也谈力学——基础和前沿

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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。那么，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，那么先讲什么呢? 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”。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，那么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由来，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，那么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。我国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，不少工学院教授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。

来源：声振论坛，原文来自力学与实践，作者：谈庆明 中国科学院力学研究所。