6　美国MIT

麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）位于美国马萨诸塞州剑桥市（大波士顿地区），创立于1861年，是世界最著名的私立研究型大学之一，特别是工程学和计算机科学在世界大学学术排名长期占据世界第一位，先后有87位诺贝尔奖得主在MIT工作或学习过。

我到MIT时，国内来MIT学习的已有10来位访问学者，但只有机械系有2名注册的研究生，我是电气工程与计算机科学系（EECS）第一位来自新中国的研究生。我选择住在校园内的研究生宿舍（Ashdown House），马路对面就是MIT大楼群，在连通的大楼里就可走到我在36号楼的实验室。我是在1980年春季入学的，与一般秋季入学不同，一开始就显得特别的忙碌。

MIT的学习

MIT每年的课程都发布厚厚的一本手册，各系的课程都标明自己的系别和序号。如EECS序号是6；课程标明（A）的表示研究生的高级（Advanced）课程，标明（G）的表示研究生的（Graduate）一般课程，标明（U）的表示本科生（Undergraduate）课程。譬如，EECS的本科生电路与电子学是6.002（U）、信号与系统是6.003（U）等。

硕士学位研究生必须至少选修4门A的课，加上选修G的课（学分比A课少）以及研究工作的学分，再加上学位论文。研究生选U的课是没有学分的，只是研究生自己的补缺，我也选修了一些U的课程，弥补过去“文革”缺下的课程。博士学位研究生必须通过资格考试的笔试、口试，获得博士研究生资格之后，再至少选4门A的课，加上G的课以及研究工作折算的学分，通过领域（minor area）考试，再加上学位论文。学位论文没有明文规定必须在刊物上发表，但MIT的博士论文没有发表的记录很少见。工作做得好，论文发表就不是一个问题，答辩时一听就听得出什么水平。

在MIT攻读学位最重大的事就是博士生资格考试：笔试、口试、领域考试。我在1992年《上海研究生教育》第二期上发表了一篇文章，详细介绍了“美国MIT博士生的培养”，具体过程可参见本书的附录1文章。我到复旦工作之后给复旦研究生院写了一份报告，介绍MIT研究生培养的过程，研究生院将我的这篇文章投寄到《上海研究生教育》，这就是那篇文章如何发表的来历。但是，研究生院领导对我说，我们是无法照MIT那样做的。的确，我们的研究生培养与MIT是有很大的差距的，而我感受最深的是我们相当一批研究生缺乏“探索与研究的热情”，真心愿意做研究的研究生并不多。我们一定要鼓励全民崇尚创新的科学文化。

我到MIT后，第一堂研究生课就是Kahn教授从微波电路教材的第七章开始讲起，这是很意外的，可见MIT教育不拘一格。MIT的名教授很多，好学生也多，大家走路都匆匆忙忙，没有懒散与无所事事，会明显感觉世界一流大学是一种什么感受。我在欧洲的一些大学校园里似乎少见这种景象，一比较差距就出来了。其实，事情都是人做出来的，诺贝尔奖与人间奇迹都是可以做到的。

我一开始师从D.H. Staelin教授（1939—2011），做大气微波波谱辐射遥感研究。Staelin教授是美国20世纪70年代雨云（Nimubus）卫星计划的主要研究科学家，他从本科一直到博士，再成为教授全都是在MIT，这种近亲培养的情况在MIT是很少的。Staelin教授曾任MIT林肯实验室助理主任（助理主任是主任级、主任助理才是助理级），平时很忙，不太在意争取项目经费，因此学生也不多。这样我转到华裔J.A. Kong（孔金瓯）教授（1942—2007）那里，做电磁波散射与地球表面微波遥感研究。Kong教授是EECS电磁学科主任，研究项目多，研究生就多，在电磁波理论与地面微波遥感领域十分活跃。他后来创立了国际电磁科学院（Electromagnetics Academy, EMA），以及《电磁学研究进展》系列刊物（Progress in Electromagnetics Research, PIER），2004年获得电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）电磁学奖（IEEE Electro-magnetics Award）。他为我提供了教学助理（teaching assistant, TA）和研究助理（research assistant, RA）的职位。

我担任过EECS两门主要课程“电磁场与能量6.013（U）”与“电动力学6.014（U）”的TA，这两门课是本科生大课，除了教授每周两次大课（lecture）外，还有一次由另一位教授上习题课（recitation），由三四位研究生担任TA，每周负责30—50人1小时的习题辅导（tutorial），并负责习题的批改和发布标准答案。每周布置的习题一般有5大题，一周后交，工作量还是很大的。期末大考时，将考试成绩画一张分布表，确定A（优）、B（良）、C（中）、D（及格）、F（不及格）的划分线，不及格的没有学分，必须重学。每学期都有几个得F的。

教授上课都是用粉笔在黑板上板书，至今还是这样。教授在黑板上写，学生在下面看，相互间有个交流和领会过程，不像用PPT投影，放过、看过反而没有印象。黑板上的板书写什么、讲什么，先擦什么、后擦什么，都有讲究。

研究生担任TA的学费与工资由学校出，也有一些学分。研究助理RA的学费和工资则由教授的项目出资，教授有无项目也往往决定研究生的多少和研究组的大小。许多教授希望研究生拿TA的钱，但研究工作不能放松，这是可以理解的。因此做TA是做双重的工作：教学与研究。起先我做TA给学生讲解时，为避免英语沟通不够，我往往交代习题如何做，但一些美国学生提出他们不要被告知习题答案，而是要解答上课留下的疑问，我很赞赏这种态度，这对于我也是一个教育、一次锻炼。

虽然研究生的课程只有大课，选课人数少，但是主要的A类大课作业（home work）、测验（quiz）与大考（final exam）仍是十分严格的。研究生考试得分只有A、B、C 3种，得C的就是不及格，没有学分，必须重学。数学系开设的“科学家与工程师的高级应用数学18.305、306、307”几乎是全校理工科着重基础理论方向研究的研究生都要选的A类课，有测验与大考。这种各种专业研究生系统教学的现象我在国内很少见到，无论对于授课的教授还是对于听课的学生，都需要有广阔的学术视野。虽然不同的专业会遇到不同的科学问题，但是其本质与解决的方法往往都有相通点。

MIT的研究

MIT的研究个人特色很明显，每个教授都掌控自己研究特色的领域，任由发挥，几个教授做完全同样的事是很少见的。科研领域要求教授的研究能独树一帜，开创一个领域，与别人不雷同，是一个领域的领袖。因此，在那位教授的实验室，基本上都是追随该实验室的研究传统与项目要求。我在Staelin组里主要做大气微波波谱与雨云卫星数据的反演理论方法，在Kong组里则做电磁波散射理论与陆地面星载微波遥感的理论。

科学问题就是科学问题，与工程技术不一样，不会在一开始追问有何用处而决定做与不做。在MIT讨论的许多科学问题都相当学术化，讨论得很细。诺贝尔奖获得者钱德拉塞卡（Chandrasekhar）曾说：科学研究是在一条小道上孤独地徘徊。Research（研究）就是Search, Search and Search。对比我们国内，学术化的问题往往不讨论，要么寻找现成的结论，要么被视作不实用，有用与没用的争议在相当程度上会抑制科学创新。在MIT，可体会到巨大的研究学问的热情与动力，也能体会到科学新发明对创新新技术的强力推动。具备这两条，就是一流大学。

这里，直接引用2016年MIT现任校长Reif就引力波发现致MIT全校人员一封信：“通常而言，不管多么令人印象深刻，我不会给全校致信祝贺某个人的研究成果。我们校区一直都在推出重要的科研成果。但我要鼓励你们去思考今天的新闻发布，因为它在一个广袤的背景上展示了：对科学问题，人类为什么要探索，如何探索，以及为什么至关重要。”“我们今天庆祝的引力波发现体现了基础科学的两面论：基础科学研究的路途是艰苦的、严谨的和缓慢的；但它又是震撼性的、革命性的和催化性的。如果没有基础科学，最好的设想就会没有根据，‘创新’只能是小打小闹。只有随着基础科学的进步，全社会也才能进步。”

另外，美国国家需求或者说科学规划与前沿基础研究结合得比较一致，美国的工业界大公司都对MIT的研究有投入，力图产生最新、最先、最强的研究成果。工业界视野与学术界水平是关联的。许多大公司在假期为研究生提供有良好报酬的研究实习机会，而研究实习的具体内容并不要求立即生效，彼此的水平与人脉都能相互熟悉。可惜由于我拿的是J-1签证，未能允许前往。

我们实验室的研究项目主要来自国家部门，如美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration, NASA）、美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）、美国国防部先进研究项目局（Defence Advanced Research Projects Agencg, DARPA）、美国能源部（Department of Energy, DOE）等。NASA雨云卫星微波辐射计留下的备份就转交给我们做地基观测试验，为了及时报告，我们曾用了一整夜在十分寒冷的冬天积雪地上与NASA的人一起做实验。我们曾在美国陆军冷冻地区实验室做系列报告，不同部门的科学家之间的研究合作很有意义，容易产生新的创造。

刚到MIT时，有一次因为要应付即将到来的考试，我没有准备教授事先关照的相关研究工作在第二天的汇报，美国同学提醒我必须汇报，考试只是自己的事，研究汇报则是对研究组的职责。我为此几乎一夜未睡，赶紧做了一些研究计算结果作为汇报。我很感谢这种提醒，这是一种职业精神的培育。在工作与职责面前，不存在任何的借口与推辞，研究生是Graduate，意思是已毕业了的学生，要具有比大学生强得多的职业行为。我在复旦当教授后，也遇到过同样的情况，一些研究生不汇报工作，讨论会上一声不吭，理由是他们要复习英语以应付考试，我的确感到十分诧异与不满。

还有一次，一位美国同学不小心把重要的计算程序删除了，那时个人电脑还不普及，用的都是大计算机。我们也是一个晚上未睡，一定不把问题留到明天，合力把程序全部补敲进计算机，经调试后一切恢复正常。清晨太阳升起，虽然工作劳累，但克服了困难，解决了问题，担心消除了，也是一种享受。

挂靠MIT的有个著名的林肯实验室，里面的研究人员在学术休假期间往往都来MIT，与教授和研究生们一起上课、研究，容易及时更新与接受新出现的科学思想，研究生们也了解了林肯实验室正在做些什么。我一直希望自己在研究所里工作，林肯实验室研究人员那么崇视MIT教授的科研与教学及其带领的团队，使我产生想当教授的愿望。1983年，我访问过林肯实验室，参观了他们的电离层研究组。我当年的一个同学现在是林肯实验室目标侦察与识别组的负责人，因此不方便联系了。听说现在MIT与林肯实验室之间建立专门的研究生互通计划，直接参与林肯实验室的研究。

实验室每周有一次讨论会（seminar），会上各人汇报或演讲研究进展，推导一个公式、复述一篇论文、提出一个发现都会引起大家的讨论或争论。谁讲得多、谁最有能力排众议，谁就得到大家的推崇。讨论会经常开到天黑了还不结束，经常耽误吃饭时间。

我把这种讨论会也带到了复旦，可惜的是我们不少研究生不爱发言，在科研上缺乏表现欲，也没有主动性，觉得别人的研究与己无关。我认为，科学研究要充满自信与理想抱负、勇敢探索进取的无畏精神。

我住在MIT研究生宿舍，房租要贵一点，但十分方便。跨过东边的马萨诸塞大街就是MIT楼群，南面是波士顿的查尔斯河，每到夏天，河面上白色帆船一片，非常好看。宿舍的北面是一天24小时开放的学生中心，到了半夜，仍可看到不少学生在学生中心读书。睏了，就买一杯咖啡和一块杏仁饼稍微轻松一下。夜深人静，趴在桌子上看书的人若干年后可能就是国家精英人才，真是不同的人有不同的追求。我们真应崇视这样行为的青年人！

哈佛大学有个说法：此刻打盹，你将做梦；此刻学习，你将圆梦。

我每天早上8点半进实验室或上课，中午用简单的午餐（自己带饭或买披萨），晚餐基本上是自己在宿舍里做。每晚看7点的电视新闻，其余时间就全在实验室度过，即使是星期天，也是工作日。我有研究RA、教学TA，还有自己补课这“三座大山”，是十分忙碌的，只有每周六上午空下来，可以买菜洗衣。半夜回宿舍，走在小路上，月光照着积雪，周围寂静一片，只有踩雪的咔嚓声，求学的时光是神圣的。

1982年，我完成了硕士学位论文《大气降水主被动微波遥感的矢量辐射传输》，完成了大气降水被动与主动微波遥感的矢量辐射传输多次散射的数值解，主要内容发表于Aplied Optics。

1984年10月，我完成博士学位论文《一层随机散射体强起伏电磁散射理论》，完成了介电常数强扰动的随机介质电磁散射的理论与求解，这一工作后来被法国科学家在EARSeL刊物上称为“强扰动理论必须要提及”的工作，主要内容分别发表于IEEE TGRS、J. Math. Physics、JAP、Electromagnetics等。

回国后，我在矢量辐射传输、极化电磁散射的研究都源于我研究生阶段的这些基础理论的学术与研究准备。我进一步发展了复杂自然介质的矢量辐射传输理论，并在极化电磁散射理论研究基础上，形成新的研究领域：极化合成孔径雷达成像信息的研究，以及计算电磁学的研究。

MIT校园文化

MIT是理工科大学，但是校园文化也有很高的创新品味。在MIT大楼、礼堂、学生中心、博物馆等，都可以看到丰富的校园文化及其历史内涵。MIT大楼屋檐上刻着世界大科学家的名字，每天路过那里，仰头读着那些名字的时候你就会想起些什么；大厅的大理石墙上刻着第二次世界大战中MIT牺牲人员的名字，始终彰显着历史的沉重与正义的缅怀。走廊里可看到MIT取得杰出成就的展示与丰富的学生活动海报，如控制论创始人的维纳教授14岁大学毕业、18岁获得博士学位，创立的理论不同凡响，令人惊叹。

在校园里可看到当代最著名的英国雕塑家亨利·摩尔（Henry S. Moore）的抽象雕塑作品。最初看到时觉得有点怪怪的，但读一些文章后了解了摩尔抽象雕塑的思维，他力图把人物自由地异化为有韵律、有节奏的空间形态。你不必去追究某个细部像什么，但能感觉到它抽象、夸张的扭曲变形的形态意涵，觉得他的作品真是特有神韵的创造杰作。

我做RA的电子实验室（Research Laboratory of Electronics, RLE）的前身是“二战”时期MIT辐射实验室。当时，几位教授在一幢危房的屋顶上开展雷达技术的研究，为“二战”胜利做出了重要贡献。MIT的大楼都是编号的，这幢20号楼因为是危房早已不在了，但当年危房屋顶上MIT教授们的故事则被称誉为“屋顶上的精英”而流传下来。辐射实验室现改为电子实验室RLE，实验室研究报告从1947年开始至今都是学术界注目的刊物。我主持的教育部重点实验室也坚持每两年出版一份书面研究进展报告，也是跟着学的，尽管看的人不多。

RLE早期的领导人之一是Julius A. Stratton教授，他是美国国家工程院成立时的院士，后来担任了多年的MIT校长，他在20世纪40年代曾写了一部电磁学专著，作为经典专著，IEEE至今仍在重版发行。24小时开放的学生活动中心有Stratton捐款的学生团体活动房间，校园里有他的头像雕塑，下面的落款是：“J.A. Stratton，我们的老师（Teacher）与朋友”；并没有校长、教授、院士等赞誉之词，而用了最亲近平实的“老师”一词。

这些故事值得我们思考，我们要努力吸收中外文化的一切优秀精华。

1984年奥运会女排决赛，我们一直看到半夜，中国女排击败了美国队取得冠军。但就在颁奖的时候，电视台转为播新闻。一些中国同学很气愤，打电话到电视台提异议。电视台解释了新闻节目是延后补报的，接着播放了中国队升国旗的颁奖仪式，还算是有雅量的。第二天中午，我们趁机在附近的中餐馆吃了一顿。

我在1984年10月进行博士学位论文答辩，1985年2月学校正式向我颁布获得博士学位。答辩委员会的教授是：Hermann A. Haus教授（美国国家工程院院士）、James R. Melcher教授、David T. Morgenthaler教授；他们都是MIT十分著名的学院教授（institute professor）。

我是MIT EECS获得博士学位的第一个来自新中国的研究生，在MIT 5年的学习为我的科研生涯打下了坚实的基础。

我完成博士论文答辩后曾想，也许今后不会再有考试了。但是，实际上这仅仅是生活与工作的又一种新的考试的开始，直到现在，我还是把每一次建议书、每一次答辩报告、每一项工作都看成一次考试。

1985年6月1日，MIT举行一年一次的毕业典礼，每次邀请一名嘉宾演讲，那年请的是20世纪80年代重新崛起的克莱斯勒汽车公司的总裁，校长Gray教授亲自向每个毕业生颁发学位证书。每位毕业生可带5位家庭成员出席，我的夫人和孩子也已来到了美国，一起参加了典礼，目睹了我接受博士学位证书的那个时刻，我夫人与孩子们为此刻的到来共同付出了多年的艰辛。

在IEEE地球科学与遥感学会（IEEE Geoscience and Remote Sensing Society, IEEE GRSS）成立的50年期间里，共有32名科学家先后获得IEEE GRSS杰出成就奖。特别有意义的是：我的研究生导师D.H. Staelin（1996）、J.A. Kong（2000）与我（2015）都是该奖的先后获奖者，而我还是第一个获得该奖的非欧美国家的科学家，这个记录即使对于MIT也是个有意义的回馈。

毕业后

毕业后，我在MIT附近的大气环境研究公司（Atmospheric Environment Research, AER）任研究科学家。AER的首席科学家是Kaplan教授，20世纪50年代他提出过从空中测量大气温度湿度廓线的概念设想，是叶笃正先生在芝加哥大学的同学。他访问过中国，他把他在中国做学术报告时用毛笔字写的中文通知的大字报贴在墙上，好似艺术品。

在美国有许多这样的研究公司，它们从政府部门（如国家宇航局NASA、国家海洋大气局NOAA、能源部、军队等）获取研究经费，完成合同规定的任务。公司负责雇员的全部福利，政府只发布项目，按合同接收成果。而公司的主要目标是完成合同，从中取得利润。一般来说，公司不会刻意注重论文发表之类的学术工作，而更注重争取合同与完成合同。它们也十分注重吸收大学里刚毕业的博士，一是薪酬比较便宜，二是能以新鲜的成果来扩大公司的业务。我在AER的工作成果就是大气地表微波辐射遥感的建模与模拟，应用于NOAA数值预报的建模，其部分内容发表在IEEE TGRS与相当著名的空军地球物理实验室（Air Force Geophysical Laboratory, AFGL）的研究报告。

但是，这类公司更注重干活与合同，不像大学校园那样活跃，大学里容易有新思想、新方法。AER公司管人事的经理是一个美国籍香港女人，有些傲慢势利，看得不舒服。

1985年，在俄亥俄（Ohio）州立大学一次学术会议上，我认识了纽约城市大学（City University of New York, CUNY）的城市学院（City College of New York, CCNY）的Melvin Lax教授。1986年，我转而来到CCNY，跟Lax教授做研究助理教授。Lax教授1947年从MIT物理系获博士学位，是谢希德教授的研究生高班同学，曾任著名的贝尔（Bell）公司理论物理部主任、美国科学院院士、美国艺术与科学院院士。他主要从事物理学中随机过程、量子光学等研究，他在20世纪五六十年代做的粒子多次散射的Lax理论是非常有名的。70年代，纽约市政府在经济上取得成功，因此有资金条件网罗了一批杰出的科学家来充实纽约城市大学。

20世纪80年代中期，当时的美国里根政府提出“星球大战计划”，作为外围题目，Lax教授有大气混浊介质（turbid media）激光传输和粗糙面散射的两个题目，激光传输要用到一些流体计算软件，可以调用但看不到保密的源程序，对使用者的限制较多。于是，我选择了随机粗糙面的散射研究，研究项目规定每3个月书面汇报一次，抓得还是很紧的。

记得有一次我向Lax教授介绍我的工作的一步一步推导，他闭着眼睛，我心里不太舒服，想快点讲完就跳了几步，他突然睁开眼说这里是怎么回事，原来他闭着眼，但思想却在随着我的推导。我讲完后，他站起来把我刚讲的重讲一遍，比我讲得更贴切，阐述得更清楚，使我十分受益。

我在CCNY的粗糙面高阶散射方面的研究发表在Physical Review B、JAP等，也组合了几种粗糙面散射较为完备的解析理论方法，我在纽约城市大学的聘约还未到期，美国斯克里普斯（Scripps）海洋研究所就来函对我的粗糙面散射辐射很有兴趣，应允给我正式的研究员职位。

我在CCNY的粗糙面散射的研究为我回国后开展粗糙面与目标复合散射辐射的研究打下了基础。现在想来有点可惜，若当时也接着做大气混浊介质高功率激光传输的研究，也是十分有意义的，国内至今没有见到有类似的工作发表，国外也不多。