[转帖]也谈力学——基础和前沿

雪缘

也谈力学——基础和前沿

　　　　　　　　　　　　　谈庆明

　　　　　　　（中国科学院力学研究所，北京 100080）

　　最近一个时期常听见对力学的两种评价：一种是力学过时了，没什么好研究了；另一种是力学不解决问题，时髦的说法是不能转化为生产力。不论哪一种都是力学无用论，因此，力学要被排除在基础学科之外，研究所和大学的系要改名字，考大学不念力学，力学真的不时兴了，真的无用了？实际不是如此，这里简单说说力学既是科学的基础和前沿，也是工程技术的基础和前沿。　

　　有人认为力学不是基础学科，而物理是最基础的学科。那末请问物理学的定义是什么，它包含什么内容？我看不容易答好。顾名思义，物理学是研究和反映物质（或物体）本性和运动规律的科学。如果进一步问，物质、本性和运动又是指什么？那就太广泛了，物质可以小到基本粒子，大到宇宙，而运动形态则从宏观机械运动、光、电、磁、量子效应等等，可谓包罗万象。在这些形态中，机械运动是人类最能直接观察和感知的，力学是研究物质机械运动规律的科学，可见力学是物理学的一个分支，而且是最大最具基础性的分支。试想如果大学的物理课不先讲力学那末先讲什么呢? 记得谈镐生先生在1978年时就说过，为什么物理学家命名量子力学、热力学、统计力学、相对论力学等等，都称力学；而力学家却退退缩缩，不敢理直气壮提力学。前几天美国生物力学之父的知名科学家冯元桢先生在中科院力学所做题为“力学园地的源泉”的讲演，说20世纪上半叶出现了牛顿力学、量子力学、相对论力学、统计力学等，都以力学命名，那末下半叶有哪几样科学也是由力学唱主角呢？冯先生没有直接回答，只是说100年以后力和运动还在，只要力学家自己安定下来，便有做力学的灵感。为说得更确切，他便讲自己做生物力学的一段历史，也介绍了在分子、细胞、组织和个体各层次中存在的问题。可见生物也要以力学作其基础，而力学家在各层次中都大有用武之地。长时期以来，中国科学院内存在一种偏见，谈起基础学科总是谈数理化天地生，唯独没有力学，这里先不说天地生属基础还是应用科学，前面已谈到生物和力学的关系，再说几句力学和其他几门科学之间的关系。想想天文学，人类最早研究行星和恒星的运动，提出物体运动的第一个模型：质点和质点系运动，牛顿从行星运动的规律出发建立了牛顿力学，从那时起力学模型不断发展，从质点、刚体、变形体、流体、直到等离子体等，说明探讨星体、星系和宇宙的起源和演化离不开力学。谈到数学，在历史上数学和力学简直是孪生兄弟不可分离，牛顿研究力学，同时发明了微积分。数学家吴新谋先生曾经说过，百分之九十几的微分方程可以在力学中找到。求解非线性方程的有力工具，如摄动法就要提到力学家郭永怀、钱伟长的名字。又如反演散射法则从研究水波中来。至于地学，有地球动力学、大陆动力学、海洋动力学，它们与力学没有 什么两样。再谈化学，化学现象不只是单个分子内部或分子与分子之间的作用和变化，实际反应总伴随大量分子的物质扩散和混合运动，均与力学不可分。所以说，数理化天地生缺不了力学，而力学又是它们的基础部分。最近二、三十年来，从力学研究中发现了混沌，并已经成为数学、光学、化学等等非线性科学的一个非常活跃的研究前沿。至于流体中的湍流和固体中的破坏更是大家关心的基础和前沿难题。

　　关于力学和工程技术的关系，工程师最有发言权，他们公认力学是工程技术的基础，而前面提到的湍流和强度则是迫切需要研究解决的前沿。工学院的学生都要学力学，美国第一流的工学院中的机械系、航空系、土木系、动力系、化工系、环境系等等，如果愿意改名为力学系也未尝不可，在这些系里出现优秀的力学教授是不足为奇的，想想我们所处的喷气推进时代的来由，这和自称是工程师的力学大师von Karman 分不开。郑哲敏先生在1992年的力学学会理事会上做过一个重要报告，他举von Karman和钱学森先生在三、四十年代所做的力学杰作为例说明优秀的力学工作要超前工业技术二、三十年，由于他们的工作，才有今天的航空、航天时代。这正是力学研究最终必然会创造巨大生产力的典范。如果设想当年要Karman和钱到市场上去转化为生产力，那末喷气飞机和导弹又怎么来呢?

　　现在政治家中的有识之士已经认识到基础研究、应用研究和技术之间存在密切关系，而把某项具体活动绝对划入任何一个领域常使人误入歧途。最近，我国政府已决定到本世纪末将科研投资增大到国民经济总产值的1.5%。除了投资以外，还应注意下面两个急需扭转的危险倾向。一个是科研队伍的中空现象，很多科研骨干已向技术开发转移，重要的课题组解散或不配套；另一个是后继乏人，现在的高材生不愿学力学，他们奔外语、生物、经济去了，不少工学院教常微方程只是一带而过，使弹性力学的教授无法讲授，相当多的研究生热衷于学外语和计算机课，认为学数学和力学吃力不讨好。数学和力学的基础没学好，哪来高水平的科技队伍。希望领导重视，动员全社会的力量早日扭转上述倾向。

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