分形几何绽放美丽雪花——笑傲生命的女孩杨帆
2013.12.24         浏览量:26377

人物名片:杨帆,北京大学力学系2002级本科生,2006年毕业时获得了力学系和数学系的两个学位,并被保送至清华大学航天航空学院攻读硕士研究生,参与超级碳纳米管力学和超级分形纤维几何与力学研究,研究生期间共发表SCI检索论文15篇。2008 年5 月,已获得赴美国加州理工学院攻读博士学位全额奖学金的杨帆被检查出患有脑肿瘤,凭借坚韧的意志,杨帆一边接受治疗,一边继续科研,博士期间已发表4篇论文。2013年杨帆获评中国大学生年度人物,并受到习近平总书记接见。

 

 

  初次与杨帆见面时,她刚刚结束了与博士生导师每周一次的讨论。她背着一个沉甸甸的双肩包,手里拿着一瓶消暑的花茶,从丰台区赶到海淀区。一路的夏日曝晒让她的脸变得通红,但身体逐渐好转的她还是一副精神爽利的模样。

 

此间的少年

  从进入清华读研究生以来,杨帆已发表论文19篇,曾获清华大学第十四届“航天海鹰杯”学术新秀特别奖、清华大学研究生特等奖学金。

 

我们十个

 

  当杨帆跨进北大燕园的校门,懵懵懂懂地开始成为一名“此间的少年”时,她就渐渐萌发了对学术的热情。

  2002年,杨帆以北京民族乐器艺术特长生的身份考进北大力学系。那时,北大理科专业中,艺术特长生少之又少。因为高中时期当了六年数学课代表,自己特别喜欢数学和物理,杨帆自认能爱上这个陌生的专业。但是大一第一学期微积分的第一节课上,当老师提出“为什么√2是无理数”这个问题时,许多同学踊跃地侃侃而谈。杨帆一下子感到,在高手如云、竞赛金牌扎堆的力学系,基础薄弱的自己必须要加倍地努力才能“不垫底”。于是每一堂课的作业、每一次考试,她都丝毫不敢大意。第一次期末考试,杨帆得到了一个满意的成绩,更重要的是,她拾回了信心:艺术特长生也能学好理科。

  大一下学期非典肆虐,不少北大同学回家。杨帆一人住在寝室,笑称自己提前享受了清华女博士的单间待遇。那个时候,游人稀少的未名湖比往日更显宁静。杨帆经常一个人到湖边,或绘制工程制图,或低头沉思。“未名的风景那叫一个美!”时隔好几年,杨帆说这是记忆中最轻松、最自由的一段时光。

  进入大三,杨帆又开始修了数学系的双学位,大学生活步入正轨。

 

分型几何学拓荒者

  2006年面临毕业选择的杨帆决定到有工科优势的清华“杂交”一下,保送到清华航天航空学院攻读硕士研究生。如果说杨帆在北大本科求学是博雅立基,在清华攻读研究生的她则开启术业有专攻的模式——她参与了超级碳纳米管力学和超级分形纤维几何与力学研究。在对超级碳纳米管的研究中,她在前人的基础上将其拓展到了无穷级。杨帆更满意的是分形几何学与力学的研究,尤其是超级分形雪花的构造。杨帆坦言,进入这一融合力学、生物学和分形几何学等相关知识的新领域,是有一定风险的。做新方向的拓荒者,可能意味着首开先河的突出成就,但没有任何积累、太多的未知因素也将使研究背负着极高的失败风险。基于应用已有力学、数学知识积淀的考虑,又受21世纪初“生物热”的影响,杨帆马上投入到研究工作之中。而本科练就的扎实的数学与力学功底,使得杨帆在专业细分领域中很快崭露头角。在对分形几何学的探索中,她用圆构造了现有教科书上没有的一系列分形图案,特别是超级分形雪花。超级分形雪花为真实的雪花提供了一种生长模版。杨帆和导师在研究中忽略了真实雪花生长过程中的复杂随机因素,只保留了最主要的六分对称生长模式;并且,在材料学和化学实验中找到了与超级分形雪花极为一致的花样。受荷兰著名画家艾舍尔作品的启发,杨帆和导师尝试对超级分形雪花进行染色。受水墨画重留白、展现空灵的艺术风格启发,杨帆和导师对分形雪花留白部分进行着色,以兼顾分形空间和分形空间的对偶空间(即留白)。基于这些科研成果,2008年以来,杨帆一共发表SCI论文15篇,最高影响因子达8.479,远远超出了对研究生论文发表数量的要求。

 

 

  “我和导师所研究的课题是一个多姿多彩的空间,充满了科学、自然与艺术交融的无穷魅力。”对于杨帆来说,日积月累的科学耕耘,不仅是“技”,更是“艺”。分形几何的魅力吸引着杨帆不断去探索未知的世界,在攻读博士学位期间,她仍然专注于分形几何的深入研究。“对于博士生而言,学术生涯刚刚开始。在对研究的大格局没有清晰把握之前,扎根于一个具体的细分领域会让自己更踏实。”杨帆说,分形几何研究的推进仍会遭遇很多困难。“我们在做的是全新的东西。它意味着需要突破学界已经形成的基本认识,所以很难一下子被接受。”杨帆介绍,“分形几何学虽然已经经历了几十年的发展,但是我们在研究中发现,即使是规则分形集的定义和代数描述也是有缺陷的,因此我们现在所做的一部分重要的工作就是给出了规则分形集的定义以及代数描述。由于以前的定义写进了教科书,所以说需要突破已经形成的基本认识。”在研究上遭遇冷眼时,导师常用挪威数学家阿贝尔的故事来鼓励杨帆。阿贝尔自费印刷了证明当时数学界的世界难题——五次方程不可解——的论文。由于经费有限,他把内容压缩在了6页上。他拿着这篇论文晋谒欧洲大陆大数学家们,但直到死后也不受重视,使这些极具天才的构想迟迟不能揭开面纱。杨帆说:“导师经常提醒我,要有勇气去开拓新的世界,也要有勇气说服别人接受你的观点。”

 

以辛勤的汗水焕发生命的光彩

  也许很难想象,这些丰硕的科研成果,大部分是在杨帆罹患恶性脑肿瘤之后完成的。

  由于研究生期间出色的科研表现,在2008年的毕业前夕,杨帆获得了美国加州理工学院的全额奖学金。然而命运弄人,就在杨帆准备硕士论文答辩,张开怀抱迎接更广阔的平台与更美好的生活时,她得到了一个不可思议的噩耗:平素热爱运动的她竟然得了恶性脑肿瘤!

杨帆不得不放弃出国留学,立即接受治疗。在长达7个小时的开颅手术之后,主刀大夫告知杨帆,这类病如果控制不好,手术后的平均寿命在两年左右。由于开颅手术需要在头皮上切开一个U字型的口,她的头皮上留了个疤。

 

杨帆在未名湖上滑冰

 

  手术之后,杨帆又接受了6个星期的放疗与化疗。化疗会出现掉头发的后遗症,她开始戴起帽子。吃完化疗药之后,杨帆就会极度恶心难受,为了不呕吐出药影响治疗,她在服药一个小时后要通过练琴来分散注意力。

  “在很多人看来,一辈子也就这样养着了。” 这样的恶疾与一个风华正茂的大学生联系起来,让人唏嘘感叹,而经历这一切的杨帆本人倒是对这些治疗的痛苦轻描淡写,反而对当时休养在家的状态不太满意。她打趣地说:“每天在家养病,除了吃就是睡,养猪呢嘛。不能用电脑、看电视、用手机,一天过得好漫长,每天都在想太阳什么时候下山。”

  决心找点事情排遣无聊的杨帆想到了未完成的硕士论文。在因病延期毕业的一年里,杨帆一边接受治疗,一边做研究,结果出色地完成了科研任务,并为后来的研究成果打下基础。2008到2010年接受治疗的时期也是她的论文高产期。

  在学校的鼓励和支持下,杨帆拾起未完的科研梦,鼓起勇气继续攻读清华大学的博士学位。攻读博士学位期间,杨帆不同于别的同学,她住在家里,一边养病一边做研究。她每天早上6点半起床,到晚上10点半就寝,确保有几个小时处于研究工作状态。每周她都到学校与导师殷雅俊教授讨论研究进展,除了春假,一周两次从不间断。

  这对杨帆来说,不是易事。放化疗之后她落下后遗症,每次感冒都要一个月才能康复。在这种状态下进行繁重的科研任务,无疑需要强大的意志力。杨帆说:“家人、学校、老师、同学都在给予一种正能量,让我觉得这个世界还是阳光明媚的。” 尤其忆起重病时,自己在病房躺了13天,母亲就陪着睡沙发睡了12天,杨帆充满感激。

  在博士入学第一年,杨帆就完成开题,目前她已经顺利完成了博士学位要求的全部课程,并已发表了4篇文章。那朵超级分形雪花就是在治疗期间完成的。难以直接掌握生命长度的杨帆,积极用勤奋和智慧拓展了生命的高度。

杨帆用强大的生命力与斗志回馈了师长亲友的关爱,也感动了很多素不相识的人,2013年她获评中国大学生年度人物,并受到习近平主席接见。

  在中国大学生年度人物申报的自述里,杨帆写道:“我记得电影《阿甘正传》里,阿甘的母亲曾经说过:‘Death is just a part of life. Something we all destined to do.’这句话让我很有同感。我不知道我还能走多远,但是活着的每一天,我都会努力去追逐自己的梦想,用辛勤的汗水焕发生命的光彩,以知识与智慧折射生命之光的璀璨!”

 

特别不文艺的搞文艺的人

  四岁就开始学古筝的杨帆无疑是“搞文艺的”。由于父亲在北京民族乐器厂工作,耳濡目染下杨帆很早就开始学音乐。1990年,6岁的杨帆在北京市少儿民族乐器大赛中获得幼儿组二等奖。渐渐地弹古筝成为她生活里不可分割的一部分。

 

杨帆和许智宏校长在一起

 

  在北大,杨帆是北大民乐团的成员。除了每周日的集中练习,她还随团出访台湾、香港和美国等地,并曾为连战、王金平等中国台湾地区政党领导人演出。大一时,杨帆还教授过一门“民乐课”,教一名历史系大四的男生学古筝。清华大学航天航空学院举办的活动里也经常能欣赏到她的演出。患病之后,在学校的支持下,杨帆举办了“梦圆清华”个人古筝音乐会,演奏了《高山流水》、《春到湘江》、《打虎上山》、《林冲夜奔》和《满江红》等经典曲目,深深感染了在场观众。

  不过,在“文艺”这个词被矮化为“细腻敏感、情绪化、耽于幻想”时,杨帆坚决与这一脸谱化的“文艺青年”形象划清界线。

作为一名生于斯长于斯的北京姑娘,杨帆天生有一种直爽气。她兴致勃勃地忆起最爱吃的松林包子和糖火烧;她曾经滔滔不绝地和一个清华学生记者谈了整整6个半小时。更有谈及病情时的从容、科学攻关中的坚持,都体现了杨帆的硬朗豪爽。

  除了地域文化的熏陶,腹中诗书也造就了杨帆的“大气”。杨帆打小就喜读经史,并将之作为休闲生活的重要组成部分:小学时,开始读《史记》8册;大学读完了二十五史电子版;她认为历史小说《流血的仕途-李斯与秦帝国》、通俗读物《明朝那些事儿》很是生动;研读北大风物的历史渊源亦觉有趣。杨帆谦虚地说自己读史就像是在读故事书,但聆听渺远时代的回响,终究可以拓眼界,亦可广胸襟。经书《周易》是杨帆最喜爱的古籍之一。“生病之后读《易经》,豁然明白很多道理。”煲药时,她理解了一个很有趣的说法——中药是五行的统一:最底下是木(柴),木生火,火生土(煲药的瓦罐),土生金(药物),金生水(汤)。更重要的是,她结合人生经历慢慢理解了《易经》中素朴而隽永的道理。“有个成语叫‘否极泰来’,就是你处在否卦时,要经过六十三卦才能到达泰卦。”“我最喜欢的谦卦讲的是谦谦君子。‘地面有山,地卑而山高,是为内高外低。’这是《易经》对谦卦的解释。”

 

与朴槿惠总统合影

 

   “每天可以做自己喜欢的事,过得很充实。”这是杨帆所期冀的生活。身体状况逐渐好转的她仍然在继续接受治疗,也在为科研成果从量变转向质变而努力。现在的杨帆有一个愿望,就是明年迎来博士毕业时,能够留在高校任教,继续科研道路。