郭永怀先生学术思想初探

名人纪实

【按】要更好地继承老一辈科学家的优秀学术传统，就必须充分了解他们的治学理念和学术风格。这些年来，我们在国家自然科学基金的资助下，对我国近代力学事业的四位奠基人——周培源、钱学森、钱伟长和郭永怀的学术思想进行了初步研究。这里录入2005年的一篇旧作，旨在探索郭永怀先生的学术思想，其中的分析还比较肤浅，尚待进一步深化。在郭永怀先生百年诞辰之前重发此文，用以表达我们的怀念之情。

2009年2月7日记

郭永怀先生学术思想初探^*

冯秀芳^{1 2}  戴世强¹

(1 上海大学 上海市应用数学和力学研究所，上海 200072)

(2 宁夏大学 数学计算机学院，宁夏 750021)

 注：昨天是我国著名力学家郭永怀先生罹难56周年，特转载冯秀芳、戴世强两位先生的文章于此，以资纪念。

摘  要：郭永怀先生是著名科学家，在力学和应用数学方面有卓越贡献，他又是我国近代力学事业和国防科研事业的奠基人之一。矢志不渝的爱国情怀，实事求是的学术品格，勤学严行的治学精神都是郭永怀先生留给我们的宝贵的精神财富。本文就郭永怀先生的学术思想做一些初步探索，谨以此表达我们对郭先生的崇敬和怀念。

关键词：近代力学，应用数学，上临界马赫数，PLK方法，两弹一星 

在中国科学院力学研究所大院的绿荫丛中矗立着一尊汉白玉雕像。人们每每从这里走过，崇敬与怀念之情都会油然而生。这尊雕像塑造的人物，就是为我国“两弹一星”事业做出突出贡献的著名力学家郭永怀先生。1968年12月5日，郭永怀先生踏着与往常一样忙碌的脚步登上了西北基地飞往北京的飞机，中央领导在等待听取他的汇报，妻子在企盼着他归来的消息，然而飞机在北京机场离地面400多米的时候，偏离开降落的跑道，歪歪斜斜地向1公里以外的玉米地里一头扎了下去……，当人们辨认出郭永怀先生的遗体时，他和警卫员牟方东紧紧地拥抱在一起，当人们费力地将他俩分开时，才发现郭永怀先生的那只装有绝密资料的公文包毫发无损地夹在他们胸前。为了表彰他的功绩，1968年12月25日，中华人民共和国内务部授予郭永怀先生烈士称号。郭永怀先生是一位刚正不阿的爱国者，直面百般刁难的美国当局坚定的回答：“中国是我的祖国，我想走的时候就要走。”；他是一位勤学严行的科学家，思想深邃、勇于攻坚，在突破“声障”、进一步提高飞机的飞行速度方面，创造性地做出了自己的一份贡献；他为我国的“两弹一星”事业鞠躬尽瘁，创造了辉煌的业绩；他是一位诲人不倦的良师，甘做“一颗铺路的石子”，为祖国培养了一大批力学科学研究的骨干。郭永怀先生虽然离开我们已经三十五年了，但他渊博的学识、真挚的爱国情怀以及优秀的品德值得我们学习，更应该回顾他那短暂而有价值的人生。

一 学术成就：纵横求索，异域扬名

弗朗西斯·培根曾经说过：“机遇偏爱那些有准备的头脑”。1938年夏天，郭永怀先生、钱伟长先生和林家翘先生同时报考第七届中英庚款留学生，他们从众多的考生中脱颖而出，以总分超过350分的相同的分数被同时录取，踏上了异国求学之路。1940年9月他们来到了加拿大的多伦多大学，出于回国后可以更好的报效国家的考虑，他们都选择了应用数学系，在应用数学系主任J.L.Synge教授指导下从事研究。郭永怀先生仅用了半年的时间就完成了题为“可压缩粘性流体在直管中的流动”的论文，获得了硕士学位。1941年5月他又来到了美国西岸加州理工学院古根海姆航空实验室，师从航空大师von Kármán教授，进行跨声速流动不连续解的研究，经过四年的艰苦探索，他完成了有关跨声速流动不连续解的出色论文，获得了博士学位。1946年秋，应W. Sears教授的邀请，郭永怀先生来到了康奈尔大学航空研究生院任教并从事粘性流体力学方面的研究。在康奈尔大学的十年间，先后发表了《可压缩无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》（与钱学森合作）、《中等雷诺数下绕平板的不可压缩粘性流动》和《弱激波在平板边界层上的反射》等重要文章，解决了跨声速流动中的重大理论问题：包括出现激波的条件，激波对于气动力的影响以及连续亚超声速混合流的存在的可能性，为人类突破“声障”做出了重要贡献。与此同时，郭永怀先生还推广了邦加莱的变形参数法和莱特希尔的变形坐标法，钱学森先生于1956年在《应用力学进展》的一文中将这种方法命名为PLK方法（邦加莱-莱特希尔-郭永怀方法），PLK方法在力学和其它学科中都得到了广泛的应用。现在摄动理论成为比较完整和系统的学科，郭永怀则是这门学科最重要的十几位理论奠基人之一。郭永怀先生因在跨声速流动与摄动方法方面的成果而驰名世界。

二  学术品格：坚持真理，实事求是

郭永怀先生的一生是“追求真理、坚持真理的一生”，他不仅学识渊博，更重要的是：他的刚正不阿、主持正义赢得了人们的崇敬。1957年钱伟长先生受到不公正的对待，被错划成右派，很多人出于个人的考虑，唯恐避之不远，但郭先生仍然委托他做力学学报的审稿工作，这在当时那样的政治环境下是需要极大的勇气的。曾有一位教授投稿给力学学报，经钱伟长先生审阅发现有很多基本的力学概念是错误的，指出论文中的五十一条根本性错误，并认为该文章不宜发表，文章的作者居然提出“左派教授的文章不许让右派教授审查”的无理要求，郭永怀先生说：“我们相信钱伟长的意见是正确的，这和左、右无关”，公正地解决了这一无理挑起的纷争。当文化大革命时期力学所许多研究课题被迫停止，人员被调离的时候，平日很和蔼、耐心的郭永怀先生愤怒了，他大声疾呼：力学所不能“散”，基础研究必须搞下去！他顶着压力，采取各种措施，保护着一些研究骨干不被改行，让一些科研项目坚持下去，为力学所今日的发展保存了一定的实力。郭永怀先生实事求是，服膺真理，从不因人废言，明辨是非的处世原则不啻为当时“风雨如晦，鸡鸣不已”的动荡年代里一缕明媚的阳光。

三  学术动力：心系故土，鞠躬尽瘁

“我自认为，我作为一个中国人，都有责任回到祖国，和人民一道，共同建设我们的美丽的山河”，这是郭永怀先生的心声，也是他没有丝毫个人主义痕迹的爱国主义精神的体现。在国外学习和工作的日子里，郭先生始终惦记着祖国，寻找回国效力的机会。1955年8月，朝鲜停战协定签订后，经过中国政府的外交努力，美国政府取消了禁止中国学者出境的禁令。郭永怀先生的妻子李佩教授说：“禁令一旦取消，老郭就做不住了，整天和我盘算着回国的事。美国的许多朋友、包括已经加入美籍的华人朋友劝他，康乃尔大学教授的职位不错，孩子将来在美国也可以受到更好的教育，为什么总是记挂着那个贫穷的家园呢？不劝倒罢，劝的人越多老郭越来火，他说，家贫国贫，只能说明当儿子的无能！”。为了减少不必要的回国的阻挠，在他快回国的时候将自己多年来形成的工整清楚的科研文章和教学讲义的手稿，在他们住房的后院一页页烧掉，面对妻子的不解，他说：“省得找麻烦，反正东西都在我脑子里了！”随后，在康乃尔大学航空工程研究生院院长W.Sears为他送行的野餐会上，利用烧烤香肠和汉堡牛排的炭火余烬，郭永怀先生把上次没有烧完的一大叠讲义一页一页地烧光。当时在场的同事和学生们看着闪闪火焰，都许久默默无言。有的同事们表示惋惜，希望他改变计划，而来自亚洲和中国的学生们说：“您给我们指出了方向，我们应该回到自己该去的地方”。

1945年8月6日和9日，美国在日本广岛和长崎投下人类历史上的最先两枚原子弹，顷刻间，世界震惊，日本20余万人口伤亡，两座城市被夷为平地。曾经不可一世欲吞并中国和东南亚的日本帝国宣布无条件投降。整个50年代，是新中国的多事之秋，美国至少对中国有过四次核威胁，箭在弦上，一触即发。世界核科学技术的发展，也加强了中国政府发展核技术的紧迫感。英国继美国、苏联之后，于1952、1957年，先后成功地爆炸了第一颗原子弹和氢弹；苏联于1954年率先建成了世界上第一座原子能发电站，为人类和平利用原子能开辟了新纪元。面对如此严峻的国际形式，中国领导人深感在今天的世界上，“我们要不受人家欺负，就不能没有核武器这个东西”。为了捍卫祖国的尊严和维护世界和平，毛泽东主席果断决定研制核武器，发展核工业。

1957年10月15日，我国与苏联签定了“国防新技术协定”。在协定中，苏联明确承诺向中国提供原子弹数学模型和图纸资料，1958年，负责核武器研制的二机部九局在京成立。后来成为负责核武器研制、生产整个过程的研究设计院――九院，开始了“两弹”研制工作。1959年6月，苏联背信弃义中断了原子弹等重要项目的援助，看来靠谁都不如靠我们自己，中共中央决定：自己动手，从头摸起，准备用八年时间搞出原子弹。毛泽东主席还说：“赫鲁晓夫不给我们尖端技术，极好！如果给了，这个账是很难还的。”正是在这样艰难的情况下，于1956年11月毅然放弃国外优越的工作和生活条件携妻挈女回到了阔别16年的祖国的郭永怀先生，在著名科学家钱学森的推荐下，加入了研制“两弹”的科研工作者的行列。他负责与力学有关的技术问题，并对研制工作中某些关键性问题的解决发挥了重要的作用。对于原子弹，郭永怀先生提出用特征线法进行爆轰波理论计算，并与理论物理学的研究结果相结合，从而实现了较为优越的引爆方式；对于氢弹，郭先生提出了采用航空中常用的结构形式，使得弹体重量明显减轻，由于他提出要增加性能良好的减速装置，从而保证了我国第一颗氢弹空投顺利试验成功；为了实现原子弹的武器化、实用化，郭永怀先生主张对核航弹的结构、外型、弹道引信与环境试验等问题进行预研，从而改善了航弹的增阻特性。郭永怀先生还竭力主张对导弹核器进行声致疲劳和冲击试验，以保证武器系统的安全与可靠性。

在致力发展中国核武器的短短8年里，郭永怀先生总是在西北戈壁和北京之间穿梭。这里海拔3800多米的青海金银滩。郭永怀先生和年轻人一起出入帐篷，风餐露宿，为我国核武器事业倾其全部的精力和热情，甚至生命。在四川绵阳中国工程物理研究院这个诞生了中国核武器的地方，我们从众多人饱含泪水的回忆中领略到一个崇高人格所具有的巨大能量。郭永怀这个名字已经成为中国核武器人的神圣的象征。

四  培养人才：孜孜不倦，言传身教

“我们这一代，你们及以后的二三代要成为祖国的力学事业的铺路石子”，郭永怀先生曾用这样的话语来教导自己的学生，他自己也是从回国之日起就以培养人才为己任，乐此不疲。

当我国恢复建立研究生制度时，郭永怀先生就积极筹划力学所的研究生培养。在第一批招生中，他一人就带了5名研究生，以后又亲自带过几批。他主张：培养人才要“言教、身教，以身教为主”。在教学和科研中，他自己做表率，经常同年轻人一道解决一个个技术难题；当建国初期国家急需成批的力学人才时，郭永怀先生和钱伟长先生组织并领导了清华大学力学研究班，他除负责研究班的日常组织工作外，还亲自执教讲授流体力学概论。清华大学力学研究班前后共办了三届，毕业生达290多名，现在这些学员全部都成为了我国力学事业的中坚力量；当中国科学技术大学创建时，郭永怀先生在繁忙的工作中还担任化学物理系主任，并亲自在近代力学系讲授边界层理论。

郭永怀先生经常教育《力学学报》编辑人员，注意在学术刊物上建立正确的学风与文风，扶植新生的事物，爱护幼苗。他本人就是这方面的模范。对于年轻人送来的文稿、译稿，他总是反复推敲，逐字逐句加以批注和修改。郭先生在培养学生的时候总不忘提携后进，希望他们能早日具备独立的科研工作能力。1963年前后，当时在清华大学工作的张涵信同志投寄了一篇由他和郭永怀先生联合署名的论文，经审查通过后送请郭先生最后定稿时，他大笔一挥把自己的署名勾掉。并表示：“国外的工作条件比国内优越得多，如果不是为了我国科学事业的发展，我何必从国外回来！说实在话，我从回国之日起，已把个人科研上的得失置之度外。我认为不署名有利于青年人增强独立工作的意识，有利于他们迅速成长。”由此郭先生坦荡宽厚的胸襟可见一斑。所有这些有目共睹的事情，只能让我们更加怀念郭先生，更加努力做好自己的工作。

五 学术思想溯源：名校文化的熏陶，名师的指点以及哥廷根应用力学学派风格的传承

郭永怀先生堪称是“科学与技术结合的典范”，由于“他良好的数学物理基础知识和渊博的工程技术知识，使得”“理论与实际，科学与技术。数学科学与应用科学的结合”“达到了十分完美的程度，并带到了中国，影响了我国力学学科和两弹一星事业的发展。”郭永怀先生之所以能具备良好的数学物理基础知识，与他早期受到不同的名家指点，以及名校文化的熏陶不无关系。郭永怀先生17岁那年以优异的成绩考入青岛大学附中，成为四乡八疃第一个公费中学生，1929年夏，进入天津南开大学预科班学习，由于他的勤奋好学，活跃的思想表现和对数学的浓厚兴趣，被申又辰教授看中，于是便经常给他以重点指导。1931年7月，由于他对光学的兴趣，升入南开大学物理系。1933～1935年在北大物理系就读，毕业后当助教兼做研究工作。曾经和吴大猷等一起研究过拉曼效应，抗战爆发后，曾在威海中学任教一个时期。1938年3月，威海沦陷，他又辗转跋涉到昆明西南联大工作，同时跟随周培源先生学习流体力学，研究湍流理论，这一时期他先后得到过顾静薇、饶毓泰、周培源等教授的指导，博采众家之长，奠定了坚实的数学物理基础。南开大学秉承“允公允能、日新月异”的校训，弘扬“爱国、敬业、创新、乐群”的光荣传统，培养了以周恩来、陈省身、吴大猷、曹禺等为代表的一大批杰出人才，为民族振兴和国家富强做出了重要的贡献。北京大学作为新文化运动的中心和“五四”运动的策源地，作为中国最早传播马克思主义和民主科学思想的发祥地，作为中国共产党最早的活动基地，为民族的振兴和解放、国家的建设和发展、社会的文明和进步做出了不可代替的贡献，在中国走向现代化的进程中起到了重要的先锋作用。爱国、进步、民主、科学的传统精神和勤奋、严谨、求实、创新的学风在这里生生不息、代代相传。郭永怀先生先后在南开大学、北京大学及西南联合大学（南开大学与北京大学、清华大学合组长沙临时大学，后长沙临时大学迁往昆明，改称西南联合大学）学习、工作过，谙悉他们的校训，秉承了他们优良的传统，确立了自己科学救国的思想。

郭永怀先生在国外求学期间，曾师从加拿大多伦多大学数学系主任Synge教授和美国加州理工学院的von Karman教授，他们都是哥廷根应用力学学派的传人。哥廷根应用力学学派于20世纪初发源于德国的哥廷根大学，由知名的数学家菲利克斯·克莱因和力学家普朗特开创，并由普朗特的学生冯·卡门将其带到了美国。理论与实际,科学与技术，数学科学与应用科学密切结合是该学派最具代表性的的治学理念和学术风格，他们主张从复杂的扑朔迷离的问题中，寻找出最基本的物理过程，然后再运用简化了的数学方法加以分析，从而把理论与设计结合起来。郭永怀先生无论是在参与“两弹一星”的研制，还是授课育人无不以此为指导思想。良好的学术交流环境和民主作风也是哥廷根应用力学学派之所以很吸引人的秘诀，正是在这样的环境下，才有了日后的冯·卡门、邓哈托、普拉格、纳戴等国际知名的力学大师。良好民主作风体现之一就是举办讨论班，冯∙卡门受益于这样的讨论会，“在学术讨论会上，我不仅结识了许多物理学家和数学家，而且对各个科学分支―――从初露头角的原子理论到沙漠的砂粒运动都怀有浓厚的兴趣，日后我不独钻一门，能从事空间技术多方面的研究工作，正是靠在哥廷根打下的基础”，并把这个优良的传统带到了美国，发扬光大。他每周主持一次工作会议和一次学术活动，周周都开，神圣不可侵犯。在工作会议上，他希望每个人都报告自己的工作，不管是教授还是学生，讨论十分活跃，说错了也不要紧。“开始时，有些同学感到，怕提的问题暴露出自己知识贫乏。不久，他们便发现这种集体“会诊”对解决问题大有好处”。现在由于钱学森、钱伟长郭永怀先生将这一传统带回中国并发扬光大，举办讨论班的做法已经全国遍地开花，一片喜人的景象。当年郭永怀先生在中国科学院力学所的电磁流体力学研究室也组织了每周一次的研讨班，集中攻读留比莫夫的有关专著，并研讨相关的几个研究方向。讨论的气氛非常热烈，常常为一个有歧见的问题争吵得脸红脖子粗，结果总是郭先生的意见成为定论，大家常为郭永怀先生的许多真知灼见所折服。

郑哲敏院士和李家春院士在《科学和技术结合的典范――纪念郭永怀先生诞辰九十周年》一文中恰当的总结了郭永怀先生一生的工作，“他总是将当前有重大应用背景的科学问题作为自己的研究方向，尤其是同国家结合民族利益紧密相关的问题；他善于通过观察和思考，提出既能反映问题本质，又能具体进行定量分析的简化数学模型来进行研究；他能运用一切现有的有效数学手段，或研究和发展新的数学方法，得到满足工程需要的解答；分析所获得的结果，深入研究其中的规律，进一步指导未来的工程实践。这是他取得重大科学成就的关键。”无论是过去、现在还是将来，应用力学始终是我们坚持的方向，这也是我们怀念郭永怀先生的一种方式吧！

参考文献

[1] 郑哲敏. 郭永怀生平事迹介绍. 郑哲敏主编.郭永怀先生诞辰九十周年纪念文集.北京：气象出版社，1999，1－5.

[2] 钱伟长. 怀念同窗益友郭永怀教授. 郑哲敏主编.郭永怀先生诞辰九十周年纪念文集.北京：气象出版社，1999，7－9.

[3] 郭永怀. 我为什么回到祖国－－写给还留在美国的同学和朋友们. 光明日报, 1957-6-7.

[4] 李 佩. 访罗湖 忆当年. 郑哲敏主编.郭永怀先生诞辰九十周年纪念文集.北京：气象出版社，1999，6－6.

[5] 金志涛 王士波 许运江等. 为“两弹一星”殉职的郭永怀. 炎黄春秋,2001,3: 12-16.

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[7] 中国力学学会，中国科学院力学研究所编. 郭永怀文集. 北京: 科学出版社, 1982.

[8] 李毓昌. 高山安可抑，徒此挹清芬－－回忆郭永怀先生高尚的道德情操. 郑哲敏主编. 郭永怀纪念文集. 北京：科学出版社，1989，20－22.

[9] 谈庆明. 钱学森对近代力学的发展所做的贡献. 力学进展,2001,4(31): 500-508.

[10] 戴世强. 钱伟长学术思想浅论. 江南大学学报（人文社会科学版）,2003,2(2): 31-40.

[11] 郑哲敏 李家春. 科学和技术结合的典范――纪念郭永怀先生诞辰九十周年.郑哲敏主编.郭永怀先生诞辰九十周年纪念文集.北京：气象出版社，1999，23－26.

（原载于《古今力学思想与方法》，上海大学出版社，2005，77－85）