我為學術狂——記中科院測量與地球物理研究所研究員柳林濤

本刊記者 姜 菲

我為學術狂
——記中科院測量與地球物理研究所研究員柳林濤

本刊記者 姜 菲

科學家OR精神病

柳林濤是個很不尋常的科學家。說他不尋常并非僅因他在“數(shù)據(jù)分析理論與地學信號提取研究”領域取得的卓越成就，而更令人匪夷所思的是，他曾有過四進四出精神病院的經(jīng)歷，多次與死神擦肩而過?？茖W家，精神病患者？按照慣常的思維邏輯，很難把這兩者統(tǒng)一在一個人身上。然而，科學是獨立于世俗的習慣思維的，科學家作為科學的忠實信徒，完全有理由不按世俗常規(guī)出牌。

讓我們看看柳林濤到底打出了怎樣的底牌，成功地為一個“精神病”戴上了科學家的桂冠？

卓越成就

柳林濤博士，中科院測量與地球物理研究所博士生導師，研究員。美國加州大學洛杉磯分校UCLA高級訪問學者，德國洪堡基金獲得者，中科院“百人計劃”入選者，新世紀百千萬人才工程國家級人選?，F(xiàn)任中國測繪學會大地測量專業(yè)委員會副主任，曾任IAG地球動力學和大地測量學小波特別研究組成員。

多年來一直致力于數(shù)據(jù)分析理論與地學信號提取研究，主要學術貢獻有：（1）發(fā)現(xiàn)了新的逆小波變換公式，該發(fā)現(xiàn)可以給出更為一般的小波概念；（2）提出了標準時頻變換概念NFTF，NTFT在理論上擁有最為簡單的逆變換，在應用中能夠直接確定一個和諧信號的瞬間頻率、瞬間振幅和瞬間相位；（3）指明了海洋總是抑制大氣對于地球周年極移的激發(fā)。曾獲中科院自然科學二等獎 (參加者)、中科院武漢分院院長獎學金獎、中科院武漢分院十大杰出青年、湖北省自然科學優(yōu)秀論文特等獎 (在共計6224篇參賽論文中排名第一)、洪堡研究獎學金，全國百篇優(yōu)秀博士論文指導教師獎（寶潔獎)。主持和參與了國家多項科研項目，在國內(nèi)外學術期刊發(fā)表SCI/EI論文40多篇。

成就的背后

一個曾經(jīng)的精神病患者居然取得令世人矚目的科學成就！他曾經(jīng)付出過怎樣的努力？這些成就的背后到底隱藏著怎樣的玄機呢？這些所謂的玄機又會給人們、特別是年輕的科學工作者帶來哪些啟迪？

柳林濤的成功歷程或者說成長經(jīng)歷，對每一位青年科技工作者在價值觀評判、治學態(tài)度、得失取舍方面，都有非常重要的參考價值。

癡迷數(shù)學的少年

興趣是最好的老師，好習慣受益終生

柳林濤自己說他迷戀數(shù)學，這份迷戀是從十幾歲就開始了。當時，身為高中數(shù)學教師的父親給他買了一套堆起來足有一尺高的數(shù)理化自學叢書。柳林濤對其中的物理、化學部分興趣不大，卻深深地被數(shù)學吸引了。尤其是平面幾何，在少年柳林濤看來簡直是樂趣無窮的游戲，尤其嚴密的邏輯推理讓他無比驚奇。從那時起，柳林濤開始認為抽象的邏輯（而不是實踐）是證明真理的一種途徑，而且至今他依然這樣認為。他對自己的這個認識進一步概括為：真理與真理之間若存在邏輯關系，那么，可以依據(jù)這些邏輯關系推理出新的真理而不必用實踐去檢驗或再發(fā)現(xiàn)之。例如，勾股定理顯然是真理，它是通過也只有通過邏輯推理被證明是真理的，任何測量勾股弦的實踐都不能上升為一種對勾股定理的證明?；谶@樣的認識，他不認為“實踐是檢驗真理的唯一標準”，因為對于那些基于真理和邏輯推理而得到的新真理而言，實踐的檢驗是多余的或僅僅是有趣的。數(shù)學啟迪了柳林濤關于理論與實踐的辯證思考，（我們這里且不討論他的思考和認識是否完全正確。）一個十幾歲的少年能有這樣的獨立思辨，足見其思想的大膽和思考的深度。柳林濤并非輕視實踐，他認為實踐是發(fā)現(xiàn)（而不是證明）真理的重要（而不是唯一）的途徑。

自學完平面幾何之后，柳林濤又自學了解析幾何，并對其中的三角函數(shù)非常著迷，感覺三角函數(shù)間的轉換關系像變魔術一樣好玩。一切都出于興趣，他根本沒有想到自己成年后的學術重心——和諧分析（即調(diào)和分析）實質上就是建立在三角函數(shù)的基礎之上。因興趣而打下扎實的基本功，柳林濤“無心插柳柳成行”。

對數(shù)學的迷戀使柳林濤少年時就渴望成為一個有作為的科學家，他風趣地宣稱自己“分不出這種渴望與渴望見到想見到的女孩在強烈程度上有什么區(qū)別。”

迷戀數(shù)學的同時柳林濤開始了他的文學愛好。讀古詩、看《少年文藝》和寫日記是他迷戀數(shù)學之外的“三大愛好”。迷戀數(shù)學和愛好文學使柳林濤不知不覺地“丟失”了星期天與節(jié)假日。星期天與假日從此成為他自學的大好時光。直到現(xiàn)在，柳林濤仍未建立起星期天與節(jié)假日是休息娛樂時間的概念。雖然現(xiàn)在學術上似乎已經(jīng)到了“不用拼命”的時候，但每到星期天與節(jié)假日，他依然保持著濃厚的學習、工作興趣，并且“積習難改”。這個習慣占用了和家人團聚的美好時光，雖然不見得應該百分百肯定，但從治學角度而言，這無疑使他終身受益。

與中科院院原院長路甬祥在一起

曲曲折折學術路

正確的選擇很重要，堅持自己的選擇更重要。

一個勤奮又天賦不錯的少年，考上大學應該不成問題，即使在“千軍萬馬過獨木橋”的時期。柳林濤的大學入學經(jīng)歷卻充滿喜劇色彩。1986年，柳林濤因為參加全國數(shù)學競賽并獲鼓勵獎，被保送到同濟大學應用數(shù)學系。保送進入同濟，這在當年是多少考生夢寐以求的好事，但柳林濤卻感到有點冤，因為他參加當年全國統(tǒng)一高考，考分571（當年清華和同濟在山東的錄取分數(shù)線分別為570和560），而考分超出同濟大學錄取線11分，還“疑似”占了保送的便宜。

盡管基礎不錯，大學期間也很用功，但柳林濤大學時成績并不突出，原因是中學時從不交作業(yè)，造成眼高手低，大學便只好努力惡補動手做作業(yè)的“功夫”?！白鳂I(yè)”幾乎成為一種負擔，但柳林濤不屑于抄作業(yè)，總是獨立思考后能做多少做多少，這是他的自尊和倔強。雖然學得辛苦，但柳林濤壯志未改。面臨畢業(yè)，柳林濤清醒地認識到自己應該繼續(xù)深造，而不是急于工作掙錢。

這個決定后來遭到父親反對，但最終父親還是在母親勸說下做出了妥協(xié)。這是柳林濤的幸運。比這更幸運的是，他的碩士研究生入學“沾了光”。柳林濤這樣描述自己的“幸運”：“由于64政治風波的影響，國家教委根本來不及組織1990年全國研究生統(tǒng)一考試，當時的政策是各高校自行選拔研究生并可向外推薦。我無疑沾了這項政策的光，因為我如果參加全國英語統(tǒng)考很可能通不過。系里給有讀研愿望的學生按以往數(shù)學成績排了序，我幸運地成了‘孫山’，即有讀研資格的第六名也是最后一名。我沒有名落孫山還要感謝那些比我優(yōu)秀得多卻沒有選擇讀研的同學們……”陰差陽錯，柳林濤成了中國科學院武漢分院測地所的一名研究生。

與中科院人教局局長李和風在一起

從此，柳林濤開始正式接觸大地測量學領域。

大地測量是一門研究地球大小、形狀、重力場、自轉和形變的學科，其中為地球建立一個參考系并在該參考系里實現(xiàn)定位與導航是該學科的一項重要使命。古代偉大的科學家僧一行測量子午線長度的努力可以視為我國最早的大地測量實踐之一，牛頓與笛卡爾關于地球是橫橢還是豎橢的爭論是重要的大地測量史上的事件。目前美國已經(jīng)建立的GPS（全球定位系統(tǒng)）和我國正在建設的北斗導航系統(tǒng)也隸屬于大地測量學科。

柳林濤開始感興趣于“離偏微分方程最近的大地測量邊值”問題，他的碩士論文《地球形狀研究新探》便是這一興趣的產(chǎn)物。論文中關于“在空間建立一個水準面以用于確定地球形狀”的主題思想在理論上完美可行，但由于思想太超前讓同行看來撲朔迷離。撰寫碩士畢業(yè)論文是柳林濤學術生涯的開始，論文的不被理解帶給讓他依稀感到學術之路的艱辛。

碩士畢業(yè)后，柳林濤受“下?！崩顺睕_擊決定放棄學術之路，“下?！睊赍X。半月之后，“掙錢”生涯宣告結束，他最終發(fā)現(xiàn)自己的精神歸宿是科研院所。正為自己的錯誤選擇懊悔時，伯樂出現(xiàn)了，認定了柳林濤是一棵科研苗子的測地所所長朱耀仲（現(xiàn)任中科院武漢分院院長）堅持召他回所工作。柳林濤終于迷途知返，回到學術軌道上來。

1995年柳林濤開始攻讀博士學位研究生，師從我國大地測量學開拓者許厚澤院士。許澤厚院士告誡柳林濤“一定不要局限于數(shù)學，要把數(shù)學應用到大地測量中來?！敝蟮目蒲泄ぷ髦校譂恢弊裱鲙煹慕陶d，他驚奇地發(fā)現(xiàn)：恩師的教誨不僅讓他豐富了大地測量知識，更加深了對應用數(shù)學的理解。

雖然師出名門，柳林濤接下來的學術之路充滿坎坷。1998年，他的學術論文《一族新型標準正交小波基》（A new family of orthonormal wavelet bases）發(fā)表了。他將這篇論文的學術貢獻表述為：給我一個大于1的實數(shù)，我就能相應構造出L2(R)空間中的一個正交小波基。這之前該領域最好的成果，美國女科學家Daubechies的貢獻為：給Daubechies一個大于2的偶數(shù)，她能相應構造出L2(R)空間中的一個正交小波基。顯然，柳林濤能夠比Daubechies構造出更多數(shù)目的正交小波基，但是，柳林濤的正交小波基由于非緊支集性而只能是理論上的擺設。這種擺設在學術上是允許的，至少它證明存在有更多的正交小波基。為彌補美中不足，柳林濤努力嘗試將小波理論應用于大地測量信號尤其是地球自轉變化信號的分析，又發(fā)表了三篇SCI論文。

柳林濤不是多產(chǎn)型學者，他的論文數(shù)量不多。2000年，33歲的柳林濤僅憑兩篇國際SCI論文被破格提為研究員，足見其學術論文的分量。

剛過而立之年便成為科學院的研究員，柳林濤感受到的不是榮耀而是壓力。這是純學者內(nèi)心深處的學術自覺。

早在1999年完成博士論文時，柳林濤已經(jīng)隱約感到小波理論中的缺陷。隨著不斷地對MWT（原始莫雷小波變換）思索，這種隱約的感覺終于在2001年（當時柳林濤在德國做洪堡學者）變得清晰起來。可以準確地證明：1）原始MWT譜存在頻率偏移現(xiàn)象，只不過這種頻率偏移在實際應用中一般為2%－4%或更小而容易被忽略罷了；2）對原始MWT進行適當修正，所得到的WT譜就能克服頻率偏移現(xiàn)象。

柳林濤把這種修正后的MWT稱之為“標準莫雷小波變換”（NMWT），并把它應用到地球極移的研究中去，寫成了又一篇得意的學術論文《標準莫雷小波變換及其在地球極移中的應用》。

柳林濤的這篇論文有三項非常出色的學術貢獻:1)提出了NMWT，克服了原始MWT測不準頻率的缺陷，為時頻分析提供了一種標準或常規(guī)工具；2）利用NMWT證實極移中的Chandler擺動只有一個瞬間頻率，此結論有益于結束長達60年的關于Chandler擺動具有單個頻率或多個頻率的爭論；3）指明了海洋總是抑制大氣對于地球周年極移的激發(fā)。

出乎意料的是，柳林濤的研究并沒有引起應有的學術效應。真理在不為多數(shù)人所知的時候是寂寞的。柳林濤并不為他的這一論文至今仍很少被SCI引用而感到苦惱，因為像他這樣同時“腳踏極移和小波兩條船”（從事兩個領域理論研究）的人很少。

這篇論文柳林濤從德國寫到中國，直到2007才被JGR發(fā)表。在數(shù)度投稿過程里遇到的反對、輕視和嘲弄使柳林濤困惑、焦急、氣憤，他竟一度不知該如何持續(xù)自己的學術生涯。對于純學者而言，學術就是他的生命。一個學者身處學術困境，無異于成為精神囚徒。

因此，雖然柳林濤回國后順利成為中科院“百人計劃”學者，但他仍然非?？鄲灐．敃r，在投稿和反復修改論文期間，原始MWT譜的頻率偏移現(xiàn)象正被一些人在實踐中認識到，只是他們的論文中既沒有給出這種現(xiàn)象的理論證明，也沒有從理論上提出相應的改進方法。夜以繼日的思考和心理壓力致使柳林濤出現(xiàn)精神恍惚，開始“妄想”，不得不三進三出精神病院（每次約兩星期）。所幸他最終戰(zhàn)勝了所有的反對、輕視與嘲弄而使論文得以發(fā)表，仍沒有人相信，一個患過精神病的人還會在科研上有所作為。但是，柳林濤相信自己。憑借非凡的毅力，他將自己的學術生命提升到新的高度。

天才VS瘋子

講課照

團隊學術討論照

曲高和寡，更需堅持學術精神獨立。

論文《T F T：i n v e r s i o n a n d normalization》的發(fā)表，是柳林濤攀上“信號時頻分析領域”頂峰的標志，更是對一個學者意志力的考量。柳林濤認為：該論文使得時頻分析理論與應用更加完美。這篇論文由于挑戰(zhàn)了經(jīng)典，其面世歷程可謂充滿辛酸。從第一次投稿開始，一年多的時間里，六度投稿六度碰壁。柳林濤始終堅信自己的發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新價值，從未對自己的成果產(chǎn)生懷疑。“要是有一名中國專家能理解自己的工作該多好?。　绷譂龂L試尋找這樣的中國專家，但沒有找到。身處絕頂，不得不承受“高處不勝寒”的孤獨與無奈。

最終，由于包括審稿者在內(nèi)該領域最前沿的研究者都看不懂或者不愿意承認柳林濤的成果，論文仍不能在國際學術權威雜志上獲得一席之地，只能由湖北科學技術出版社以小冊子的形式出版。這讓人想起數(shù)學天才伽羅瓦，他為一個折磨了數(shù)學家們幾個世紀的問題找到了真正答案，并開創(chuàng)了一片數(shù)學新天地。然而，他的手稿卻被大數(shù)學家高斯

科以看不懂為由扔進廢紙簍里，直到近20年后才由法國數(shù)學家發(fā)現(xiàn)他的價值。

柳林濤很高興論文終于有了面世的機會。在他看來，“追求理性統(tǒng)一是人的一種精神，它是導致人類許多重要科學發(fā)現(xiàn)的最為原始的動力或動機，因而也是人的最為優(yōu)秀的精神之一?！闭窃谶@種精神的激勵下，柳林濤開始嘗試統(tǒng)一時頻分析的兩大工具——加窗傅立葉變換和小波變換，并導致了該論文的誕生。所謂的SCI，所謂的轟動與引用，在純學者眼里，遠比不上探索真理的樂趣及讓真理公諸于世更有價值。

而如今柳林濤的頂峰之作在歷經(jīng)數(shù)年坎坷之后，最近終于被國際刊物Applied Mathematics and Information Sciences錄用。這意味著：新發(fā)現(xiàn)的逆小波變換、新創(chuàng)立的標準時頻變換概念和新提出的一個數(shù)學猜想即將通過國際刊物面世了。

人們常說“天才和瘋子只差半步?！庇诳茖W家而言，有了瘋子般的癡迷與執(zhí)著，便有了披荊斬棘的動力和堅持不懈的毅力；有了瘋子般的狂想與無畏，便有了挑戰(zhàn)權威的勇氣從而突破創(chuàng)新，迸現(xiàn)出天才的靈光！

由是，柳林濤無愧于學術狂。