力学科普——什么是力学

Everley

对于广大力学教学和科研工作者，似乎无需引出“什么是力学”这样的“小儿科”问题，但事实远非你想象的那么简单，而是必须对力学的定义和本质加以深究，搞个水落石出，正所谓“名不正则言不顺”。然而真正为“力学”正名也绝非易事，这与力学的发展、地位、力学与生活、力学与工程各个学科的关系密切相连。

“力”无处不在！人类对自然的省悟，就是从对力的认识开始的。

“力学”（希腊文mechanikos）原指：发明、巧思、机械。即包含对自然规律的探讨、机构和工艺的改进等。

因此古代对力学的认识、定义和应用就是源于自然，服务于生活。

从力学的发展过程可以发现，力学有认识世界的根本任务，有推动自身发展的内在动力，又能为数学与自然科学的其它分支提供重要的支持，组成科学的总体。

因此，新中国建国初期，数学、物理、化学、天文、地理、生物与力学并列为自然科学七大基础学科。即力学属于基础科学。

然而，随着科学技术的飞速发展，力学又是应用科学，力学是工程技术和其它应用技术的基础，但不能代替它们。

事实上，主要的学科，如数学、力学、物理、化学，都是有它们的双重性的，即它们既有基础性的一面，又有应用性的一面。从强调基础性的一面看，它们是基础学科，从强调应用的一面看，它们又是技术学科。

既然力学起源于自然，服务于生活，应用于工程，是基础学科又是应用科学，那么力学的定义或研究内容也是不断发展、修改和完善的，因此，不同时期科学工作者会给出不同的定义。下面列举一些典型而“权威”的关于“力学”的定义或论述。

（1）“力学是物理学的一个部门。研究宏观物体机械运动规律及其应用的学科。古代通过在机械、建筑、军事等方面的实践和天文、物理现象的观察，已对力学有了研究。17世纪以来，以牛顿运动定律为基础总结成了牛顿力学体系。根据所研究物体的性质，可分为质点力学、质点组力学、刚体力学和连续介质力学；根据运动性质又可分为运动学、动力学和静力学。力学是许多工程技术问题的重要基础，并已发展成为许多应用力学分支，如固体力学、物理力学等。20世纪初，在研究高速（可与光速相比拟）运动物体的运动规律（此时牛顿力学不再适用）时，建立了相对论力学。一般把牛顿力学和相对论力学称为经典力学。对于微观粒子如电子、核子等，经典力学往往不适用，而须用‘量子力学’。”[1]
此定义会产生种种误导：未点明力学已独立于物理学这一现状、对力学的分类不合理：把固体力学、物理力学列为应用力学分支，忽略了他们的基础性。（注：查阅了《辞海》的所有编写人，找不到一位力学大家）。

（2）“力学既是应用性很强的技术科学，更是一个深藏玄机的基础学科。力学是研究物质机械运动规律的科学。力学是物理科学的共同基础，数学是所有学科的共同工具。形象化地说，有一个Π结构（物理科学的结构）：物理科学是一根梁，力学和数学是它的两根支柱。”[2]

此论述摘自文献[2]，该文全方位地论证了力学学科的基础性，以及基础性与应用性并存现象在基础性自然科学学科中的普遍性。并认为，数理化天地生力这七个学科中，当中的五个都可归为物理科学，而数学是所有学科的基础，力学是所有物理科学的基础，形成Π结构。

钱伟长先生一贯旗帜鲜明地坚持力学既是一门基础学科，又是一门技术学科，而且身体力行地进行了成功的实践，取得了丰硕成果。

（3）“力学起源于工具、工艺的改进，同时也是人类追求认识自然界客观运动的普遍规律的必然归宿。

在力学研究上，从古代开始，就有两种传统。如牛顿所说，一方面是理性的或理论的，另一方面是应用的，可见理论力学与应用力学的分工，早在牛顿时代就有了。

对力学的研究对象，有一个逐步拓宽的过程。早期着重于重力、平衡即静力学，后来着重于运动，即动力学。到了牛顿，对力学有了最一般的认识，将力同运动相联系，而且这里运动是最一般意义的运动，它包含一切变化。

数学是同力学密不可分的，牛顿将几何学看作力学，达•芬奇将力学看作数学，而邓玉函将数、度、力三学看为亲密三兄弟不可分离。力学同数学从古以来一直紧密联系，它们是人类认识客观事物运动的质与量的两个不可分的侧面。”[3]

这段叙述从力学史的角度对力学的起源、分类、发展过程及其与数学的关系作了精辟的概括，力学既有基础性，又有应用性，这是一个无法抹煞的历史事实和现实存在。

（4）“力学原是物理学的一个分支。物理科学的建立则是从力学开始的。在物理科学中，人们曾用纯粹力学理论结合机械运动以外的各种形式的运动，如热、电磁、光、分子和原子内部的运动等。当物理学摆脱了这种机械（力学）的自然观而获得健康发展时，力学则在工程技术的推动下按自身逻辑进一步演化，逐渐从物理学中独立出来。……

力学与数学在发展中始终相互推动，相互促进。……有人甚至认为力学是一门应用数学。但是力学和物理学一样，还有需要实验基础的一面，而数学寻求的是比力学更带普遍性的数学关系，两者有各自的研究对象。

力学同物理学、数学等学科一样，是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质。

力学又是一门技术科学，它是许多工程技术的理论基础，又在广泛应用中不断得到发展。……

力学既是基础科学又是技术科学这种二重性，有时也难免会引起侧重基础一面和侧重应用研究一面的力学家之间的不同看法。但这种二重性也使力学家感到自豪，他们为沟通人类认识自然和改造自然两个方面作出了贡献。”[4]

这里强调了“力学同物理学、数学等学科一样，是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质。”同时，又阐述了力学作为基础科学和技术科学的二重性，点明了两者的关系，也指出了工程力学与工程学、工程力学与基础力学的区别，并如实反映了力学界由于侧重面的不同而存在的岐见（事实上五位作者的侧重面就有不同）。令人鼓舞的是，他们指出，力学界应该为这种二重性而感到自豪。其实，物理学、化学、生物学等也具有这种二重性。

（5）“力学是研究物质机械运动规律的科学。自然界物质有许多层次，……。通常理解的力学以研究天然的或人工的宏观对象为主。但由于学科的相互渗透，有时也涉及宇观或细观甚至微观层次中的对象以及有关的规律。机械运动亦即力学运动是物质在时间、空间中的位置变化，包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等……。机械运动是物质运动的最基本的形式……。力学，可以说是力和（机械）运动的学科。”[4]

由五位资深力学家撰写，有权威性。是目前见到的关于力学内涵和特点的最深刻、最完整的描述。

（6）“力学是一门应用性很强的基础科学，是研究力与运动规律的学科。力学建立在牛顿力学和经典力学的基础上，主要涉及宏观运动，目前已扩展至微纳观层次。”[5]

由我国几十位力学英才集体撰写，历时一年半，经过充分调研，倾听了诸多资深力学家的意见，写得言简意赅，相当出色。抓住了力学的基本内涵和特点，既强调了它的基础性，又强调了应用性。但叙述还不够充分（要看下文才进一步明确）、“牛顿力学和经典力学”并列在一起也有不妥。

（7）“力学是关于力、运动和变形的科学，研究自然界和工程中复杂介质的宏/微观力学行为，揭示机械运动及其与物理、化学、生物学过程的相互作用规律，是构成人类科学知识体系的重要组成部分”[6]

从基本定义、研究对象、机械运动和其它运动过程的耦合与关联、作用与地位等方面做了较为完整的叙述。

（8）其它叙述与定义：“力学是物理学的一个分支，主要研究能量和力以及它们与物体的平衡、变形或运动的关系”。（维基百科）；“力学是研究物质运动规律的科学。”（百度）。

以上关于“力学”的各种定义或叙述，不能简单说对或者错，但是必须强调力学的独立性、基础性和应用性，因此“力学”完整的定义应该包括：基本定义、研究对象、研究内容、与工程和生活的关系、作用与地位等方面。

参考文献与资料
1.《辞海》编委会：《辞海》，上海辞书出版社，1994
2.《谈镐生文集》，北京：科学出版社，2006
3.武际可：力学史，重庆：重庆出版社，2000
4.钱令希、钱伟长、郑哲敏、林同骥、朱照宣：《中国大百科全书·力学》，中国大百科全书出版社，1985
5.国家自然科学基金委员会：《力学学科发展研究报告》北京：科学出版社，2007
6. “十二五”力学学科发展规划暨2011～2020年我国科学发展战略研究会议，2009年9月16日
7. 力学类微信公众号
8. 其它网络资源