郭雷:國際著名難題的“槓精”

郭雷,中國科學院院士,中國科學院數學與系統科學研究院原院長,中國科學院國家數學與交叉科學中心主任;第二屆中國青年科技獎獲得者。

28歲就解決了國際自動控制領域關於自校調節器理論的20年懸而未決的著名理論難題,39歲成為國內最年輕的中科院院士之一。如果從郭雷院士大學畢業算起,他37年的科研生涯,就是與懸而未決的國際著名難題“硬槓”的過程。

2019年12月,在第58屆國際電氣和電子工程師協會(IEEE)決策與控制大會上,郭雷院士被IEEE控制系統學會授予 2019年Hendrik W. Bode Lecture Prize(簡稱波德獎),他成為歷史上獲此殊榮的首位華人科學家。

沉浸在數學世界裡,時間不夠用

房間正北面懸掛著一幅故鄉名人孔子的畫像,正南面矗立著一塊被數學符號霸屏的移動黑板,正中間的辦公桌整齊擺放千餘本專業書籍……一走進郭雷院士的辦公室,各種撲面而來並且素未謀面的數學符號彷彿讓人觸摸到一座寶庫的門閂。

談及自己的學科,郭雷將數學描繪成人類智慧的結晶,是人類抽象思維的突出代表,更是認識與改造世界不可或缺的定量研究工具。而控制科學是研究各種系統的共同控制規律的科學,是數學與工程學的交叉科學,是自動化系統的核心理論,也是人類改造世界的重要方法。如今,控制科學的應用已遍及人類一切實踐活動,從海上的船舶到地上的汽車,再到天上的飛行器等,都離不開良好的控制系統。“控制系統理論背後的基礎是數學,如果學不好數學,就很難理解控制系統的原理。”郭雷院士年少時本來抱著學自動化的夢想,卻被數學“裹挾”多年。

郭雷出生于山東淄博一個偏遠的小村莊,從小跟著父母在農村一起幹各種重體力農活。挖豬圈、施肥、割麥子、犁地、種地……讓他逐漸萌生了能通過學習一門科學知識,將人們從繁重的體力勞動中解脫出來的想法。

目的淳樸,想法實在,在填報大學志願時,他非常果斷地選擇了自動控制專業。然而,非常有趣的是,當時山東大學自動控制專業設在數學系,使得他從此與數學結下不解之緣。

在大學四年裡,郭雷院士有3年都在與數學打交道,僅在最後一年才開始學習與自動化相關的課程。“奔著學習自動化的目標,沒想到先學起了數學。”然而,“子非魚,焉知魚之樂”,他沒有抱怨,只有樂在其中。

“數學的確是一門高度抽象的學問,但抽象並不等於枯燥。”郭雷院士認為,目前覺得學數學枯燥的人大致可以分為兩類:一類是不學數學的人,他們認為枯燥,是因為他們是旁觀者;另一類是學數學的人,如果這類人認為學數學枯燥,那很可能是因為興趣不在於此。試想:如果對一件事情充滿興趣,何來枯燥之說。

學好數學雖然需要一定的才智,但不必非得是怪才奇才。相反,學好數學都是肯下“笨功夫的人”。

興趣是最好的老師,感興趣就不吃飯、不睡覺、甚至熬夜都會鑽研。郭雷說,沉浸在數學世界裡,他總覺得時間不夠用。

古往今來,無數科學家正是源於內心的熱愛,才能一步步攀上一座又一座高峰,摘取一顆顆令人矚目的科研果實。

難是問題的特徵,不是本質

28歲就解決了國際自動控制領域關於自校調節器理論的20年懸而未決的著名理論難題,39歲成為國內最年輕的中科院院士之一。如果從郭雷院士大學畢業算起,他37年的科研生涯,就是與懸而未決的國際著名難題“硬槓”的過程。

如今58歲的郭雷院士,已然是中國系統控制科學研究領域的領軍人物,取得了數項重要代表性成果。他在隨機與不確定性動力系統的估計、濾波與控制理論,在隨機適應控制、非平穩與時變系統估計、反饋機制能力與侷限、多自主體系統的集體行為等若干重要方向的基本問題上,都做出了突出貢獻。

為何會選擇與國際難題“死磕到底”?

“不是因為難才去做,而是因為它們非常重要。難只是問題的特徵,不是它的本質”,郭雷院士說。

當今,科學歷經多年發展,任何科研成果都不是孤立存在的,也不會從天上掉下來,科研工作者往往需要在前人的基礎上做研究。一些阻攔著前人的難題,往往也是因為解決它們意義非凡。

作為一名科學家,做出重要的科研成果,除了興趣之外,更重要的是肩負一定的責任,即用科學知識去改造世界,造福人類。郭雷說,“當然,如果做研究的過程中能將興趣和責任都統一在一起,那將是再好不過的事了。”

科學成果的價值就是研究目標

那麼這位數次登上國際領獎臺的科學家,成功的秘訣是什麼?郭雷院士坦言,沒有什麼秘訣,只有一些經驗和體會。他認為,首先要誠意正心。要以追求科學成果自身的價值為研究目標,而不是以外在的數量指標或相關名利為目標。只有這樣,才會在科學探索的路上永不滿足、永不停步,而不是終止於外在名利目標的實現。

其次要選好問題。要瞄準具有根本意義的科學問題,因為問題自身的重要性決定了成果的重要性。這就要求不要盲目跟風,要有獨立判斷能力、勇於開闢新路的勇氣、甘於長期寂寞的精神。

此外,要不怕挫折。一是因為從事科學研究的人實際上每天在與失敗或挫折打交道,真正的創新必須要經過無數次失敗,只有在失敗的道路上頑強地堅持走過來,才能走出一條成功的路徑。二是因為科學體系是一個複雜適應系統,它既是開放的,也是保守的。不開放無法不斷吸收新成果而發展完善;而沒有經過同行和實踐嚴格檢驗的科學成果,很難保證科學體系的可靠性,在這個意義上它又是保守的。因此,即使你的創新學術成果是正確的,真正被同行接受的過程也往往不會一帆風順,尤其是改變傳統觀念或研究範式的革命性創新。此類例子在科學史上比比皆是,也可以看成是一條創新規律。因此要不怕挫折,敢於面對困難。

在外人看來,如今50多歲的郭雷院士,已經站在了科技工作者的金字塔頂端。而郭雷院士始終認為,過去的成績已經過去,最好的研究工作應該是在當下、在未來。他最看重、最感興趣的還是學術研究,因為學術研究能使他每天都面臨新問題、新思路、新困難,使他在不斷創新的過程中,感到活得充實、豐富,且有意義。

未來,郭雷院士除了繼續研究控制論和系統科學之外,還會投入更大精力鑽研這個學科與人文社會科學以及其他科學工程領域交叉的科學問題。

對待青年科技工作者不能“過度鼓勵”

“1990年,獲得了第二屆中國青年科技獎。”如今,“青科獎”已歷經十五屆,助力了1495名青年科技工作者,迎來了第三十週年。郭雷院士仍對青年時期的這個獎項銘記於心。他說,這個獎是他最早獲得的一個來自國家層面的個人單項獎,並且有機會在1993年獲得資金支持,出版了自己的第一本著作《時變隨機系統》。

他認為,青年人才在成長階段,最渴望得到認可和鼓勵,而這樣的獎項對青年人來說彌足珍貴。

“設立一個獎,要最大程度地發揮它的正面作用,盡力去避免它可能帶來的副作用。”郭雷院士說,這是一個很嚴肅的課題,需要認真思考和設計。要促進青年科技工作者成長,解決他們的後顧之憂,需要一場實質性的“放管服” 改革,應該系統深入地研究能夠激發科研人員“內動力”的政策方法,而不是簡單利用人才帽子和名利待遇等“外激勵”來誘惑。

對於青年科技工作者要鼓勵,但又不能鼓勵過度。從政府部門來說,鼓勵很容易,但是掌握好這個度不容易,尤其是榮譽光環疊加後的效果更應引起重視。當前“外激勵”辦法的過度無序使用,在很大程度上損害了科研的“內動力”。不僅人才帽子是這樣,各種引人挖人的政策、國家獎勵制度也是這樣。當前,迫切需要創造能夠使科研人員真正安心專心工作、並且能夠防止散漫懈怠的科研大環境,讓科研管理服從科研規律,讓科研活動迴歸到本位、學術評價迴歸到本源。

郭雷院士說,其實,從事包括數學在內的科學研究不應該以獲獎為目標,因為科研成果自身的重要性要比任何外在榮譽更重要、更本質,因而更值得追求。獲獎只是科研工作中的一個“副產品”,而不應該是“正品”,真正的“正品”應該是科研成果自身。

把握人生“總開關”,在科研路上走更遠

在郭雷院士心中,好的科研成果標準是多樣的,並不是單一的。比如,開闢有生命力的重要研究方向,提出有重要意義的科學問題,創造能解決困難問題的新科學方法,解決著名科學難題或有重大突破,發現新的科學現象和規律等,都可能是最好的科研成就。

事實上,研究好數學與研究好其他學科所需要的特質有一些共性,都需要創新能力和素質。美國心理學家契克森米哈賴(M. Csikszentmihalyi)曾經歸納出創新型人物的主要性格特徵,表述為 “十項複合體”: 活力與沉靜;聰明與天真;責任與自在;幻想與現實;內向與外向;謙卑與自豪;陽剛與陰柔;叛逆與傳統;熱情與客觀;痛苦與享受。

郭雷院士認為,以上這些明顯相對的特質通常同時呈現在創造型人物身上,而且以辯證的張力相互整合;具有上述複合性格的人,有能力表現出人性中所有潛在的特質,而如果只偏向某一端,則其他特質就萎縮了。

在人才成長的過程中,最重要的是把握好世界觀、人生觀和價值觀這個“總開關”。因為不同的世界觀對你的思維方式有不同的影響,不同的人生觀對你的人生目標和軌跡有不同影響,而不同的價值觀對科學問題的選擇和成果意義的判斷會有不同的影響。因此,這個“總開關”從根本上影響你的科研態度、科研方法、科研路徑和科研成就,從小培養正確的“三觀”並一以貫之是最基本的。

每天郭雷院士都異常忙碌,他除了做好科研,帶好學生之外,還擔任了第十一至十三屆全國人大常務委員會委員等職務。他希望通過不同途徑、以不同方式為國家建設、發展和安全做貢獻。

郭雷院士說,從一定程度上來說,法律是對社會運行的調控,關乎各種利益的平衡,以及對權力的約束。而他所從事的全國人大的這份工作,面對和處理的系統和問題更復雜,相信在分析研究相關調控問題時,多年積累的一些控制論與系統科學思維將有裨益。

出品:科普中央廚房

監製:北京科技報 | 科學加客戶端

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