——记同济大学数学科学学院院长孙树瑜

杨 戈  谭 凯

　　“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。”作为一名70后，这是孙树瑜年少时候记忆最深的一句名言。在那个充满社会变革和人生变化的历史时期，在那股“学好数理化，走遍天下都不怕”的时代洪流中，成长于黔东南青山绿水间的孙树瑜对于数学产生了浓厚的兴趣。

　　伽利略说过：“大自然这本书是用数学语言写成的”。加减乘除、乘方开方、指数对数、微分积分……数学的符号虽然五花八门，但早已成为世界各地通用的语言。在随后的40多年里，孙树瑜无论是在国内，还是漂洋过海，始终没有离开数学学科的这片土壤，并且不断创新，寻求数学交叉学科领域的发展，致力于通过跨学科式的研究在数学领域获得突破。

　　40年风雨兼程，从在贵州山区昏暗台灯下做题的懵懂少年、在高校实验室里为实验数据废寝忘食的年轻学子，到在大洋彼岸的图书馆中彻夜苦读的留学生、在红海岸边带领联合团队攻坚能源难题的创校教授，再到今日执掌“985”高校数学科学学院的一院之长，孙树瑜的故事，不仅是一部个人的奋斗史诗，更是一代中国科学家将人生理想融入时代洪流的生动注脚。他们生于百废待兴的岁月，长于改革开放的浪潮，成于全球化科研合作的大时代，最终带着国际视野回归祖国报效国家。

　　对于孙树瑜来说，数学——早已不仅是一种工具、一门学问、一项工作，更成为他贯穿始终的人生哲学和奋斗目标。

跨界·从化学到数学

　　生长在贵州大山里的孙树瑜，从小就对山外的世界和宇宙万物充满了好奇心和求知欲。孙树瑜的父亲是一名高校数学教师。在父亲的熏陶下，孙树瑜对数理科学产生了浓厚的兴趣。“父亲告诉我，数学是理解世界的密码，是一把打开世界之门的钥匙。”在他心中，数学扮演着一种“世界之源”的角色。从0到1、从无到有、从无穷小到无穷大，人类将自然界中的规律提炼出来，赋予了它们数字、几何图形和各种公式等表现形式，用简洁的数学语言将这些自然现象的本质表现出来。

　　“数学，不仅是公式和定理的堆砌，更是探索未知的灯塔。”尽管父子俩在日常的交流中时常感受到数学的美感和愉悦，但在高考时的专业选择上，考虑到就业前景和国家需求，孙树瑜还是听从了父亲“工程报国”的建议，选择了天津大学的化工专业。这个看似略有偏差的选择，恰恰埋下了他日后跨学科研究的伏笔。

　　1987年，孙树瑜怀揣着对科学的憧憬，踏入了天津大学的校门。在天津大学的求学岁月中，他如饥似渴地学习着化学和化工的知识，从理论到实践，从实验室到工厂，每一处都留下了他勤奋的身影。

　　化工专业的学习并非一帆风顺，各种复杂的理论和实践难题接踵而至，但孙树瑜凭借着对知识的渴望和不服输的精神，努力克服重重困难。他如同一块海绵，尽情地汲取着知识的养分，成绩也在不断努力中稳步提升，从大一时期班级排名靠后，到大四考研时跃居第一，实现了令人惊叹的逆袭。

　　本科毕业后，孙树瑜继续在天津大学深造，攻读硕士和博士学位。在博士阶段，他跟随化工领域的知名学者余国琮院士进行研究。作为我国精馏技术的创始人、现代工业精馏技术的先行者、化工分离工程科学的开拓者，余国琮让孙树瑜见识到真正顶级科学家的能力和胸怀，每当博士生们陷入那些繁复迷茫的困境之中，身为导师，余国琮总能辨析出最关键的那一步，给予清晰的指点。“余先生秉持‘实践出真知’的理念，要求我们什么东西都要从仔细观察和实验的现象中得出，不能先入为主，然后尽可能用其他学科，特别是数学和物理的知识来帮助研究化工的课题。”这对孙树瑜产生了深远影响，不仅让他在化工领域积累了扎实的专业知识，更培养了他严谨的科研态度和敏锐的洞察力，拓展了他的思路。

　　在日常的化学专业研究中，孙树瑜发现化工领域的很多瓶颈其实都是数学问题，“总像手里缺了把关键钥匙”。导师的教诲也让他意识到，数学与工程学科之间千丝万缕的联系，跨学科的交叉融合，将为他未来的科研道路开辟一片新的天地。孙树瑜也因此萌生了进一步学习数学的强烈愿望。

　　说干就干！人生就是要勇于打破一切条条框框，去拼出一个未来！在天津大学完成化工博士学业后，孙树瑜出人意料地放弃了在国内高校任职的机会，孤身远赴美国得克萨斯大学奥斯汀分校攻读计算与应用数学专业博士。这一决定，成为他科研生涯中的重要转折点，开启了他在国际学术舞台上的精彩篇章。

　　阔别故土前往大洋彼岸，面对语言障碍、文化差异，以及全新的学习环境，面对着异乡的陌生和孤独，诸多挑战都需要孙树瑜去适应和克服。专业上的学习，也要一切从头开始。在奥斯汀分校，孙树瑜有幸师从在计算科学领域具有开创性贡献的玛丽·惠勒（Mary F. Wheeler）教授。惠勒教授的研究横跨应用数学、计算科学和石油工程等多个领域，是跨学科研究的典范，尤其在偏微分方程数值模拟和多孔介质建模方面的贡献闻名于世。这些研究不仅推动了数学界的进步，也在环境科学、油气工程和生物医学等实际应用中发挥了重要作用。

　　玛丽·惠勒成为孙树瑜在学科转型过程中的关键引路人。“在惠勒教授的实验室里，我感受到了数学与工程结合的无限魅力。”孙树瑜回忆道，“我们研究的每一个问题，都既有数学的理论深度，又有工程的实际应用价值。”在惠勒的指导下，孙树瑜接触到了最前沿的学术思想和研究方法，这对他的学术成长起到了至关重要的推动作用。

　　这些经历让孙树瑜体会到了不同的科研文化，体会到了和国内截然不同的科研氛围。在奥斯汀分校学习期间，孙树瑜不仅提升了数学理论水平，还开阔了跨学科视野。他开始关注数学在其他工程领域的应用，如土木工程、环境工程、能源工程等,在惠勒教授的指导下，孙树瑜深入研究了计算数学及其在石油工程中的应用。他开始尝试将数学理论与工程实践相结合，解决石油开采中的实际问题。这使他再一次确信，数学作为基础学科，具有广泛的应用前景和强大的驱动力。

　　转专业的难度超乎想象，计算与应用数学专业的课程难度极高，要求学生具备扎实的数学基础。化学和化工专业出身的孙树瑜需要学习.数学分析.、高等代数、拓扑学、实分析、复分析.、泛函分析、偏微分方程.、.数值分析等众多数学理论课程。初到美国的那些困难并没有阻挡他前进的步伐。孙树瑜凭借着顽强的毅力和积极的心态，迅速融入了新的环境，以饱满的热情和坚定的信念投入学习中。那些厚厚的教科书，成为他日夜钻研的对象。他常常沉浸在数学的世界里，忘记了时间的流逝。凭借浓厚的兴趣和刻苦的努力，他不仅顺利完成了学业，还取得了优异的成绩，每门课都拿到了4.0的最高分，在专业排名中位居第一。

　　“好奇心”和“求知欲”是孙树瑜反复提到的关键词，“我一直对其他科学和工程学科的最新突破感到好奇，而我的大部分研究也是在好奇心的驱使下去试图理解物理学家、化学家和材料学家创造的模型及数值模拟工具，并试图从数学的角度去理解它们，帮助他们改善现有的方法”。

　　除了学术研究，孙树瑜还从导师和其他教授身上学到了宝贵的科研精神与人生态度。莱瑟克·戴姆克瑞斯（Leszek F. Demkowicz）教授深入浅出的教学方法，让他对数学的兴趣越发浓厚；约翰·廷斯利·奥尔德（J.Tinsley Oden）教授强调的数学家要有耐心和坚韧不拔的毅力，成为他科研道路上的座右铭；伊沃·巴布斯卡（Ivo Babu.ka）教授对有限元数学理论的深入讲解和无私分享，让他对学科有了更深刻的理解。这些教授的言传身教，不仅丰富了他的知识储备，更塑造了他的科研品格，为他未来的科研之路指明了方向。

　　在美国深造期间，孙树瑜跟随玛丽·惠勒教授进行研究。他参与的研究项目涉及石油工程中的数值算法，旨在解决实际工程问题。在研究过程中，他充分运用自己在计算数学和化工领域的知识，为项目的推进提供了创新的思路和方法。他与团队成员紧密合作，攻克了一个又一个技术难题，为石油工程领域的发展作出了重要贡献。孙树瑜为美国能源部高级计算技术计划（ACTI）支持的软件框架集成并行精确油藏模拟器（IPARS）作出了重大贡献，使扩散对流和吸附的数值模拟过程加速数千倍，并为核废料地下封存的长期安全性提供科学建议。

　　孙树瑜在博士后期间发表的一篇关于局部守恒性的文章，在计算数学界引起了广泛关注。当时，一场数学界和工程界之间关于“偏微分方程的数值算法是不是需要局部守恒性”的学术争论正愈演愈烈。传统数学观点认为精确性达到一定程度就可以在工程上使用了，但石油工程师们坚持只用局部守恒的数值算法。孙树瑜敏锐意识到，这表面上的数学严谨性与工程实用性之争，实际上却是数学上一种新框架的缺失。“我和两位教授花了几个月重构证明框架。”他指着那篇发表于《应用力学和工程技术中的计算机方法..》（Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，简称“CMAME”）的经典论文说，“最终通过严格的数学证明，揭示了这一方法的深层稳定性机制。用数学理论的办法证明并回答了为什么局部守恒性对于耦合流动和传递的这种问题是必须的。”这个突破平息了争议，论文被引用超400次，成为计算数学领域被引最高的文章之一，相关算法被写入多本教科书中。

攻坚·从海外到国内

　　2009年年初，在美国克莱姆森大学担任助理教授的孙树瑜，正埋头于研究间断有限元（DG）算法。这曾是他和导师玛丽·惠勒最早开始做的工作之一，孙树瑜在已有研究的基础上，不断探索创新，提出了一种新改进的算法——EG算法。这种算法具有与DG算法类似的优势，但计算效率更快，受到了计算数学界的广泛关注和效仿。

　　彼时，孙树瑜接到了惠勒专门打来的电话，告诉他沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）正在筹建，并面向全球招募人才的消息。“惠勒建议我去试一试，她认为这是很好的一个机会。这所初创的大学为科研人员提供了丰富的资源和广阔的发展空间。由于我的研究方向跟石油工程相关，而世界上最大的石油公司阿美石油公司就在沙特，必然会同这所大学有紧密的合作，这对我的研究工作肯定是有帮助的。”

　　孙树瑜听从了导师的建议，他向阿卜杜拉国王科技大学发出了申请，最终凭借自己卓越的科研能力和丰富的经验，成为百名创校教授之一。

　　正如惠勒教授预料的那样，在阿卜杜拉国王科技大学，孙树瑜的研究工作取得了突飞猛进的发展。作为学校计算传质现象实验室（CTPL）主任，以及地质能源与可视化研究中心（CSIM）共同主任，他充分利用学校与阿美石油公司紧密合作的优势，积极参与实际项目的研究。孙树瑜带领团队承担了多个与石油工业相关的项目，如在管道输运里面防止硫化氢变成硫沉淀的项目，以及在达西尺度里面复杂流动模拟算法提速的问题等。通过这些项目的研究，他不仅解决了实际工程问题，还将研究成果应用于实际生产中，为企业带来了显著的经济效益。孙树瑜在沙特工作期间，先后以首席科学家身份主持美国能源部、加拿大计算机模拟软件集团（CMG）基金委员会、陶氏化学公司、沙特阿美石油公司、KAUST研究基金会及东方电气集团等项目课题24项，总经费超过1300万美元。

　　在研究过程中，孙树瑜注重多尺度建模和模拟技术的应用。他的研究从大尺度的达西尺度建模和模拟，拓展到孔隙尺度的数字岩心技术，以及分子尺度的分子模拟。他利用高分辨率成像技术、三维重构技术和高性能计算技术等手段，构建精确的数字岩心模型，结合高性能计算技术，对这些模型进行数值模拟，深入揭示了致密多孔介质中流体流动和物质输运的微观机理。他的研究成果在石油工程领域得到了广泛应用，为非常规油气资源的开发提供了重要的技术支持。

　　除了科研工作，孙树瑜还积极参与阿卜杜拉国王科技大学的学科建设和人才培养工作。他在地球科学系筹建过程中发挥了重要作用，为学校的学科发展贡献了自己的智慧和力量。孙树瑜在2014年参与创办了KAUST能源资源与石油工程系，并主导招聘了来自全球的师资队伍，重点布局了人工智能技术在能源工程中的应用研究。在与同事们精诚合作下，该系创立仅5年多便已在全球能源工程，尤其是石油工程领域享有不俗名声，软科学术排名全球能源学科第38名。

　　在KAUST，孙树瑜积极倡导“数学+”跨学科的研究模式。他认为，数学作为基础学科，具有广泛的应用前景和强大的驱动力。通过与其他学科的交叉融合，可以产生新的研究方向和增长点，推动科学技术的进步与发展。他的团队因此会集了地质学家、物理学家、化学家、程序员、计算机科学家、数学家……“我们像拼图一样互补。”孙树瑜常引用戴姆克瑞斯对他说过的话，“每个工程问题都有对应的数学原理，找到它，就能创造新工具。”

　　凭借出色的成果，孙树瑜不仅跻身于国际研究的前沿行列，积极参与国际学术交流活动，担任着多个国际知名期刊的编委、编辑或客座主编，同时在国际学术界树立了良好的声誉，赢得了国际同行对于来自中国的科研工作者的尊重。

　　尽管身在国外多年，但是一身赤子情怀的孙树瑜时刻关注着国内计算数学和能源领域的发展，一直与国内单位保持着联系与合作。21世纪已经走过了两个10年，随着经济实力的提升和国家对于科技事业的重视，一大批留学海外的科技工作者纷纷回到国内，他们将海外所汲取的先进知识带回来，助力祖国科学事业的发展与突破。

　　2024年，学生章涛的回国触动了他。彼时，中国“双碳”战略正亟须能源技术的支撑。章涛在博士后出站回国工作后，向孙树瑜反馈了国内在新能源转型方面的巨大需求和良好发展机遇。

　　“能源问题的本质是数学问题。我在国外主持和参与的项目都与能源工程领域紧密相关。而与此同时，国内相关的很多关键技术到现在还被西方发达国家卡住脖子，这让我的内心非常不舒服。”孙树瑜言道。每念及此，“科学无国界，但科学家有祖国”这句话就在他的心中亮起一道光。同年冬天，孙树瑜决定接受同济大学副校长许学军的邀约，成为新一任数学科学学院的院长。

　　从北美到中东，再回到国内，这一决定意味着孙树瑜将要放弃在海外的一切优厚待遇和条件，回国从零开始“二次创业”。当时，经过15年的打拼，沙特阿卜杜拉国王科技大学从一所初创高校已经发展成为中东第一、世界百强的综合型大学。“在海外做得再好，终究是为他人作嫁衣。”祖国的快速发展，让孙树瑜看到了将基础数学与工程痛点结合的更大舞台，他感慨道：“能参与到这样一场宏大的国家科技发展的事业洪流中，贡献自己微薄的力量，这是人生可遇而不可求的机遇。我想扛起更大的责任和担当，为祖国的发展发挥更大的作用。”

传承·从现在到未来

　　对于数学科学学院院长这一全新角色，孙树瑜充满了期待和信心。他深知，作为一座历史悠久的知名学府，同济大学在数学学科领域有着深厚的底蕴和独特的优势。当然，他也清楚，机遇总是同挑战并存的。

　　数学在现代技术进步中，扮演着越来越重要的角色。数学实力往往影响着国家实力，几乎所有的重大发现都与数学的发展和进步相关，数学已成为航空航天、国防安全、生物医药、信息、能源、海洋、人工智能、先进制造等领域不可或缺的重要支撑。谁占领数学最高地，谁就能占领技术的最高地。

　　从海外到中国，在孙树瑜看来，硬件上，国内和西方发达国家已经几乎没有太大的差别，唯一的差距在于“软件”。而这里所说的“软件”，即科研人员的学术思想和创新性，这恰恰是科技发展的关键所在。在孙树瑜的脑海中，国家要成为一流的科技强国必须靠人，创新人才是一个国家科研界最珍贵的资源。一流的仪器设备可以购买，一流的平台可以打造，但离开一流的创新型人才，这一切都是空中楼阁和无源之水。

　　国际著名数学家丘成桐曾表示，最先进的国家一定有最一流的数学专业和数学人才，未来，中国的科技要领先世界，必须持续加强对基础数学的支持和投入。孙树瑜对此深以为然，人才培养被他视作学科长远发展的一个重要工作。

　　“学科未来的发展要靠年轻一代，要有一批杰出的学科带头人，这样才能作为今后开展原创性的工作、深度研究的保障。”孙树瑜如是说。在他看来，我国是一个人才资源大国，有充足的优秀生源，但如何培养他们是一个关键问题，“我希望能激发出团队成员的兴趣，培养他们的自信和独立创新精神，鼓励他们发现新现象、新理论，使他们能够做出一流的成果”。

　　“数学不该是束之高阁的理论，而更应该是解决实际问题的利器。”孙树瑜反复强调，科学研究不能只是在实验室里纸上谈兵，最后一定要能够解决国家重大工程的一些实际问题。

　　孙树瑜坚定地认为，坚持交叉学科的研究将是创新成果成长的沃土，数学的学科性质决定了在与别的科学领域紧密结合时会得到更有意义的重大成果。为此，他一直致力于数学交叉领域的研究，希望可以通过跨学科式的研究，凸显“数学+”的特色，试图在交叉领域有所突破。

　　担任同济大学数学科学学院院长后，孙树瑜迅速投入到工作中，为学院的发展制订了一系列规划和行动方案，致力于推动学科交叉融合，积极与校内其他学院开展合作。孙树瑜计划利用同济大学工科优势，强化工科数学教学，提高教学质量和效果。通过优化课程体系、引入先进教学方法和评估手段，培养学生的数学素养和创新能力。他积极推动数学学科与其他工程学科的交叉融合，通过组建跨学科团队、开展联合研究、举办学术论坛等方式，促进不同学科之间的交流与合作，形成新的研究方向和增长点。比如他联合土木工程学院的地下工程系，以及海洋与地球科学学院，建立了计算地球科学与工程的跨学科平台。这个平台的建立，为不同学科的研究人员提供了交流与合作的机会，促进了多学科的交叉融合，有望在相关领域取得创新性的研究成果。

　　为了推动学院的发展，孙树瑜积极加强国际合作与交流。与国际知名大学和研究机构保持紧密合作，引进先进的教育理念和研究方法。他邀请国际知名院士级专家来学院访问讲学，促进了学院与国际学术界的交流与合作。他还鼓励学院教师与国际同行开展合作研究，提升学院的国际影响力。

　　孙树瑜表示：“每个时代都有属于自己的数学问题。”在当下，能源问题已经成为全球关注的焦点。孙树瑜结合自己的研究专长，将计算数学与能源工程紧密结合，带领团队开展了一系列具有挑战性的科研项目。随着传统能源的逐渐枯竭，非常规油气资源的开发和新能源的探索变得越发重要。孙树瑜在油藏模拟、多相多组分相平衡研究等方面的成果，为非常规油气资源的高效开发提供了关键的技术支撑。他的研究有助于提高油气开采效率，降低开采成本，减少对环境的影响，对保障国家能源安全具有重要意义。同时，他还致力于基于人工智能算法和第一性原理双驱动的模拟技术的研究，并将其应用于地球科学和地球能源领域，如二氧化碳的地质封存、氢气的地质存储及地热的开发等。他希望通过这些研究，为国家的能源转型和可持续发展提供技术支持。

　　孙树瑜的科研工作，不仅推动了计算数学和能源工程领域的发展，也为解决全球能源问题提供了有力的技术支持。他的工作体现了“数学+”跨学科融合的重要性，不仅有助于解决当前的科学难题，也为未来的科学研究提供了新的思路和方法，为更多后来者树立了榜样。

　　履新半年，孙树瑜对于学院良好的、开放的学术氛围十分欣慰，“数学这种需要沉心静气的基础学科，太过急功近利，是做不出原创性成果的”。他强调说：“我们要营造一种良好的氛围，让一批有志者能够潜下心来把‘冷板凳’坐热。虽然这个过程可能是枯燥的、艰苦的，但如果你能全身心投入，发现其中的乐趣，便会懂得这种研究所带来的享受。”

　　数学是通往星辰大海的密钥，是重大技术创新发展的基础。宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之变，生物之谜，日用之繁，无处不用数学。“每个公式背后，都藏着改变世界的方法。而他们每一个人，都有可能成为改变世界的力量。”孙树瑜对于年轻一代的成长和学科领域发展的未来充满了信心与期待。

　　孙树瑜经常比喻，数学是连接理论与实践的桥梁——一头连着理论的险峰，一头通向工程的沃土。“不管多么险峻的高山，也挡不住不畏艰难的攀登者的脚步。”这位跨界科学家的人生，恰是对这句话的最佳诠释。

专家简介

　　孙树瑜，教育部长江学者讲座教授，同济大学数学科学学院院长。长期深耕数学与能源工程交叉领域，其学术轨迹横跨化工、数学、地球科学等多学科。1997年师从余国琮院士获天津大学化工博士学位，2003年于美国得州大学奥斯汀分校获计算数学博士学位，导师为美国工程院院士、国际知名数学家玛丽·惠勒（Mary F. Wheeler）。2009年作为创校教授加盟沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）后，他创建计算传质现象实验室，领衔开发的多尺度建模技术在国际能源界产生深远影响。2024年全职回国后，他着力推进同济大学“数学+”学科群建设，迄今发表《科学引文索引》（SCI）论文400余篇，总引超13 000次，H指数59，连续5年入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单。兼任《计算物理学报》等十余个国际权威期刊编委，培养的50余名硕士、博士和20余名博士后中，已有蔡建超、陈黄鑫、寇继生、宋洪庆、宋睿、杨亚帆、章涛等十余人入选国家、省部级各类人才计划，同时还有洪堡学者穆罕默德·F.阿明（Mohamed F. El-Amin）等国际知名教授。