Feng Kang: L'uomo che ha inventato due volte il metodo degli elementi finiti

Negli anni '50, isolato dalle riviste di ingegneria occidentali a causa della politica della Guerra Fredda e in via di guarigione da un attacco di tubercolosi spinale che lo aveva costretto a uno studio autodidatta, un matematico cinese elaborò, in modo indipendente e a partire dai principi fondamentali, una delle tecniche numeriche più importanti del XX secolo: lo stesso metodo che ingegneri americani ed europei stavano scoprendo, sotto un nome diverso, quasi esattamente nello stesso periodo. Feng Kang non ricevette mai il riconoscimento occidentale che spettava a un nome familiare su una rivista nota. Ottenne invece il più silenzioso riconoscimento di aver costruito un'intera disciplina nazionale attorno a una scoperta che nessuno gli aveva detto essere stata fatta anche da qualcun altro.

Dall'ingegneria elettrica alla formazione matematica su un letto di malattia

Feng nacque il 9 settembre 1920 a Nanchino e crebbe a Suzhou, nella provincia dello Jiangsu. Si iscrisse alla National Central University nel 1939 per studiare ingegneria elettrica, ma dopo due anni passò alla fisica, laureandosi nel 1944 con un interesse sempre maggiore per la matematica alla base della teoria fisica. Tale interesse si approfondì per caso: poco dopo la laurea contrasse la tubercolosi spinale, una malattia grave e invalidante, e trasformò il periodo di convalescenza in un corso intensivo e autodidatta di matematica avanzata, formandosi in settori ben oltre quanto il suo titolo di studio formale in fisica avesse coperto, in gran parte attraverso una lettura indipendente e costante piuttosto che tramite le lezioni in aula.

Costruire la matematica cinese partendo da zero

Iniziò a insegnare matematica all'Università Tsinghua nel 1946, e nel 1951 fu nominato professore assistente presso il neonato Istituto di Matematica dell'Accademia Cinese delle Scienze. Nello stesso anno si recò all'Istituto di Matematica Steklov di Mosca, dove studiò fino al 1953 sotto la guida di Lev Pontrjagin, una delle figure più importanti del ventesimo secolo nella topologia e nella teoria del controllo. I primi lavori pubblicati di Feng, nel corso degli anni '50, rimasero nell'ambito della matematica pura, concentrandosi sui gruppi topologici e sui gruppi di Lie, un territorio astratto senza alcun legame evidente con il lavoro applicato e computazionale che avrebbe definito il resto della sua carriera.

La situazione cambiò nel 1957, quando divenne professore associato presso l'Istituto di Tecnologia Informatica e si orientò verso la matematica computazionale in un momento in cui la Cina non disponeva quasi di alcuna infrastruttura informatica né di una disciplina consolidata nei metodi numerici a cui attingere. Divenne, secondo le parole di colleghi che in seguito istituirono un premio a suo nome, "il fondatore e pioniere della matematica computazionale cinese", creando di fatto il settore a livello nazionale partendo da zero. Successivamente fondò e diresse il Centro di Calcolo dell'Accademia Cinese delle Scienze, ricoprendo l'incarico di primo direttore dal 1978 al 1987 e successivamente di direttore onorario, e fu eletto accademico dell'Accademia Cinese delle Scienze nel 1980.

Una scoperta indipendente, compiuta due volte

Il risultato più significativo di Feng scaturì da quella svolta verso il calcolo: tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60 sviluppò quello che chiamò "metodo delle differenze finite basato su principi variazionali", una tecnica per trasformare difficili equazioni differenziali alle derivate parziali in ampi sistemi di equazioni algebriche più semplici, suddividendo un dominio fisico in piccole parti connesse. Gli ingegneri negli Stati Uniti e in Europa stavano sviluppando essenzialmente la stessa idea nello stesso periodo, pubblicandola con il nome che alla fine si sarebbe affermato a livello internazionale: il metodo degli elementi finiti. La versione di Feng fu raggiunta in modo indipendente, senza accesso alla letteratura occidentale parallela, a causa dell'isolamento pratico che separava le comunità scientifiche cinese e occidentale durante quel periodo. Questa tecnica è oggi fondamentale per l'ingegneria strutturale, la progettazione aerospaziale e ogni tipo di simulazione fisica, e il Premio Feng Kang, istituito in sua memoria, riconosce esplicitamente la sua versione della scoperta come "una pietra miliare della matematica computazionale" a pieno titolo, e non semplicemente come una nota a piè di pagina nella letteratura occidentale.

Non si fermò qui. Negli anni '70 sviluppò teorie di immersione per spazi di elementi finiti discontinui ed estese la teoria classica delle equazioni ellittiche a dimensioni superiori, un lavoro che fornì solide basi matematiche ai metodi utilizzati per l'analisi di strutture elastiche composite, e ideò il metodo degli elementi al contorno naturali, un'altra tecnica numerica tuttora utilizzata nel calcolo ingegneristico. Dopo il 1984, nell'ultimo decennio della sua carriera, si dedicò a un problema completamente diverso: la costruzione di algoritmi simplettici per la simulazione di sistemi hamiltoniani, le equazioni che governano la meccanica classica. Questo lavoro fu insignito del Primo Premio del Premio Nazionale per le Scienze Naturali della Cina, uno dei massimi riconoscimenti scientifici del Paese, per aver posto la simulazione numerica a lungo termine dei sistemi fisici su solide basi matematiche in grado di preservarne la struttura essenziale nel tempo anziché accumulare derive.

Perché Feng è definito un genio

Il risultato cognitivo specifico al centro della reputazione di Feng è la scoperta indipendente in condizioni di isolamento quasi totale: l'essere giunto, principalmente tramite l'autoapprendimento durante una malattia e il successivo lavoro isolato dalla letteratura ingegneristica occidentale, a un metodo numerico per il cui sviluppo altri ricercatori altrove avevano richiesto lo slancio collaborativo di un'intera disciplina. I colleghi che hanno creato il premio a suo nome lo descrivono chiaramente come il fondatore di un'intera disciplina nazionale e definiscono il suo lavoro sugli elementi finiti una pietra miliare della matematica computazionale in quanto tale, un linguaggio che riconosce un intelletto fondamentale e costruttore di strutture piuttosto che una mera competenza tecnica. La complicazione onesta è che la scoperta di Feng, per quanto indipendente, non era unica su scala globale: il metodo degli elementi finiti, così come viene comunemente attribuito, emerse da diverse linee convergenti di lavoro ingegneristico e matematico negli anni '50, il che significa che il suo genio consistette meno nell'essere stato il primo a livello globale che nell'essere stato il primo e da solo, derivando un importante strumento matematico da principi variazionali fondamentali senza il vantaggio della conversazione internazionale che ne plasmò lo sviluppo occidentale, e costruendo poi attorno ad esso un'intera istituzione di ricerca e una generazione di successori all'interno di un Paese che non aveva essenzialmente alcuna precedente tradizione di matematica computazionale su cui fondarsi.

Eredità

Feng morì il 17 agosto 1993. L'anno successivo, l'Accademia Cinese delle Scienze istituì il Premio Feng Kang, assegnato con cadenza biennale a giovani ricercatori cinesi nel campo della matematica computazionale e del calcolo scientifico: un atto deliberato di memoria istituzionale che mantiene il suo nome legato alla disciplina da lui creata, anziché lasciarlo svanire dietro il nome standardizzato a livello internazionale del metodo da lui co-inventato. Ogni successivo matematico computazionale cinese si è formato in una tradizione che inizia, in modo più o meno diretto, con la disciplina che egli assemblò a partire da isolamento, malattia e derivazione indipendente.