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给基础研究和教学留一席之地

已有 4017 次阅读 2008-3-6 09:03 |个人分类:科学杂谈|系统分类:观点评述

给基础研究和教学留一席之地

――纪念谈镐生先生上书30周年――

武际可

(北京大学力学系退休教授,100871

 

  提要 本文从我们民族的重实用轻理性思维的传统出发,结合我国近代力学传播与发展的艰苦历程以及世界力学发展的历史事实,再列举近年来对力学学科基础理论教学与研究的各种冲击。说明力学的基础理论的研究与教学在今天已经濒临于绝迹,呼吁应当给力学学科从基础理论的研究与教学留有一席之地。

   关键词 力学 基础理论 急功近利 理论力学 应用力学 工程力学

 

1.中国人搞学问的实用立场

中国人思考问题,很实惠。对于一个“用”字情有独钟。自古就提倡做学问要学以致“用”。当“用”了几千年,成了洋人手下败将而不得不向洋人学习之后,又搬出西学为“用”,洋为中“用”。

在最近半个多世纪里,思考问题更实际得多。“读书是学习,使用也是学习,而且是更重要的学习。”“活学活用、学用结合、立竿见影”“在用字上狠下功夫”。已经可以看出到了唯“用”是从的地步。

对这个“用”字是怎样理解的,虽然可以有各种各样的不同。为了推动“用”的发展,人们制定了各种各样的考核标准,把它度量化。对个人来说,基金、奖金、提升、表扬、温饱等等效益是看得见摸得着的,是每个人都可以亲身感觉到的。对社会来说,对国家、民族、团体、单位带来荣誉的“用”,就格外受到鼓励。人们创造了各种各样的尺度去衡量社会效益和经济效益,文章篇数、引用率、盈利、节约、固定资产、纳税量等数据可以通过各种表报看出来。

急功近利的观点,在我国影响是非常深远的,即使是比较英明的政治家,也不能幸免这种传统的影响。据《严复集》〔1〕记载,1905年,严复因开滦煤矿讼事赴伦敦,孙中山先生适在英,特访严复征求意见,严复说:“以中国民品之劣,民智之卑,即有改革,害之除于甲者将见于乙,泯于丙者将发之于丁。为今之计,惟急从教育上著手,庶几逐渐更新乎!”意思是要重视教育。而孙中山先生回答说:“俟河之清,人寿几何!,君为思想家,鄙人乃实行家也。”可见连孙中山先生,也只看到近期的用和实效。

严重的考验是民国初,教育部在19127月初以所谓程度不高、管理不善、经费困难为理由提出停办北京大学之议,严复向教育部上《论北京大学不可停办说帖》(抄件现藏北大档案馆),据理力争。经过多方努力和各界支持,北大总算继续办了下来。〔2

更可怕的是,有时我们以“用”作为一种约束全民的法令。研究、教育、企业都要惟“用”是问。对于理性地思考问题研究学问,是不留任何空间的。有时候简直是禁止的。

 

早在民国期间还有些有识之士写点文章谈论做学问不能一味只是为了“用”,而给以抨击。例如蔡元培校长在《北大二十周年纪念会演说词》中,总结中外大学的经验,认定是由易入难循序渐进:“盖兴学之初,目光短浅,重实用而轻学理,人情大抵如此也。”据吴宓日记记载陈寅恪一九一九年末“纵论中西印文化”的谈话中陈氏说到:“天理人事之学,精深博奥者,亘万古、横九垓而不变,凡时凡地均可用之。而救国经世,尤必以精神之学问为根基。”在他们看来,中国古代“士子群习八股以得功名富贵”,现代“留学生皆学工程实业,希慕富贵,不肯用力学问”,都是一种急功近利的方法,用时髦话讲是“急用先学”,一旦“境遇学理略有变迁,则其技不复能用,所谓最实用者乃适成为最不适用。”

竺可祯先生在引用钱宝琮先生当年在浙江大学《吾国自然科学不发达的原因》〔3〕演说里的几句话:“我国历史上亦曾提倡过科学,而科学所以不为人重视者,实因中国人太重实用。而外国人则注重实用之外,尚能继续研究,由无用而至有用,故自然科学能大有发展。”

我国著名物理学家吴大猷(19072000)则说的更加直白,由于过分注重实用,科学未能充分发展。1976年他在台湾淡江大学讲演说:我国有些人士以为科学我国古已有之,看了李约瑟的大著《中国之科学与发明》而大喜,盖其列举许多技术发明,有早于西欧数世纪的,足证超于西欧也。然细读该书,则甚易见我国的发明,多系技术性,观察性,个别性,而……若于抽象的,逻辑的,分析的,演绎的科学系统。举例言之,我们有机械的发明,而从未能建立抽象的动力学原则;我们的光学有凸凹镜影之观察,而未有物理光学(光波之观念);我们的数学有应用性的代数,而无逻辑演绎的几何;我们有磁石的应用,而从未达到定量性的磁作用定律;我们的哲学中心是伦理,是人与人,人与社会的关系,而无西欧的哲学。一般言之,我们民族传统,是偏重实用的。我们有发明,有技术而没有科学。这也是清朝时期我们和西方接触败迹后,很易受西方物质文明的表面(机械,武备),而不知这些物质文明表面之下,还有科学的基础的原因。”

 

孔子说:“君子述而不作”。这话说白了,就是那些被称为君子的有学问人,或者说是知识分子,他们是一伙只会注释圣人的话,而不会自己思考的人。这话的意思和西方人的主张恰好相反。路易斯·科塞明确宣称,大学教授也不一定是知识分子,知识分子必须是“为了思想而不是靠了思想而生活的人”。就是说知识分子,是要能够自己思考,追求思想自由,能够创造思想的人,而不是靠别人的思想而活着的人。

由于中国的知识分子的这种特点,所以只要圣人一发话便注释家蜂起,各种经验都会总结出来说明圣人的正确。有思想的人,噤若寒蝉,要是稍有异议,便会招来灭顶之祸。一些教授因反对理工分校而主张合校,被戴上“右派”帽子,几十年不得翻身。

这种情况到了“文革”荒唐到否定分工和任何理论教育的可笑的程度,认为理论就是实践,特别是生产实践。1968721最高指示说:“学生也是这样,以学为主,兼学别样,即不但学文,也要学工、学农、学军,也要批判资产阶级。学制要缩短,教育要革命,资产阶级知识分子统治我们学校的现象,再也不能继续下去了。”

紧接着姚文元1968825的大块文章《工人阶级必须领导一切》中挖苦广大教员说:“教理工的不会开机器,教文科的不会写文章,教农业化学的不懂得施肥料,这样的笑话不是到处都是吗?理论与实践一致的无产阶级教育制度,只能在无产阶级的直接参加下才能逐步创造出来,你们于此是一窍不通的。”

不这样想和说的人,一律被认为是严重的政治问题。一时社会上到了“谈理色变”、理科被认为 “洪水猛兽”的地步。整个知识分子队伍被认为是脱离生产脱离劳动脱离劳动人民的“三脱离”,必须彻底换血。

清华大学在蒋南翔领导下,在1958年,把课堂搬到了工地,进行“真刀真枪稿设计”,设计成功了密云水库。从现代教育的观点看,这已经是很不正常了,它把教育混同于职业培训。这个“经验”被树为样板在全国推广。然而文革中,认为它强调“用”还不够,蒋南翔被批判为17年教育的黑线代表。还要砸烂,走所谓“721”办学的道路。

到了20世纪70年代末,“文革”算是被否定了。不过大致上只是在政治领域内给以否定,而文革传承和强化了的几千年的实用思想,特别是近50年来的实用思想,非但没有被否定,而在一定程度上说还有所增长。2004年教育部在全国实行的新的《义务教育数学课程标准》将中学的几何教学中的证明取消的所谓“改革”就是一个典型的代表。他们认为几何证明得到的事实,比证明的逻辑思维过程要重要。以为只要教给学生结论就可以了。例如要学生知道三角形的内角之和为180度就可以了,不必证明。吴大猷所说的“我们的数学有应用性的代数,而无逻辑演绎的几何”,不但古代没有几何,民国之后实行了近百年的在中学教授几何的逻辑证明的传统也要被革掉了,重新使我们的后代回到没有几何逻辑证明的状态。尽管有不少人大代表和政协委员反对,又有像姜伯驹院士那样的一群专家学者的反对。教育部仍然在全国推行,而且所有的学校,一无例外地推行。近年来,在大学的教学“改革”中首先砍基础课的学时,特别是大量削减理工科作为基础课的力学课程的学时,是又一种普遍的现象。

这就是我们在谈论力学的基础理论时所必须认识到的客观环境。

 

2.力学在中国发展的艰辛历程

在如此实用和急功近利的氛围中,要发展力学的基础理论非常艰辛是不言而喻的。

第一、  中国古代没有力学。

19世纪末在中国致力于介绍翻译西方科学著作的英国人傅兰雅(J. Fryer18391928)于1890年前后,在他编写的《格致须知》的《重学》一卷的引言中,有如下一段话:

至于重学,不但今人无讲求者,即古书亦不论及,且无其名目。可知华人无此学也。自中西互通,有西人之通中西两文者,翻译重学一书,兼明格致算学二理。

其中的“重学”是早期对西方力学(Mechanics)一词的译名。傅兰雅的这段话说明,第一,中国古代没有力学,第二,中国的力学是外国人送上门来的。后来的历史发展进一步说明的是,第三,即使是外国人送上门来,中国人接受也不痛快,甚至有时采取排斥的态度,接受的过程是缓慢和曲折的。〔4

有的人反对这个观点,他们说:“墨经的杠杆原理、赵州桥、万吨轮船,不都是力学吗?”其实,这些大多还是属于工程和技术的领域。大科学家马赫在他的巨著《力学史评》中说:“必须把机械经验与力学科学区别开来,而后一术语的含义是我们现在要使用的。毫无疑问,机械经验是很古老的。如果我们仔细考察古代埃及和亚述的遗址,我们会发现他们用图画表现了许多种类的工具和发明;至于谈到这些民族的科学知识,则要么完全缺少,要么处于一种很低的水平。”

事实是,我们的许多与力学有关的知识,都是和实际的技术关联着的。至于说到作为科学的力学知识,其水平和马赫说的相去不大。动力学的一些最基本的概念,例如速度、加速度、力、质量、频率等等都不是中国历史上形成的,而是由外国人带来的。更不要说近代力学中的一些最重要的定律,例如自由落体和抛体运动的规律、天体运行的开普勒三定律、牛顿三定律、虚功原理、力学中的守恒定律和连续介质力学的一些基本内容了。如果把这些内容称为现今所说的力学,则我们可以简单地说,在中国古代没有力学。这就是傅兰雅所说的“至于重学,不但今人无讲求者,即古书亦不论及,且无其名目。”

第二 力学是发展西方的现代工业和工程的附属物而引进的

直到1840年鸦片战争之后,晚清在近代力学的传播上,虽然产生了若干重要的译著、出现了一些杰出的翻译家、少数人进行过有益的探索、一些学校开始教授力学知识。

但是所有的有关力学的译著仅限于普及型的著作,对于西方奠基性的力学研究的经典著作,不但没有翻译,甚至没有比较深入的介绍。例如,牛顿的《自然哲学的数学原理》、拉普拉斯的《天体力学》、拉格朗日的《分析力学》、亥姆霍兹的《论力的守恒》,纳维和圣维南的《力学在结构和机械方面的应用》等重要著作。

由于官方所组织的洋务运动,是基于要“师夷之长以制夷”,而又认为“中国一切皆胜西人,所不如者兵而已。”〔5〕所以大部分人只是看到设厂、买炮而已,对于西方的力学与科学仍然没有认识。所以清末的力学传播,是以为使人们能够理解洋枪洋炮来服务的。力学和近代自然科学还没有取得独立生存和发展的地位。

从辛亥革命之后到1949年这大约40年的时期中,中国的力学大致上仍然是向外国学习的阶段。在明末清初时期,中国的力学主要是由外国人送进来的,在中国传播力学知识的,主要是一批传教士。在清末,最初的大学工科教育中的力学基础课,教师大半是外国人,课本是外文的。中国人研究和学习力学的实在是凤毛麟角。

许多从事力学教学与研究的,都是作为其他理工科的基础课教师来开展教学与研究的,是依附与其他理工科而存在的。派出的留学生大部分是学工的。学理的很少,学理的又大多是学与实际有关的课题。整个国家没有一个专门从事力学的研究机构,也没有一个专门培养力学师资和力学人才的系科。其所以是这样,一方面当时中国的工业十分落后,没有提出独立发展力学的课题,更为深刻的原因,中国历史上形成的唯用是从的传统,对自然界的理论思考是没有任何发展的空间的。

值得一提的是,在1949年以前,留学生学成归国而且一直在国内从事力学研究与教学的,其中最著名的是周培源和钱伟长两位先生,前者是学习物理出身,而后者是学习应用数学出身。他们在极其困难和艰苦的条件下从1949年之前坚持力学的教学与研究是很难能可贵的。

第三 从1952年到1958年中国力学的大发展,大致上是政治上向苏联一面倒的结果

1951年在中国科学院数学研究所成立了力学研究室,1952年在北京大学成立了数学力学系力学专业,紧接着,直到1958年在数十所大学相继设立了力学系或力学专业。相应地建立了若干力学研究所。这一段可以说是中国力学发展的黄金时代。

这一阶段,力学学科所以在中国获得较快的发展,有两层原因:

其一,上世纪50年代初,中国在政治上实行向苏联一面倒的政策。那时只要是与英美有关的事情都要受到批判和清算。即在知识分子之间批判崇美、亲美和恐美,而树立向苏联学习的思想改造。紧接着在1952年进行了全国大规模的院系调整,这次调整主要是全盘拷贝苏联的教育体制。 而苏联差不多所有的综合性大学内都设有数学力学系力学专业。因之,在教育部苏联专家的建议下,自然在北京大学设立了力学专业。

其二,由于西方国家,主要是美国,把研究经费主要放在发展电子技术上,对航天事业没有放到应有的地位。1957年苏联率先成功发射了人类第一颗人造卫星。这件事振奋了社会主义阵营的优越感。而人造卫星的各个环节都是紧密同力学学科相联系的,所以力学学科的教学和研究,受到全国上上下下的重视。适逢1958年国内的大跃进的气氛下,一批力学专业和力学研究所纷纷上马。先后请了许多苏联的力学专家来中国讲学,并且向苏联派出了不少力学方面的留学生和进修生。

应当说,在上世纪50年代,我国力学学科的大发展,在推动我国的建设和工业化方面是起了很好的作用的。我国的两弹一星和许多大型工程建设的成功,力学学科在其中起了很关键的作用。

不过,我们仍然应当看到,即使在力学学科的大发展中,仍然可以看到我们实用传统的影子。作为工科的工程力学和应用力学专业在各大学中有数十所之多,而作为理科的力学专业始终不超过5个。作为力学的研究单位,大部分业务都是对口具体工程部门的。如水利科学院,铁道科学院、煤炭科学院、船舶研究院、空气动力研究院等。仅有的综合性的力学研究所各室也大部分业务承担具体工程课题。立足于基础理论研究的只有一两个室。

 

3.作为基础学科的力学的困境

对于力学学科性质的两种观点

20世纪50年代开始建立力学队伍之始,国内就有力学到底是属于基础学科还是属于应用技术学科的两种不同意见。

主张力学属于技术学科的代表人物是钱学森和张维两位先生。钱学森在1957年发表了重要文章《论技术科学》〔6〕在谈到力学时说:“力学对航空技术的贡献是有决定性的,是技术科学与工程技术作用的典型。力学本身也就成为技术科学的一个范例,也是我们现在对技术科学这一个概念的来源。”

张维先生1994年在《力学与实践》上发表文章说:“19世纪古典力学基本上处于停滞阶段。Love教授关于弹性力学的书与Lamb教授关于流体力学的书是前一阶段固体力学与流体力学的发展最高水平的总结。本世纪2030年代用已有的理论和方法不能解决生产中所遇到的大量问题,因而较切合实际的新理论和新方法就应运而生。如机翼理论塑性理论和板壳理论。从而推动了固体力学和流体力学的发展,逐渐形成了近代力学或工程力学。所以工程力学的根在于生产,工程力学属于工科。”〔7

两位先生的主要意思是,在20世纪之后的力学是属于技术科学或工程学科的。之前的力学是古典力学。

主张力学属于基础学科的代表人物是周培源、谈镐生和钱伟长三位先生。

周培源先生说:“力学是关于物质宏观运动规律的科学。”“从力学长期发展的历史看来,我们可以得出这样一个初步的结论,就是力学具有很强的基础性,又有极为广泛的应用性。两者相辅相成,互相促进。所以力学既是基础科学又是应用科学,这和数学、物理学、化学、生物学等门科学,并没有什么两样的地方。”“就它的性质来说,力学属于基础科学,和数、理、化、天、地、生一起共称七大基础科学;同时我们也能否这样说:就它的应用范围的广泛性来说,力学也属于技术科学,因此,我们既要重视力学的基础研究,又要十分注意力学的广泛应用。为什么说要充分重视,因为我们这几年来受到‘四人帮’破坏最甚的是基础理论研究。”〔8

谈镐生先生在1977年上书中说:“按照近代观点,物理、化学、天体物理、地球物理、生物物理可以全部归纳为物理科学。力学是物理科学的,数学又是所有学科的共同工具,力学和数学原是科学发展史上的孪生子,因此,形象的可以认为,物理科学是一根梁,力学和数学是它的两根支柱。”〔9〕他的这个观点曾多次以不同形式发表,他曾简练地说: “数、理、化、天、地、生中的五大科学可以统一归纳为‘物理科学’。力学当然就是物理科学的共同基础。而数学则是物理科学和所有科学的共同工具。”〔10

有一个时期,我们有一个“科教兴国”的口号,谈镐生先生看后对人说“应当改为‘国兴科教’。”谈镐生先生这一改动,表明他的着眼点是从更为长远的国家民族的利益着想,而不是仅仅看到科教对当前利益的使用价值。它更不同于要动员广大教师和科技研究人员,搞生产直接赚钱的杀鸡取卵急功近利的做法。

钱伟长先生在《谈镐生文集序言》中说:在那科学的春天里,我们有过几次促膝长谈。我们俩惊喜地发现,虽然两人各自历经沧桑,但报效祖国的壮心未变;而且尽管此前三十年我们没机遇尽情畅谈,我们的观点却完全一致,可说如出一辙。例如,我们一致认定,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科学,我们对当时一些人鼓吹的力学是纯粹的工类学科的错误观点嗤之以鼻,予以严正批驳,并在新一轮的科学规划中,力主将力学与数、理、化、天、地、生一起,纳入与之并列的基础科学,经过据理力争,我们的正确观点终于占了上风;再如,我们都认为力学事业的发展必须从基础研究入手,为国民经济建设服务,决不能就事论事,照抄照搬,而必须狠下工夫,大力从事机理性探索,只有这样,力学才能在实践中发挥其无与伦比的巨大作用。

两种不同观点的境遇不同

在我国的条件下,本来是属于学术上的两种不同观点,却有很不同的境遇。自然支持前一种观点的人居多数,在实践中,他们的意见也能够得到贯彻。而坚持后一种观点的,在实践中就会遇到重重困难,而且有时是要冒风险的,甚至会被当作政治上的反对派问题来处理。

钱伟长先生,在1957年被错划为右派。其主要罪状之一就是坚持理工合校的主张和在教学上主张厚基础。

谈镐生先生的境遇比起钱伟长稍好。他是1965年归国的,没有遇到反右和反右倾的运动。不过,由于某些原因,他一回国就被当作“特嫌”内控使用。“文革”中又以特嫌挨整。

1977年“文革”后,邓小平抓科学,开始搞基础科学研究的规划。起初力学并没有列入基础科学的规划中。谈镐生先生19791015直接上书科学院指出:当时的科学规划“提出了数、理、化、天、地、生六大基础学科,而把最具有基础性的力学学科漏掉了。因此在制定力学规划上发生了重重困难。”并且建议“至少在明年召开一次全国力学规划会议,并肯定力学学科的基础性(数、力、理、化、天、地、生七大基础学科,分别制定全国性规划)”。他的建议,被领导批准了,并且在当年就着手组织制定力学学科作为基础学科的发展规划。以致在一个时期力学能够被官方认为是属于基础学科,力学界也普遍接受了力学既是基础科学又是技术科学的看法。现在适逢这件事的30年,这是一件值得力学界纪念的事。

不过,好景也并不长久,尽管是邓小平同志批示的,一个时期,力学被纳入基础理论,在力学界也达到力学学科既是技术学科又是基础学科的共识。但是,在实用的氛围之下,过若干年月,人们也会把它忘记得干干净净的。近几年的事实表明,一些原来工程力学专业纷纷改名为某种工程专业如航空航天专业等。原来以基础理论为特点的力学专业也改名或归入工程学院。如坚持基础理论研究的科学界的旗手周培源开办起来以基础理论教学与研究为主要特色的北京大学力学系,经过50年的艰苦历程和卓有成效的教学和科学研究后,被他的学生划归工学院,并且改了系名。可以毫不夸张地说,这件事标志着作为基础理论的力学学科已经濒临于绝迹的境地。

所以我们今天纪念谈镐生先生上书和邓小平同志的批示,是有特别重要的意义的。它关系到作为基础理论的力学学科,在我国是否能够存在的问题。

周培源先生在他们三人中是颇为幸运的。这是由于,第一,他在北大任教务长时期的党委书记正好是江隆基同志。这位书记不仅支持他的厚基础的教学主张,而且各方面都尊重周培源的意见。使他能一舒抱负。第二,在1957年“整风鸣放”期间,他正好率团出席加拿大举行的禁止原子武器的帕格沃什会议。他的发言为国家赢得了声誉。回国后整风的“鸣放”阶段已经过去。第三,在整个1957年反右过程中,江隆基同志对教师是采取保护的方针,所以北大教师中的右派很少。尽管这样,他多年坚持的湍流研究,不得不多次中断,人员丧失,设备损毁。

不过,一个严肃的科学家,在任何情况下是不会隐瞒自己的观点的。在谈理色变、万籁俱寂的“文革”中,周培源不能忍受不允许开展理论研究的大棒。1972720直接上书周恩来总理,指出1956年科学规划中基本理论问题和基础科学规划基本上都没有落实,指出科学院的一些研究所大部分花在搞任务上,“以任务带学科”,任务搞完了学科并没有带起来,指出每一次运动来了,受冲击的首先是基础研究,指出教师“不愿搞也怕搞基础研究,怕短期搞不出成绩,怕挨‘理论脱离实际’的批评。教师中对基础理论的重要性,还没有建立其正确的认识。”此外,他出席教育部理科座谈会发言,他发表文章《对综合大学理科教育革命的一些看法》(1972106光明日报)到处呼吁重视基础理论的教学与研究。他的这些意见虽然得到了周恩来总理的支持,但却遭到了批判和围攻。有的批判文章矛头看起来是批判周培源的实际上曲折地影射周恩来总理。

 

应当给力学的基础研究和教学留一席之地

为了要给力学学科的基础研究和教学争取一席之地,首先要对力学的基础研究有一个正确的认识。多年来在各种运动和批判运动中,人们对主张发展力学基础理论的观点留下了许多误解和错误的看法。有必要加以澄清。

第一,对力学理论来源的误解。认为力学理论是从工程中来的,第一流的力学家都是工程师出身。把工程技术研究好了,自然会生出好的力学理论。简单地认为只有从生产出发,才能够发现力学的新理论。甚至直接认为现今的力学就是工程力学。

不错,有不少杰出的力学家有着工程背景,如Timoshenkov.Karman、和Prandtl。不过也有许多并不是工程师的杰出的力学家。如W.R.HamiltonNewton、齐奥尔可夫斯基等。我们非常尊重在已有工程领域中做出力学贡献的学者,不过我们也更为尊重,在没有这些工程领域之前从理论上严格论证一种新的工程领域即将产生的学者。我们尊重莱托兄弟和布劳恩这样的航空和航天事业的开拓者,我们也同样尊重像G.Cayley和齐奥尔可夫斯基这样论证航空和航天事业可能性的学者。在我们组织科学队伍时,是不是应当给这后一种研究者以应有的地位呢。

其实,有些基本理论研究一开始与生产实践的关系并不是十分直接的。正如周培源先生说的:“牛顿为什么没有直接从生产实践中,而是从自然现象的科学实验中总结出物体运动定律和万有引力呢?这是因为,行星围绕太阳运动时,行星和太阳之间的吸引力占主导地位,其他各种相互作用处于可以忽略不计的次要地位。这样,主要矛盾突出,万有引力的本质就比较容易暴露出来了。在牛顿的时代,物体的运动定律为什么不是从生产实践中总结出来的呢?这是因为,即使像马拉车这样常见的例子,作用在车子上的力还是较复杂的,在当时还看不出存在于它们之间的主要矛盾。”〔11〕所以把人类的一切真知都说成是直接来自生产的观点,对主要从事基础理论研究不留任何空间,是不符合历史事实的,也是站不住脚的。

第二,对基础理论脱离实际的误解。

有的学者把力学的发展机械地分为两个阶段,认为在20世纪之前力学是属于理论发展的阶段即经典力学阶段,而从20世纪开始力学就转变为应用力学或工程力学的阶段。认为既然力学整个学科已经进入到与工程紧密联系的发展阶段,还强调力学的理论研究,不说是脱离实际,至少也是不合时宜的。

这是不符合历史事实的。牛顿在他的《自然哲学的数学原理》序言中说:“古人从两方面来研究力学,一方面是理性的,用论证来精确地进行,另一方面是实用的。一切手艺都属于实用力学,力学之得名就是为这个缘故。”从牛顿的说法,可见早在牛顿之前研究力学就有侧重于理论与应用的区分,实际上从阿基米德开始力学一方面就是理论研究一方面是应用研究,阿基米德可以说是理论与应用兼长的典范。牛顿在这里说的从两方面来研究力学,是说理论和实用只是研究力学的两个侧面。两方面是互为依存的、合作的,而不是相互排斥的关系。

诚然,作为历史最悠久的学科,力学在各门基础学科中其应用部门是最发展其队伍也最大。于是人们就误以为,力学只是工程应用,理论研究是脱离实际的。

其实,从国际范围来看,力学的理论与应用并没有分家。力学中侧重理论研究的学者和侧重应用研究的学者合作得很好。国际理论与应用力学联合会也还是一个统一的组织。许多搞应用研究的学者对理论研究也有兴趣,侧重理论研究的学者更关心得到成果的应用。还有许多学者既是理论力学家也是应用力学家。力学界在理论与应用方面并没有发展到分家的地步。不像数学界纯粹数学和应用数学不仅分家,而且各自制造理论不容纳对方。例如英国学者哈代在他的《一个数学家的自白》中,将应用数学称为是坏的数学,认为真正的数学应当纯粹得一尘不染。

就以我国主张加强力学基础研究的三位学者来说,他们除了在力学理论研究上都做出突出贡献外都十分关心理论的应用。周培源就进行过弹体入水和水下弹道的应用研究。钱伟长进行过仪表弹性元件和穿甲力学的应用研究。谈镐生则进行过与航空和航天的空气阻力的一系列重要问题的应用研究。谈镐生先生说:“有人说,谈镐生否定力学的应用性,那样说是不公平的。我只是要求大家不要丢掉基础。过去我们对基础不重视,在科学发展上吃了大亏。”〔12

可见问题并不是理论研究脱离实际的问题,而是从急功近利的角度不允许从理论上长远上考虑问题,不给理论研究留任何空间的一种鼠目寸光的短视见解。

第三,对进入20世纪后,力学学科是否还有基础理论问题可研究的误解。

最后需要澄清的一个带本质的问题是,力学学科内是否还有基础理论问题可研究,如果力学学科的基础理论已经山穷水尽了,提倡给基础理论留有发展的空间,不就是无的放矢吗?

认为力学的基础理论已经完备,没有可研究的问题了。这是在19世纪末科学界的一种思潮。有鉴于经典物理取得的辉煌成就,使一些人满足起来。他们认为“绝大多数基本原理都已经牢固地确立起来了,下一步的发展看来主要在于把这些原理认真地应用到我们所注意到的种种现象中去。”连英国伟大的物理学家开尔文(Kelvin1824-1907)也曾经认为:未来的物理学的真理将不得不在小数点之后的第六位去寻找。连物理学都是这样,比较发展更早更成熟的力学更不在话下了。人们经常是容易对已经取得的成果满足的,19世纪末是这样,20世纪末不是也出现了约翰霍根著的《科学的终结》一本书吗,这本书认为“科学发现的伟大时代已经过去了”,所有的科学都“正面对着知识的极限”已经是科学的“黄昏”。

事实是,在20世纪,不仅在物理学上有量子力学和核物理方面的重大突破。即是在人们认为古老的力学学科基本理论的面目也发生了巨大变化。首先是突破牛顿经典力学的狭义和广义相对论的提出和验证。湍流理论的研究进展、动力系统稳定性的研究和混沌概念的产生、连续介质力学的基本原理的奠定、固体断裂与强度理论的发展等,无不都是影响深远的基本理论成就。更不要说,力学的基础研究已经深入到相邻的学科,与它们结合出现了许多新的研究领域。如:力学介入到宇宙论、天体演化、星系结构、太阳风、大气、洋流、海浪、地壳运动、地幔对流等领域,和天文学,地学形成新的交叉学科,还有生物力学、物理力学、化学流体力学、爆炸力学、等离子体动力学等交叉学科,以及与数学交叉的动力系统、控制理论,与数学和计算机科学交叉的计算力学等等。

事实是,在20世纪,世界范围内涌现了许多优秀的从事力学基础理论研究的学者。英国的大学者开尔文预言说以后成果在小数点后第六位上寻找。可是仅他的学生G.I.Taylor在力学基础理论方面的贡献就远远超出老师圈定的范围。他在湍流理论、流体流动的稳定性、位错理论诸多方面都做出了奠基性的贡献。

如果不给力学学科的基础理论的研究和教学留有发展的空间,我们在这些领域中将永远要落在别人的后面,甚至对别人取得的重要成果,我们这么大的国家中竞无人能够看得懂!

周培源先生说:“力学是关于物质宏观运动规律的科学。”“只要自然界存在着机械运动,以及机械运动和其他各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。”〔8〕我们相信,21世纪的科学发展,也会像20世纪力学发展突破开尔文的预言一样,让约翰霍根的预言破产的。不过这只是对全世界来说的一种前景,至于我国的力学界能否有所作为,实在首先要看我们把力学学科的基础研究和教学所摆的地位而定了。

 

结论

给力学学科发展留一席之地,是关系到能不能背弃我们历史上形成的牢固的重实用轻理论传统的问题,关系到我们的工程技术有没有创新能力的问题,关系到对力学学科发展历史的正确认识的问题,关系到其他基础学科健康发展的问题,关系到是办教育还是只办职业培训的问题亦即如何正确看待理工科教育中力学基础教育的问题,关系到整个科学技术要不要赶超世界先进水平的问题。所以这个问题值得整个科学界、工程界、教育界深入思考。

 

     

1〕王栻主编,严复集,第五册,中华书局,1986年,第1550

2王晓秋,辛亥革命与民国初年的北京大学,《光明日报》 20011016

3〕竺可祯,为什么中国古代没有产生自然科学,原载《科学》28卷第3期(19469月),见文集《中国科学与科学革命》,52-62页,辽宁教育出版社,2002

4〕武际可,近代力学在中国的传播于发展,高等教育出版社,2006

5郑鹤声、郑鹤春,中国文献学概要1933,上海商务印书馆, 166-171

6〕钱学森,论技术科学,《科学通报》,1957,No.4,97-104

7〕张维,工程力学要为我国经济建设服务,《力学与实践》1988,No.3

8〕周培源,谈谈对力学的认识和几个关系问题,《力学与实践》1979年第一期,创刊号

9〕谈镐生:关于制定科学规划的几点意见,《力学进展》2007年第1期。

10〕谈镐生:力学到底是干什么的,(文集《科学家谈科学2》,科学普及出版社,1982)

11〕周培源,努力把基础理论搞上去,《科学普及》杂志,197711月号

12〕谈镐生,力学的展望,《力学与生产建设》北京大学出版社,1982p.17-19

 



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