范佳樂(lè)

這是一個(gè)言必稱創(chuàng)新的時(shí)代。無(wú)論是文化、管理、工業(yè)還是科學(xué)，各行各業(yè)都在鼓勵(lì)創(chuàng)新。但創(chuàng)新來(lái)自于哪里？翻開人類幾千年文明進(jìn)步史就會(huì)發(fā)現(xiàn)，好奇心才是推動(dòng)人類不斷學(xué)習(xí)、探索、發(fā)現(xiàn)以及創(chuàng)新的源動(dòng)力。

從夸父逐日到埃及人班圖國(guó)探險(xiǎn)，再到宇宙飛天、海底遨游……從古至今，人類對(duì)未知世界的執(zhí)著與探索精神與生俱來(lái)，從未消退。正是這些最平常的好奇心，推動(dòng)了人類科學(xué)史的不斷進(jìn)步與發(fā)展。蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院教授王記增30年來(lái)的學(xué)習(xí)、研究與教學(xué)經(jīng)歷也正說(shuō)明了這一點(diǎn)。

“學(xué)習(xí)與研究一定不是一件枯燥無(wú)趣的事情，30年來(lái)的經(jīng)歷讓我深刻體會(huì)到，正是對(duì)事物規(guī)律強(qiáng)烈而執(zhí)著的好奇心，促使我一直自律勤勉地學(xué)習(xí)和工作，并對(duì)世界上一切的美好充滿興趣?！蓖跤浽稣f(shuō)。

“居然還有比武俠更有意思的書！”

王記增童年生活在河北省河間市的一個(gè)農(nóng)村，那里廣闊的平原、無(wú)盡的原野和眾多的小伙伴們，給他的兒童時(shí)期帶來(lái)了無(wú)盡的樂(lè)趣。

少年時(shí)代，正值金庸和梁羽生先生的武俠小說(shuō)盛行，受家人愛看“閑書”的影響，王記增也對(duì)武俠小說(shuō)中壯烈的家國(guó)情懷和光怪陸離的武俠世界深深著迷。1985年，由香港無(wú)線電視臺(tái)出品的《射雕英雄傳》在內(nèi)地播出后，立即風(fēng)靡全國(guó)，成為20世紀(jì)80年代中國(guó)人成長(zhǎng)的一道重要精神食糧，向來(lái)喜愛武俠世界的王記增對(duì)此更是如癡如醉。

那時(shí)，電視信號(hào)的接收需要室外天線，但農(nóng)村一般很難買到。為了安心追劇，才讀中學(xué)的王記增從廢電線中扒拉出一些可以利用的鋁股線，仿照別人家的天線自己制作。雖然有一些效果，但由于尺寸不好掌握，效果不是很好。不過(guò)家人看他對(duì)此感興趣又有一些效果后，便專門買來(lái)天線制作方面的科普書供他參考。在該書通俗易懂的講解下，王記增不僅成功制作出電視天線解決了全家人看電視的問(wèn)題，更是第一次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的大陸，“原來(lái)在武俠之外，竟然還有這么有意思的書！”

王記增（左）與家人合影

人類對(duì)未知世界的好奇心與生俱來(lái)，且不斷驅(qū)使著人們探索、前進(jìn)。這本書中關(guān)于波的通俗介紹，就解決了王記增當(dāng)時(shí)的一些疑惑 ，比如“說(shuō)出去的話和手電照出去的光都去哪兒了”，這不僅極大滿足了少年的好奇心，同時(shí)又啟發(fā)著他探索更多未知的世界。此后，王記增對(duì)科技圖書產(chǎn)生了濃厚的興趣，兄長(zhǎng)的中學(xué)課本、集市上的舊書攤，都成了他寶貴的精神食糧。偶然買到的一本華羅庚著的硬皮繁體字版《數(shù)論導(dǎo)引》，更是一直伴隨他讀完研究生。

“讀書給我的樂(lè)趣是，獲得的知識(shí)在為我解決了一些疑惑后，又為我?guī)?lái)了更多的疑惑。這些疑惑成了我進(jìn)一步閱讀的巨大驅(qū)動(dòng)力?！本驮谶@不斷探索知識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程中，王記增無(wú)意間就比常人前進(jìn)了一大步。1989年，在河間市一中就讀第一年時(shí)舉辦的數(shù)學(xué)與物理競(jìng)賽上，王記增獲得了第一名的好成績(jī)。此后的學(xué)習(xí)、研究生涯他更是一路領(lǐng)先，在課堂之外不斷拓展著新的知識(shí)空間?！案咧袝r(shí)期，我的書桌上總是放著《代數(shù)學(xué)》和《電磁學(xué)》等大學(xué)教材，老師們看見時(shí)總會(huì)問(wèn)能看懂嗎？其實(shí)我也是一知半解，但就是很感興趣?！蓖跤浽龌貞浀馈?/p>

1992年考入蘭州大學(xué)力學(xué)系后，無(wú)窮無(wú)盡的知識(shí)撲面而來(lái)，王記增就像魚兒得了水一般歡快愉悅，盡情徜徉在知識(shí)的海洋。那時(shí)的力學(xué)系，不僅要學(xué)習(xí)和數(shù)學(xué)系幾乎一樣的課程，還要學(xué)習(xí)力學(xué)專業(yè)課，那時(shí)正逢下海經(jīng)商流行時(shí)期引起了很多學(xué)生的厭學(xué)情緒，但王記增從沒(méi)有受到絲毫影響。對(duì)專業(yè)知識(shí)掌握得越多，越是激發(fā)起了他對(duì)更深層次知識(shí)的好奇心與學(xué)習(xí)熱情，從而形成了所謂的“知識(shí)馬太效應(yīng)”。

大四畢業(yè)后，王記增以年級(jí)第一的成績(jī)被保送讀研，導(dǎo)師是剛留學(xué)回國(guó)的周又和院士和鄭曉靜院士。在他們的帶領(lǐng)下，王記增推開了小波分析新世界的大門。

一個(gè)全新的數(shù)學(xué)思想

作為當(dāng)前數(shù)學(xué)中一個(gè)迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，小波分析發(fā)端于對(duì)地震波的分析研究。對(duì)于頻率隨時(shí)間顯著變化的地震波，研究人員除希望知道其所包含有哪些頻率的波外，更期望能夠具體掌握各頻率波所出現(xiàn)的次序與持續(xù)時(shí)間等信息。小波變換的概念最早由法國(guó)從事石油信號(hào)處理的工程師J.Morlet在1974年提出，但當(dāng)時(shí)未能得到數(shù)學(xué)家的認(rèn)可，直到十余年后數(shù)學(xué)家們偶然構(gòu)造出一個(gè)真正的小波基，并建立了構(gòu)造任意小波基的多分辨分析方法后，小波分析才開始蓬勃發(fā)展起來(lái)，它的重要應(yīng)用領(lǐng)域是圖像和信號(hào)處理。盡管對(duì)于性質(zhì)隨時(shí)間穩(wěn)定不變的信號(hào)，理想的處理工具仍然是傅立葉分析，但實(shí)際應(yīng)用中的絕大多數(shù)信號(hào)均是非穩(wěn)定的，而最適合于這類信號(hào)的處理工具就是小波分析。

這一剛剛起步的新領(lǐng)域引起了王記增的極大興趣，一方面是因?yàn)樗揪拖矚g數(shù)學(xué)，另一方面則是因?yàn)檫@是一個(gè)非常新的數(shù)學(xué)理論，和以往了解到的數(shù)學(xué)思想有很大不同，兼具了深邃的數(shù)學(xué)內(nèi)涵與廣泛的應(yīng)用潛力，用他的話說(shuō)就是，“從18世紀(jì)傅立葉理論提出后，經(jīng)過(guò)近200年的發(fā)展才產(chǎn)生了這一對(duì)其有根本性變革的數(shù)學(xué)新思想”，自然極大激發(fā)了他的科學(xué)好奇心。

大學(xué)畢業(yè)時(shí)，王記增在周又和院士的指導(dǎo)下就初步解決了在將緊支撐正交小波應(yīng)用于微分方程求解時(shí)，由于小波基函數(shù)沒(méi)有表達(dá)式且其導(dǎo)數(shù)強(qiáng)烈振蕩，而使得數(shù)值微分與數(shù)值積分不適用的問(wèn)題。之后讀研期間，他又提出了純粹基于代數(shù)的緊支撐正交小波統(tǒng)一生成方法，使其具有更好的特性與精度。之后，在此基礎(chǔ)上他又給出了小波尺度函數(shù)分解系數(shù)計(jì)算的廣義高斯積分法，并將其運(yùn)用于梁板結(jié)構(gòu)力學(xué)行為及振動(dòng)控制研究中，取得了顯著進(jìn)展。

在小波分析基本應(yīng)用于圖像和信號(hào)處理領(lǐng)域時(shí)，王記增所在團(tuán)隊(duì)是國(guó)內(nèi)外最早將其用于工程計(jì)算的團(tuán)隊(duì)之一。過(guò)去，在運(yùn)用力學(xué)手段解決科學(xué)以及具有國(guó)家重大需求的工程問(wèn)題時(shí)，往往會(huì)得到強(qiáng)非線性的數(shù)學(xué)模型。這時(shí)，精確、高效的定量分析手段往往是問(wèn)題得以成功解決的關(guān)鍵。但目前并沒(méi)有對(duì)強(qiáng)、弱非線性問(wèn)題均統(tǒng)一有效的定量求解理論，已有的經(jīng)典數(shù)值算法，在面對(duì)強(qiáng)線性問(wèn)題時(shí)，通常只能通過(guò)特殊計(jì)算技術(shù)解決不同的個(gè)案問(wèn)題，或采用近似追蹤方法，理論上無(wú)法形成完備的通用手段。這一現(xiàn)狀構(gòu)成了力學(xué)研究進(jìn)一步向前突破的嚴(yán)重障礙（如湍流問(wèn)題的研究），也使有效解決我國(guó)被“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題失去了重要依仗。

多年來(lái)，王記增與周又和院士等合作者一道，通過(guò)拓展小波理論發(fā)展了普遍適用的函數(shù)近似逼近理論與針對(duì)一般強(qiáng)非線性微分（積分）方程的求解方法體系，并在具有不同特征強(qiáng)非線性固體與流體力學(xué)問(wèn)題的求解中得到了成功驗(yàn)證，為打破力學(xué)前沿研究的定量分析瓶頸，發(fā)展具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能計(jì)算力學(xué)軟件，在計(jì)算理論原始創(chuàng)新上做出了具有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的成功嘗試。

通過(guò)拓展建立廣義Coiflet小波體系，王記增與周又和院士等提出了小波廣義高斯積分法與邊界延拓展開技術(shù)，構(gòu)造了一種具有插值、正交、緊支撐、低通濾波、擬線性相位及多分辨分析特性的函數(shù)基底（唯一同時(shí)具有這些性質(zhì)的函數(shù)基底），實(shí)現(xiàn)了對(duì)函數(shù)、導(dǎo)數(shù)與多重復(fù)雜積分的高精度逼近；并基于所提出的函數(shù)逼近格式，系統(tǒng)建立了小波積分配點(diǎn)法、廣義小波伽遼金方法、小波多分辨插值伽遼金方法和具有時(shí)空分離解耦特征的小波求解格式等；他還將小波計(jì)算理論成功拓展到了幾何與物理非線性結(jié)構(gòu)的超大變形彎曲與屈曲行為分析，并進(jìn)一步應(yīng)用到了非線性壓電智能結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制中，建立了其具有自動(dòng)濾波功能的變形、識(shí)別與致動(dòng)一體化小波控制模式，實(shí)現(xiàn)了具有時(shí)空突變強(qiáng)非線性波動(dòng)與流體力學(xué)問(wèn)題的高效率、高精度求解。

2005年，基于小波求解理論體系方面的原始創(chuàng)新研究，周又和院士領(lǐng)銜的項(xiàng)目獲得高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，王記增是獲獎(jiǎng)?wù)咧弧?013年，他獲中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)第十三屆青年科技獎(jiǎng)；2014年，又獲得了每?jī)赡暌粚玫牡谌龑谩板X令希計(jì)算力學(xué)獎(jiǎng)青年獎(jiǎng)”（唯一獲獎(jiǎng)人）。他還先后受邀在第八屆全國(guó)計(jì)算力學(xué)大會(huì)、第四屆亞太地區(qū)計(jì)算力學(xué)大會(huì)與第五屆華人國(guó)際計(jì)算力學(xué)會(huì)議、第二次全國(guó)計(jì)算力學(xué)青年學(xué)術(shù)沙龍、北京大學(xué)湍流與復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)年會(huì)、俄羅斯國(guó)家科學(xué)院組織的第45屆“力學(xué)中的先進(jìn)問(wèn)題”暑期學(xué)校會(huì)議等作了大會(huì)邀請(qǐng)報(bào)告，得到與會(huì)學(xué)者的高度評(píng)價(jià)與極大興趣。這些工作成果已被國(guó)內(nèi)外多個(gè)國(guó)家的學(xué)者在他們各自的數(shù)值方法、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)或大型航天天線結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制研究中大篇幅采用，并給出了這一方法相較于傳統(tǒng)方法具有計(jì)算量小、精度高的定量結(jié)論，同時(shí)發(fā)展出了新的非線性問(wèn)題數(shù)值求解與工程應(yīng)用方法，有力推動(dòng)了小波分析理論與應(yīng)用發(fā)展。

科學(xué)的另一扇大門

2002年4月，機(jī)緣巧合之下，王記增得以到全球聞名的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)——馬普學(xué)會(huì)所屬的金屬研究所,在國(guó)際著名固體力學(xué)家高華健院士的團(tuán)隊(duì)從事博士后研究，并于兩年后正式成為研究員。

“馬普金屬所是我見過(guò)的所有研究機(jī)構(gòu)里最適合做研究的?！蓖跤浽鼋榻B。馬普金屬所自由而開放的學(xué)術(shù)氛圍給他留下了極深印象，所里的事物都由教授們一起決定，并由一個(gè)輪值教授擔(dān)任所長(zhǎng)處理行政手續(xù)，每年政府會(huì)撥給教授們數(shù)量不菲的研究經(jīng)費(fèi)，而不需要自己去申請(qǐng)。學(xué)生畢業(yè)沒(méi)有發(fā)表論文的限制，教授們更不用去追求發(fā)表論文的篇數(shù)，每年會(huì)有一個(gè)由知名國(guó)際學(xué)者組成的學(xué)術(shù)委員會(huì)對(duì)每個(gè)部門的研究做一個(gè)評(píng)估。從研究環(huán)境來(lái)看，研究人員想要什么文獻(xiàn)或圖書，只需簡(jiǎn)單發(fā)送一封電子郵件，相關(guān)人員就會(huì)利用所里的文件傳送系統(tǒng)，將需要的東西送到手中。當(dāng)然，圖書館就在研究所樓里，科學(xué)家們也可以自己方便地選擇想要的文獻(xiàn)；另外，研究所一直都會(huì)有全世界不同領(lǐng)域優(yōu)秀學(xué)者的精彩學(xué)術(shù)報(bào)告；而研究所的外面則是一個(gè)很大的樹林，在所里的很多科學(xué)家都說(shuō)，他們最得意的工作靈感都是在樹林里散步時(shí)得到的……

這樣開放自由的學(xué)術(shù)環(huán)境，也為王記增推開了科學(xué)研究的另一扇大門。以往，他的研究以探索工程問(wèn)題的定量分析方法為主，有些偏應(yīng)用數(shù)學(xué)，對(duì)材料的力學(xué)與物理性質(zhì)及相關(guān)機(jī)理知道得不多。但在馬普金屬所和其他學(xué)者交流學(xué)習(xí)的過(guò)程中，王記增產(chǎn)生了嘗試更有挑戰(zhàn)性研究的一些想法，并從DNA進(jìn)入碳納米管的物理機(jī)制開始進(jìn)行了研究。

軟生物材料系統(tǒng)，如細(xì)胞、病毒和生物大分子統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)性質(zhì)與行為的理論、仿真與實(shí)驗(yàn)研究，由于涉及連續(xù)介質(zhì)力學(xué)響應(yīng)與熱漲落隨機(jī)性的耦合，因而具有極大的難度，但確是從分子與細(xì)胞尺度理解生命現(xiàn)象、發(fā)展先進(jìn)微納米技術(shù)以及構(gòu)建軟物質(zhì)本構(gòu)關(guān)系的重要基礎(chǔ)。

在馬普金屬所研究期間，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)物理、高分子物理理論與隨機(jī)過(guò)程理論等系統(tǒng)學(xué)習(xí)，王記增梳理了有關(guān)高分子物理模型與定量仿真方面的文獻(xiàn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)與思考后，他終于建立了一個(gè)可描述復(fù)雜微環(huán)境下高分子統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)行為的廣義桿珠（GBR）仿真新模型，為今后進(jìn)一步深入研究涉及高分子統(tǒng)計(jì)力學(xué)性質(zhì)的眾多科學(xué)問(wèn)題提供了重要的定量分析手段。截至目前，該仿真模型已被國(guó)際上多個(gè)團(tuán)隊(duì)廣泛采用，用于不同問(wèn)題的定量分析。

2009年9月，受母校蘭州大學(xué)的邀請(qǐng)，在國(guó)外留學(xué)研究近8年的王記增終于回到了祖國(guó)的懷抱。多年來(lái)輾轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)研究的經(jīng)歷，讓他更加堅(jiān)定了自己的科研夢(mèng)想，不管走到哪里都能毫不動(dòng)搖地追求知識(shí)。

就在這樣堅(jiān)持不懈的探索下，回國(guó)十余年來(lái)，王記增取得了系列創(chuàng)新突破。他一方面繼續(xù)小波分析研究，并逐步建立了針對(duì)各類強(qiáng)非線性力學(xué)問(wèn)題的統(tǒng)一、高效與精確求解手段，在計(jì)算理論原始創(chuàng)新上做出了具有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的成功嘗試；另一方面深入推進(jìn)有關(guān)微尺度生物材料系統(tǒng)，如細(xì)胞、病毒和生物大分子統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)性質(zhì)與行為的理論、仿真與實(shí)驗(yàn)研究，并經(jīng)過(guò)多年的探索與堅(jiān)持，針對(duì)這類復(fù)雜系統(tǒng)成功發(fā)展出了具有非線性-連續(xù)介質(zhì)力學(xué)-熱漲落隨機(jī)性耦合特征的定量理論模型與計(jì)算理論，實(shí)現(xiàn)了定量理論預(yù)測(cè)與典型實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的關(guān)聯(lián)分析，為工程與技術(shù)發(fā)展提供了重要指導(dǎo)。

至今為止，王記增提出的定量分析理論與方法已得到國(guó)際學(xué)者的認(rèn)可與近百篇次采用和應(yīng)用，所推導(dǎo)理論公式獲得專門的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并成為多個(gè)典型實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用的標(biāo)定公式，相關(guān)理論適用范圍被稱為“王和高范圍”。

讓科學(xué)探索形成良性循環(huán)

好奇心是每個(gè)人與生俱來(lái)的品質(zhì)，但能否保持好奇心并為此付出持之以恒的行動(dòng)，可能才是最終成功的關(guān)鍵所在。在王記增幾十年探索未知的路上，一樣充滿著誘惑與波折，但在強(qiáng)烈好奇心的驅(qū)使下，他始終堅(jiān)定不移向著知識(shí)的高峰前行。

正如在蘭州大學(xué)的本科學(xué)習(xí)期間，繁重的課業(yè)不僅沒(méi)讓王記增產(chǎn)生厭學(xué)情緒，反而讓他在知識(shí)的不斷積累中看到了更多未知或無(wú)法很好解答的問(wèn)題。這種來(lái)自于掌握的知識(shí)和無(wú)法解決的問(wèn)題之間的差距，對(duì)他構(gòu)成了極大吸引力，促使其從盡可能多的課外參考書中尋找答案。

“這種非功利式好奇心驅(qū)使下的學(xué)習(xí)，往往才能讓我們真正獲得知識(shí)。”在王記增看來(lái)，太功利化的學(xué)習(xí)，盡管也能靠自律堅(jiān)持，但無(wú)疑是一種苦行僧式的生活，大多數(shù)情況下無(wú)法堅(jiān)持長(zhǎng)久，所獲得的知識(shí)也容易“考完即忘”。“書本里的基礎(chǔ)知識(shí)與科學(xué)創(chuàng)新不是割裂開的，只有將專業(yè)課真正理解透徹后才能消化、吸收再創(chuàng)新。”王記增說(shuō)道。

研究生期間，有限的科研環(huán)境也給王記增留下了深刻印象。那時(shí)，系里只有一臺(tái)公用計(jì)算機(jī)，很多時(shí)候不得不等到晚上十一二點(diǎn)鐘，等幾個(gè)高年級(jí)的學(xué)長(zhǎng)用完之后再用。即使后來(lái)科研條件改善了，但直到博士畢業(yè)，大家都是共用幾臺(tái)計(jì)算機(jī)。不僅如此，在互聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)普及的時(shí)代，對(duì)于基礎(chǔ)科研來(lái)說(shuō)，資料的獲取也是極大的難題。為了從書中追尋答案，圖書館在王記增的學(xué)習(xí)生涯中占據(jù)了重要的地位。

蘭州大學(xué)圖書館、中國(guó)科學(xué)院近代物理所的中科院圖書館、甘肅省圖書館、北京國(guó)家圖書館，還有上海圖書館……每一個(gè)經(jīng)過(guò)地方的圖書館都給他留下了難忘的回憶。也正因?yàn)橹R(shí)難得，這些來(lái)之不易的學(xué)習(xí)資料都讓他倍加珍惜。中學(xué)時(shí)華羅庚著的硬皮繁體字版《數(shù)論導(dǎo)引》，還有導(dǎo)師訪問(wèn)美國(guó)回來(lái)贈(zèng)送的小波文獻(xiàn)復(fù)印本等，都一直伴隨著他到博士畢業(yè)，直到出國(guó)才送給學(xué)弟們。

過(guò)去30年的學(xué)習(xí)、研究生涯，在王記增的記憶中無(wú)疑是充實(shí)且充滿了樂(lè)趣的。對(duì)未知事物的好奇心驅(qū)使著他進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)，而這些理論又加深了他對(duì)問(wèn)題的理解，引發(fā)出更深層次的科學(xué)問(wèn)題，從而形成良性循環(huán)。

科研就像一座永無(wú)止境的高峰，等待著他不斷攀登、前行。盡管轉(zhuǎn)眼幾十年光陰匆匆而逝，王記增也從青蔥少年到兩鬢斑白，但在這條崎嶇又充滿著無(wú)限可能的路上，他仍然如少時(shí)一般，對(duì)未知世界飽含著激情與探索的欲望，不斷前行。