一门古老而又年青的学科 [复制链接]

第3版()
专栏：

一门古老而又年青的学科
中国科学院力学研究所所长　钱学森
我们所要谈的这门学科是力学。力学是一门古老的学科。就是不谈古代的发展，专说现代科学中的力学，那也是自牛顿发现了他那出名的三定律以后就有了的，所以力学至少有近三百年的历史了。在这三百年中，力学从一个质点的力学发展到刚体、流体、弹性和塑性力学等等。这也是由于生产实践对力学有广泛的需要。可是如果拿力学和新兴的科学——半导体，或电子学，或电子计算机等来比，那么力学又的确是一门古老的学科了。
近几十年来，力学在全世界有了很大的发展。从欧勒开始，力学在俄国一直有着优良的传统。在本世纪初茹科夫斯基关于机翼理论的重要贡献，为近代航空事业的发展开辟了道路。在十月社会主义革命之后，苏联在高等学校中有计划地培养了大批力学人材，他们在社会主义和共产主义建设事业中起了积极的作用。在资本主义国家，力学的发展是同德国的一位已故的大数学家分不开的。这位数学家的名字是F·克拉茵。因为克拉茵对力学的看法是和我们现在的力学概念一致的，我们可以讲一讲他的故事。在克拉茵的时代，力学还是一门完全属于理论性的科学，它和工程技术没有多少关系。在一千九百年前后，克拉茵由德国到美国去游览，参观了那时在美国新兴城市芝加哥所举行的博览会。在博览会上，克拉茵看到美国天然资源的丰富，想到德国的资源是比不上的。他想，如果德国的工业要在世界市场上同美国的工业竞争，那就非采用更高明的技术，以求达到更大的效率不可。克拉茵正确地看到，要能做到这一点，又非把基本科学和工程技术结合起来不可。在那时候，工程技术上的问题主要的是力学上的问题。当他回到德国以后，就在他所执教的哥丁根大学中创立了一门所谓应用力学专业。这应用力学就发展为现在的力学学科。所以现在的力学是一门和工程技术有密切关系的学科。
力学既然和工程技术有密切关系，那么它是不是工程学科呢？不是，它是介乎基本科学（像理论力学、物理学或化学）和工程技术之间的一门学科。譬如从理论力学和物理学的原则出发，我们创造出一门力学中的学科：流体力学。流体力学的学者不是空气动力的工程师，他不来设计飞机的翼形的；他也不是水力工程师，他不来设计水轮机；他也不是气象师，他不来预报气象。但是流体力学的学者为空气动力工程师，为水力工程师，为气象师作出非常重要的贡献，因为流体力学的原则和研究结果是空气动力工程师、水力工程师和气象师所每天用的，是他们进行工作所不能缺的。流体力学的进展对这些工程技术起推动的作用。
既然力学和工程技术有密切的关系，而又是工程技术的发展所必需的；那么工程技术的进展也就对力学的研究提出新的要求。这也就是说，力学和工程技术是相互作用、相互提携的。这也说明了力学必然地因工程技术的日新月异而丰富着它的内容。所以力学这门古老的科学也是年青的，正在生长更新的学科：新的研究方面不断地产生，新的概念不断地出现。我们拿流体力学来说吧，因为航空工业和技术的发展，先提出了附面层问题，这对粘性流体运动的研究，有莫大的推进。以后因为喷气推进机出现而有超音速飞行，又提出了气体动力学问题，给流体力学指出了新方向。现在又因为超高速飞行和人造卫星问题，需要研究流体力学的科学家来注意高温气体的动力学和高空稀薄气体的动力学。所以把现在的流体力学和二十年前的流体力学来比较，现在的流体力学的内容是多么富丰！
固体力学方面也是如此。由于用高温蒸汽和燃气的涡轮动力机器的制造，我们现在必需注意高温下金属材料的逐渐变形（高温蠕变），这是塑体力学中的一个新研究题目。同时苏联和我国的建设正在大规模地进行，在基本建设方面就提出了一个迫切的问题，应该怎样设计工厂和房屋结构使得它们能够抵抗地震。这就对弹性动力学——一个固体力学的分枝——提出了新的问题，要我们把弹性力学和动力学结合起来，也要求我们引用统计数学的方法来运算。
上面所说的最后一个例子，弹性动力学，也说明了力学发展的新方向往往是介乎两门不同学科之间的，或者我们说新方向是由两门不同学科的熔接而产生的。我们还可以举出许多别的例子：把电磁学和流体力学相结合就创造出电磁流体力学，它是研究导电流体的运动的。把化学动力学和流体力学相结合就创造出燃烧学，它是研究火焰、爆震以及燃烧稳定等问题的。把近代物理学和化学同力学结合就创造出物理力学，它是研究如何从分子结构来预见工程材料和工程所用介质的性质的。譬如一氯二溴化钾烷，我们只知道它的分子量，但是，我们可以用物理力学的方法由它的分子式来算出它的气态和液态性质，像它的比热等等。这些都是力学的新部门、新分枝。
力学既然是介乎基本科学和工程技术之间的一门学问，要在力学领域里工作，就必须在力学本门学识之外，也了解一些基本科学，也知道理论科学中严密论证的方法。另一方面，力学工作者也须要了解工程技术的观点和在工程技术中的问题。这样说来，学习力学不是一件容易的事，它要求广阔的面，从基本科学一直到工程技术都要有一定的知识。所以直到现在，无论在苏联也好，在资本主义国家也好，有成就的力学家，不是先学习基本科学的，就是先学习工程技术的学生，然后转入力学，最后还要深入实际工作，累积经验。经过这样漫长的学习过程，才能“炉火纯青”，达到力学工作者所必须具有的能力：灵活地把理论和实际结合起来，一面能用高深的理论来解决实际所发生的问题，一面能从实际所发生的问题中抽出具有一般性的理论研究对象。这也就是说，优秀的力学工作者不但要有广泛丰富的学识，而且要能掌握辩证唯物主义的观点；因为只有掌握了辩证唯物主义，才能真正灵活地把理论同实际结合起来。所以我们可以说，所有在资本主义国家中的第一流力学家都是自发的辩证论者，只不过他们运用辩证法不可避免地局限于他们的专业业务工作。这样看来，这门古老而又年青的学科只有在社会主义的社会中才能得到它发扬滋长的环境。
新中国对力学事业的发展是十分重视的。从1952年起，高等教育部就在北京大学数学力学系设立了力学专业，专门培养力学干部。去年中国科学院成立了力学研究所。今年八月，科学院物理学、数学、化学学部也将召开全国力学会议。在祖国的社会主义建设事业中，正需要而也必定会涌现出大批力学专家，他们将会解决理论上和实践上的许多重要问题。我们可以肯定，同资本主义和平竞赛中，在力学发展上，胜利也是属于我们的。