林为干：解开电磁学的“哥德巴赫猜想”

    林为干是我国著名的微波理论专家，被公认为我国微波学界的奠基人之一。笔者与其相识，缘于“老科学家学术成长资料采集工程”。这一工程以抢救性地挖掘老科学家们的学术成长资料为目的。2011年7月工程启动时，林为干已93岁高龄，身体状况不佳，经常住院。在与林为干接触的过程中，我们深深喜欢上了这位平易可亲的老科学家。他对国家和科学事业的热爱，九十高龄仍坚持读书、学习和科研的奋斗精神，深深地感染和教育了我们。

崭露头角

    林为干1919年出生于广东台山大纲村。父亲林本伟早年曾用心科举求仕，希望自己的三个儿子都能成为国家栋梁，遂给儿子取名为栋、为梁、为干。林为干自幼学习成绩突出，1939年从西南联大（清华大学）毕业，获工学学士学位。

    大学毕业后，林为干并未放弃继续求学的梦想，很快考入清华研究院电子工程学部电讯组攻读研究生，师从华裔物理学家、时任清华大学研究院物理研究所所长任之恭教授。但战争断绝了林为干与父亲的联系。他失去了经济支持，被迫中断研究生学业。此为林为干最遗憾的事情，至今回忆起来他还有些自责。

    林为干从事微波研究是从美国攻读博士学位时开始的。

    微波，是指频率为300MHz-300GHz

    的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波。微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。在第二次世界大战中，微波技术得到飞跃式发展。

    在导师温纳里的鼓励下，林为干写成了博士论文《单腔多模微波滤波器》，通过了博士论文答辩。美国《应用物理》1951年8月号首页刊登此文，产生了巨大的影响。林为干首先发现了一个圆柱形谐振腔有5个同谐振频率的简并模可以利用，首次建立了单腔多模滤波器的多级电路模型，创立了一种新的单腔多波型微波网络理论。该理论意义深远，受到了同行们的重视，半个多世纪以来一直被国内外学者所引用，并对现代卫星通信等产生了重大影响。1994年仍有法国学者认为近代卫星广播通信业所用的多模技术是由拉贡（Ragan）及林为干提出来的，其发展的基础是根据林为干及库恩（Cohn）的工作，此工作至今仍在发展。

    一腔多模的理论，使林为干在微波研究领域初露头角。

林—钟方法

    1949年，新中国成立，海外学子们万分激动。林为干获得博士学位，他婉言谢绝了导师温纳里让其留校的邀请，毅然冲破阻力回到祖国。受冯秉铨之邀，他到岭南大学任教授，同时在中山大学授课，不久兼任岭南大学电机系主任。1952年中国院系大调整，岭南大学的电机工程系并入新成立的华南工学院，他调入华南工学院任电机系主任。1956年，他又服从组织安排，举家西迁成都，参与组建成都电讯工程学院（今电子科技大学），并将一生奉献给了这所高校。

    回国后，林为干在教学及行政工作之余，以极大的热情和精力投身科学研究，在《物理学报》、《电子学报》等刊物发表学术论文40余篇。其中，最重大的突破是被学术界称为“林—钟方法”的研究。这是林为干和助手钟祥礼发表在《物理学报》1963年第4期的“传输线特性阻抗的一个新计算方法”的学术论文。这篇论文确立了林为干在微波传输系统方面的重要地位。

    当时国际上对传输线的特性阻抗的计算方法主要有两种：一是比较广泛的函数变换法，二是变分法。两种方法的计算都过于复杂。林为干、钟祥礼将这两种方法结合起来，即利用变分法的一个定理求出特性阻抗准确值的上限和下限，在计算过程中不应用变分法中常用的方法处理，而是利用函数变换法，大大简化了计算方法。

    “传输线特性阻抗的一个新计算方法”发表后，在学术界产生重大影响。1972年，马可尼丛书作者M.A.R·Gunston将林为干、钟祥礼创造的方法称为“林—钟方法”，将论文中的一些公式绘制成曲线和图表，供全世界的微波工程师使用。该书将“林—钟方法”和其他六七个欧美科学家（包括谢昆诺夫这样的微波理论创始人）的计算公式进行了比较，认为“林—钟”方法的计算公式最准确，最便于计算和估值。

    如果说一腔多模的理论让林为干在微波理论与技术研究领域初露头角的话，“林—钟方法”则让林为干成为世界微波学术界一颗耀眼的明星。

大展身手

    文革中，林为干受到了冲击，被批斗、关牛棚，修下水道，下放到干校进行劳动改造。在最黑暗的时候，林为干并未绝望，他坚信自己没做任何对不起党和国家的事情，坚信这样的日子不会长久，知识分子一定会发挥作用。在文革中，一有空闲，林为干就看书学习，进行科学研究。他申请用扣发的工资订阅外文学术刊物，意外地获得批准，使其在文革中依然对国际学术前沿保持着了解。

    1978年3月，全国科技大会召开后，林为干浑身上下都充满干劲。他每天早上不到八点就准时到办公室，一年365天除了春节休息两天外，天天如此。1978至1984年，林为干的著作《微波网络》、《微波理论与技术》、《电磁场工程》、《电磁场理论》相继出版。这四部著作总计280多万字，为电磁工程界高级科技人员以及大专院校的研究生提供了一套高水平的理论读物，大大推动了我国电磁理论、微波理论与技术的发展。其中《微波理论与技术》一书获得了国家教委全国高校优秀教材奖，被许多高校选为该专业研究生的必修教材。

    1977年至1989年十余年间，林为干发表了近60篇学术论文，最重要的成果有“椭圆直波导理论”和“含不均匀介质波导传输理论”。椭圆波导作为长距离、可弯曲的波导，应用于大面积天线，如无线通讯的30米天线中，它作为主波导使用，属于大椭圆度。林为干利用初等函数来逼近椭圆波导中的场结构，求出了简易的工程设计公式。该理论成为了我国向国际电工标准会议推荐的椭圆波导标准的理论依据，广泛运用于卫星通信。

    上世纪80年代由于激光技术的发展，不均匀介质填充的波导又受到重视。因为这种波导有自聚焦能力，故而含不均匀介质的波导传输理论就显得非常重要。林为干在研究这个问题时与经典方法不同，他利用了微分方程理论的无穷极数解和变系数法，对某些波导问题则采用合流超几何函数和高级超越函数理论来求解。这是世界上首次从微分方程角度，把微波波导和光波导边界值问题有机地结合起来，广泛用于光波、微波和毫米波传输系统。

    1980年，林为干当选为中国科学院院士，这是学术界对其科技贡献的肯定。

百岁人生规划

    1989年，林为干从科研和教学一线退下来，但丝毫没有懈怠，依然以饱满的热情和旺盛的精力从事于科学研究和人才培养工作。此后的七八年时间里，林为干发表了130余篇学术论文，独著或为第一作者的近30篇。

    其中最值得称道的是林为干解开了电磁学界的“哥德巴赫猜想”。1995年12月，林为干的学术论文《一个介质球的静电镜像群》在美国《静电学》学报上发表。该文攻克了一个百年难题。1892年麦克斯韦的《电磁学》（第三版）出版以来，关于点电荷在介质球中能够形成多大的镜像，位于何处的研究一直是一个未解之谜。于是，这个百年未解的难题就成为了电磁学界的“哥德巴赫猜想”。解开这个“哥德巴赫猜想”成了很多电磁学家的梦想。林为干从1951年起就曾涉及这个难题，他不相信难题永远是难题，在上世纪50年代末发表了几篇学术论文，研究虽然有所进展，但仍没彻底解决。此后40年间，林为干一直未放弃对这个问题的探索，终于成功找到了解决这个百年难题的钥匙，通过旋转退化双极坐标系（α，β），林为干求出了α=1/2这个表示式，从而发现了有介质平面的双镜现象，解决了这一经典难题。

    这一研究成果不仅攻克了电磁学界百年未解的难题，而且具有十分重要的应用价值，微波学界欢呼不已。鉴于林为干在微波理论研究领域的巨大成就，他被称为“中国微波之父”。1999年，香港何梁何利基金授予林为干科学与技术进步奖。2003年5月18日，美国伊利诺伊理工大学授予林为干名誉文科科学博士学位，这是伊利诺伊理工学院第一次将这一荣誉授予一位中国学者。用林为干自己的话说，1950年的博士学位，是靠自己奋斗取得的。而50多年后的博士学位，是别人送来的荣誉。

    93岁的林为干仍然在规划自己的人生。在电磁科学界，有一位叫MorayB.King的人，他在电磁科学界如同他的名字一样，拥有“国王”般的地位，为电磁科学作出过巨大贡献。2005年，在他100岁生日的时候，他还在国际著名的电磁学学报上发表了学术论文。于是，这位King先生，就成了90多岁的林为干的榜样和奋斗目标。他说，我也要像King一样，甚至超过King，争取活到100岁，而且100岁时也要发表两篇有影响力的学术论文。

    这成了90多岁的林为干的人生目标。2012年春节，林为干因感冒引发肺部感染，情况非常不乐观，医院都准备立即切气管抢救，但林为干以自己惊人的毅力和顽强的生命力，挺过了生死关，向100岁目标努力攀登。出院回家，林为干一如既往，拿着放大镜，翻看着各种资料；用颤抖的手，在纸上推算着公式，年年月月，日日如此……

     林为干简历

    1919年10月出生。

    1939年西南联大（清华大学）毕业。

    1950年获美国加州大学博士学位。

    1951年回国后，在岭南大学、华南工学院任教。

    1957年调成都电讯工程学院，曾任副院长等。

    1980年，林为干当选为中国科学院院士。

    1989年获国家级优秀教学成果特等奖。

    1991年获国务院政府特殊津贴。

    1999年获何梁何利科技进步奖。

    林为干曾任成都市科协主席，现为电子科技大学教授、博士生导师，中国电子学会理事，IEEE微波理论与技术学会北京分会主席。1979年以来出版著作四部：《微波网络》、《微波理论与技术》、《电磁场工程》和《电磁场理论》。

    （作者田永秀为西南交通大学政治学院教授，王安平为四川省科协工作人员）