在人们从事生产的过程中，他们必然地累积了许多对自然界事物的经验。这些经验可以直接应用到生产上去，也可以先通过分析、整理和总桔，然后再应用到生产上去。直接应用这一个方式是工艺的改进，是所谓工程技术，把经验来分析、整理和总结就是自然科学的起源。所以工程技术和科学研究只不过是人们处理生产经验和对自然界观察结果的两方面，基本上是同一来源，而且两方面工作的最终目的也是一样的，都是为了改进现有的和创造更新的生产方法来丰富人们的生活。

     因此在科学发展的早期，我们不能把科学家和工程师分开来。一位物理学家也同时是一位工程师，牛顿就是一个著名的例子。牛顿不但发现了力学上的三大定律，因而奠定了理论力学的基础，而且他也是一位结构工程师，他设计了一条在英国剑桥大学校址中的木结构桥，这桥据说至今还存在。再像欧拉，他是一个大数学家，同时他对工程机构的稳定问题上也作出了伟大贡献。但是在十九世纪中，当科学在资本主义社会中得到了迅速的发展，科学家的确和工程师分手了。科学家们忙于建立起一个自然科学的完整体系，而工程师们则忙于用在实际工作中所累积了的经验来改进生产方法。在欧洲的一些学者和科学家，对工程师是看不起的，认为他们是一些有技术但没有学问的人。而工程师们又认为科学家是一些不结合实际的幻想者。一般讲来，两方面的人缺乏相互之间的了解和合作。

     当然，科学家和工程师分手的这种现象，也是事实上的需要。每一方面的工作因发展而变得更复杂了，工作量也大了，要一一兼顾，自然是不可能的。分工就成为必需。但是这也不能完全解释为什么分工之后不能保持紧密的联系，其中必定有更深入的原因。我觉得原因是当时科学的发展还没有达到一个完整体系的阶段，自然科学的各部门中虽然有些部分是建立起来了，但另一些部分又是模糊的，不明确的。这也就是说，当时的自然科学因为它自身还有不少漏洞，还不是一个结实的结构，所以当时的自然科学还不能作为工程技术的可靠基础把工程技术完全建筑在它的上面。例如，虽然热力学早已搞得很明白了，可是热力学的基本，也就是用分子的运动来解释热能现象的统计物理，就存在许多困难。这些统计物理中的困难要等到量子力学的出现才能得到解决。就因为这些在自然科学中的缺陷，有一些纯由理论所推论出来的结果显然与事实不相符合，也动摇了工程师们对当时自然科学的信心。所以我们可以完全了解在十九世纪中和二十世纪初年工程师们与科学家中间的隔膜。

     但是在本世纪中自然科学的发展是非常快的，个别自然科学的部门在较早的年代也已经达到完整的阶段，电磁学和力学便是两个例子。而正好在这个时候电机工程和航空工程两个崭新的工程技术先后出现了。因为它们是当时的新技术，没有什么旧例和旧经验可作准则。工程师们为了迅速地建立起这两门技术就求助于电磁学和力学，用电磁学和力学作为电机工程和航空工程的理论基础。这样才又一次证明了自然科学与工程技术问题的密切关系，才指明了以前工程师们不重视自然科学的错误。而也就是这个时代，物理学、化学等自然科学学科很快地发展成现代的科学，补足了它们以前的缺陷。所以在今天来看，我们对物质世界的认识，只要是在原子核以外，只要除开个别几点，是基本上没有问题了。在原子和分子世界中，有量子力学；在日常生活的世界里，有牛顿力学；在大宇宙的世界里，有一般相对论的力学。只有原子核内部的世界现在还没有一定的看法。因此我们也可以说，对工程师说来，自然科学现在已经很完整了，它已经是一切物质世界（包括工程技术在内）的可靠基础。

     有这个事实出发，有许多科学家认为：一切工程技术可以看作是自然科学的应用，而一个工程师的培养只要在他的专门业务课程之外，再加上自然科学就行了，就可以保证他在以后工作中有解决新问题和克服困难的能力，在四十几年前的美国，他们的确是这样看法。有名的麻州理工学院就是建立在这个原则上的。把工程师的培养和技术员的培养分开来，把工程师作为一个科学的应用者，这在当时是一个带有革命性的改革。这个改革在一定程度上是成功的，而这种培养工程师的方法也就被其他学校和其他国家中的工程技术学校所采用，逐渐成为一种典型的工程技术教育。由这种课程所培养出来的工程师比起老一辈的工程师来，的确有科学分析的能力，在许多困难的问题上不再完全靠经验了，能用自然科学理论来帮助解决问题。但这不过在一定程度上如此，至于课程改革原来的目的：把工程技术完全建立在自然科学的基础上的这个目的。这种课程是四年制，前两年着重在自然科学，后两年着重专门业务。但是这两部分之间没有能结合起来。有人说以这个办法受教育的学生，前两年他是一个学者，追求着自然界的真理，运用理论的分析而且做严密的实验，确是在高度学术空气中生活着的。但是过了一两年，进入了后一阶段的教育，他又忽然从学术空气中被赶出去，进入了工程师们所熟悉的园地，放弃了分析方法，去研究经验公式了。我们知道这样培养出来的工程师一进入到实际工作中，不久就把他们学过的自然科学各个学科的大部分都忘了，数学也不大会用了，只不过还会运用自然科学的一般原则来帮助他们的思考罢了。要真正以科学的理论来推演出他们在工作所需要的准则，他们还是不能做到的。

     其实这一种困难是可以理解的。因为美国麻州理工学院对工程技术的看法是有错误的地方。错误在什么地方呢？我们可以这样看：自然科学的研究对象并不是大自然的整体，而是大自然中各个现象的抽象化了的、从它的环境中分离出来的东西。所以自然科学的实质是形式化、简单化了的自然界。因此，虽然关于原子核以外的世界；现在已经发现了许许多多的自然规律，但究竟自然科学还是要不断地发展的。在任何一个时代，今天也好，明天也好，一千年以后也好，科学理论决不能把自然界完全包括进去。总有一些东西漏下了，是不属于当时的科学理论推演出来的。所以虽然自然科学是工程技术的基础，但它又不能够完全包括工程技术。如果我们要把自然科学的理论应用到工程技术上去，这不是一个简单的推演工作，而是一个非常困难、需要高度创造性的工作。我们说科学理论应用到工程技术上去是不合适的，应该更确当地说科学理论和工程技术的综合。因此有科学基础的工程理论就是自然科学的本身，也不是工程技术本身；它是介乎自然科学与工程技术之间的，它也是两个不同部门的人们生活经验的总和，有组织的总和，是化合物，不是混合物。

     显然，我们不可能要求一个高等学校的学生仅仅用四年的功夫把这个非常困难的问题做好。他们最多只不过能把科学和工程混在一起，决不能让两者之间起化合作用，所以美国麻州理工学院式的教育决不能完全达到它预期的目的，要做综合自然科学和工程技术，要产生有科学依据的工程理论需要另一种专业的人。而这个工作内容本身也成为人们知识的一个新部门：技术科学。它是从自然科学和工程技术的互相结合所产生出来的，是为工程技术服务的一门学问。

     由此看来，为了不断地改进生产方法，我们需要自然科学、技术科学和工程技术三个部门同时并进，相互影响，相互提携，绝不能有一面偏废。我们须承认这三个领域的分野不是很明晰的，它们之间有交错的地方。如果从工作的人来说，一个兼在两个部门，甚至三个部门是可以的；所以一个技术科学家也可以同时是一个工程师；一个物理学家也可以同时是一个技术科学家。不但如此，这三个领域的界限不是固定不移的，现在我们认为是技术科学的东西，在一百年前是自然科学的研究问题，只不过工作的方法和着重是有所不同罢了。我们要明确的是：我们肯定地要有自然科学家，要有技术科学家，也要有工程师。

     既然技术科学是自然科学和工程技术的综合，它自然有不同于自然科学，也有不同于工程技术的地方。因此，研究技术科学的方法也有些地方不同于研究其他学科的方法。

     因为技术科学是工程技术的理论，有它的严密组织，研究它就离不了作为人们论理工具的数学。这个工具在技术科学的研究中是非常重要的，每一个技术科学的工作者首先必须掌握数学分析和计算的方法。也正因为如此，某一些技术科学的发展，必定要等待有了所需的数学方法以后才能进行，例如近几十年来统计数学的成就就使得好几门技术科学（例如控制论和运用学）能够建立起来，所以作为一个技术科学工作者，除了掌握现有的数学方法以外，还必须经常注意数学方面的发展，要能灵敏地认出对技术科学有用的新数学，快速地加以利用。他也要不时对数学家们提出在技术科学中发现的数学问题，求得他们的协助，来解决它。自然我们也可以说，关于这一点，技术科学与自然科学各部门的研究没有什么大的差别。但是实际上技术科学中的数学演算一般要比自然科学多，数学对技术科学的重要性也就更明显些。也因为技术科学中数学计算多，有时多得成了工作两种的主要部分，这使得许多技术科学的青年工作者误认为数学是技术科学的关键。他们忘了数学只不过是一个工具，到底不过是一个“宾”，不是“主”。因此我们可以说：一件好的技术科学的理论研究，它所用的数学方法必定是最有效的；但我们决不能反过来说，所有用高深数学方法的技术科学研究都是好的工作。

     也是因为技术科学研究工作中，用数学分析和计算的地方很多，所以许多具体分析与计算的方法，像摄动法、能量法等，都是技术科学研究中所创造出来的。这方面贡献特别多的是技术科学中的一个部门——力学。唯其如此，最近电子计算机的发展，就对技术科学的研究有深切的影响。因为电子计算机能以从前不可想象的速度进行非常准确的计算，有许多在以前因为计算太复杂而用实验方法来解决的问题，现在都可以用计算方法来解决了，而且在时间方面以及所需的人力物力方面都可以比用实验方法更经济。这一点说明了电子计算机在技术科学研究中的重要性。在将来，我们不能想象一个不懂得用电子计算机的技术科学工作者。但更要紧的是：由于电子计算机的创造，数字计算方法将更加多用，技术科学的研究方法将起大的变化。我们才在这改革的萌芽时期，而且电子计算机本身也在迅速地发展，将来到底能做到什么地步，现在还不能肯定，能肯定的是：下一代的技术科学工作者的工作方法必定比我们这一代有所不同。

     我们在前面已说过：数学方法只是技术科学研究中的工具，不是真正关键的部分。那么关键的是什么呢？技术科学中最主要一点是对所研究问题的认识，只有对一个问题认识了以后才能开始分析，才能开始计算。但是什么是对问题的认识呢？这里包含确定问题的要点在哪里，什么是问题中现象的主要因素，什么是次要因素；哪些因素虽然也存在，可是它们对问题本身不起多大作用，因而这些因素就可以略而不计。要能做到这一点，我们必须首先做一些预备工作，收集有关研究工作的资料，特别是实验数据和现场观测的数据，把这些资料印入脑中，记住它，为下一阶段工作做准备，下一阶段就是真正创造的工作了。创造的过程是：运用自然科学的规律为摸索道路的指南针，在资料的森林里，找出一条道路来。这条道路代表了我们对所研究问题的认识，对现象机理的了解。也正如在密林中找道路一样，道路决难顺利地一找就找到，中间很可能要被不对头的踪迹所误，引入迷途，常常要走回头路。因为这个工作是最紧张的，需要集中全部思考力，所以最好不要为了查资料而打断了思考过程，最好把全部有关资料记在脑中。当然，也可能在艰苦工作之后，发现资料不够完全，缺少某一方面的数据。那么为了解决问题，我们就暂时把理论工作停下来，把力量转移到实验工作上去，或现场观察上去，收集必需的数据资料。所以一个困难的研究课题，往往要理论和实验交错好几次，才能找出解决的途径。

     把问题认识清楚以后，下一步就是建立模型。模型是什么呢？模型就是通过我们对问题现象的了解，利用我们考究得来的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所制造出来的“一幅图画”，一个思想上的结构物。这是一个模型，不是现象本身。因为这是根据我们的认识，把现象简单化了的东西；它只是形象化了的自然现象。模型的选择也因此与现象的内容有密切关系。同是一个对象，在一个问题中，我们着重了它本质的一方面，制造出一个模型。在另一个问题中，因为我们着重了它本质的另一方面，也可以制造出另一个完全不同的模型。两个不同的模型，看来是矛盾的，但这个矛盾通过对现象的全面性质而统一起来。例如，在流体力学中，在一些低速流动现象中，空气是被认为不可压缩的，无粘性的。在另一些低速流动现象中，因为牵连到附面层现象，空气又变成有粘性的了。在高速流动现象中，空气又变成可压缩的了。所以同是空气，在不同的情况下，可以有不同的模型。这些互相矛盾的模型都被空气的本质所统一起来。

     我们已经说过，在摸索问题关键点的时候，我们依靠自然科学的规律。这也说明技术科学的工作必须要能彻底掌握这些客观规律。必须知道什么是原则上可行的，什么是原则上不可行的。譬如永动机就是不可行的。我们也可以说唯有彻底掌握了自然科学的规律，我们的探索才能不盲目，有方向。正如上面所说的，自然科学的规律是技术科学研究的指南针。

     有了模型了，再下一步就是分析和计算了。在这里我们必须运用科学规律和数学方法。但这一步是“死”的，是推演。这一步的工作是出现在科学论文中的主要部分，但它不是技术科学工作中的主要创造部分。它的功用在于通过它才能使我们的理解和事实相比较；唯有由模型和演算得出具体数据结果，我们才能把理论结果和事实相对比，才可以把我们的理论加以考验。

     由前面所说的技术科学工作方法看来，也许有人要问：技术科学的研究方法又有什么和自然科学研究不同的地方呢？我们可以说这里没有绝对的差别，但是有很重要的相对差别。我们可以说以自然科学和工程技术来对比，工程技术里是有比较多的原始经验成分，也就是没有严密整理和分析过的经验成分。这些东西在自然科学里一般是很少的，就是因为某一问题分析还不够成熟，不可避免地含有经验成分，那也是自然科学家们要努力消除的。但在技术科学里就不同了。它包含不少的经验成分，而且因为研究对象的研究要求的不同，这些经验成分总是不能免的。因此这也影响了技术科学的研究方法，它在一定程度上是和自然科学的研究方法有所不同的。我们也可以从另一个方面来说，技术科学是从实践的经验出发，通过科学的分析和精炼，创造出工程技术的理论。所以技术科学是从实际中来，也是向实际中去的。它的主要的作用是从工程技术的实践，提取具有一般性的研究对象，它研究的成果就对那些工程技术问题有普通的应用。也正因为如此，技术科学工作者必须经常和工程师们们联系：知道生产过程中存在的实际问题。有时一个技术科学工作者也直接参加解决生产中发生的问题，以取得实践的经验。照这样做，一个技术科学工作者的知识面必然是很广阔的，从自然科学一直到生产实践，都要懂得。不但知识广，而且他还必须要能够灵活地把理论和实际结合起来，创造出有科学根据的工程理论。

     有了工程理论，我们就不必完全按照工作经验，我们就可以预见，正如有了天体力学的理论，天文学家们就可以预见行星的运用，预告日蚀、月蚀等天文现象。由这一点看来，工程理论又是新技术的预言工具。因而技术科学也能领导工程技术前进，是推进工程技术的一股力量，是技术更新、创造新技术所不可缺的一门学问。

     我们现在举一个技术科学对工程所起作用的实例：航空技术。在这里起重要作用的是力学这个技术科学，这我们在前面已经讲到。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相互作用的典型。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。

     在古典的力学中有两个重要的分支：一个是流体力学，一个是固体力学。流体力学是处理液体和气体的运动的，所以它也包括了气体动力学和空气动力学。固体力学是处理固体在外力或加速度作用情况下所产生的应力应变, 所以包括了强性力学和塑性力学。显然, 流体力学与飞行器的外形设计和推进问题有密切的关系，而固体力学则与飞行器的结构设计有密切的关系。自然我们认识到流体力学也必然与许多其他工程技术有关系，像水利工程、蒸汽或燃气涡轮，船舶的设计等。固体力学也必然与所有工程技术中结构强度问题有关系。但是因为在力学迅速发展的时期中，也就是过去这五十年，只有航空技术上的问题最迫切，最严重，所以与力学相互作用最强的是航空技术，而不是上面所说的其他工程技术。

     在飞机设计中一个基本问题是升力和阻力。升力是飞行所必需的，然而有升力就必然产生阻力。怎么样才能在一定升力下减少阻力呢？这也等于问：什么是一定升力所产生的最小阻力呢?流体力学的伟大科学家 L.普郎特耳在受了兰开斯特耳意见的影响下，创造了著名的有限翼展机翼理论，给出了计算由升力所产生的阻力的方法，这就是所谓感生阻力公式。普郎特耳的研究也指出了减少阻力的方法，他的公式说在一定升力系数下，感生阻力系数是与翼展比成反比例的。因此要减少感生阻力，我们就应该加大翼展比，也就是把翼面作得狭而长。

     感生阻力的问题解决了，接着下面的问题就是不由升力所产生的阻力了，也就是所谓寄生阻力。这一部分阻力是由于空气的粘性而来的。空气的粘性很小，但是它并不等于零。怎么样来考虑小粘性所产生的作用呢？这也是流体力学对航空技术的一个大贡献。它指出小粘性的作用是局限于附在表面一层气流中，也就是附面层中。流体力学也给出分析附面层的方法，并且指出：附面层有时会因为沿着表面在流向压力增加，感到运动的阻碍，因而从表面分离出去。这样分离了的附面层就造成涡流，减少了升力，加大了阻力。这些流体力学上研究的结果不但给设计飞机翼形和飞机舱形以原则性指导，而且指出，要减少寄生阻力，我们就必须减小附面层的面积，也就是减少表面面积。由于这一结果，飞机的设计才由多翼面的、带支柱的外形，走向单冀面、完全流线型化了的外形。

     制造完全流线型化的单翼飞机，不能再用不够坚固的、旧的、钢架蒙布式的结构，而必须改用全金属的薄壳结构。但是这是一种新型的结构，工程师们没有足够的经验，要能设计出有高效能的结构，这还是要请教弹性力学家们。他们首先给出计算薄壳结构的折曲负荷或临界负荷的方法，也就是解决弹性稳定问题。虽然早在十九世纪欧拉就研究过这个问题，给出细柱临界负荷的公式，但是飞机上用的结构要比这复杂得多，而且薄壳是有表面曲度的，古典的、所谓小扰度理论是不正确的，它给出过高的临界负荷。在另一方面，有些表面曲度小的结构，虽然折曲了，但是仍然能担起更大的负载。所以弹性力学家们也还研究了结构在超越临界负荷的情况，也就是解决了所谓“有效宽度”的问题。这一连串的研究都是在1933年前后作的，因此奠定了全金属飞机结构的理论基础。

     在这里我们必须说明的是:结构强度的问题终了是要牵连到材料破坏问题上去的，因为强度就是在破坏的时候的负载，而且对金属材料来说，在未破坏以前，也必先进入塑性变形阶段，因此也要牵连到塑性力学的问题。一直到现在，材料强度问题与塑性力学问题都在研究着，但都还没有得出定论。所以自然科学的已知规律显然还不能完全包括工程技术上的现象。但是力学工作者并不因此而放弃对结构强度问题的研究。他可以一面用弹性力学的理论，一面吸取工程实践上的经验和实验的结果，把它们综合起来，创造出有科学根据而又有实际意义的结构理论，这种在现实条件下争取有用的理论的精神，是技术科学工作者所不可缺的。

     由于上面所说的这些发展，在第二次世界战争中，飞机的时速已经达到了700公里，接近了声音传播的速度（约每小时1000公里）。当时因为初步实验上发现物体阻力在声速附近急骤加大，在工程师中间也有人以为要飞机超过声速是不可能的，说存在着声速的墙。就在这时候，气体动力学家们作出了翼面和机身在超声速气流中的运动理论，设计了超风速的风洞，作了许多超声速气流的实验。他们用理论和实验双方并进的方法证明超声速飞机的阻力系数实际上不会太大，所以并没有所谓声速的墙。在另一方面，气体动力学家也参加了喷气推进机的创造和发展，大大地增高了飞机推进机的效能，因而减少它的重量。力学家的这些贡献，促成了超声速飞行的实现。这一关一打破，航空的发展更快了。现在流体力学家正在努力于高超声速气动力学和稀薄气体动力学的研究，帮助超高空、超高速飞行的实现，因而也在促进星际航行的诞生。

     因为技术科学的研究对象是具有一般性的，它的研究成果也有广泛的应用。力学的工作，虽然是由于航空技术迫切的要求，但是，现在已经得到的流体力学和固体力学的研究结果，对其他工程技术部门来说也有很大的帮助。例如燃气轮机的创制成功是离不开气体动力学的，而掌握了高速气流动力学以后，我们也就很自然地看到把高速化学反应用到化学工业中去的可能性。这些力学在航空技术以外的应用对将来的工程技术都是非常重要的。它也说明了，通过技术科学研究中的总结，一个技术部门的经验与成就就能超越他们的局限性，伸展到其他方面去，推进了另一些技术部门的发展。技术科学家也是利用这一可能性来预见新技术，指出工程技术下一阶段的发展方向。

     我们在上一节中，约略地介绍了一些技术科学的情况。但是流体力学、弹性力学和塑性力学都是比较成型的，已经有了不少工作的学科。现在，我们要谈一谈今后技术科学发展的几个方向，几个需要开拓的学科。为了简明起见，我们制了一张表。表的第一栏是学科的名称；第二和第三栏是这个学科在自然科学抽用的部分和在技术经验方面抽用的部分。这也就形成这个学科的资料，要从这两部分综合起来创造出这门技术科学；第四栏是现在可以看出来的内容，也就是研究题目；第五栏是这门学科研究成果的应用，也因此可以表现出这门科学的重要性。我们从这个表里面可以看出第三栏的技术经验组成部分和第五栏的应用方面常常是相同的，这又一次说明技术科学基本上是从工程技术上来，到工程技术中去的学科。

     作者在写这篇论文的时期，把内容的一部分或全部和中国科学院及中国科学院力学研究所的许多位同事讨论过。因为有了这些讨论，起先说得不清楚的地方说得更明白些了，起先说得不妥当而容易引起误解的地方也就修正了。作者在这里对他们给的帮助谨表谢意。