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于无声处听惊雷 | “燃烧一生”的陆家羲为数学带来了什么贡献?

更新时间:作者:小小条

在中国现代数学史的侧影中,有些名字并不喧哗,却以惊人的力量改变了一个领域的走向。陆家羲便是其中之一。他并未拥有耀眼的头衔,也没有置身庞大的研究团队——他在偏远小城度过了一生大部分时光,凭借极为有限的条件,与世界数学前沿保持着几乎是孤身一人的对话。

在那个通讯不便、资料匮乏的年代,他以手抄的外文文献、记满计算的草稿本、以及对数学结构几乎偏执般的敏感,构筑起无人预料的成果。他提出辅助设计体系,搭建大量递归构造,引入有限域、代数数论、正交拉丁方与横截设计等工具,最终写下关于不相交斯坦纳三元系大集的系列论文,在世界组合设计理论史上留下难以磨灭的印记。

严格、深邃、几近枯燥的推演背后,是一个科学工作者对秩序之美的笃定守望。

于无声处听惊雷 | “燃烧一生”的陆家羲为数学带来了什么贡献?

然而伟大的思想并不总伴随喧嚣。他在清寂的夜里写完稿纸,在无数无人知晓的清晨修改证明;当世界后来惊叹于“陆氏定理”的完整性时,他已不再能亲见理论在国际数学界的回响。

数学中的每一个存在性定理看似冷硬,却都凝结着某种不可言说的孤独与厚重。那厚重不是来自“天才”的灵光,而是来自土地与耕耘,从默默扎根、反复翻犁的“地才”之力中长出来的坚实与深度。

那是一种与喧哗无关、与名利无涉的纯粹——远离中心,他独自推开难题的边界;无人喝彩时,他将复杂结构打磨至极致。这份专注,如林间雾,石中溪,静默、纯粹又厚重。

斯人已逝,最好的纪念就是“成为”,于无声处听惊雷。


陆家羲的一生:为信念与科学“燃烧生命”

1935年6月10日,陆家羲诞生于上海一个普通市民家庭。父亲陆宝祥靠贩卖酱醋维持生计,母亲李月仙则偶尔帮人缝补、浆洗以补贴家用。家境贫寒,使得父母的前两位孩子因病早逝,唯有小儿子陆家羲顽强存活下来。6岁时,父母攒足了劲儿将陆家羲送入上海南浔路正德小学读书。令人称奇的是,尽管父母文化水平不高,几乎未曾受过系统教育,陆家羲却自幼展现出非凡的智慧与好学之心。五岁入小学,十岁进入中学,每年的学业成绩总是名列前茅,才华超群,令人侧目。

然而,命运并未因天赋而宽厚。陆家羲亲眼目睹了家庭的艰辛与变故,身心都承受着沉重的打击。父亲的骤然离世,使原本就摇摇欲坠的家境更加风雨飘摇。起初,他几乎想要放弃学业,但母亲不惜砸锅卖铁,也要让他完成初中学业。在母亲泪水与坚持的陪伴下,陆家羲勉强读完了初中,却仍被迫辍学,踏入社会承担起家庭的责任。

1950年9月,初中毕业之际,经人介绍,年仅15岁的陆家羲来到上海公共汽车公司下属一家五金材料门店,开始了学徒生涯。贫困的出身让他过早地体会到生活的重压与人世的艰辛,但在内心深处,他对知识与学*的渴望从未消减。迫于生计压力。童年的天赋与理想,在现实的磨砺下,暂时被迫沉寂,却为他后来的坚韧与创造力埋下了深厚的根基。

1951年,陆家羲迎来了人生的第一个重要转折:转折点出现在陆家羲得知东北当时准备招收一批学员,进行定向培训统计能力,以支援工业生产。他立刻报名参加培训班。正是在这段培训过程中,他接触到了许多此前从未涉猎的知识,并开始大量的学*数学基础。

经过考核与选拔,他获得在东北电器工业管理局培训的机会,经过三个月学*后,被分配到哈尔滨电机厂生产科,担任统计干部。成为国家干部不仅提升了他的社会地位,也带来了可观的工资和生活改善。

1951年6月6日,哈尔滨电机厂(现哈电集团电机公司)奠基

哈尔滨电机厂

然而,天性好学的陆家羲并未满足于物质生活的改善。在业余时间,他刻苦自学文化知识,很快达到了高中毕业生的同等学力水平。电机厂工作的5年多时间里,他自修完了高中的全部课程,还自修了俄语、英语和日语,在语言方面表现出了极高的天分,能够用俄语、英语和日语实现与人的对话与交流。

与此同时,陆家羲两次被评为厂先进生产者,并在1956年松花江泛滥成灾时,积极投身于抗洪抢险第一线,获市二等防洪模范的光荣称号。工作在自身的学*上进中,把陆家羲变成了那个时代的一个阳光青年,除了这些,他还爱下围棋和象棋,喜欢文学也爱唱京剧,广泛的兴趣爱好让他的人生充满了欢乐,分明已经不再是那个曾经被泡在眼泪里的苦难少年。经过几年的历练,他的工资已升至每月62元,这在当时中国属于较高薪酬,甚至超过不少大学毕业生。

然而,他深知自己的理想不在工厂,而在高等学术研究的世界。他意识到:世界远比他所见的工厂与街市更加广阔,而科学研究的道路,正静静地向他招手。

于是,陆家羲做出了艰难而果断的选择:放弃令人羡慕的工作岗位,投身全国高考的竞争。1957年,他凭借卓越的学业能力,被东北师范大学物理系录取,正式开启了他通向科学殿堂的学术旅程。

物理系楼前工农兵学员合影

在艰苦环境中不断磨砺成长的陆家羲,终于如愿以偿成为一名令人羡慕的大学生。他格外珍惜这来之不易的深造机会,将全部时间与精力投入到每一门课程的学*之中。虽然他的专业是物理,陆家羲却另有自己的思考:物理研究往往依赖复杂且昂贵的实验设备,而当时国内条件有限,这种追求难以实现。而数学研究则不同,只需纸笔与时间,便可在广袤的逻辑世界中自由探索。

正因如此,陆家羲立下志向,将数学作为终身研究方向。每当有空,他便潜心钻研各种数学书籍,无论是在寝室还是图书馆,常常废寝忘食,通宵达旦。年轻的他,在纸与笔之间,悄然开启了一条属于自己的学术征途。

然而,对于刚步入大学的陆家羲而言,数学的世界广阔无垠。他在广泛涉猎各个领域的同时,内心也在思索:究竟应该选择哪一分支,作为自己未来深耕的方向?

就在此时,他偶然接触到一本深刻影响他人生选择与命运走向的书——《数学方法趣引》。这本书如同一道光,照亮了他原本模糊的学术道路,也悄然种下了他未来成为数学家的种子。

《数学方法趣引》

《数学方法趣引》由我国数学家孙泽瀛先生编撰,华罗庚教授亲自审阅,是一本面向大众的数学科普读物。在这本小册子中,作者列举了一系列既经典又富趣味的数学难题。其中,一章名为“柯克曼女生问题”的内容,尤其吸引了陆家羲的目光。

数学家孙泽瀛(1911—1981)

数学家华罗庚(1910-1985)

“柯克曼女生问题”是一个历史悠久的组合设计难题。1850年,英国神父兼业余数学家托马斯·彭宁顿·柯克曼(Thomas Penyngton Kirkman)在《女士与先生日记》杂志上提出了这样一个问题:教师有15名女学生,需要为每位学生安排每天的集体散步日程,要求每组由3人组成,每周散步7次,并且任意两名学生仅在同一组出现一次。一年后,柯克曼本人给出了该问题在15名学生条件下的完整解答。然而,当总人数为任意可分组的正整数时,问题的充分必要条件并未被彻底揭示。

表面看似简单的“柯克曼女生问题”,其理论内核却极为复杂,自问题提出以来,无数组合数学家和业余爱好者为之殚精竭虑,却无人能彻底破解。

托马斯·柯克曼


问题原本

在这样一个难题面前,一个主修物理的师范本科生要投身组合设计领域的研究,显得几乎不可思议。

事实上,许多学者在选择研究方向时,往往都伴随着偶然的机缘与巧合。对当时的陆家羲而言,也不例外。在众多历史上连人类历经数百年都未能解决的数学难题中,他为何会对“柯克曼女生问题”情有独钟?或许连本人也难以解释。

他耗费无数个日日夜夜,时常在校园夜晚的路灯下推演、演算、思索,每一次笔尖划过纸面,都在向数学世界迈出坚定的步伐。这份兴趣更像是一种直觉的召唤,一种在浩瀚数学世界中自然产生的吸引力,为他未来的学术道路埋下了最初的种子。

1961年,26岁的陆家羲从东北师范大学毕业,按国家分配前往内蒙古包头钢铁学院任教。就在同一年,他的母亲去世,年少成年的陆家羲在情感上骤然失去了依靠,早早成为孤身一人的青年。

同年年底,陆家羲将凝聚自己五年心血的论文——《寇克满系列与斯坦纳系列的构造方法》——寄往中国科学院数学研究所,同时寄去的还有另一篇论文“应用组合系列制作正交拉丁方的一些结果”。然而,经过长达14个月的漫长等待,他收到的回复却只是:“如果该研究为最新,可直接投稿给《数学学报》等刊物。”

那个春节,陆家羲没有休息一天,他再次细致修改论文,将其投寄给《数学通报》。然而,等待又是一年,他收到的答复是:“由于篇幅较长和所用的数学工具,建议另投其他刊物。”面对接连的挫折,这位年轻的数学学者依旧没有动摇,他的耐心与执着,在无声中展现出对学术的无限热忱和坚韧毅力。

1963年,陆家羲再次将修改完善后的论文寄给《中国数学通报》,然而编辑部的意见仍是建议尝试其他刊物。

陆家羲并未因第二次退稿而放弃。他继续修改论文,在资料匮乏的包头,中学图书馆和市图书馆远不能满足研究需要,他只好每逢假期便去北京查阅文献。为了节省旅费与住宿开销,他常住在车站附近最便宜的旅店。衣服因长期旅途与研究奔波而脏旧破损,也无暇清洗或缝补。久而久之,他的外形更像一位疲惫的流浪读书人,而不像一名中学教师或数学研究者。

在1965年,他第三次将论文投递给《数学学报》,最终收到的仍是一封退稿信。虽无法考证当时编辑和审稿人拒稿的具体原因,但或许只要稿件处理人看到作者所在单位,便会条件反射地将其与民间学者联系起来,退稿也就成为了“理所当然”的流程。

对于立志于学术研究、且已有实际突破的人而言,最沉重的打击并非物质条件的捉襟见肘,也不是周围人的冷嘲热讽,而是自己辛勤研究的成果,未能得到同行专家的认可。

至此,陆家羲已接连对论文修改了三次,每次都被退回。

《数学通报》

一般认为,现代组合数学的发展直到20世纪50年代才在全球范围内初具规模,并随着计算机与工程科学的崛起,逐渐成为一门具有重要影响力的学科。值得注意的是,陆家羲的研究工作在总体上与这一学科的发展趋势同步。然而,在20世纪60年代的中国数学界,组合数学仍处于萌芽阶段,相关专业人才极为匮乏。这使得陆家羲的工作与国内主流研究之间几乎没有交集。

陆家羲三次投稿,仅获得极少积极回应。除了“曲高和寡”之外,当时的社会与学术环境也造成了巨大阻碍:许多学术刊物难以正常运作,甚至停刊;在这种情况下,很难有人会耐心关注一位只有大学本科学历、在中学任教的物理教师的数学研究,更不用说这是属于高深现代数学领域的重要成果。面对这样的现实,大多数人第一反应自然是:“这怎么可能呢?”

那时正是三年经济困难时期,不久,钢院“下马”。在那个时期,陆家羲因沉迷数学不闻现实,成为了反面典型。在陆家羲努力写论文的这段时间里,他被指责为走“白专道路”,有“成名成家”的思想。性格内向且与世无争的陆家羲再次服从上级安排:从1962年起直到1966年特殊历史时期,他被调来调去,甚至被送进了干校,成了被教育的对象。陆家羲先后在包头市教育局研究室、包八中、包五中、包头市教育行政干校以及包二十四中任教,频繁调动岗位。

但陆家羲并未放弃数学研究。为了不让造反派组织找自己的麻烦,陆家羲想出了 一个“两全其美”的办法:自己成立一个战斗队,自任总指挥。尽管这个“海燕战斗队”没进行 过什么“革命行动”,但也没惹出什么大问题。这使得陆家羲这个“光杆司令”有更多的时间, 躲在宿舍里静静做研究。

从那以后,直到1977年,他没有再对外投递过一篇论文。

他在日记中写道:“从那时起,他已放弃提交论文的想法”

1972年,对陆家羲而言,是幸福的一年。长期沉浸在数学研究中,他几乎忘记了世界上春夏秋冬的轮替,也很少与人交往。然而,这一年,他被一个名叫刘子愈的朋友想了起来。缘由是在春节期间,刘子愈见到从河套狼山医院回包头探亲的张淑琴——她离婚带着两岁的女儿,生活艰难。刘子愈决定为她介绍一位合适对象,思索良久,便想起了陆家羲。

陆家羲(右)与连襟刘子愈

刘子愈对张淑琴说,这个人“好像没什么大问题,就是整天在纸上算算术题,连吃饭睡觉都能忘了”。张淑琴半信半疑:“哪有这样的人?做一件事还能如此专注?”刘子愈便约陆家羲与张淑琴共进晚餐,以作见证。

或许是因多年沉浸数学的孤独,或许是别的缘由,见到张淑琴时,一向话少的陆家羲竟然滔滔不绝地开口了。他与张淑琴谈科学、谈理想、谈工作,两人的思想碰撞激发出浓厚的共鸣,渐渐萌生情愫。进展之快,连介绍人刘子愈都感到意外:当年夏天,张淑琴调回包头,陆家羲向同校的老师借了一间凉房作为洞房,与张医生举行了简朴的婚礼。她与37岁的陆家羲共同生活,给他带来了一个温暖的家。

陆家羲的家庭经济生活一直是困顿、窘迫的,他们住在平房里,在北方严寒来临时烧土坑。艰苦的条件使他适应了环境,但并不能使他过得轻松。他一家四口住在十多平方米的小屋里。家里的唯一一张桌子被女儿们用了,他不得不在破旧的炕床上进行计算。去北京时,他只能买硬座票,因为买不起卧铺票。白天他在图书馆吃干粮,晚上则在火车站的板凳上睡觉。他身患多种疾病,却“讳疾忌医”,极少机会接受冶疗。他处在各利益集合的余集之中除了最基本的生活消费,他几乎没有什么嗜好。来到这个世上,他无怨无悔,努力奉献,别无他求。

婚后,陆家羲依旧沉浸数学演算,但尽力抽出时间陪伴张淑琴和她的女儿。他给小女孩讲故事、教她唱歌、绘画和玩魔方,用父亲般的关怀影响着她。张淑琴说:“老陆只要和女儿在一起就像变了一个人。”她几乎承担了所有家务,全力支持陆家羲的研究,“有时候他向我谈问题,我听不懂,但我知道他在做有意义的事。”

孤独而沉寂多年的陆家羲,终于在生活中拥有了知音,浑身焕发出无穷的精力,再次全身心投入数学研究。

1976年,他和张淑琴迎来了自己的女儿。

这一抹生命的色彩,与政治环境的再次稳定,仿佛带来了属于陆家羲短暂的春天。

油画《科学的春天》

1977 年 9 月 4 日,备受鼓舞的陆家羲又将题为 《k=5,λ=1,v=141 的平衡不完全区组》的论文修改稿寄往《数学学报》。1979 年 4 月,陆家羲借到了于 1974 年和 1975 年在美国出版的世界组合数学方面的权威刊物 《组合论杂志》。陆家羲却意外看到了一个让他几乎瘫坐在地的消息:

1971年,意大利学者查德哈里(R. Chaudhuri)和威尔逊(R. M. Wilson)发表文章,宣称彻底解决了柯克曼系列问题,并迅速获得国际数学界的公认。

(点击链接阅读论文)

然而,由于当时国内与国外学术信息交流的严重滞后,陆家羲直到1979年拿到杂志的那一刻才得知,国际学术界已经将攻克柯克曼女生问题的桂冠授予了这两位外国学者。实际上,陆家羲知道,自己多年前撰写的论文早已完美解决了相关问题。

两位外国学者的论文在正规刊物上公开发表,自然获得了成果认可的优先权。此时,即便陆家羲有再多理由申辩,也已无力改变历史。给朋友的一封信中,他写道:

“这些时间比我要迟7至10年,而我的稿子至今还无着落,这也说明我过去的工作是有意义的。这一段历史有18年,我的第一个孩子,精神上的孩子,她有18岁了。可是她的命运真不好。18年,在人的一生中不算短,对现代科学来说,更是一个漫长的时期,难道这里不寓有什么教训吗?”

历史的残忍就在于,我们在当下沉思,却依然无法看到身处其中的人被救赎的机会......

难能可贵的是,陆家羲并未因失去柯克曼女生问题的成果优先权而气馁!

往者不可谏,来者犹可追,陆家羲并未因此倒下,而是鼓起更大的精神!

他痛定思痛去搜集组合数学区组设计发展的动态,力图弥补十年“动荡时期”造成的空白。他清楚认识到,损失已无法挽回,与国际学术界的差距在扩大;但他深信 既然他能在60 年代初超前国外约十年解决了科克曼女生问题,在斯坦纳三元系的研究方面,他也具有实力。

J. Steiner,1796-1863,瑞士数学家

深思熟虑之后,他选择了区组设计领域中的这一著名难题——不相交斯坦纳(Steiner)三元系大集的存在性问题作为自己下一个研究目标!

1853年,瑞士数学家斯坦纳(Steiner)在研究四次曲线的二重切线时遇到了一种(v,3,1)区组设计,这就是所谓斯坦纳三元系。所谓不相交斯坦纳三元系大集的存在性,是长期困扰组合数学界的重大课题。当时的专家普遍认为,相较于柯克曼女生问题,斯坦纳三元系问题的理论意义更为深远,研究难度也更高。总体来看,自1847年斯坦纳三元系问题提出以来,直到20世纪80年代初,国际组合数学界虽然发表了大量相关论文,但针对最核心的大集构造问题,专家们仅取得若干零星、孤立的成果,距离彻底解决尚有很大距离。

向着高峰进军!陆家羲又一次夜以继日、废寝忘食,白天教课、带学生,晚上搞科研、写论文,即使在一些重要的节日也都让自己遨游在数学王国里。每当夜深人静,他都在抽出时间潜心从事自己热爱的数学研究,常常工作至凌晨两三点才得以休息。

(陆家羲去世后,人们整理其遗留的日记时发现,他日记中出现最频繁的字是“夜”。其中记录最多的内容集中体现了他夜间的工作状态:如“夜工作”“夜补课”“夜写论文”“夜拟论文”“夜草论文”“夜写作至次日两点钟”“夜工作至次日近三点”“夜与陈某某打英文稿”“夜思考DoYen猜想”“一日思考组合论问题,至夜有重要进展(1980年1月27日星期日)”等。)

在缺乏计算机等辅助工具的情况下,他于1983年成功整体构造出不相交斯坦纳三元系大集(除141、283、501、789、1501和2365这六个例外值之外)。这一成果不仅标志着他在组合数学领域取得重大突破,也充分展示了他在理论计算与逻辑推演上的非凡才能。

1983年,陆家羲的科研又取得了重大突破,但这次,他并没有将论文寄往国内的学术期刊,而是寄给了1974年,他从北京图书馆借到在美国出版的组合数学杂志——《组合论杂志》。

不久,他便收到回信,编辑在信中谨慎地写道:“如果你说的是真的,那将是一项重大的成果。”

受到鼓舞的陆家羲立即开始学*英文,从最基础的字母“A、B、C、D”练起,逐字逐句练*拼写和书写。

陆家羲既兴奋伴又焦急,因为这次意义不同,不仅是他的一项成果即将与国际学术界见面,而且它将代表我国组合数学的成就已登上世界舞台!它解决了130 年未能解决的一个基本问题。

经过刻苦努力,他最终用打字机将数百页英文稿件敲写完成,寄给《组合论》杂志。这一次,他没有再失望——编辑部连续发表了他撰写的6篇论文,分别刊于1983年3月刊和1984年9月刊,总篇幅达到100个印刷页。

两厚本《组合论杂志》A辑: 1983 年 3 月的一本和 1984 年 9 月的一本,它包括“论不相交斯坦纳三元系大集”的6篇文章,共 100 印刷页(英文)。该刊是国际组合数学权威刊物,以如此篇幅接连发表一个人的论文,如果说不是绝无仅有,那也极为罕见。美国学者在一篇的末尾注明,为了增进论文的易读性,执行编辑在文字上作了修改,我们知道,在寄出去的近 200 页打印稿中,每一页都凝聚着陆家羲的心血:不说构思、计算、著文与译成英文,仅仅打字一项,最快时他熬一夜才能打印4页。

人类的智能又攀登上一个高峰,他再次克服了百余年来使数学家们困惑不已的一次挑战。

这是陆家羲的论文第一次在国际上公开发表,鉴于此,这位之前一直默默无闻的中国独立数学家终于得到国内外学术界的关注。由此可见,规范的学术发表,一直是科学成果获得学术认可和优先权的重要依据。

论文发表并引起关注后,陆家羲又获得了新的动力,又开始玩命地工作了起来。周围的人对他说:“老陆,身体要紧啊,你得注意身体!”妻子张淑琴劝说他,也起不到什么作用,他就像一台高速运转的机器,一时难以停歇下来。

1983年7月下旬,由著名数学家徐利治先生牵头,全国首届组合数学会议在当时的大连工学院举行。苏州大学的朱力教授借此写信给陆家羲,希望他能抽出时间参加这次会议,并向全国同行介绍自己的最新成果。陆家羲为此欣喜不已,陆便设法争取经费,他的朋友也为此而奔走,最终以列席代表的身份自费参会。当时参会的代表还有在国际组合数学界具有很高威望的邦迪(John AdrianBondy)和曼德尔逊(Eric Mendelsohn)教授。

他们一下飞机,就向会议的一位组织者询问:

“Lu Jiaxi 博士来了没有?我们很想见见他。”

“卢嘉锡?他是科学院院长,这次不来参加我们的会议。”

“哦,我说的是包头九中的陆家羲......”


他们在这次会议中主动问候和会见了陆家羲,并且对其研究成果给予了极高评价。鉴于此,苏州大学的吴立生教授推荐他在最后的大会报告上再做一次主题演讲,其中陆家羲宣布已经基本解决了不相交斯坦纳三元系大集的整体构造问题,至于余下的六个孤立值,他亦找到相关解决思路,过一段时间就可以向学术界汇报。

John AdrianBondy

大连会议结束后,声名鹊起的陆家羲又和 其他一些与会者来到安徽合肥,参加由邦迪等 国外学者负责讲授的组合学与图论研修班。

在一批国内外专家的鼓励下,本来仅是参与学* 的陆家羲亦受邀登上讲台,向听众介绍他的最新研究工作。

在此过程中,深受触动的曼德尔逊教授感慨到:“这是二十多年来组合设计中的重大成就之一”,当场决定邀请陆家羲前往加拿大多伦多大学开展访学活动。

没过多久,多伦多大学的时任校长亦斯特兰格威(D.W.Strangway)甚至致信包头九中校长,建议中国相关单位出面斡旋将陆家羲调到大学科研岗位上工作。

事实上,陆家羲也曾经想过调动工作。然而,就当时的国内人事制度而言,一个中学老师想调到大学岗位上,对于没有任何社会资源的陆家羲而言,无疑是一件堪比登天的难事。其实,在此 5 年以前,几个朋友为此而奔走,但调了几年,车轮还在原地打旋。某大学认为他研究的是数学,调到物理系显然不合适。另一所大学数学系很想用他,派了一位副主任前往陆家中,这使他很感动,但安排他去教“教材教法”(因无离散数学专业)。这又使他犹豫。

然而,在这次多伦多大学校长的信函被公开后,情况迅速有了转机。几家国外知名期刊发函邀请他担任评论和审稿员,此外,黑龙江大学和华南师范大学等高校都主动联系了陆家羲,希望其前往执教。同时,美国《数学评论》来函邀请他担任评论员,欧洲、日本的学者亦多有来信......

经过考虑后,陆家羲决定调到气候温暖的广州去。

1983年,我国举行第四届数学会年会,相关方面找到了一位国外专家,邀请他来我国讲课。

但这位专家却说:“你们叫我去,那不是让我班门弄斧吗?你们不是有陆家羲博士吗?为什么不请他呢?”

如此,在这位外国专家的推荐下,内蒙古自治区数学分会的陈杰理事长要求为包头九中的陆家羲申请一个特邀代表名额,其提议随即获得批准。

那天,陆家羲怀着喜悦的心情抵达武汉会场,并且与知名数学家陈景润分在同一个讨论小组里。在这次组会上,陆家羲汇报了他在组合设 计领域中的所有重要成果,并获得诸多资深数学家的一致赞誉。值得一提的是,在本届大会上,吴文俊教授担任中国数学会理事长,他也对陆家羲的情况给予了关注。

数学家陈景润,1933-1996

武汉会后,陆家羲返回北京。既过京,当然要去图书馆。他与同伴分手。后来,有人见他买了一张硬座车票。

陆家羲于 10 月 30 日晚返回包头家中。张淑琴发现以前沉默寡言的丈夫这次格外兴奋。他在饭桌上讲述着自己最近的见闻,还有今后的发展计划。

饭后,他和孩子玩了一会,就早早睡觉休息了。

鲜花和掌声,终于眷顾了这颗‘’在寂静里苦行数十载才从地平线升至璀璨夜空的新星“

是夜,他幸福且平静,他的下一个数学计划将在黎明到来后展开......

10月31日凌晨,陆家羲在家中突发心梗疾病,没多久就溘然长逝,终年48岁......

事情来得太突然。平时在医院里对付这类突发事件很有经验的妻子,完全措手不及,家中没有电话,更不可能有抢救的医疗设备。猝不及防。每忆及此,张医生都痛心不已。

陆家羲在家中突然逝世的噩耗迅速流传开来,在令亲友痛惜的同时,也震动和警醒了很多人。

内蒙古师范大学罗见今教授感叹道:

陆象一颗流星,当人们还没有来得及认识他:——他是谁?他从哪里来?他要到哪里去?——他便从视野中陨落。他的事迹激起了情感的浪潮,报章杂志文学刊物表达了人们痛惜、失望甚至愠怒的心情。以后还有艺术家编排了很有感染力的舞剧。他既不是“黑五类”,也不是“走资派”,“文革”打击的重点根本不是他。没有哪个人能为这个悲剧负责。这是一个历史阶段酿成的后果。

陆家羲去世后,人们在整理遗稿时意外发现,他早在 1979 年就完成了一篇题为《可分解平衡不完全区组设计的存在性理论》的论文——这是他自 1976 年起钻研“可分解平衡不完全区组设计”过程中取得的另一项重要成果。1984 年,中国《数学学报》刊发了这篇迟到的工作,一篇遗稿。

朱烈教授在海外访问期间将此文推荐给多位国际专家,引发了再次的高度评价。同行们认为,这项结果的价值丝毫不逊于他此前的不相交斯坦纳三元系大集构造,并主动协助推动该文英文译稿在国际期刊上再度发表。

凭借这篇论文,张淑琴收到了陆家羲一生中唯一的一笔稿费——50 元。

1985 年 7 月,曼德尔逊教授在我国《数学研究与评论》杂志上撰文,沉痛悼念这位由他亲自识才、悉心提携的数学家。在文章的结尾。

他写下了这样一句评价:

“陆家羲生前发表的六篇论文充分显示,如果他能在更为优越的环境中工作,其成就会是多么令人惊叹!他留下的那些杰作,本身就是对他最好的纪念。”


陆家羲为数学带来了什么:以构造之力重塑斯坦纳三元系大集理论

一、斯坦纳三元系(Steiner Triple System, STS)

斯坦纳三元系是组合设计论最基本、最经典的结构之一。

一个 STS(v) 的定义是:

数学上写为:

由计数可知,每个 STS(v) 的 block 数必须是

并且只有满足

的整数才可能存在 STS。

Fano 平面(=7)的情形就证明了其不可能性:要构成 LSTS(7),需要 5 个互不相交的 STS(7),而这是已知不存在的。正因为这种极度严格的结构,一般人会认为 LSTS() 应该只在非常少的特殊阶数上存在。

Fano(v=7) 平面

二、大集(Large set)

给定v个点,所有可能的 3 元子集共有:

如果我们希望把这些三元组“分拆”(partition)成若干个互不相交的STS(v),那么每个STS(v)占用的三元组数量为

,因此必须满足 :

这意味着:一个 LSTS(v) 必须由恰好 −2个互不相交的 STS 组成。

它的难点在于:

STS 的结构非常刚性(从图示的 Fano 平面即可看出)三元组之间的覆盖要求极度严格要保证 −2个STS 互不重叠,必须对所有三元组做“完美划分”

对大多数组合结构,这几乎是不可能完成的。

然而,陆家羲证明,在几乎所有允许 STS 存在的 v 上,这竟然可以做到。

三、陆家羲的贡献:辅助设计体系与多素数因子、代数数论、有限域与拉丁方并用

在 1983–1984 年,他在 Journal of Combinatorial Theory, Series A 分六篇发表了系统性的成果,构建了一个完整的“存在谱”(existence spectrum):

为了构造 LSTS(v),光靠 STS 本身无法递推。为此,陆家羲首创了一个完备的辅助设计体系,包括:

五类辅助设计:

ADAD*AD**LDLD*

它们具有不同的结构性质,例如:

有的用于调整参数与模数

有的用于保证不同 STS 之间的“块不相交性”

有的用于嵌入有限域上的代数结构

有的用于做“横截”与“分组”拼接

这些辅助设计是陆氏构造的“积木”,可以像模块一样被组合、拼装、扩展。

以及3 类辅助设计大集:

LDA1LDA2LDA3

这三类是辅助设计的“大规模版本”,用于在递推过程中把小规模结构扩展到大规模情形。

这一体系完全由陆家羲原创,是整个大集定理得以成立的基础。

这些辅助对象并非简单的技术工具,而是陆氏构造体系的“隐藏骨架”。它们分别承担不同的拼接、扩展、加密和参数调整功能,使得不同阶的局部结构能够在全局层面协调起来。

更重要的是,陆家羲在构造中巧妙引入多种素数因子,将有限域(finite fields)与代数数论的可分结构嵌入递推过程;又娴熟运用正交拉丁方(orthogonal Latin squares)与横截设计(transversal designs)等经典工具,使得每一个局部构造既兼容参数条件,又可平滑嵌入更大规模结构。

种子结构(base LSTS)的显式构造,他首先为若干较小的阶数(如 =9,15,…)构造出明确的 LSTS,称为“基片”。这些小阶大集是整个理论的“原子模块”。分组设计(Group Divisible Design)与可分解 BIBD 的拼接递推扩大:阶数的放大构造

在整个体系中,他前后共推导出 16 个引理与 29 个定理,并最终构造出5 套各具特色的递归构造方法。这 5 套递归构造是整个理论的核心:它们像 5 条不同的“代数通道”,分别把不同类型的辅助设计向更大的阶数推进,从而使“有限可构造性”升格为“无限族可构造性”。

四、陆家羲大集定理(Lu’s Theorem)

在上述构造体系的支持下,陆家羲最终得到如下经典定理:

陆家羲大集定理(Lu’s Theorem)

这六个整数是当时构造方法暂未覆盖的“例外集”,不影响主定理对“几乎所有 v”的全面覆盖。

其中 D(v) 表示在阶v上最多能构造的两两不相交的 STS 的数量。定理给出的

正是理论上的最优值。

这意味着:对于几乎所有允许的阶数,三元组全集都可以被完全、无重叠地拆分成 −2个 STS,这也是经典组合设计理论中极少数能够完全达到理论极限的存在性结论之一。

陆家羲论文分享:

1.On large sets of disjoint steiner triple systems I



2.On large sets of disjoint Steiner triple systems II


3.On large sets of disjoint steiner triple systems III


4.On large sets of disjoint steiner triple systems, IV


5.On large sets of disjoint steiner triple systems, V


6.On large sets of disjoint steiner triple systems, VI

7.A. JX Lu 的《可分解平衡不完全区组设计的存在性理论》的译文


一些未发表论文:

Lu Jiaxi (1961), 应用组合系列制作正交拉丁方的一些结果 [Some results on applying combinatorial series to construct orthogonal Latin squares] (in Chinese)Lu Jiaxi (1961), 寇克满系列和斯坦纳系列的制作方法 [Construction Methods for Kirkman's Series and Steiner's Series] (in Chinese)Lu Jiaxi (1965), 平衡不完全区组与可分解平衡不完全区组的构造方法 [Construction Methods for Balanced Incomplete Block Designs and Resolvable Balanced Incomplete Block Designs] (in Chinese)Lu Jiaxi (1983), On Large Sets of Disjoint Steiner Triple Systems VII (unfinished)

1990年,《陆家羲组合设计论文集》(英文版)由内蒙古人民出版社出版,该书收录了陆家羲生前撰写的所有论文,内蒙古数学学会理事长陈杰教授专门为此书撰写了前言。

最后

陆家羲离世后,政府随后妥善安置了陆家羲家属的工作与生活,帮助偿还他因筹措业余研究经费而留下的欠款,并颁发了总额 7000 元的奖励。1984 年 9 月,内蒙古科委与内蒙古数学学会联合成立“陆家羲学术工作评审委员会”。多位专家经过多轮讨论,一致确认了他研究成果的重大价值。


同年 10 月 31 日,内蒙古自治区党委常委会全体领导赴包头,出席在工人文化宫举行的陆家羲纪念大会,并公布由自治区主席布赫签发的《向陆家羲同志学*》的表彰文件。当天午后,包头市第九中学也召开了纪念大会,追思这位生前历尽坎坷、身后终得公认的教师与数学家。


1989 年 2 月,以陆家羲为唯一完成人、包头市第九中学为申报单位的“关于不相交斯坦纳三元系大集的研究”荣获我国自然科学领域 的最高荣誉——中国第三届国家自然科学一等奖。

奖状由遗孀代领...

(素材来源于发表论文、文献)

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