力学—迎接21世纪新的挑战

多情清秋

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本文首刊于《力学与实践》，1995, 17(2)：1～18　　返回目录

力学—迎接21世纪新的挑战

1 前言

2 对力学的再认识
　2.1 历史悠久的学科
　2.2 马克思如是说：力学是“大工业的真正科学的基础”[1]
　2.3 恩格斯如是说：“认识机械运动，是科学的第一个任务”[2]
　2.4 力学既是认识世界、也是改造世界的有力武器
　2.5 我国力学研究队伍是1949年后建立的一支科技新军
　2.6 力学与经济和国防
　2.7 近代力学是独立于物理学的基础学科
　2.8 “问渠那得清如许，为有源头活水来”
　2.9 力学是一种文化
　2.10 未来的力学

3 力学与国民经济的新起飞
　3.1 能源
　3.2 材料工业
　3.3 交通运输业
　3.4 化学工业
　3.5 国防建设
　3.6 环境保护与灾害预防

4 力学学科发展的若干紧迫课题
　4.1 湍流与流动稳定性
　4.2 动力系统
　4.3 交*学科
　4.4 材料破坏机理的研究


5 为力学学科的繁荣而奋斗
　5.1 力学是国民经济起飞的“菜篮子”
　5.2 力学是规模科学
　5.3 振兴力学教育
　5.4 稳住一头、放开一片
　5.5 建立适合我国国情的学术评价体系
　5.6 根深才能叶茂

参考文献

　

1 前言
　　科学技术是第一生产力。我国正在进行的经济改革和技术改造，为科学技术提供了广阔的发展天地。我国力学界也将在经济主战场上大显身手、以新的姿态去迎接21世纪的新的挑战、为国民经济和国防建设的新起飞做贡献、并推进力学学科的繁荣和发展。力学是一门基础学科，它同数、理、化、天、地、生并列为七大基础学科之一。力学的应用范围十分广泛，它又属于技术科学，它植根于国民经济的各个产业门类。哪里有技术难题，几乎那里就有力学难题。在20世纪即将结束，21世纪即将来临的转折时代，回顾我国力学界 在国家经济建设与国防建设中取得的成就，分析了我们面临的新的挑战，形成本报告。

2 对力学的再认识
　
2.1 历史悠久的学科

　　人类文明有多久，力学就有多久。人是使用工具的动物，从石头和木棍开始的迄今人类所创造的各种工具，都丰富发展了力学，大部分都是在力学指导下逐渐改进的。远的说，中国2400多年前《墨经》上便有杠杆等力学知识的记载，西方大约在同时期稍后，古希腊阿基米德对静力学就有了系统的论述。近的说，牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》一书标志着力学精确化的开始，也标志着近代整个自然科学精密化的开始。在此之后迄今300年里，力学有了大发展。

2.2 马克思如是说：力学是“大工业的真正科学的基础”[1]

　　20世纪前，人类的近代工业：蒸汽机、内燃机与机械工业、大水利工程，大垮度的桥梁、铁路与机车、轮船、枪炮，无一不是在力学知识积累基础上产生与发展起来的。

　　马克思的话，在现在也还没有过时。就拿高技术领域的航空和航天技术来说，它们全面地依*力学在发展。如一架能坐400人的波音747飞机，它是长宽超过半个足球场大的庞然大物，重量超过100t（有些军用飞机还更大）。想一想它竟然可以在比鸿毛还轻的空气中翱翔，恐怕不能不叹服近代空气动力学的成就；再看一看它那舒展的机翼，在飞机遇到不稳定气流时，它在上下颤动，而航行竟是如此安全可*，则又不能不承认固体力学和结构力学的成就；当你身经一次跨越太平洋，遥遥数万里飞行时，无论是白天还是黑夜，它都能准确无误地到达，既不延误时间也不会走错路，更不会失控。对比二次大战时，德国空军奉命去轰炸苏联的A城市，结果由于领航员判断失误而炸了B城市“得胜”而还的那种迷失方向，我们又不能不感谢导航与自动控制的成就，而它最核心的技术却是一般力学研究的对象。

　　20世纪，产生的许多高技术，除航天、航空外，还有高层建筑、巨型轮船、大跨度与新型桥梁（如吊桥、斜拉桥）、海洋平台、精密机械、机器人、高速列车、海底隧道等都是在力学指导下实现的。20世纪，也产生了在许多其他基础学科指导下形成的高技术，如半导体，电子计算机，核工程等。表面上，与力学搭不上钩的高技术，也总是碰到力学难题在卡脖子。电子计算机，小型微型化是它的一个重要趋向，但是当计算机芯片愈来愈小时，1cm3体积内的存储器数以百万计，这就产生了由于电流生热而导致的热应力的力学问题往往使器件损坏。在通讯中有架设通讯网络以及高性能天线的力学问题，设计与生产光盘与硬盘等存储设备中，需要有高精密定位等等。人们现在常常说未来的21世纪的带头产业与学科是生命科学或生物学，似乎与力学毫无关系，这恐怕是一种误解。单就生物医疗器械而言，人工心肺、人工器官，就是力学家参与下方才实现的。此外还有许多血液流动、肌骨损伤等基本理论问题，现已成长为一门分支学科——生物力学。

　　钱学森先生70年代说过：“不可能设想，不要现代力学就能实现现代化”[3]。马克思说过力学是“大工业的真正科学的基础”。当人们享受着现代工业进步的成果时，看到现代工业矗立入云的高楼大厦时，请不要忘记支撑这大厦的“基础”，因为“基础”总埋在地下不外露，而为一般人所忽略的。

多情清秋

2.3 恩格斯如是说：“认识机械运动，是科学的第一个任务”[2]

　　力学是研究物质的宏观机械运动的学问，机械运动即简单的位置移动，宏观指的是同人的尺度相去不大的范围。由于各类复杂运动中都包含着这种基本的运动形态，不论是在自然界，在技术过程中力学问题都广泛存在。所以它的研究成果也深刻影响着别的基础科学的发展，当然其他学科的研究成果也丰富与推动力学的发展。力学与其他学科的相互影响主要是通过以下5种途经：

１）力学是自然科学中精确化最早的学科。力学发展中最早与数学建立起密不可分的联系。历史上最伟大的力学家，也同时是伟大的数学家。将实际问题经过模式化转化为数学问题求解再回到实际，所形成的方法论，深深地影响着整个自然科学。如动力系统从力学中提出，它的要点是给定系统发展所必须遵从的规律及初始状态，去追踪系统的发展。这种方法应用到天文、物理，后来应用在化学中讨论反应过程形成化学动力学，精确化后的经济学的经济动力学也可以看作是这一方法论的延伸。

２）力学中研究的宏观现象，是自然界最易于直接观察到的现象。许多重要发现和结论都是在力学中首先研究清楚后，才在其他学科中发现和应用。例如，孤立子波是1834年在浅水渠中发现的一种力学现象。到60年代后发现它同量子力学间的联系，后来在光学中也发现了这种现象，并在光导纤维技术中得到应用等。

３）由于宏观运动规律广泛存在性，其他基础学科的研究有赖于基本宏观运动规律的认识。如天气预报要遇到大气湍流，而湍流是流体力学中的基础课题，生物学中血液循环，化学中的物质扩散过程等，无不本身就是力学的课题。

４）力学研究为其他学科提出了挑战性的难题。如对数学提出运动稳定性问题以及各种复杂问题的描述和求解方法。多自由度保守系统，在数学上既是动力系统的研究对象，也是黎曼几何、辛几何的研究对象。

５）力学吸收其他学科的成果完善发展自己。牛顿运动三大定律就是在丰富的天文观测资料基础上总结出来的。力学的先进的实验与测量技术，就是吸收了光学、电学、电子学与计算机的成果武装起来的。

　　所以周培源先生说：“只要自然界存在着机械运动，以及机械运动和其他高级运动形式的相互联系，力学就永远有无止境的研究课题，就永远有无限光辉的前景。”[4]正是由于力学研究对象的“普遍的”属性，力学学科发展在诸基础学科发展中往往是举足轻重影响全局的。1978年，在制定我国科学中长期规划时，邓小平同志根据谈镐生教授的建议批示，将力学归入基础学科规划。这是英明的举措，它正确地反映了自然科学发展的内在规律，正确地反映了力学的学科属性和历史发展的潮流，影响将是深远的。


2.4 力学既是认识世界、也是改造世界的有力武器

　　力学既是基础科学，也是技术科学。因此在力学的知识系统中，有理论与应用之分，即通常说的理论力学与应用力学。

　　理论力学是从观察研究大自然现象中用归纳和演绎的方法发展自己。如牛顿力学或称经典力学，近年来活跃的理性力学或理论连续介质力学，和流体力学中的湍流理论等。它们的着重点是从运动规律本身讨论问题，力求将规律弄清楚了再考虑应用于解释自然界和应用于指导技术。

　　应用力学则是从工业技术面对的难题，利用和扩充已有的力学原理提炼新的力学模型并加以解决从而推进力学的发展。一部航空工程的历史生动地说明了这种研究的成功。二次世界大战以前，飞机的速度超不过音速（每秒330m），当时曾被一些人认为是不可逾越的，这就是所谓音障。由于高速空气动力学将高速流动的规律研究清楚了，才实现了高速飞行。航空对飞机轻、快、安全的要求，推动了力学全面的发展。

　　理论与应用力学的区分只是相对而言，并没有明显的界限。两种方法侧重不同都取得了成功。他们互相补充互相推进，共同促进了力学学科的繁荣。

多情清秋

2.5 我国力学研究队伍是1949年后建立的一支科技新军

　　世界范围内，力学历史悠久，可我国的力学研究队伍却很年轻。

　　旧中国没有力学，这里“没有”不是指在漫长岁月中没有个别优秀学者从事力学研究，而是指在旧中国没有一支专门从事力学研究的队伍。在高等学校中没有一处力学专业。

　　人们不会忘记上世纪中叶到解放前夕，中国的“大刀长矛”屈辱于帝国主义列强的“洋枪洋炮”的历史。前者的生产背景是落后的手工业，而后者是现代机械工业，相应的科学技术基础就是力学。这种落后，反映在科学上勿宁说就是力学的落后。

　　事实正是如此，西方牛顿的《自然哲学的数学原理》一书出版于1687年，清代李善兰等曾着手翻译但没有完成，直到1931年才由商务印书馆出版了郑太朴的译本。到1903年才出版了第一本以力学为题的《力学课编》翻译教科书。截止于解放前夕，中国出版的力学书籍包括教科书在内寥若晨星。

　　我国力学队伍是50年代后建立的，1956年科学院成立了以钱学森先生为所长的力学所，1952年在北京大学周培源先生主持下开办了第一个力学专业。1957年中国力学学会成立。经过几十年的努力，已有力学专门研究单位约110个，高等学校力学专业39个，力学期刊26个，力学硕士点217个，博士点57个，博士导师270余位。力学学会会员达2万多人。不少力学研究成果为国际所瞩目。

　　力学队伍的迅速壮大，是和我国现代化建设紧密相联的。正是由于有了这支力学大军，作为一支重要的方面军，我国原子弹、导弹才很快研制成功，许多现代大工程、新产品才取得胜利。可以这样说，我国现代化不能没有力学，发展力学也不可能脱离我国现代化。

　　在21世纪，我们要赶上或超过发达国家。必须有相应的先进的力学科学，必须有一支数量上和质量上能胜任的力学科技队伍。


2.6 力学与经济和国防

　　发展经济、巩固国防，*科学技术。美国科学院院士J.G. Glimm说过：“40年前，中国有句话说：‘枪杆子里面出政权’，从70年代起应当是‘科学技术里面出政权’。”

　　60年代，英国经济衰退之后，由于北海油田的开发，年产量为1亿t，除自给外还向西欧出口，从而摆脱了困境。而在近海开采石油的关键技术是海洋石油开采平台的设计与建造，它是崭新的高难度的结构工程，是涉及海浪、岩土、结构等多个力学学科的课题。

　　70年代后，日本汽车出口全世界，其竞争力主要是*两条，一条是省油的发动机，另一条是外壳一次压力成形。后一条极大节约了成本，它是塑性力学在压力加工中应用的成功。前一条有一半是*力学燃烧过程的研究。

　　现代战争的一个侧面是高技术的较量。无论是军队快速调动、给养补给，还是攻防装备，都是力学的课题，如果说攻防设备是机械产品，是“猛兽”，它的运动是由力学规律所支配的，电子产品控制系统、雷达、干扰与抗干扰系统就是“猛兽”的眼睛。前几年海湾战争生动地说明了这一点。


2.7 近代力学是独立于物理学的基础学科

　　力学在历史上是物理学的一个分支，19世纪以前它构成物理学的主体部分。从19世纪末开始，力学与物理有了明确的分工，力学研究宏观现象，物理研究微观或宇观（比宏观更大的尺度）现象。力学和物理的近代发展各自形成独立的理论体系和众多的分支学科，不得不分家各自形成独立的基础学科。而在分家之前形成的那部分力学理论，仍旧是力学和物理的共同基础，有时也称为经典力学或古典力学。

　　中学物理课和大学普通物理课将力学作为物理的第一编，这一方面是教学上的方便，另一方面，这部分内容只是经典力学部分，而没有涉及力学的近代发展，所以不能以它作为科学分类的准则。

　　有人看见力学两个字便将量子力学、电动力学，统计力学等学科划归力学学科，这是不对的。它们是属于物理学科的。这些学科名字上冠以力学，只能说明力学在历史上对整个物理学起过巨大影响。

　　在一些科技管理部门，看到了力学广泛的技术应用一方面，将它列入技术科学，这是对的。但忽略了它也是一门独立的基础学科、仅将它看作物理的子学科、认定力学是基础学科的“黑户口”、对于近代力学发展的认识保持在中学教科书的水平、则同样是不对的。它将不利于自然科学基础学科的发展，其影响将是全局的。同时也不符合世界各国学科分类的事实。在国际科学联合会中，国际理论与应用力学联合会（IUTAM）是一个举足轻重的成员。国际力学独立的学术刊物有数百种之多。


2.8 “问渠那得清如许，为有源头活水来”

　　力学历史是悠久的，但悠久和陈旧不同。

　　一个学科是否陈旧取决于是否不断有新课题新挑战提出。如果有朝一日没有新的课题提出，它的确就是陈旧了。然而力学从它诞生起，在历史的长河中新的挑战总是接踵而至。所以我们说它是历史悠久而又充满活力不断发展着的学科。

　　所以是这样，是由于宏观运动规律的复杂性，对它的认识在有限的时间内不可穷尽的。即使一个时期认识清楚了，随着人类活动领域拓广，在新的条件下又不清楚了。这里举两个例子。

　　上世纪力学发展使造船业得到发展，开始建造排水量以千吨计的大轮船。1912年4月14日，当时最大、最豪华的4600t的英制邮轮“泰坦尼克”号，在处女航中失事了，使1513人丧生。二次世界大战中，仅美制“自由号”货轮2500艘中，非战斗损失达800多艘，其中145艘折为两段。直到“泰坦尼克”号失事30多年之后。这些轮船失事的原因才被找到。这就是材料冷脆性的发现，即在摄氏-40度—0度的范围内钢材表现为脆性导致破坏。

　　另一个问题是60年代混沌的发现。它被称为20世纪最伟大的发现之一。它之所以重要，需要回顾一下历史。

　　由于经典力学的发展，理论上日益完整，法国大科学家拉普拉斯（1749—1827）曾经总结过如下的命题，大致是：如果给我以原子运动的方程和所有原子的初始位置和速度，再有足够的计算能力，我就可以知道过去和未来的一切。这就是哲学上确定论的经典表述，这种观点一直是深深地影响着自然科学。直到上世纪与本世纪之交，量子力学测不准原理诞生才第一次打破一条缺口。然而人们仍在想：这种决定论，在宏观力学范围内也许还是对的。

　　混沌的发现表明，即使在经典力学中也会出现所谓内在随机性，从而宣告决定论的彻底动摇。

　　混沌现象最早的几个例子是从大气对流和单质点非线性振子等一些传统力学命题的计算中发现的。随后有数学家、物理学家、化学家和遍及自然科学、经济学各领域的专家参加研究，形成非线性科学热。

　　著名的华裔力学家冯元祯先生引用宋朝朱熹的诗句：“问渠那得清如许，为有源头活水来。”说明力学发展是有活力的，这就是不断有新的问题提出来。这些新的问题来源之一就是与其他基础学科的杂交。近几十年来新生和活跃的众多新学科：生物力学、岩石力学、地球动力学、物理力学、等离子体动力学、宇宙气体力学、化学流体力学、爆炸力学、理性力学、计算力学等等就是很好的说明。其实，力学发展的活水源头一共有3个，这就是生产与工业的需求，同别的基础学科的渗透，以及力学内在发展的矛盾提出的新课题。

　　所谓力学陈旧的说法，是以在一段时期内没有重大突破性进展而作出的片面认识。在相对静止中酝酿着变革，“于无声处听惊雷”。


2.9 力学是一种文化

　　力学作为基础科学和技术科学，是科学家和工程师参与的事业。然而力学也是全民参与的事业，力学是一种文化。

　　力学与天文学、数学，是基础科学中历史最悠久的三个伙伴，都日益成为现代化社会每一个普通公民所必须了解的知识。

　　它作为一种文化，不仅是当我们欣赏文学著作，听音乐时，看马戏和气功师表演时，经常涉及力学知识，更重要的是我们的社会成员对力学了解愈多，则社会的正常生活与秩序愈易于运行。力学史上，像伽利略、布鲁诺与神权作斗争的英雄应当世代歌颂。

　　如果我们的加工工人多知道一些力学，次品就会大量减少，如果我们的装卸工搬运工也是这样，鸡蛋、玻璃、水果就会减少成批的损耗。驾驶员了解力学，交通事故就会减少，老百姓了解力学，灾害可以避免和减少损失，产业部门工作人员更多地了解力学，生产运行就会更加正常。如果我们人民多一些力学知识，愚昧、迷信、反科学、伪科学就会少一份市场。

　　力学又是迈入近代工程技术和科学的门槛，不论是什么行业的工程师，也不论从事哪一行的科学家，在他专业培训之前，他对力学的了解深度几乎决定了他进入专业之后的作为。更不要说在日常生活中，车辆时速、加速度、马力、刹车、摩擦、弹性、流量，比重、黏性、热效率等等几乎随时碰到。一个现代化社会的成员，缺少了力学文化，寸步难行。每个成员的这种文化素质提高了。将为社会增加无形的财富，减少有形的损失，社会的生产效率提高将是难以估计的。

　　因此，当我们在大力提倡科学普及，尖端技术知识普及的同时，不要忘了最基础的力学知识的普及。


2.10 未来的力学

　　时代不同了，力学的研究内容、手段也在起变化。从近20年的趋势来看，两个特点必须认识到，一是计算机科学和力学的结合，一是非线性力学提到突出的地位。

　　首先，60年代，计算机解题能力大大提高，形成了计算机科学。它和力学交*的产物是计算力学分支学科的产生，以及力学各分支学科广泛地使用计算机。传统力学研究两种手段，即理论与实验，现在增加了第三种手段，即理论、实验与计算。不仅如此，理论与实验的某些部分也逐渐求助于计算机，在理论研究中，计算机帮助推导复杂得人力难以胜任的公式，求解复杂的分析表达式解。在实验中计算机帮助整理数据，图形显示过程，协助修正和选用最优参数。这说明计算机已成为力学新发展的重要方面。十多年前钱学森先生曾经在力学学会讲过：“必须把计算机和力学工作结合起来，不然就不是现代力学，就不是现代化”[3]。这个意见对于未来世纪的力学研究也是中肯的，因为那时计算机将更为发展，更为普及。

　　其次，自然现象与技术中的实际力学问题大都是非线性的。最简单的问题如牛顿二体问题也不是线性的。由于非线性问题复杂性，在数百年中，人们想尽办法，略去非线性因素以求近似解，得到的所谓线性问题。即在方程中只保留未知量及它们的微商的一次项，并花了大力气去发展线性问题的求解方法，在数学中形成了完整的线性数学宝库。这种思路在力学与工程中解决了大量问题，但对于许多高阶项起重要作用的问题，这些方法就不灵了。留下许多问题至今难以突破。因之它们将是未来力学攻击的难点。

　　力学有悠久的历史，有丰硕的成果，有辉煌的业绩，但是，从未来需求的角度来看，从我们对客观世界认识的深度来看，力学所达到的水平似乎又是非常可怜。例如2个物体以万有引力相互吸引的运动问题早在牛顿时代就已解决，可是经过了几个世纪，至今3体问题尚没有弄清楚，何况我们还有量子力学、天文学等方面提出的多体问题。进而，所谓连续介质力学，研究对象无限多质点连续分布的系统，它的一般运动规律更是十分困难的难题。我们已知的比起未知的来说，正象牛顿说的，我们是在海岸边拣拾贝壳的小孩。在整个大自然中我们只不过拾到了几片心爱的贝壳而已。

　　科学技术的发展不断提出新的理论与应用课题等待我们去解决。英国学者丹皮尔说过：“知识之球愈大，则其与未知之界面也愈大”。等待我们去探求的未知世界变得更宽广了。

　　力学工作者必须面对这些现实，在科学征途上迎接困难，充分利用20世纪提供的新的好条件——计算机，去攻克难题，去争取力学学科的新的繁荣。

多情清秋

3 力学与国民经济的新起飞

　　前面说过，力学与国民经济、国防建设有着直接的密切的关系。我国经济水平处于发展中国家水平，在许多经济领域我们与发达国家差距还很大，为在下世纪赶上和超过发达国家，任务是十分艰巨的，它赋予力学学科的使命也是艰巨的。以下就国民经济和国防建设的6个重要方面：能源、交通、材料、化工、国防建设以及环境与灾害预防来粗略地加以讨论。


3.1 能源

　　包括煤、石油、天然气和电力。我国能源生产总量虽然仅次于苏联、美国、沙特阿拉伯而居世界第4位，但是我们人均能源消费仅及世界人均能源消费水平的25%。在未来世纪，能源必须有成倍的增长。

　　能源增长，主要是*勘探、开采、发展水电，以及研究和发展新能源，如核能发电。其中无论哪种方式哪一个环节以及降低能耗，力学都扮演重要角色。

　　能源勘探。近年来勘探石油发展的人工地震波的方法，是用人工激震，收集波传播讯号从中分析地层参数分布，然后再确定储油结构。它的全过程是一个典型的力学波动问题的反问题，正是由于这种需要才使波动反问题成为近年来新兴的研究热点。

　　在开采煤的过程中，为了生产安全，有井下支护问题。需要投入大量木材与其他材料的桩。俗称“以木换煤”。岩石力学，工程地质力学的研究可以使顶桩数大为减少，从而使生产成本降低，而又安全。

　　在开采石油和煤时，又需了解渗流过程，对于石油，掌握渗流过程可以多出油，对于煤则可以预防水气冒顶避免事故，这就是渗流力学。至于海上开采石油的平台结构设计，我们也还是十分落后，不得不*引进技术。

　　在水力发电站的建设中，需了解基岩力学性质，以及建造耐用而又省钱的坝体结构。这又是大型结构工程的课题。长江三峡水利枢扭工程就提出：水工力学问题，通航水力学问题，爆炸及溃坝水力学问题，河流动力学问题，岩基力学问题，坝体抗震问题，动员了全国200多个单位攻关合作研究。力学是整个工程的一个关键。

　　原子能发电，我国起步较晚，世界先进国家原子能发电占总发电量的1/5。而我国仅达4%，所以必须迎头赶上。然而其中关键性技术问题是结构强度问题，即在任何条件下核燃料不允许外泄。这也是一项复杂结构课题。

　　可控核聚变能源的确有媚人的前景：无污染，原料丰富，产生能源大。如果能实现，将是最理想的人类能源。从1956年美国爆炸了第一颗氢弹起，世界各国科学家都在为此而努力。

　　可控核聚变，也称为可控热核反应是怎么回事呢？打个通俗的比方说，蒸汽机是1692年西方纽可曼的发明，但是由于速度不均匀，一直派不上大用场。经过了近100年直到18世纪80年代，瓦特改进了它，发明了离心调速器，速度可以自由控制了，才开始在工业中广泛应用。现在第一颗氢弹爆炸已过去了近40年，聚变的“调速器”也还没有诞生。人们预测在下世纪中叶可能实现核聚变速度的控制。蒸汽机的调速器是一个力学装置，而核聚变的调速器将是怎样的呢？多年来力学家为此而作出了重要贡献。苏联学者的方案托克马克装置曾是一种重要的想法，它的基本思想是建筑在电磁流体力学基础上的。力学工作
者仍将参加这支探求的队伍，做出贡献。


3.2 材料工业

　　材料作为人类文明阶段的标志，如石器时代、铜器时代、钢铁时代等，足见材料对人类社会的重要性。随着社会进步，人类不断需求、研究新材料，未来世纪的材料将是怎样的呢？力学对材料工业将有什么作为呢？

　　材料的生产一般地说并不是力学家的事，但是只要是一种新材料来到世界上，总是给力学家提出无穷无尽的课题。主要是：如何改进材料加工过程；如何评价材料所造成结构的力学行为等等。

　　固体力学近200年的发展，主要就是为钢铁材料合理使用而积累起来的。塑性力学，是讨论它永久变形与压力加工的学问，极限分析与安定分析是讨论它如何造成结构物最大承载能力，弹性力学则是讨论变形较小时的应力分布，损伤与断裂力学则是讨论它的寿命与脆性破坏问题，钢材加工、连续铸造等也在近年提出不少新的课题。当然所有这些理论也不断广泛应用于木、混凝土、岩石和其他金属。

　　人们预料，下一世纪将是塑料的世纪。1930年全世界产量是10万t，而到1977年已达5000万t，大约每过4～5年翻一翻，到2000年将大大超过钢产量。

　　然而塑料美中不足就是强度不够，它一来到世界上就给力学家提出新的课题：如何增强。从60年代开始，纤维增强塑料面世。用它造的汽车，重量可以减一半，节油可近1/3。同时它被大量用于火箭、飞机、卫星上。从而快速形成了一门新兴材料学与力学的杂交学科——复合材料力学。

　　塑料发展的同时，人们还寻求各种新型的材料，耐高温、耐腐蚀、高硬度，可以对电流产生应变反应的所谓智能材料，以及生物器官修复用的生物材料。它们也给力学家提出了新的课题。

　　材料的另一侧面的问题，即材料的破坏、断裂。迄今为止的结构与机械事故几乎都是由它引起的。这就产生了材料疲劳力学、断裂力学，材料的寿命估计以及复合材料不同材质介面断裂等学问。它们都是实际的，又都是困难的。每一项研究稍有进展其所创造的价值都是可观的。北京航空航天大学一位教授，曾接受了一批例应报废飞机的评估。经过严格实验与理论评定，认为它们还可以使用若干年，为国家节约了可观的资金。


3.3 交通运输业

　　我国交通运输业解放以来得到很大发展，运营能力比之解放前增长了20倍。可是当我们联想到春节到来时铁路部门的困难，联想到平时从北京到上海出差买票之艰难。我国交通仍然需要大发展。

　　所谓交通，无非是将人或物从甲地送往乙地，这本身总体上就是一个力学命题。比起先进国家来说，我们的差距还很大。先进国家火车行驶速度每小时可达250km，由北京到上海可以“朝发而夕至”而我们只有每小时100km。代表高技术的航空工业，飞机的出口可以振兴整个国家经济，而我们民航飞行的飞机则几乎都是外国制造的。汽车要进入家庭，则从汽车制造业到路面建设都是一系列的力学课题。此外还有轮船，管道运油运煤，架空公路建设。可以说，交通运输的振兴与发展，唯系于力学。

　　就以铁路提高速度来说，这就要改变线路，弯度要小，爬坡坡度不能陡，同时还要解决行进中的摆振问题，这些都需要精细的力学分析。要涉及车辆动力学、非线性振动等多方面力学知识。要彻底改造落后的铁路，首先就要建造一支专门的铁道力学研究队伍。

　　船舶力学也是这样，要提高航速，就得减少阻力，它是流体力学的课题。从1987年以来，在北海航行的巨轮已有十多艘在大浪中被折坏，为此提出了结构力学难题。此外潜水艇、水翼船、两栖船都提出了结构与水力学问题。潜水艇长期在水下航行，如何定位，是导航与控制问题，这也是一般力学的难题。


3.4 化学工业

　　在人们的印象中，化学工业似乎是化学家的事情，其实不然，化学工业，是大工业，它毕竟不是在实验室做实验，实验室反应一旦转移到规模生产，问题就来了。这来自两方面的问题。一是要加快反应速度，就需要增加参加反应成份的接触，流体力学从中大显身手，利用流场计算、利用湍流增加混合等手段加快反应。以往一个化工流程，从实验室走向生产要经过小试验、中试验，这种试验所以需要，并不是因为化学反应不清楚，而主要是物质宏观迁移规律、流动状态不清楚。当前先进国家在某些情况下可以免去小试和中试，原因就是得力于流体力学，利用计算去事先模拟流动。

　　另一方面的问题，是结构问题。有些化学反应必须在高温高压等苛刻条件下进行，实验室在较小的空间里保持高压、高温，比较易于实现。大规模生产，就产生了结构问题，高压罐爆炸，高温塔破裂。十年前印度毒气泄漏，死伤人数数以万计，不能不是惨痛的教训。不仅如此，化工产品常常带有腐蚀性，这些结构不仅要具有适当的功能，还要能耐腐蚀，能连续正常地运行多少年。化学环境下结构寿命估算问题，又为结构力学增加了难度。60年代断裂力学的产生，就是由于连续若干次严重的高压容器爆炸事故引发的。

3.5 国防建设

　　经济起飞可以使国富，要使民强还得要*国防建设。所谓国防，无非是矛锐盾坚，从古以来一直是力学的命题。

　　现代国防，是高技术的竞争。海湾战争尽管有人说它是电子战，雷达、通讯、计算机、信号干扰发挥了巨大作用。但在它背后，不管是攻击导弹，还是飞机、拦截导弹，也都是力学原理支配下的产品。

　　穿甲力学就是研究总结攻防的科学总结，它还在飞速发展，即研究如何穿透对方的钢板，防护工事，而自己钢板、工事却不被穿透。战斗机与无人架驶飞机研制更是全面要求力学人才。此外还有弹道学，火炮的强度寿命分析，潜水艇、战斗船舰在相同推力条件下，如何减少阻力增加航速和机动能力等等。它们虽然同国民经济生产的交通机械产品有同样的要求，总的生产水平提高了，国防产品也会提高。不同的是，它们的性能要求比起民用产品更高，更具有竞争与挑战性。例如歼击机，不仅要有更高的速度，还要机动灵活，有较好的操纵性，起飞、着陆的滑行距离要尽量短，作战半径又要尽量长。这种要求实在是没有止境的。

3.6 环境保护与灾害预防

　　近20年来，由于工业发展和人口数量猛增，人类正面临着全球性的环境污染、生态恶化、灾害频生的严峻形势。联合国多次为此呼吁，各国政府开始对此注意。

　　就我国来说，比较严重的是土地沙漠化，每年沙漠侵蚀的耕地约相当于两个县。自然灾害、地震、风灾、水灾，森林火灾等使每年损失达数十亿元。工厂排出的污染物，污染大气、河流。这些严重问题不解决，我们的生存环境将迅速恶化。

　　要完全避免自然灾害目前还不能做到，但是认识它的规律力求减少损害则是现实的。至于人为的污染，除了利用法律手段加以控制外，研究它的产生扩散过程，以及采取净化处理技术等积极措施则是完全必要的。而这些都同力学紧密相联着。

　　认识沙漠推进与沙丘移动规律，需要特别的力学风洞实验，和精细地建立力学模型。减轻地震灾害的抗震结构物研究则已是一个古老的研究领域。值得注意的是近年来由于在大风中不少重要建筑破坏，如1965年11月1日英国渡桥电厂的三座大型冷却塔倒于大风，随后1973年和1984年在英国又有冷却塔倒于大风，损失惨重。1993年4月9日北京的一场大风，广告牌被吹落砸死2人。为了弄清风与结构物的相互作用，如风对桥、塔形建筑、高层楼房的作用，一门新的学科：风工程形成了。

　　如果说，环境问题，灾害问题是近20年才引起注意的问题，那末未来的21世纪可能是认真解决和深入研究的世纪。它的研究与解决将涉及多学科，海洋学、气候学、生态学、化学、医学，其中也有力学，我们力学工作者一定能在协同合作中充当一名得力的伙伴。

　　以上谈到的6方面，的确都同力学密切相关。除此之外，在其他领域大致相同。例如纺织工业中气流纺织的研究，食品工业中流变学的应用，造纸工业提高纸的强度性能，包装工业减少运输时的损坏，等等。而所有这些工业的机械设计，又都是与力学课题相关的。更不要说，机械工业从它诞生起一直就是“力学”的技术化，从机械产品设计与加工到处都是力学。在西方语言里力学与机械是同一个字。而建筑工程则是美化了的结构与结构力学。

　　综上所述，我国经济起飞得*力学，而所有这些力学都属于工程力学或应用力学的领域，有些则是属于基础理论的课题。相对说来我们都是落后的，需要发展，加强或建立。但其中最为紧迫的普遍的是以下两方面：

1）大型与复杂的结构工程

　　人类文明程度的一种标志体现在各种结构上，承受力而又有一定功能的物体都可以归结为结构，如高楼、车、船、飞机、大桥、大坝、机床、望远镜、精密仪表等都可看为特定的结构。广义地说，地壳、岩基、土层也可以看为结构。人类愈进步结构愈复杂。

　　结构设计，除包含结构物本身的强度、刚度、动力、及稳定性分析外，还包括保持一定功能的优化设计，新结构形式的研究与结构的加工与成形的研究。如果我们能在钢结构设计中选用优化的方法，节约1%的钢材，它就相当于建造一座年产百万t的钢厂。

　　目前结构设计大部分工作量都开始由计算机承担，这就是计算结构力学与结构CAD（计算机辅助设计），应当说我国在软件开发上是有优势的，但由于各方面的原因优势表现不出来，总体上落后很多，尤其计算力学软件方面落后于国际水平20年。

　　结构设计的另一方面是确定结构所受的荷载。这方面必须研究流体力学，如飞机结构所受的空气动力，船受的阻力、浮力与波浪力、水坝受的水压、地震力与渗透压力、高层建筑物所受的风力等等。在这方面我国也是相当落后的。举例说：高层建筑需要了解风谱、气象、广播局的电视塔、桥梁建造，都需要了解风谱，然而我国却还没有这方面的资料。设计时，只好借用苏联、美国和加拿大等别的地区的资料。类似这种积累技术力学资料的应用基础研究我们注意还不够。

2）新材料的力学研究

　　应当关注新材料的研究，如复合材料。我国在这方面还刚起步。特别是利用力学知识去指导新材料生产，以达到增韧、增强的目的。重视对新材料应用的研究，例如利用电流变体进行结构控制的研究，这就是目前人们说的智能材料生产与应用。

多情清秋

4 力学学科发展的若干紧迫课题

　　前一节，我们着重谈到了力学的应用方面。这些应用深深地与技术联系着，它很重要，它是力学学科同工业实际联系的纽带。然而如果力学学科的基础理论研究即对自然规律的了解停止了，应用和技术也便只能停留在同一水平上而停滞不前。所以为了力学应用不断前进最根本的还得着眼于力学学科的发展与建设。

　　力学学科发展，方向很多，它的分支学科以数十计。在众多的方向中以什么标准来选择着重发展的方向，是一个关键问题。我们认为必须考虑到以下两条原则：第一，原来基础比较好，在国际上能形成独特风格的方向；第二，我们基础虽然薄弱，但是对于整个基础学科全局，对国民经济潜在影响力比较大的方向。为此我们建议重点发展的几个方向是：


4.1 湍流与流动稳定性

　　湍流问题正式提出来已超过100年。由于其复杂性与困难性，虽然进展和成果不断出现，至今却仍未很好解决。

　　湍流是重要的，自然界与技术中无处不存在。一杯白开水放进一小块糖，如果听任糖溶化，扩散变得均匀，恐怕要等一两个小时，但如果用汤勺一搅利用造成的湍流把糖分子均匀化，大约只要几秒钟的时间。研究表明，利用湍流可以在工业中增加热交换、物质交换的速度；近年来研究还表明，利用湍流还可以减小物体在流体中运动的阻力。而为了造成湍流，在有些情况下物体表面粗糙反而比光滑好，这对于传统观念是一项突破。

　　流体稳定性则是为揭示流体从层流转变为湍流机理的理论，利用它的研究成果可以指导降低噪声而使潜艇隐身，指导航空航天技术中的改善飞行性能涡系生成与控制。

　　由于这个方向的重要性，历史上曾吸引了众多的国际知名学者投入。我国学者在这个领域内在周培源教授带动下做出了一系列世人瞩目的贡献。周培源教授被誉为湍流模式理论的奠基人，著名美国流体力学家朗莱在总结中指出，世界上四大杰出的湍流科学家是普朗特，冯·卡门，柯尔莫果罗夫与周培源。继周培源之后，我国学者在湍流统计理论方面，在流体流动稳定性方面，都做出了世人瞩目的结果。湍流研究后继有人。

　　湍流是老大难题，被理论物理界认为是世界上最难的问题，彻底解决前途还不明朗。我们能否为此得出结论说：这根硬骨头不啃也罢。不行，湍流这样的难题与数学中的费马大定理不同。费马大定理即使解决了，数学的直接收益也不大，所以本世纪初希尔伯特在提出数学23个难题时，没有包含它，认为是一个过时的难题。而湍流永远是紧迫的课题，一是它的实用性，二是它对其他学科影响较大。而且，即使湍流没有彻底弄明白，我们的工业与国防，自然科学的其他学科也已分享了湍流阶段成果带来的好处。减少阻力、降低噪声、加快物质的传播，使航行省油而又安全，提高发动机效率及对大气湍流的解释
等效果已足够报答对湍流研究的投入。周培源教授生前曾经在力学学会会议上说：“我们要决心去攻克难关，要避免‘浅水区拥挤不堪，深水区无人问津’的现象”[4]。对湍流是这样，对其他方向不也应这样吗？


4.2 动力系统

　　动力系统是力学中传统的命题，牛顿力学所得到的微分方程组就是动力系统。上世纪法国大数学、天体力学家庞加来正式提出动力系统的概念，由于它在方法论方面重要性，被许多学科所研究。如数学中研究动力系统定性行为，化学中研究反应过程的化学动力系统，经济中研究动态经济的经济动力系统。在力学中为了与数学中动力系统加以区分有时也称之为动力学系统。

　　动力系统在力学中的研究内容为：动力学系统的典型方程及其便于研究的形式，特别是对于多刚体弹性体带约束的系统；动力系统的稳定性分岔与混沌的研究；非线性振动及其应用；动力系统的数值方法等。它构成通常所说一般力学的主体。

　　古老课题，近年来有了突破性进展，主要是：（1）60年代混沌现象的发现，相应地出现在各种系统中混沌发生的条件及其控制的研究；（2）复杂大系统的运动稳定性与控制的研究，它是高技术领域提出的新课题。

　　一般力学总体上在我国起步较晚，从事一般力学教学与研究的主力大部分是解放后成长起来的学者。他们在非线性振动、非完整系统、运动稳定性、多刚体系统等方面都做出了较好的工作。

　　在整个力学学科中，动力系统的研究，从历史上看总是起着带头的作用。牛顿力学是从单质点开始的然后再将它的原理推广到固体力学、流体力学中。运动稳定性、分岔、混沌等概念飞跃也无不都是这样。所以从这一观点看，保持一支精悍的高水平的一般力学研究队伍，对于整个力学的发展是非常重要的。

　　在力学的各分支学科中，一般力学与数学有着最为密切的联系，他们研究的命题常常也同时是数学家研究的命题。然而各有所侧重，数学家侧重量，而力学家侧重在力学背景与应用前景。我们不能因为两个行业在研究同一名称的命题而顾此失彼。例如，对动力系统稳定性来说，数学家可以提供稳定性判据，而一般力学家则可以将它和飞机飞行的安全联系起来，找到实际的生产应用。并且将生产中的难题化为数学家提出的数学问题。这中间，力学的研究是数学与生产联系的纽带。


4.3 交*学科

　　所谓交*学科，是力学与其他基础科学或技术科学互相渗透的产物，是近20年来国际上科学综合性趋势的产物，也是科学发展的需要。在自然与技术过程中，总是不同运动形态联合出现，一个过程常常既是物理过程，又是力学、化学过程。要将它弄清楚必须多学科联合研究。国外一些学者认为多学科分析是一个跨世纪的项目。力学同别的学科的渗透力很强，他几乎与所有的基础学科与技术学科之间都有交*学科形成，有时和同一学科形成多门交*学科。这从一个侧面说明宏观运动的普遍性。

　　必须重视交*学科，因为它是发展需要，也生长最快，它常常是近代自然科学的生长点。

　　交*学科门类较多，不必要也不可能仔细罗列。这里就几个我国开展得较好的方向简单介绍一下：

1）计算力学。
它是力学与数学、计算机科学交*学科。最早以计算结构力学的形式在工业中发挥了巨大作用。它是借助计算机求解力学问题，探索力学规律、加工力学数据的总称。有限单元法的成熟和广泛应用是它的代表性成果。它的研究内容包括计算力学数值方法，算
法，计算力学软件，计算流体力学与计算固体力学。在力学中各分支都在使用计算机，但并非使用计算机便是计算力学。它独特的追求是尽可能使一类问题用计算机统一求解。广泛的适应性是它的追求。

　　我国计算力学起步不晚，并且已在工程建设与科技发展中发挥了重要作用。今后特别应关注与支持计算力学软件研制。

2）生物力学。

是力学同生物学的交*学科。它大致分生物固体力学，生物流体力学以及运动生物力学等。它的研究成果为揭露心血管病，制造人工器官，人体安全防护，提高体育运动成绩等发挥了作用。

3）爆炸力学。

爆炸过程是化学同力学共同参与的过程。爆炸力学在国民经济与国防建设中有广泛的应用。我国科学工作者开展这一方向的研究有30年的历史，得到了独具特色的成果。

4）物理力学。

是物理学与力学的交*学科，采用物理学微观方法分析宏观行为，例如在极端条件下的物性等。

5）地质构造力学。

采用力学的方法研究地质构造的驱动机制，需要解决地球深部条件下介质极缓慢变形过程，要进行非线性反演。它的研究成果还将揭示地震机理和用于地震预报，对于寻找矿藏，工程地质评定都有指导意义。


4.4 材料破坏机理的研究

　　材料破坏的研究是一个传统的力学领域，它的历史可以追溯到牛顿以前。随着工业发展，新材料不断出现，老材料的使用条件和范围的变化，层出不穷地提出各种新的挑战。

　　近年来出现了研究材料的疲劳、断裂、损伤的新方向。一方面是由于愈来愈多地采用高强度材料。高强度材料大多表现为脆性破坏。经验告诉我们，脆性材料比韧性材料更难驾御。韧性材料，由于破坏前产生较大的变形，使整个结构应力重新分布，所以虽然局部超过了许用应力，而整个结构还不致于马上就坏。脆性材料却不然，只要有一点超过许用应力就会导致整个结构崩溃。于是不断出现的事故要求人们对这些高强度材料进行研究。另一种需要是理论上的追求，早在40年代物理学家在实验室内制出了无缺陷的单晶体，俗称金属胡须。它的强度是普通金属的1500倍。这一事实对人类具有颇大的诱惑力。如果我们能在宏观尺寸上制出这样高强度材料，那么一根普通铅丝粗细的金属线就可以吊起一辆火车头。金属就会成百倍地节约。为了寻求这种理想的材料，驱使人们不断探求。即使找不到这样的理想材料，能够在现有基础上将强度提高一倍不也很好吗。

　　材料所以达不到理想强度，是由于在宏观材料中都有这样那样的缺陷或微裂纹。这些裂纹或缺陷的存在，不仅降低了强度，而且在重复的小应力作用下时间长了也会破坏，这就是所谓疲劳现象。近年来由于复合材料的出现使问题变得更为复杂，复合材料的不同材质之间常常脱开，或称界面断裂。这些都是断裂机理研究的课题。

　　眼下研究材料破坏的方法，一般说是唯象的，采用细小裂纹的假设，按照计算应力集中的方法有时还采用随机过程和统计的方法去讨论裂纹对强度的影响，普通也称为细观模型。

　　我国在材料破坏机理研究方面，有迫切的需要，也有较好的研究基础。

　　上面列举的这4个方面，当然不能概括迫切问题的全部。有些方向如实验力学，它是力学研究的一个方面，而且实验既是新现象的启示者，也是最后检验力学理论是不是站得住脚的检验者。它的重要性自不待言。

多情清秋

5 为力学学科的繁荣而奋斗

　　未来世纪里，我国力学应当有一个大发展。除了力学家应当认识自己的历史使命加强历史责任感之外，还应当加强各行各业对力学的了解、采取合适的政策。


5.1 力学是国民经济起飞的“菜篮子”

　　人要吃饭，这是常识。但如果只吃粮食，没有副食、蔬菜，就会发育不全，得软骨病或其他病。

　　力学在国民经济中应用的普遍性，须臾不可离开。如果说，我们的工业当前还比较落后，大量产品是*仿制，那末总有一天我们要进行独立设计，进入创新。独立设计与创新是不能没有力学的。没有一支强大的力学队伍作后盾，永远只能处于模仿阶段，这是一种工业上的“软骨病”。

　　随着市场搞活，奇花异草最先显示出自己的价值，君子兰、米兰的经营者最先成为万元户。有的菜农转业经营花草或别的什么去了。

　　当前力学界也处于类似的情况。面临解体的危险。大学力学专业招不到好学生，优秀力学工作者在转行或流向国外。

　　建国以来，我国积40年的努力，从无到有建立了一支颇具规模的力学队伍，他们已为我国工业起飞做出了巨大贡献。能不能稳住这支队伍是关系到下世纪工业能否起飞的大问题。力学研究队伍不象民兵或菜农，能够“召之即来，来之能战”，一旦这支队伍解体了，将使我们积40年的努力付诸东流，即使重建也不是一二十年所能奏效的。

　　我们市场经济刚刚起步，新生的市场还不足以调节到正常地维持与人民生活关系密切的“菜篮子”，所以我们的政府部门还得隔一二年抓一次。同样，我们的市场也还没发达到足以维持与国民经济起飞至关重要的力学事业正常运行。也需要适当的宏观调控。


5.2 力学是规模科学

　　部分力学课题，*研究者单枪匹马是很难结出硕果的。这如同规模经济一样，一座现代化钢厂，只有一名工人，什么也产不出，只有达到一定规模才能产出钢来。现代科学的这种特点有人称之为“大科学”。南极考察，发射卫星都是这样。在力学中航空空气动力学，船舶力学，也都是这样。即使是基础理论课题，要理论实验计算联合作战，也必须有一定的规模。

　　规模科学的特点要求力学研究队伍的规模性，分工合作，有组织有计划。有地方军有野战军。我国在工业的各个部门都有专业力学研究机构，如航空、航天、造船、机械、建筑、水利、石油等等。此外还有像科学院力学所、岩土所、工程力学所等从事一般理论与应用的研究机构。它说明我国力学研究队伍已初具规模。

　　规模科学，对人才的需要上，除了对于具体力学课题能有创见，发表高质量论文的“将才”外，还应当特别注意培养既能发表高质量论文又有组织科技工作者解决复杂课题才能的“帅才”，“一将难求”。应当在平等竞争的环境下，造成这种人才脱颖而出的条件。


5.3 振兴力学教育

　　力学研究需要一支有素养的成千上万的大军。据不完全统计目前我国力学学会会员有两万多名。其中80%在50岁以上。到下世纪初这批人退休后，即使现在的研究生每年大约不到1000人，他们一个也不转行，全部顶替也还难以维持。

　　我国高等学校在校学生大约500万，这500万中需要以力学课作为基础课的理工科学生大约占一半还要多。这些课是：理论力学，材料力学、流体力学、弹性力学、水力学、结构力学等，所需要的教员数就数以万计。何况一般或专业力学研究所、大型企业与生产设计单位都需要力学人才。我们面对的现实是不仅“一将难求”，“千军也难得”。

　　力学人才，来自高等学校力学专业。我国高等学校力学专业在1957年人造卫星上天的敲锣打鼓声中兴旺过几年后，渐渐被冷落了。这种冷落是全社会对力学淡忘的反映。它反映在优秀学生不报考力学专业；反映在一部分力学专业纷纷改名换招牌；反映在力学学生毕业分配不吃香；反映在力学家中也有部分人认为力学不需要单独办专业等等。它是整个理科教育衰落的一个侧面。

　　这里我们想着重讨论两个问题：

　　第一，学力学是否有前途？据少数几个力学专业对1958年以前毕业生调查，这批人目前都行将退休，他们都在力学研究或生产单位立下了汗马功劳。在生产第一线，例如大产业部门的力学研究单位或设计单位的力学毕业生反映，他们由于理论扎实，接受与理解新方向快，后劲足，在开拓创新工作中比起同资历的工科学生要干得出色。这说明，学过力学的学生可以出色地从事任何工科学生能从事的事业。而学工科的学生从事力学研究或涉及力学较多的专业课题一般说较为吃力。所以学力学出路更宽，更有广阔的前途。

　　力学既然是基础科学又是技术科学，大学力学专业的毕业生既可以从事力学的教学与研究工作，又可以从事与力学有关的机械、土木、交通、能源、化工、自动控制等工程专业的设计与研究工作，还可以从事数学、物理、天文、化学、医学等基础研究与教学工作。这些都是专业对口的，都不能认为是“转行”。从这个意义上讲，力学专业教育的对口是无比宽广的社会对力学的需求。搞建设，力学是墙根；攻科技，力学是刀刃；砌墙根，要好砖；打刀刃，要好钢；学力学，要好女好男。对于即将报考高校的学生来说，如果你想急于毕业后就业，那么报考什么专业倒也差别不大。但如果你是一位有志攀登科技
高峰的青年，在还不十分了解现代科学技术时就仓促地选择一个具体工程专业，白白失去了进一步了解和深入近代科学技术的机会，实在有点可惜。我国许多著名的老一代力学家，阅历半个多世纪，在他们退休之后还说：“如果上帝还给我一次青春的话，我还是选择力学。”想一想他们的话，是很有道理的。

　　第二，力学人才是否过剩？回答：不过剩。前苏联，每一所综合大学都有力学专业，工科大学也不乏力学专业，人家从来没有说过剩。有人援引美国的大学只有少数几个力学专业为口实，说是中国力学专业过多，应当砍掉一批。

　　这是只及其一，不及其二的说法。

　　首先，美国的高校和中国体制不同。美国高校学生本科毕业后，一般并不能马上就上岗从事专业工作，其间要经过一段由公司进行的职业培训和见习阶段，不同公司时间长短不一，或者要通过研究生阶段的培养才能胜任专业工作。所以美国大学专业一般是宽口径，厚基础，在美国土木、机械、航空、化工等专业的教学计划大致同国内力学专业相同，只有少数几门专业课不同。用美国人的话说：“我们到处都是力学”。而我国高校毕业生的职业培训阶段是在校内本科生学习阶段进行的。以机械工程类为例专业就有200多种，分工过细，专业课对口又窄，力学的教学就很少。怎能同美国相比。何况，教育体制
改变绝不是一朝一夕也不是力学一个专业的事。当务之急，是应当加强工程专业的力学教育，而不是先砍掉力学专业。

　　其次，我们要向用人部门说几句话。对绝大多数产业部门来说，力学人才对你们不仅是有用的，而且哪个产业部门能吸收与融化更多的力学人才，哪个产业部门就会有更大的活力与后劲。

　　我国的产业部门，相对美国来说，是省去了上岗培训的麻烦。大量的按窄口径培养的学生虽然一进厂就可以拿描图笔，但是，对过去的产品与生产过程过分熟悉、对生产革新与产品换代来说不是也构成一种无形的阻力吗？我们的汽车30年不换代，机械产品数十年无更新。难道不需要为下一代产品贮备、培训一批力学人才吗？须知，力学知识，对产品换代、设计革新起着关键作用。在这里“短、平、快”怕是不可能的，在国际竞争中，需要往前看三步棋。“十年树木，百年树人”，在人才上，至少得提前10年作准备。

　　我国50年代末60年代初，航天与核工业两个部门就是很好的榜样。那时，力学专业毕业生大批去这两个部门工作，他们都成为有关工作的骨干，这两个部都得到飞速发展并取得了举世震惊的成果。

　　还有，即使是在美国，有一段时间力学人才奇缺，曾经引起了全社会的恐慌，那是在1957年苏联人造卫星上天后。一方面高校纷纷改变教学计划，增加数学力学的课时；一方面，派人拿重金到全世界招募力学人才。在短短几年内就赶了上来。在最近10多年内，美国从我国、印度、苏联和东欧以各种手段挖走了数以万计的优秀数学、力学人才，可是人家并没有说人多了要砍要关，还是喊技术人才奇缺，来多少收多少。而我们呢，路子只有前一条，必须早看几步棋。后一条呢，不仅拿不出重金去招聘外国人，我们自己的优秀人才只要不过多地让别人招募了去就算万幸的了。我们不能*外国人来建设现代化的中国，在人才培养上，还是要立足国内。


5.4 稳住一头、放开一片

　　力学相对于别的更接近生产第一线的技术科学来说，就科学技术的全局来说是属于应当稳住的一头。即使是在发达国家如美国，有若干力学研究集中的机构仍由国家维持，不能完全推向市场，如太空总署，非线性科学中心等，因为它们是国家实力的代表。

　　在力学学科内部，属于基础理论研究、属于体现国力的关键技术基础研究，国家应当集中财力物力有重点地支持他们，使他们不但能维持下去，作出特色与贡献并能有所发展。这些方面除本报告第2、3部分谈到的若干方向外还应当包括像气动中心，船舶力学中心等研究单位。

　　对于力学中与实际生产联系比较直接的研究方向，应当逐步地有计划地帮助它们走向市场，以智力产品等价交换来维持或部分维持自身的发展。

　　智力产品出卖和收费是理直气壮、完全合理的事情。而且由于资料、使用器械以及高智力的预投入，收费不应当过低，应当逐步与国际接轨。著名力学家冯·卡门有一则经历如下：他在德国阿亨时，一工具厂老板求人查找机器严重振动的原因，谁也找不出，卡门去了，几分钟就得出结论，将齿轮转过90度就解决问题。几天后老板又来了并大声叫苦：“为把齿轮转90度要我这么多钱？”冯·卡门说：“把齿轮转回去，我就把帐单撕掉。”这就是市场经济，要么一切照旧，不收线，要么照付。我们的力学工作者应当习惯于市场经济。我们的劳动不是*慈善的施舍，不是*有钱人的闲钱来赞助来维持，它既然是创造价值的，就应当理直气壮地从社会得到补偿去维持。

　　事实上，我们有些企业享受免费的智力服务施舍习惯了，不仅不加以珍惜，反而误以为“价廉”必定“物不美”。1973～1974年，北京大学力学系曾为某部卡脖子的一项技术难题攻关，从风洞实验载荷曲线到成套结构分析程序投入了数十人-年工作量，只收取了20万元成本费，这项结果在当时已处于世界领先水平，使用中效果非常好。然而十年之后，1984年该部有关技术决策人却又以300多万美元的重金从国外引进了一套程序。资料既不完整，技术也是落后的，经过消化三年之后结论是同北大的差不多。看到这些难道不令业务部门寒心，科技同仁愤慨吗？300多万美元的重金除了少数人出国逛了半年外一
无所获。

　　当然，我国还不富裕，国家经济短缺，对于基本理论研究，力学知识的普及，推进力学教育等事业，我们还是要向全社会宣传，争取多方面的资助，力学工作者也必能以他们的优异的劳动成果报答社会。


5.5 建立适合我国国情的学术评价体系

　　在发展科学中，许多单位纷纷为赶超世界先进水平制定评价学术水平的标准。这是一个十分复杂的问题。对于力学中一些基础理论方向，为了同国际水平接轨，按国际刊物发表论文数与引用率来衡量，虽有偏颇，也还无可厚非。但用来对待力学整个学科，就需要认真考虑。

　　我国是发展中国家，力学的大部分研究课题又必须植根于国民经济中，所以大部分成果是比不过别人的。力学又是技术科学，而技术的关键又不发表，即使生产需要也得重复去研究，等于重新发明。这些都不是单纯用外国人引用率多少多少，在国外发表文章多少多少所能度量的。

　　以在国外发表文章数目多少来评定学术水平已是一种流行的办法，甚至有的单位在定职、发奖时，只计算国外发表文章数。本来，论文投向哪家杂志是作者根据各方面情况自主选择的事。问题是，在这样的倾斜政策指引下，表面上看，单位和个人得到了好处，提高了“水平”，却不知它为外国杂志拉了稿源、作了广告，而置国内学术刊物于崩溃之地。国内出版的学术刊物水平是一个国家综合科学实力的标志。这种政策的结果无异于拆了国家总体学术水平的东墙补个人与小单位“水平”的西墙。是一种损“公”而肥“私”不可取的办法。

　　另一方面，举计算力学的例子来说，在西方亿次计算机使用很方便，我们却远远还没有普及。人家在亿次机上计算的结构问题，当然是世界水平。如果我们的力学工作者在微处理机上计算了同一复杂的题目，怕付出的辛苦要大多少倍，可是从解题规模上，当然无法跟人家相比。总是落在人家后面。然而换个角度来讲，难道这不也是一种世界水平吗？如果我们在评价学术，晋级、奖励等各个环节上，总是用外国人的尺度来要求，这就等于埋没了我国90%的力学工作者的劳动，忘却了他们默默地推动我国经济的实际贡献，是不利于力学事业发展的，最后也会毁掉我国自主的工业。

　　也许会有人提出反问，在我们评估系统中，不是也有创造价值多少多少一项吗？这不是直接与我国经济发展相联系的估价吗？问题不这么简单。在商品经济不充分发展的条件下，谈等价问题难免是片面的，我们不妨设身处地地想一想，前面举的冯·卡门的帐单在我国的条件下能被接受吗？可见这个问题关键还得往前看几步棋。力学既然在工业中与“菜篮子”一样重要，在商品经济不发达的今天还必须有宏观的倾斜措施。

　　一个适合我国国情的学术评价体系，一方面要体现在基本理论上赶超世界先进水平的需要，另一方面要反映科学成果在推动我国经济与国防建设、增强我国科技在国际竞争力方面的作用。而为此就要广泛开展学术讨论、学术评论，加强学术民主，特别是加强对学术评价体系的民主讨论与评论。使它逐步地、健康地形成和发展。


5.6 根深才能叶茂

　　1994年8月4日，在苏黎世召开的世界数学家大会上，瑞士的参议员露特·德瑞福斯夫人的致词中有如下的一段话：“现代生活中，我们对我们生活中的任何事情都执着地追求缩短时间跨度，我们要求投资马上偿还，我们期望实时信息，技术的时间跨度一再缩短。增值率与速度已成为判断任何人类活动的基本准则。这是危险的，因为它是短见的。在这种环境下不断去认识知识本身的价值是非常重要的。数学或者哲学或者任何其他的基础研究仅仅是在把它们看做我们文明的重要部分的原则下发展着。假如我们开始忘掉这条原则，我们就是在砍我们进步的树根。”

　　在对待科学事业上不能急功近利，这是中外有识之士的共识。

　　力学是基础科学，又是技术科学，它的兴旺影响着社会文明，影响着其他基础学科，影响着各种工业和技术。它同数学、哲学、天文等一样，是人类文明进步的主根。根深才能叶茂。为了迎接21世纪中华民族的富强与文明，让我们全社会共同关注力学学科的发展，让我们力学工作者更紧密地团结起来，认识自己的历史使命，并把力学这根文明的主根培育得更加茁壮吧。



参考文献

1 马克思. 剩余价值理论（第二册）. 马克思恩格斯全集26卷II，116

2 恩格斯. 自然辩证法，人民出版社，1971：230

3 钱学森. 现代力学——在1978年全国力学规划会议上的发言. 力学与实践，1979，1（1）：4～9

4 周培源. 谈谈对力学的认识和几个关系问题. 力学与实践，1979，　1（1）：1～3