計算數學很有趣
胡光輝教授分享國家自然科學基金優青項目

文:林嘉敏 │ 圖:資深校園記者陳長能

淡淡的陽光灑在澳門大學數學系胡光輝副教授寫滿公式的白板上,「我相信這個世界上每一種現象背後都有一個控制方程。把這個方程解掉,我們就能更透徹地理解、進而利用這個現象。」胡教授熱衷於求解各類偏微分方程。

胡光輝教授喜愛鑽研數學

優青基金資助研究

胡教授是入選國家自然科學基金首屆優秀青年科學基金項目(港澳)的青年學者之一。是次評選,港澳地區8所大學共25個名額,全澳僅澳門大學四名青年學者入選。「我很榮幸可以獲得這個項目的資助,這對我來說是個殊榮。這個項目競爭非常的激烈,我很開心自己的研究能夠得到專家們的肯定。」胡教授打趣地說:「我真的很幸運,因為這個項目有年齡限制,如果再晚些申請的話,我就不符合資格了,因為不再是青年了。」

優秀青年科學基金項目培養一批有望進入世界科技前沿的優秀學術人才。每位獲選學者可獲130萬元人民幣(約150 萬澳門元)資助金額,直接在澳門進行研究,資助期限3年。「這筆研究經費可以讓我有更多交流的機會,瞭解不同領域,擴闊思維空間。」胡教授續說,「我很喜歡澳大的科研環境,因為澳大會鼓勵你做自己想做的研究,並且提供各方面的支持。這里有很適合做研究的環境。」

胡光輝辦公室的白板經常寫滿數學公式

科學發展離不開數學

一談起數學,胡教授頓時由沉靜變得滔滔不絶,「德國數學家高斯說過,數學是科學的『皇后』。很多科學領域的發展都離不開數學。現在,計算科學也已成為支撐科學發展的一類重要方法,其中計算數學是一個核心組成剖分。」

胡教授解釋說:「我獲資助項目是『偏微分方程的數值方法』,是計算數學的一個重要研究領域。這個題目可以分成兩個部分,第一部分是偏微分方程。偏微分方程非常有用,大至天體力學,小至分子動力學等,這些領域都有各自的偏微分方程描述。找到這些方程的解,就能更深刻理解這些複雜系統,進而進行應用層面的研究。然而,大多數偏微分方程無法進行解析求解,這就涉及到了我的主要研究領域,也就是數值方法。數值方法是一類近似求解偏微分方程的方法,主要包括數值算法分析設計、算法的高性能編程實現、及計算結果可視化三個部分。如何高質量得到偏微分方程的近似解,是數值方法研究的主要内容,其結果在很多領域都正在發揮重要作用,如流體力學、納米材料研發,新能源開發等等。」

胡教授以澳門著名的格蘭披治賽車為例進行介绍。大家在看賽車的時候都會覺得有很多奇形怪狀的車輛,不太符合大眾的審美標準。這些設計大部分都跟流體力學有關,而這些流體力學背後往往都是牽涉到複雜的偏微分方程組,難以精確求解。這時候數值方法就成為唯一可用的方法。「所以我這個研究項目,簡單來說就是為不同領域出现的偏微分方程尋找高質量的數值解,為該領域的研究提供有力工具。」

左:胡光輝自主開發數值軟件模擬一些現象
右:電腦運算模擬圖

計算數學促進不同領域發展

胡教授從本科至博士都是讀計算數學,研究把數學應用到不同領域。「其實計算數學可以應用的層面很廣,有時候還意想不到。就像我有一個師弟,曾經擔任《龍門飛甲》電影的計算物理特效組的顧問,就是建立一個數學模型去摸擬真實的沙漠風暴,讓場面比較逼真。所以說計算數學真的很有意思,你很難不去關注它。」