业出版社出版了《微波场论与应用研究论文选集》一书,该书收集了林为干近40年来在国内外一级刊物上发表的具有国际先进科学水平的微波场论与应用研究论文40多篇,“概括了林为干多年来主要的学术见解和重大贡献”,全面系统地梳理了林为干的学术思想。著名电子科技专家孙俊人院士评价说:“该书是我国微波科学界的宝贵财富,对我国科学事业,特别是对微波理论以及传输技术的发展有重大的促进作用,同时也能激励中青年学者学习林为干教授,为振兴中华贡献自己的一切力量。”

    1989到1997这几年中,已经年逾古稀的林为干在教学科研上仍无丝毫懈怠之意,依然以饱满的热情和旺盛的精力投入到科学研究和人才培养工作至中。他们团队在这几年里承担了《多组分复合材料的电磁特性研究》、《复合材料宽频带的机理研究》、《电磁波在旋波导系统中的传输性研究》三项国家自然科学基金项目。然而此时已经是古稀老人的他真正为世人诠释了什么叫笔耕不辍!光是他七十岁之后发表的学术论文就有130余篇。让整个电磁学领域为之轰动的一件事儿便是林为干解决了微波领域的“哥德巴赫猜想”。

    1995年12月,76岁高龄的林为干在美国《静电学》学报上发表学术论文《一个介质球的静电镜像群》,一举攻克了麦克斯韦103年前留在其著作《电磁学》中关于点电荷在介质球中的镜像研究问题。这个百年未解之难题在电磁学领域拥有着神圣的地位,正如数学中“哥德巴赫猜想”被誉为数学皇冠上的明珠一样,这就是电磁学界的“哥德巴赫猜想”!林为干解决这个问题当然不是一蹴而就,早在1951年他就曾涉及这个难题,八年之后林为干向前迈出了一小步:在《物理学报》发表了三篇论文,其中第三篇论文《格林函数在计算部分电容中的应用》,专注于计算一个静电点电荷的作用,研究了麦克斯韦提出介质球中的点电荷问题。此时,研究虽然有所进展,但仍没彻底解决该问题。

    此后40年间,林为干一直未放弃对这个问题的探索,终于成功找到了解决这个百年难题的钥匙,在自己人生的古稀之际成功摘下了这枚桂冠,自此,“中国微波之父”的名号,林为干当之无愧!1999年,香港何梁何利基金授予林为干科学与技术进步奖。2003年5月18日,美国伊利诺伊理工大学授予林为干名誉文科科学博士学位,这是伊利诺伊理工学院第一次将这一荣誉授予一位中国学者。一项项荣誉不是凭空产生的,这是对林为干辛勤付出的直接肯定。

03

既当先生亦当学生

生命不息研究不止


    林先生最著名的一句话就是:做一辈子研究生!

    在成电从教六十余年,林先生几十年共培养120多名硕士、80多名博士、10多名博士后,曾是新中国培养博士生最多的导师之一,这些年轻的栋梁们担起了中华民族伟大复兴的历史任务,特别是在电磁场与微波技术学科成为了国家建设的中流砥柱。这些数字中蕴含的是林为干作为一名教师一生的劳动成果,耀眼的同时也让人感到无比欣慰。林为干始终相信,要有好的老师,才能带出好学生。“我要努力保持年轻时代的感觉,在学校和工作中勇争第一。我要求我的学生当三好学生,我自身就先当三好教授。”

    林为干培育了很多优秀的人才,他的学生很多分配到了国内研究院所、大专院校,大多已经成为各单位的顶梁柱。如林为干的第一届博士曾令儒,对中国的航空航天事业作出了突出贡献。从东方红系列卫星开始到“神州”飞船1号到6号,卫星和地面的检测数据传输、传输方案,都是曾令儒牵头搞出来的。他也被业界誉为“中国航天飞船的掌舵人”。在成电的学生就更多了,如吴正德、徐锐敏、唐小宏、喻志远、阮成礼、王磊等,川大、西南交大、东南大学、香港城市大学....这些高校之中都有林为干的学生,真正是“桃李满天下”。

    林先生在教学理论上也进行了极有价值的。1989年,林为干在教育教学领域的《矢志育人,硕果累累——探索我国培养高技术人才的有效途径》一文获国家教育委员会首届优秀教学成果国家级特等奖。因为在培养学生方面取得突出的成绩,1991年,他被四川省教委评为“优秀研究生指导教师”;20世纪90年代初教育部主办的《学位与研究生教育》杂志的封面即为林为干先生,他被评为在我国电子类学科中培养博士生最多最好的导师。即使从讲台上退下来后,林为干也不忘关心学生和学校的发展:2012年10月19日,在先生93岁生日之际,“林为干教育发展基金”正式启动。

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1992年林为干和学生刘炎炎博士在一起


    上世纪七八十年代,我国的电磁学领域依然还处于起步阶段,自然而然也出现了“教材荒”,林为干用自己所学笔耕不辍,在经历过一段时间的积累之后,1978至1984年,林为干的著作《微波网络》、《微波理论与技术》、《电磁场工程》、《电磁场理论》相继出版。这四部著作总计275万余字,为电磁工程界高级科技人员以及大专院校的研究生提供了一套高水平的理论读物,大大推动了我国电磁理论、微波理论与技术的发展。其中《微波理论与技术》一书获得了国家教委全国高校优秀教材奖,《电磁场工程》一书被评为全国优秀科技图书。这些著作对提高我国电子科学技术教学研究队伍的理论水平起了重要的作用,并在我国设立学位制度后成为研究生学习的重要参考书。

    一辈子有多长?林为干用晚年时期还在努力做科研的实际实际行动阐释了什么是“做一辈子的研究生”,这位科研“痴”,在其晚年仍不忘搞研究,每天用仍然不再利索的双手,拿着放大镜和笔,仔细研读最新的外文文献,在书角页末写下笔记,在稿纸上推导公式。

    他曾表示,“我希望从现在开始到我100岁的这段时间里面,每年都能够发表一两篇论文,在100岁那年,还能在核心刊物上发表文章。”林为干的一本科研笔记本上面粘贴有一张早已发黄的剪报,上面是新华社记者对华罗庚的采访。华罗庚说“在我几十年的从事数学研究的生涯中,我最深的体会是,科学的根本是实。我虽然年近古稀,但仍然以此告诫自己。”“树老易空,人老易松,科学之道,戒之以空,戒之以松,我愿他一辈子从实以终。这是我对自己的鞭策,也可以说是我今后的打算吧!”林为干特地把这段话剪下来贴在自己的科研笔记本上用来激励自己。

    在电磁学界,有位传奇一样的人物:RONOLD W. P. KING, 其成就就如他的名字一样,拥有“国王”般的地位,为电磁学界做出了巨大的贡献。最令人们敬佩的是,2005年在King先生100岁生日之际,他在国际著名电磁学学报上发表了学术论文。这让当时八十六岁的林为干羡慕不已,他说,我也要像King一样,甚至超过King,争取活到100岁,而且100岁时我也要发表两篇有影响力的学术论文。这是多么令人动容的“豪言壮语”,对林为干来说,科研早已经成为了生命的一部分,融入了血液之中,此时也不难理解“做一辈子研究生”之含义了。


    如今,林先生已经不在了。然而在成电偌大的校园里,每天都有朝气蓬勃的年轻成电人从林先生的塑像前面经过,那上面镌刻着的“做一辈子研究生”的字眼格外醒目。林为干化作金石,与伟大的麦克斯韦并肩一起,在亘古中静静审视着这个世界。雕像永远不会开口说话,然而,人的肉身可死,精神却不会死。正如千年之后华夏儿女犹然记得炎黄,成电人也会记得这位可爱可敬的“研究生”。在精神的亘古之中,每一名成电人终将汲取这强大的精神力量,化作实际有力的行动去创造更大的辉煌。

林为干
中国科学院院士