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北大力学专业的建立与发展 精选

已有 10869 次阅读 2014-11-30 14:49 |个人分类:科技史|系统分类:科研笔记| 北大力学, 周培源

北大力学专业的建立与发展

 


一、从世界范围来看力学

力学学科在世界历史上起过很重要的作用。至少在以下三方面起过作用:

它是最早向权势即真理的真理观发起挑战,并且取得决定性胜利的学科

地心说就是罗马教会所要垄断的“真理”。他们对一切反对地心说的人加以迫害。力学学科特别是其中的动力学,就是在反对地心说发展日心说中逐渐成熟起来的。

在力学早期的发展中应当特别提到四本书。它们是:1543年出版的哥白尼的著作《天体运行论》,1632年出版的伽利略的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界观的对话》,1638年出版的伽利略的著作《关于两门新科学的对话》和1687年出版的牛顿的著作《自然哲学的数学原理》。这四本书就是力学走向成熟的奠基之作。

日心说战胜地心说,它的意义不仅是天文学上新思想的胜利,也不仅在科学上力学学科的成长和成熟。他是人类历史上真理观的一次革命。它宣告以往权势即是真理的破灭,宣告权势可以垄断真理的破产,宣告指鹿为马的把戏破产。它使中世纪以前傲慢的权势不得不向新兴的科学低头,它警告人们,不管他是多么有权势有地位,在科学面前必须持谦卑的态度。随后,由于科学的不断进步(例如进化论学说对上帝造人学说的冲击)和人文精神的不断取得胜利,当人类进入1920世纪,科学得到了空前的繁荣。权势即真理的专断愈来愈不得人心。所以才有罗马教廷对伽利略审判的平反。以至于基督教会也不得不办起了以科学为名的报纸。无论如何,由力学发起的对“权势即真理”的真理观的挑战,是代表历史进步的潮流的。这个潮流在中国,也就是五四运动之后兴起的民主与科学的思潮。顺之者昌、逆之者亡。

力学在人类历史上的另一种伟大的作用,就是推动现代科学的发展,成为现代科学的领头羊。美国印第安纳大学科学史教授威斯特福尔(R.S. Westfall在他所著的《近代科学的建构》一书的序言中,一开头就说:“有两个论题左右了17世纪的科学革命——一个是从几何意义上来观察自然,和将宇宙理解为按照数学的指令构造的毕达哥拉斯传统,另一个是力学哲学,把大自然理解为一个巨大的机器并且找寻隐藏于现象背后机械论的解释。”

力学学科的成熟与发展,大大改变了人类认识世界的面貌。首先,天文学进入了一个新时代。如果说在牛顿之前,研究天文学的主要工具是几何学,那么在牛顿之后,力学成为研究天文学的主要工具。

至于说到力学对于物理学的作用,请听爱因斯坦的话,爱因斯坦在《物理学与实在》中的一段话:“尽管我们今天确实知道古典力学不能用来作为统治全部物理学的基础,可是它在物理学中仍然占领着我们全部思想的中心。”他还说:“依我看,牛顿力学的最大成就,在于它的贯彻一致的应用已经超出了这种现象论的观点,特别是在热现象领域内。在气体运动论和一般的统计力学里,出现的就是这种情况。”爱因斯坦还说说:“牛顿的成就的重要性,并不限于为实际的力学科学创造了一个可用的和逻辑上令人满意的基础;而且直到19世纪末,它一直是理论物理学领域中每一个工作者的纲领。”

进入19世纪末和20世纪初,力学还引领人类在揭开大气、地质构造、化学化合与分解、生命现象等的秘密中发挥了越来越重要的作用。

所以可以说,力学是现代科学最早成熟的学科,也为现代各门科学的发展奠定了基础,它和数学一起成为人类认识自然的两大重要工具。这就是威斯特福尔在他的著作中表述的基本思想。

力学的第三种功绩是奠定了现代工程的基础。世界上,大学的工科教育起步很晚。大约只有二百五十年左右的历史。最早的工科教育当是法国成立于1745年的一所道桥学院。其后到1794年法国巴黎的综合工科学校诞生,工科教育逐渐成熟了起来。后来才有世界各国效法它成立的各种工科大学或工科系科。其中一个标志性的事件是巴黎综合工科学校两本基础课教材的出版。一本是1811年分两卷出版的泊松所著的《力学教程》,另一本是1926年出版的纳维所著的《力学在结构和机械方面的应用》。前一本奠定了理论力学的教学基础,而后一本奠定了材料力学的教学基础。实际上,作为材料力学主要内容的梁的理论,是直到纳维的这一本书才最后完成的。

早些,在没有工科教育的情况下,工程知识都是由师傅带学徒的方式相互传授。我们知道的18、19世纪的几位著名的工程师与发明家都是学徒出身。如改进蒸汽机的瓦特(1736-1819,纺织机的发明者英国人阿克赖特(1732-1792),蒸汽机为动力的轮船的发明者美国人富尔顿(1765-1815),蒸汽机车的发明者英国人斯梯文森(1781-1848)等,他们青少年时代都曾经当过修表学徒。只有在工科的基础课理论力学和材料力学基本成熟和定型后,成批地培养工科人才才成为可能。所以可以说,现代工科教育,或者说,现代工程,是力学学科发展和成熟的直接成果。

从现代关于工程的定义也能够看出力学学科的作用。位斯坦福大学电机工程教授斯密斯(RalphJ. Smith1907-1997)说:“工程是最优地应用科学以自然资源来造福的艺术行业。”另一位叫林赛(S. E. Lindsay)的工程师在1920年说得更加明确,他说:“工程是安全与经济的实践,它采用服从科学定律的力和天然的材料,经过组织、设计、施工以满足人们的普遍利益。”

归纳起来,力学的发展过程说明,它是最早向权势即真理的真理观发起挑战,并且取得决定性胜利的学科;它又是自然科学各门学科的共同基础,是人类认识自然界的有力工具;它还是现代工程技术的基础。

 

二、中国古代没有产生力学

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。可知中华本无此学也。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,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。

在1840年之前,有少量的传教士将力学知识传输到国内。不过中国人对学习力学的兴趣一直只限于极个别人之间,形不成气候。鸦片战争之后,中国的有识之士看到中国的失败和西人的船坚炮利,想办法救亡图存,提出“师夷之长以制夷”的口号。之后从19世纪60年代起形成全国范围的“洋务运动”。它的主要内容是聘请洋技术专家教学生、办工厂、买枪炮、买机器。如1865年成立江南制造总局与金陵机器局,1866年成立的福州船政局。这些活动都需要懂外文的翻译。于是1862年在北京成立的同文馆专门培养翻译。数年后,翻译培养出来了,可是洋枪洋炮的说明书还是看不懂。于是1866年又在同文馆中设天文与算学二馆(1898年京师大学堂成立,同文馆并入)。开始讲授一点力学知识。

为适应洋务运动更进一步的需要,1895年盛宣怀在天津创办了中西学堂(又称北洋西学堂)聘美国传教士丁家立(C.D.Tenncy)任总教习。丁家立以美国的哈佛、耶鲁大学为蓝本,设采矿、冶金、机械、土木等科,聘美国人任教,学制为4年。这所学堂后来在1902年改名为北洋大学,1952年后改名为天津大学。它是我国最早的按照西方模式建立的工科大学。当然作为工科大学的基础课。理论力学、材料力学、水力学等力学课在学校里开始系统讲授。不过它总是处于工科的从属地位。

1898(农历戊戌年),戊戌变法以康有为为首通过光绪皇帝进行的政治改革,主张学习西方,提倡科学文化,改革政治、教育制度,发展农、工、商业等。其内容之一是成立了京师大学堂,即北京大学的前身。京师大学堂共开办经科、法政科、文科、格致科、农科、工科、商科共七科,设十三学门,分别是诗经、周礼、春秋左传(经科);中国文学、中国史学(文科);政治、法律(法政科);银行保险(商科);农学(农科);地质、化学(格致科);土木、矿冶(工科),一个近代意义的综合性大学初具规模。它标志着中国向西方学习不仅限于工科,而要在政治、经济、法律、农业、地学、化学等诸方面全面向西方学习的开始。1913年在京师大学堂内增设了数理门,开始招收数学和物理方面的学生,这是我国物理学科和数学学科教育的开始。后来戊戌变法失败,京师大学堂成为戊戌变法留存下来的唯一的改革成果。民国以后,京师大学堂易名为北京大学。

从1911辛亥革命后到1949年这三十多年间,中国的教育格局,除了增加了一些学校外,在系科设置上变化不大。

1952年国务院对全国高等学校进行了一次大调整。这次调整的主导思想是按照苏联的教育模式来重塑中国的高等学校体制。在苏联的教育模式中,力学专业总是放在综合性大学数学力学系内的一个专业。于是决定在北京大学设置数学力学系,这个系是由原来的北京大学、清华大学与燕京大学三校的数学系合并的,下设数学与力学两个专业力学专业以周培源教授为首的五位教师筹办。力学专业从1952年招收第一届学生。它是中国的第一个力学专业。这是中国成批培养力学人才的开始。

中国的力学。其发展轨迹恰好与西方相反。在诸学科和工程技术中始终处于从属的地位。最早是为了看懂买洋抢洋炮的说明书服务,然后是为工科教育服务,直到1952年之后才在学习苏联的教育的旗号下成立了第一个力学专业,1956年成立了力学研究所。而力学的大发展是1957年苏联第一颗人造卫星发射之后。应火箭与卫星的发展需要大量成立力学系科。这种发展的轨迹,天生使中国的力学带有急功近利的特点。带有可有可无的特点。当某项技术问题不能过关时,会想到力学学科,而当这类问题并不紧迫时力学又会被遗忘。

力学在中国百年来的发展过程中,应当提到的是两位有长远眼光的学者。一位是曾任中国科协主席的原清华大学的周培源,另一位是曾任台湾中研院院长的原北京大学的吴大猷。他们的主要专业是物理,而且都是做出举世瞩目成就的物理学家,周培源在广义相对论和湍流方面做出了重要贡献,而吴大猷的研究领域涉及原子和分子理论,尤其在原子和分子理论、散射理论和统计力学方面的贡献为世人所推存。然而他们都非常重视力学。他们在研究之余在教学方面都多年讲授理论力学。周培源数十年讲授理论力学,留有《理论力学》教材,吴大猷多年给研究生讲授力学写有《经典动力学》教材。这两本书至今还是这方面教学的重要参考书。周培源则在77事变之后把主要研究精力投入流体力学转向湍流的研究,他在1940年发表的关于湍流的论文,被国际上看作湍流模式理论的开创性著作,他本人也被成为湍流模式理论之父。1952年在他的带领下又成立了我国第一个力学专业,是我国大批培养力学人才的开始。

 

三、北京大学力学专业的建立

1952年,国务院对全国高等院校进行了一次大调整。仿照苏联莫斯科大学力学数学系的办学经验,教育部决定将新建立的力学专业设置于综合性大学的数学力学系下。北京大学数学系与清华大学数学系、燕京大学数学系组建成为北京大学数学力学系,系主任是段学复。当时共有教员29名,其中教授10名,他们是原北京大学数学系江泽涵、许宝騄、申又枨、庄圻泰;原清华大学的段学复、闵嗣鹤、周培源、程民德;原燕京大学的徐献瑜、戴文赛。就这样北京大学在已有数学系基础上,成立了数学力学系,并创建力学专业。

1952年院系调整之后的北大数学力学系,教员按照苏联的经验,分为教研室。最早负责力学专业教学的教员一共只有三人和两位由清华大学转过来的两位研究生。他们是:由物理系转来的周培源(原来是清华大学教授)、吴林襄(原燕京大学讲师);数学系转来的钱敏,研究生叶开沅、陈耀松(他们1953年研究生毕业)。由周培源出任教研室主任。后来他们戏称“三口大锅闹革命”。

 其实,只由这五人要开出力学专业的全部课程是不可能的。一方面,力学专业与数学专业合班上课,在二年级之前不分专业。当时的力学专业培养计划,在基础课中,只有材料力学、弹性力学、流体力学三门课是与数学专业不同的。另外还有若干专门化课,如塑性力学、气体力学等,那是到四年级分专门化之后才供选修的课程。

另一方面,外聘一部分兼课教师。钱伟长、陆士嘉、林鸿荪、胡海昌等都先后在北大力学系兼职并授课。

力学专业成立后,曾经与苏联莫斯科大学数学力学系建立联系,请他们代为规划一个供教学用的实验室。莫斯科大学提供了规划并建议购置和建造的一些设备。其中主要有光弹性机、实验段0.7m的小风洞和一座二元小风洞、5吨和30吨材料万能试验机。到1954年实验室房屋陆续建成,实验设备也基本配齐,1955年开始学生的材料力学教学试验就在本校进行。

1955年由美国归来的周光炯(流体力学)、王仁(塑性力学)到系任教;1956年,董铁宝(计算力学)由美国回国,黄敦(流体力学)由苏联回国,均到系任教;1957年,孙天风(流体力学)、盛沛林(固体力学)由美国回国,到系任教。1956年,朱照宣(一般力学)由同济大学到系进修并任教。同时还聘请了程世祜、柯俊、张兴铃、郑哲敏、潘良儒、朱诚等到系兼职任教。

1953年数学专业的毕业生吴鸿庆、吴望一、是长春留校。1954年燕京大学的戴文赛来系(后调南京大学天文系)同时,由于1956年本系第一届学生毕业,有王肇明、王大钧、黄福华等留校。还有从航空学院分配来的毕业生魏中磊等数名。1957年又留校数名毕业生

这时力学系的师资大致配齐。到1956年力学教研室一分为二,分为流体力学与固体力学教研室。流体力学教研室主任是周培源,副主任是周光炯。一般力学附属于固体力学教研室,教研室主任为王仁。至1959年一般力学独立成教研室。

力学专业在建立初期,先后有3位苏联专家到系任教,分别是别洛娃(А. В. вепова)、托洛依茨基(Троицки)和格力高亮(Григолян)。他们帮助力学专业制定教学计划,开设课程、习题课、讨论班,指导年轻教师进修,培养力学专业研究生、担任教学和实验室建设顾问等工作,使力学专业各方面工作很快的步入正轨。

1956年全国科学发展12年远景规划中,又规划北大建立一座低速大风洞。与1958年建成并吹风。

1951年,在中国科学院数学研究所成立了一个力学研究室,以钱伟长为室主任。研究员有钱伟长、周培源、沈元(北航院长),还聘有若干年轻的研究人员。北大力学专业的建立和力学研究室的建立,这两件事标志着中国的力学从附于工程的学科走向作为一个独立的学科的开始。

 

四、周培源、钱伟长

在中国的力学发展中,应当首先提到的是这两位学者。周培源(1902-1993)自1929年学成回国,就一直在国内物理学和力学方面从事研究和教学。钱伟长(1912-2010)是周培源教过的学生,从1946年学成回国,也就一直在国内固体力学和应用数学方面研究和教学。我们简要地把他们两位介绍如下:

 

周培源

第一,在20世纪里,整个物理界,或者说整个科学界的最为惊动人的事件,莫过于量子力学和相对论的诞生这两件大事了。而周培源有幸师从这两个方向的奠基人:海森伯、泡利和爱因斯坦。在我国老一代科学家中,周培源是有此幸运仅有的一位。20世纪又是我国引进现代物理的开始,在他之前,有夏元瑮、何育杰、饶毓泰、叶企孙、吴有训等较年长的现代物理学家的开拓,然而,早期的这些学者,大多是从事实验物理的,像夏元瑮虽然主要是从事理论物理的,但他处在民国初年,仍然全国内乱,经费困难,很难施展抱负。

因此,可以说,周培源是二十世纪我国从无到有,从国外引进现代理论物理量子力学和相对论的开拓者。从1929年归国开始,他一直坚守在理论物理的教学第一线,培养了一代又一代的现代物理和理论物理的人才。像胡宁、彭桓武、何泽慧、钱三强、张宗燧、钱伟长、王竹溪、林家翘、于光远等著名学者都曾经是他的学生,而郭永怀先生曾经在西南联合大学帮助周培源先生进行湍流计算。早先,他讲授理论力学、流体力学、电动力学、辐射及量子论、相对论、量子力学等多门本科课程和研究生课程,就是说,凡是有关理论物理的课程他都讲过,后来许多课都由他的学生或学生的学生来教,而他一直坚持讲授相对论和理论力学两门基础课,一直到20世纪50年代末。

1952年周培源又领头创建了我国第一个力学专业。这个专业的教学以厚基础著称,六十年来为国家输送了数千力学人才,这些人大多成为我国科研、教学和工程建设的技术骨干,其中仅院士就有十二名。

可以说,周培源是我国建立近代理论物理和力学队伍成绩卓著的学者。难能可贵的是他不仅是这些教学的实际执行者,因为他有积七十年的教学经历,他还是教学的组织者和领导者,因为他曾长期担任清华大学和北京大学教务长,后来又担任北京大学的副校长和校长。他一直是抵制各种干扰正常教学秩序的中流砥柱。在“大跃进”时,他坚决反对“真刀真枪搞设计”“把实验室车间化”等口号,反对把学校变成为工厂、农场的极左做法。在文革中,四人帮肆虐时期,他公然敢于抵制“理科无用论”的歪理。为了办好教育,他一身正气无所畏惧。这就是一个真正教育家的品格,所以值得我们敬重。

第二,周培源是一位杰出的科学家。他将自己精力的大部分献给了力学与理论物理中两个十分困难的领域:湍流理论和广义相对论。他先后发表了数十篇论文,在这两个领域中都取得了世人瞩目的成就。

爱因斯坦的广义相对论学说1916年发表后,在全世界迅速传播。在中国,早期传播相对论的有夏元瑮等物理学家,然而进行深入研究爱因斯坦的学说并独树一帜的,周培源是第一位。在广义相对论的研究中,他是一位坐标有关论者而独树一帜。因为我对广义相对论是地道的门外汉,不便多嘴。

湍流是近百年来,世界公认的在整个自然科学中的难题。英国著名学者兰姆(Horace Lamb1849-1934)在1932年说过:“我老了,在我死后上天堂时,有两样事情我要向上帝讨教,一个是量子电动力学,一个是湍流,对于前者我确实是乐观的。”意思是说,上帝也不一定能够回答湍流的问题。

周培源原来的兴趣是广义相对论的宇宙论,在七七事变后,他觉得应当做一点和实际接近的课题,于是便选择了湍流这个难题。一直到他去世他从未为这个题目的困难动摇过。而且做出了重要贡献。为此,我愿意引美国专攻湍流的著名流体力学家兰磊(John L. Lumley)在1995年发表在流体力学年鉴上的的两段话来说明周培源得到的结果的重要性:

“在湍流领域,他(周培源)被认为是计算机模式之父。在一篇发表在中国物理杂志(Chinese Journal of Physics4,1, 1940pp.1-33)绝对原创的文章及其后更详细的发表在国际文献的三篇文章中,他引进了湍流起伏的二阶和三阶矩的方程,这些方程和稍后Millionshchikov的方程略微不同。-----,遗憾的是,周的建议是在计算机发明之前,要靠手来进行大量的计算是很难的。但是在现今,全世界有成百的以模式来用计算流体力学程序计算湍流的人,他们追本溯源都是直接继承1940年周的那篇文章的。

“在这一代人中,在流体力学中至少有来自四个不同国家的四位巨人,他们以自己的方法在国内和国外造成很大的影响,既是由于他们对流体力学的贡献,也由于他们提供的智力和领导,在每一个国家,那些非凡的后继者在流体力学中的出色的工作者都可以追踪为这些巨人的学术继承人。我所说的四位巨人是:美国的冯卡门(von Karman),前苏联的柯尔莫哥洛夫(Kolmogorov),英国的泰勒(G.I.Taylor),和中国的周培源。

能够和前三位巨人齐名的评价,说明周培源工作的意义和重要性。奇怪的是这样的评价是由美国人做出的。我本人并不是搞湍流的,在不少次学术会议上,听到流体力学报告时,满耳朵都是前三位,我们自己却没有给周培源的工作的足够评价。

理论物理和实验物理,长期被我国的某些人认为是无用的东西。既不能吃也不能穿,更不能做出能叫能跳的实际能够使用的东西,所以从民国起留学外国的,大多是学工科的。学理论物理的少之又少。可是岂料想,20世纪最重要的三大技术进展:核工程、计算机、航空航天。起先都是物理学家、力学家和数学家打头阵所取得的成果。以我国为例,我们研制原子弹的主将们绝大部分是这两位物理学家在西南联大所教授过的学生,或学生的学生。可见在发展学术上不可过分急功近利。

周培源先生,对于自己湍流的工作,从来都是低调处理,从来没有提出过得什么奖的问题。记得是1982年,文革以后国家恢复奖励制度,那时我正好是负责科研工作的副系主任。学校有一次传达要求上报国家自然科学奖的项目。我回来和几位教员商量了一下就把湍流研究这个项目报了上去,项目的第一负责人是周培源,下面还有魏中磊、黄永念、是勋刚等。当时并没有和周先生商量就报了上去。周先生知道后他说不要申报,他还要再做一些工作,取得一些新的成果。但是,力学系的同志坚持上报。最后周培源先生同意了。后来我们知道,这个项目得到了二等奖。一直到周培源先生去世后,我们才知道,对于《湍流理论》申报的这个奖项,他曾经给直接领导评奖工作的钱三强同志写信,明确表示:一等奖应该授予王淦昌、陈景润等同志,他的《湍流理论》得个二等奖比较合适。他写道:“即使将来再做一些工作并取得一些新的结果,我想也只能授予二等奖,因为从大的原则来讲,这还在牛顿力学的范围之内,而不能算是重大的原则性问题。”周培源先生这种极端负责,实事求是的精神受到了科学界的高度赞赏。

在科学研究方面,最值得我们敬佩的是,在湍流领域里,周培源完全是独立开创道路的。在力学和物理领域,我们知道的许多学者都有师承的,例如钱学森是师从冯卡门的,钱伟长是师从辛格的,就是说他们的老师是力学或应用数学与力学的,他们自己的最重要的开拓性贡献也大致在这个领域内耕耘。而周培源是自己跳入力学领域独立做出重要成果的。我们知道周培源的博士论文是关于相对论方面的,和流体力学关系不太大。他转入流体力学并做出出色成果,完全是由于他的基础理论的功底扎实和非凡的独创精神所致,而且一旦转入这个领域,就要挑选世界上第一流的难题来攻击,这一点尤其是我们应当敬重的。

第三,周培源不仅是一位杰出的科学家,而且是一位正直的坚持真理的科学家。近多半个世纪以来,我国是一个多风的国家,时而理科无用,时而亦学亦工,时而学生教先生,学生上、管、改,时而批判相对论和热力学第二定律。总之,花样繁多层出不穷。周培源是一位敢于顶歪风的科学家。文革期间他直接上书周恩来,说明基础理论的重要性。他敢于顶回陈伯达批判相对论的无理取闹,他写文章阐明理科的重要性,文革以后他又阐明“一所大学办得好或不好,其水平如何,它的决定因素或根本标志之一乃是这所大学的教师阵容,教师是学校的主体,古今中外,绝无例外。”不幸的是他主张要给大学以“严选良师的条件”的意见,受到来自某位教育部长的批判。

当三峡工程上马,以几乎成为一面倒的意见时。1988年,当大人物们已经下了决心要上三峡工程。已经86岁高龄的周培源,率182位政协委员到湖北、四川考察,并且直接上书中央提出缓建三峡大坝的建议。他表达一百多位政协委员的心声:我们很关心,我们很不放心他说:你光给领导同志送一面之词,让他如何做正确判断?几十年里我们深受其害,今天不能再说假话。他还说:关于三峡的争论,实质上是要不要科学,要不要民主,要不要决策民主化的问题。

周培源的确是我心目中敢于坚持真理的一面旗帜。他说:“学校是一个搞学问的场所,而学术活动的特色乃是它的独创和革新,它的追求真理的大无畏精神和尊重实际的科学态度。”他是实践了这一诺言的。尤其是在我国现今的条件下,能够坚持这一科学家良知原则的人是很稀少的,正由于此,周培源就更值得我们敬重。

第四,周培源不仅是一位科学家、一位正直的科学家。而且是一位社会活动家。他是我国最早的国际理论与应用力学联合会的执委,它是中国人民外交学会的负责人,他还是出席世界核裁军会议的最早的代表,他还是全国政协副主席。

在中美建交之前,是他访问美国与美方达成互派访问学者的协议。

他数十年和夫人靠工资,收集古字画,在去世前全部捐赠给国家博物馆,并且把父辈的房产捐献给国家。有人说他捐献的那些字画,如果拍卖的话,会有亿万的价值,会使他的子女成为巨富,但是他没有,在九十岁后他给子女做好工作,把它献给了国家。

这些,使我们理解到,他是一位为大众办好事的老人,是一位无私的老人。这尤其是我们对他敬重的理由。

我国自古就有着浓厚的技术情节,对于做出有很大的市场价值的贡献,或者做出“会叫会跳的”新鲜东西的成果和人评价很高,而对于在基础科学上做出重要贡献的成果,则经常是视而不见。陈景润的工作、胡海昌的工作、周培源的工作等等,都是首先由外国人评价了,中国人才有人说好,这说明我们实际上还缺少评价基础科学成果的能力。其实,一个国家,只有能够客观地评价基础学科中成果的价值,才有发展基础理论的土壤。否则将永远跟在洋人屁股后面转。

周培源的一生,很值得我们后辈学子仔细研究和效法。他曾经说,他一生的座右铭是:“独立思考,实事求是,锲而不舍,以勤补拙。”他的确是这样做的,而且做得那样优秀、那样出类拔萃。他是一位植根于我们自己国家,独立成长的杰出的科学家、教育家。我们每每想到这些,敬重之情怎能不油然而生。

 

钱伟长

关于钱伟长对我国力学事业的贡献,我认为只要提到以下几件事就足以表明他对我国力学所作工作的份量了。

   第一,我国第一个专门从事力学研究的单位,是钱伟长先生创建的。1951年,中国科学院成立数学研究所,在数学研究所内建立了一个力学研究室。钱伟长是第一任室主任。这个研究室不久接受了一批像胡海昌、林鸿荪、郑哲敏、庄逢甘等这样有为的年轻人,在钱伟长教授的领导下,学术活跃、创造力强。短短几年内出版了研究论文集《弹性圆薄板大挠度问题》(1954年)、《弹性柱体扭转理论》(1956年)。并且发表了许多重要论文,如胡海昌(19282010)的论文《论弹性体力学与受范性体力学的一般变分原理》(1954年,《物理学报》)就是被钱伟长先生推荐发表的。后来被称为广义变分原理,世界各国的固体力学论著中称之为“胡-鹫津原理”。19561月中国科学院力学所成立,就是在数学研究所力学研究室的基础上建立的,当时有新归国的钱学森任所长,钱伟长任副所长。

   第二,钱伟长参与筹建北京大学力学专业。筹办力学专业的教师以周培源教授为首连同吴林襄、钱敏三个教员,还有钱伟长先生的研究生叶开沅、和周培源先生的研究生陈耀松一共只有5个人,靠这5个人来开出力学专业的全部课程是不可能的。所以北京大学力学专业的筹办实际上多亏许多其他单位的支援,它的开办成功也可以说是整个中国力学界的贡献。钱伟长自己在北大力学教研室兼职并派出他的得意研究生叶开沅参加筹建北大力学专业,实际上是对这个专业的最大支持。因为在前无力学专门人才培养系科的条件下,能够有一个人参加进来都是十分值得珍惜和宝贵的。

第三,钱伟长先生,参与创办清华大学力学培训班。第一个五年计划开始后各方面的建设急需力学人才。为了适应这种需要,清华大学于1957年成立了力学培训班,简称“力学班”,招收大学工科毕业生学习两年力学然后分配去急需力学专业人才的单位。这个班第一任班主任就是钱伟长先生、后来由于钱伟长先生被错划为右派,被免去了班主任改由郭永怀教授担任班主任,并且聘请校外教师和调动清华大学各系的力量给以支持。力学班先后招收了三届共约309名学生,在各高等学校新成立的力学系科还没有毕业生之前,培养了一批急需的力学专业人才。

文革后,有一个阶段,由于钱学森先生到航天部和国防科委主持工作,力学所的工作无暇顾及。有一个阶段,力学所想请钱伟长先生主持工作,不过科学院希望在钱伟长调任科学院之前,按照当时平反的政策,应当先恢复他以前清华大学副校长的职务。不过由于一些人的阻挠,没有回复他的副校长的职务,所以调动没有成功。后来钱伟长想法调出清华,几经周折,才被上海市接纳。于是就在上海为力学事业建立了新的功勋。这就是

第四,创建上海应用数学与力学研究所。与此同时开创了全国现代数学与力学系列学术会议(简称MMM会议),开创了理性力学的研究方向和非线性力学的学术方向。这些事比较近,年轻人都知道,所以就不必细说了。

现在在力学界的许多第一线的学者,有相当多数是从北大力学专业和清华力学班毕业的。而钱伟长恰好参与了前者的创办,而直接就是后者的创办人。在我国众多的力学研究单位之中,中科院力学所是举足轻重的一所综合性研究所,而钱伟长是它的最早创办者。有这几件事,我们应当体味得出钱伟长先生在我国力学事业的发展上的重要地位。

在科学研究成果本身因为钱伟长先生涉猎范围很广,钱伟长先生在力学中最著名的贡献,就是他在1941年与他的导师Synge合作发表的论文《弹性板壳的内禀方程》。1941年那个时候,从国际上看,板壳理论正是从个别问题的探讨走向普遍统一的理论推求的阶段。钱伟长先生的这篇论文领潮流于这一研究方向。它不仅概括了以往线性问题的研究,还为后来薄壳的非线性理论奠定了基础,进而,通过对复杂的方程式的各项之间数量级的比较,把问题化归于若干简化类型,所以这篇文章在薄壳领域内有在全世界范围内承前启后的作用。

 

五、北大力学专业的成就

北大力学专业,1952年建立。1963年迁十三陵分校,1969年迁汉中分校,1979年迁回本校单独建系。1955年的入学学生,改五年制,1956年后入学的学生改6年制。1978年后招收的学生一直是四年制教学。“文革”中曾招收数届三年制“工农兵学员”。“文革”前,研究生很少,“文革”后,研究生开始增长,目前其招生规模与本科生数量大致相当。

北大力学专业建立60年来,为国家培养了五十多届毕业生(“文革”中中断了数届)。累计毕业生在3000人以上,研究生近千。

总结这六十年,北大力学系为国家所做的贡献可以大致简要归结为以下几个方面:

首先,为兄弟院校建设力学系科输送了大量师资。北大力学专业是全国第一个力学专业。1958年和随后的几年中,全国新建立的力学专业和力学系有数十个,这些学校需要大量的力学师资。北大的历届优秀毕业生,有相当一个数量被分配去这些学校,成为这些学校开办力学系科的元老。同时北大还承担了为这些学校,培养进修生和进修教师的重任。许多学校都曾经派教师来北大力学系进修。如兰州大学、中山大学、吉林大学等。此外北大还抽调了一些教师支援兄弟院校,如叶开沅调往兰州大学,吴鸿庆调往兰州铁道学院。总之,北大力学系在我国力学教育的整体发展中起到了带头和中坚的作用。

其次,为我国工业和国防建设的新方向的开拓输送了人才。五十年代开始,我国实现工业化建设。百废待兴,许多新兴的方向急需人才,北大力学专业正好适应这种需要提供这些方向的需要。至1957年,甚至一些国防部门从当时的三年级抽调学生提前工作以适应需要。这些学生在工作中都很有成就。例如,参加原子弹和氢弹研制并做出贡献的朱建士院士,在导弹设计中做出贡献的刘宝镛院士,他们是1958年毕业生。在历届毕业生中,由于在工作、教学或研究中做出杰出贡献的当选为院士的有十二人。至于在各行各业做出重要贡献受到有关方面表彰的更是不计其数。

第三,开辟了若干新的研究方向。力学专业的研究工作,在最初的年代里,大致是在“文革”以前,曾经花比较大的力量于航天、航空、惯性导航等于当时所谓的尖端技术相关的课题。不过由于当时严格的保密制度,虽然做出了一些重要成果但始终没有办法与实际任务结合起来。以后便转向以基本理论和民用工程为主体的研究。并且取得了一批重要成果,开辟了若干新的研究方向。如在基本理论方面有湍流、弹性结构的定性理论、塑性力学的极限设计、计算力学,等方面。在应用力学方向上,开辟了风工程、结构抗震、结构分析软件等研究方向,后来还在力学系率先开设了工程结构分析专业。并且都取得了举世瞩目的成果。

第四,提供了力学专业的新教材和教学经验。北大力学系从建立之始,按照苏联莫斯科大学教学计划教学,后来根据我国的情况经过多次修改和调整。既继承了厚基础的优势,又吸收欧美联系工程实际教学和研究的优点。几十年来,编著出版了大量的教材和专著。这些教材覆盖了与力学有关的所有的基础课和相当多的专门研究方向,还有一批研究生用的参考书。这些教材和专著,已为国内许多兄弟院校教学选用。有的还在台湾再版。

 

结语

北大力学系从1952年的数学力学系的力学专业开始,迄今走过了六十多年的历程。它标志着中国力学学科,从工程的附属物走向独立学科的开始。六十年来,尽管取得了不少成就,为国家和民族的发展做出了重要贡献。但它的发展也是艰苦的并不是一帆风顺的。在我国固有的“学以致用”的传统下,要坚持一个以理科为特色的力学系的教学和研究,更是困难重重。2002年之后,力学系并入工学院,我们希望它能坚持固有的教学和研究的优势,把周培源先生的治学精神传承下去。

                                                                                             2014,11,10




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