2008年,林为干90岁。90岁的林先生,用略显颤抖的手,每天拿着放大镜、笔,仔细地研读最新的外文文献,在书角页末写下心得,在纸上进行公式推导。朱建华在客厅看电视,但是眼睛总要不时地瞄着书桌前的林为干,看着到了晚上 10 点,就夺过他手中的放大镜帮他洗脸、洗脚,送他上床休息。
摔伤疗养后,林先生的身体就不如以前那么好。但是,坚强的林为干却在这段时间里做出了不凡的成绩。用学生王秉中的话说:“林先生的学术生命已经长达60年了,他在学术上的坚持让人动容;同时,他的成绩,他的努力,都说明他是一个真正的学者!”
1999年11月11日出版的《科技日报》更是为我们作了一个很好的总结,当天的报纸以大标题“共和国科技丰碑”、中标题“50年重大贡献科学家”、小标题“电磁理论科学开拓者林为干”刊登新闻稿,文中写道:林为干对中国电磁科学的发展作出了杰出的贡献,他50年来在此领域耕耘至今,其主要科技成就为闭合场理论、开放场理论、镜像理论。在闭合场理论方面,他发表了“一腔多模微波滤波器”的观点,奠定了一腔多模的作用;在开放场理论方面,他提出了“传输线阻抗计算方法”、“三角波理论”等观点,对静电场理论作出了重要的贡献。他发现了有介质平面的双镜现象,解决了电磁学理论中的一个经典问题。
1892年,麦克斯韦的《电磁学》(第三版)流传下来,但是点电荷在介质球中能够形成多大的镜像,位于何处,至今还是个未知数。从此之后,这个镜像问题就成为电磁学历代学者关注的对象。但是,十年过去了,二十年过去了,半个世纪也过去了,始终没有人能够给学界一个满意的答案。这就是上文《科学日报》所说的电磁学理论中的经典问题。
林为干从1951年就开始研究这个问题。寒窗苦读八年,1959年他迎来了希望的曙光。当年他在美国《物理学报》发表了三篇论文,第三篇题为《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——这就是麦克斯韦提到的那个介质球中的点电荷的某部分性质。时间走到这个时候,解决难题的基础已经初具模型,成功似乎只有咫尺之遥。但是当时中国正处于历史上比较混乱的一个时期,先是三年大饥荒,紧接着是“十年浩劫”;于是,一切都只能在静默中蛰伏,蓄积着力量,孕育着希望……
古希腊哲人德谟克利特说:具有成熟人格的人不仅和环境抗争能取得胜利,而且和自己抗争也能获胜。林为干在跟恶劣的时代环境抗争,也在跟自己抗争。
终于,历史的车轮来到了 1991 年,中国迎来了历史上最好的一个发展时期,到处呈现出一片欣欣向荣。林为干经过将近40年的求索,终于来到了距离皇冠一步之遥的地方。他发表在当年美国《静电学》学报的论文,建立了一个“旋转退化双极坐标系(α,β)”,求出了在这个坐标系中一个球的表示式是 α=1/2.林为干的这个表示式是他解决麦克斯韦提到的这个百年难题的基础。
命运总是垂青那些奋斗在路上的行者。四年磨一剑,1995年12月,发表在美国著名的《静电学》学报上的《一个介质球的静电镜像群》一文宣告一道百年难题被攻克!
在电磁学中,给出一个点电荷在一个介质球中所产生的镜像的位置及大小,计算球外的电场要考虑外电荷及两个镜像的影响,计算球内的电位分布时只考虑两个镜像的影响。林为干用一个介质球的静电镜像方法求解1968年Smythe在静电学与电动力学(第三版)中给平面分界面的两个不同介质中,任意一介质中的点电荷所产生的双镜像现象来验证他的结果,证明了林为干的方法是正确无误的。在电磁学科学中,这是一个原创性的创新,可以用来建立一个新雷达系统:球外是一点电荷,是小电源,球是一个大物体的理想化。此点电荷可以作为一个静电雷达,大物体可能是机场、航空母舰、矿床、稻田或者大部队群;对静电雷达的建立而言,外加电荷就是一个探测器,介质球就是一个入侵者;后者把探测器的镜像建立起来,产生的影响做出警告信号。
林为干的这篇论文解决了电磁学上的百年未解的难题!
电子科技大学电子信息工程学院院长、博士生导师杨建宇教授对林为干先生的论文评价说:1995年12月发表在美国著名的《静电学》学报上的《一个介质球的静电镜像群》是电磁学领域一个原创性的创新。求得这个问题的解具有很大的科学、社会经济和国防意义。我们的机电设备,比如三峡电站、二滩电站,用丰富的电能发出强大的点电荷来发现任何入侵者,可以起到防卫的作用;同时,利用这个镜像群(工作原理),我们还可以发现地下资源等。
《一个介质球的静电镜像群》这篇论文只是林为干最重要的科研成果之一。
林为干的博士论文“一腔多膜微波滤波器”,1951 年 8月发表在美国《应用物理》杂志上的第1页,关于《一腔多模的微波滤波器理论》奠定了一腔多模的作用,首先发现一个圆柱谐振腔中有5个同谐振频率的简并模可资利用,即用一个金属谐振腔起到三个、四个,甚至五个谐振腔的作用,大大节省了通信器材和负载。现在已被用于许多微波系统中,并在卫星通信、航空航天事业中得到推广及应用,这一理论47年来,至今无人超过,受到同行们的重视,仍被广泛引用。
在他发表的百篇科学论文中,保角变换应用方面的研究尤为重要。《英国马可尼丛书》第二卷大量引用他的外圆内矩的特种截面的数据和公式,认为其特性抗阻的公式和数据是当时最准确的。
对等边三角形波导的研究,发现在等边三角形内“存在着三个同频率的最低TE波形”,该理论至今仍然处于世界领先地位。
对经典椭圆函数问题进行研究,是将现在常用的矩形波导发展成为连续曲线以避免矩形中的四个90?内角的低场强区,这是前人未能完成的工作。
英、美高水平的学术期刊也对他的学术研究给予了充分的肯定。他的博士论文“一腔多膜微波滤波器”,1951 年 8月发表在美国《应用物理》杂志上的第1页;论文《大功率微波滤波器》1979年发表在美国《电磁波与应用》学报上的第1页;论文《不均匀介质波导理论》1981年发表在美国《应用物理》杂志上的第1页;他的镜像理论1995年12月发表在美国《静电学》学报上的第1页……1999年8月的《电磁波及应用》学报第1页上刊出了他的关于新型五边形的大功率波导理论与实验,冲破波导只能是四边形以下的禁区,这是一个大创新。这一个个第1页,孕育着无数的影响力与创新力。
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,林为干教授率领他的研究班子,开展了从8mm~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。他的《静电子新研究与混合颗粒煤质电磁波理论》被国内外专家看好,丰富和发展了电磁理论,具有重要的科学价值和广泛的影响力。1987年他的学术著作《微波场理论基础研究与应用研究》荣获国家自然科学奖。
一位中国台湾学者评价中国大陆在经济、科技等各方面的飞速发展时说:“新中国一辈人吃了几辈子的苦。”对于新中国的科技工作者来说,他们的工作更是如此,一代代学者前赴后继,用一腔热血浇灌出新中国灿烂的科技之花,他们心里装的是国家的繁荣富强,除了工作没有别的爱好,坚守清贫的生活不求更大的回报,以燃烧生命的方式点燃科学研究的燎原大火。林为干就是他们中的一个典型,要求自己的学生“要做一辈子的研究生”,而他自己最大的特点就是勤奋。为电磁科学的发展作出了如此巨大的贡献,与他的勤奋探索分不开;多年的勤奋,多年的探索,他为电磁科学、为中国微波电子学留下了等身著作。
从1951年开始发表第一篇学术论文以来,50多年的时间中,他在电磁学领域深耕细作,成就非凡;而 1986 年之后,是他的学术生命的高峰期、收获期。
1986~2005年的20年时间里面,林为干一共在国内外的学术刊物上发表了163篇论文,这些刊物多数属于国内外著名的学术刊物,比如美国的《应用物理学报》、《静电学》学报、《物理学报》、《电磁波及应用学报》以及英国的《电子快报》等。这些学报代表电磁学发展的最高水平。上百篇的科学论文大多数都发表在国外学术杂志上,炳耀着他事业的领空。他说,在中国,很难找到他论文的审稿人。
与此同时,林为干还获得了国家级、省部级的多项大奖。
1986年,与自己的研究生杨淑雯、博士生陈跃华一起设计的“光纤定向耦合器”获得了国家专利;
1988年,《微波场论基础研究与应用研究》获得国家自然科学三等奖;
1989年,凭借《40-120GHz宽带振荡器及信号源系列》和王子宇、阮成礼、曹康白一起获得国家科技进步奖三等奖;
1986~1994年,获得省部级科技进步奖共17项,其中一等奖5项,二等奖8项,三等奖4项,合作者有阮成礼、文舸一、王子宇、万长华、贾宝富等人;
“九五”期间获得各等级共计8个奖项,其中1999年获得了何梁何利科技进步奖个人奖(国家级)。
最让人敬佩的是,步入20世纪90年代,林先生70岁后迎来了他 1992~1994 连续三年发表论文的高峰期,1992年、1993 年两年就发表了 14 篇论文,1994 年则发表了 21篇论文,是他发表论文最多的一年。
1997年,林先生78岁,严重摔伤住院,但是他凭借坚强的毅力又挺过来了——1999年,他已是80岁高龄,也发表了17篇论文!
古人云,人生立德立功立言三不朽,能够为后世留下一些有用的东西,是最欣慰的事。林为干多年的辛劳,为我们留下了等身著作,这是一笔享用不尽的财富。