北大力學專業誕生記 | 陳耀松

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導讀：

北大力學專業初建于1952年院系調整。當時“五子登科”（周培源、錢敏、吳林襄、葉開沅和陳耀松），如今只剩陳耀松一人。他在這篇文章里談到北大力學專業的建設過程。

陳耀松｜撰文

SAIXIANSHENG

數和數學

人們平時總說“數、理、化（不分家）”，三者有緊密的聯系。數學是描述物理、化學（等自然科學）規律的語言與工具，物理、化學是數學在真實世界中近似刻畫自然規律的具體體現。

“數”建立在人類大腦理性思維之上，人們以大腦能接受的邏輯推理研究“數”，研究的目標也是擴展這類推理的內容。

數和數的邏輯推理是人類大腦能夠接受的概念和思維模式。但需要經過學習和訓練才能做到。

人類認識世界的最高形式，是數和數的邏輯推理。以數以及數之間的關系表示的物理定律，是人們認識的世界，但它不等于真實的世界。兩者之間有一點差別，猶如工程設計中的“公差”。

人們為了更精確地認識世界，就要探索修改以前的定律，以減少“公差”。至于能否達到“公差=0”的地步，這是哲學問題。愛因斯坦認為“上帝不擲骰子”。他一直在紙上推演數學公式，就在于他堅信，公差為零的物理定律是存在的。牛頓定律留下的公差，由愛因斯坦來“解決”，但未完全解決。也就是說，相對論也有公差。這在天體物理中遇到的最多。

人們在用 “定律”進行建設（改變世界）時，必須承認公差。我大學讀的土木系，在用材料力學公式作結構設計時，老師 曾叮囑 : “材料力學算得 的 結構尺寸 ， 乘個五（安全系數）再拿去用 ” 。 這就 是 說 ， 承認公差存在，而且 公差 可能還 不小 。

SAIXIANSHENG

應用數學和應用力學

錢學森認為“應用力學就是用數學幫助解決工程中的問題”。

林家翹則說“應用數學就是用數學推理和物理驗證這一過程來認識世界”。

這兩位是我國力學界公認的最高權威。他們曾在同一座學校——加州理工學院，受業于同一位導師——馮·卡門。但他們的大學專業不同，接受相同的應用數學思想而發展出的重點不同。

錢學森發展應用力學，重點是用數學解決工程問題。所以，數學發展到能解決問題的程度就可以了（我曾親耳聽他說：研究二級近似是傻瓜）。舊的問題解決了，他注重去找新問題，比如物理力學、系統科學等等。

而林家翹的應用數學，是沿著他上大學時的理論物理——探索物質存在和運動機理的方向，而突出數學的地位。他強調找到研究對象的數學模式。這個模式必須能與觀察客觀世界所得的數據相一致，不能認為“研究完成”就可以結題了。林家翹提出的應用數學，突出以數學方法澄清未知世界。他說“我們不搞應用”的原因，是認為目前講究的聯系實際的應用，都是在認識世界以后的事。他提出的應用數學，只是為認識世界。

他們兩位倡導的應用力學和應用數學，都不強調經典力學（有人說，力學就不該脫離牛頓三定律）。前者強調解決問題，不一定要是力的問題，但它必須是 “問題”，也就是說尚無前人解決；后者強調找出物質運動的數學規律，譬如，當前林研究的物質是生物，不是流體。反正都是用數學解決前人尚未解決的問題，比如，塔科馬大橋為何被風吹垮？湍流何時發生？這條學術研究的道路可由他們在加州理工學院的導師馮 · 卡門 追溯到德國的哥廷根學派。對此，戴世強教授以及他的學生已有多篇著作介紹，凡力學同行都值得一看。由此發展形成 的 技術科學，介于工 程技術和理科數理之間。由此建設的美國的應用數學學會，不同于國內的 “應用數學”—— 只在科技中已經用過的數學中打圈，不求與物理對象的數據驗證。

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北大的力學專業

北大力學專業初建于1952年院系調整。當時“五子登科”（周培源、錢敏、吳林襄、葉開沅和陳耀松），如今只剩我一人。我可以談一點建設過程。不是我個人的想象和發揮，而是歷史。

1949年建國時，經濟、文化建設的地位突出，而領導又缺乏經驗，就提出“一面倒”，全盤學蘇聯。1955年搞“十二年科學發展規劃”，工作黨組負責人范長江曾到清華介紹工作情況，說：“請來各方專家共議各專業的先后次序，幾乎每位專家都強調他這一行重要，應該優先！”“科學專業我不懂（范長江是新聞記者），只是聽。反正我們最后聽蘇聯專家的。”當時國內力學專家都分在工學院，錢偉長就提出，力學專業應該建在工學院。而教委蘇聯專家把錢偉長請去面談，解釋“為何要建在綜合大學”。其實一切已由蘇聯專家決定，“面談”無非是給錢偉長面子。

北京大學院系調整（也就是改造）的模板就是莫斯科大學。在數學力學系名下建一個力學專業。高教部事先已將莫斯科大學力學專業的教學計劃等資料收集翻譯成中文，給我們送來。

專業從無到有，教師從何而來？在周培源受命建設北大力學專業時，院系調整前各校的力學教師都已被新建各專業學院分“搶”一空。當時只得將物理系和數學系講授《理論力學》的年輕教師吳林襄和錢敏調來力學教研組。另兩位是在錢偉長的支持下，將即將畢業的研究生葉開沅和陳耀松轉入北大。這就是連周老在內總共五位的力學教研組，人稱“五子登科”。

這個力學教研組的任務非常重，除了本專業所有力學課，還要承擔全校非力學專業的所有力學類課程的教學，如各理科專業所有《理論力學》（四個班），氣象專業的《流體力學》等等。除當前的教學任務外，還有一個更重的專業建設任務——明天“五花八門”的力學專業課，誰來開？力學專業必須有實驗，實驗室在哪里？需要自建，誰來建？對這專業建設關心的人，就只有周老和我這不識“世故”的愣頭。

要關心，要“負責”建設中國的第一個力學專業，這是領導給周老的任務。周老受黨國領導的信任，一直被認為是知識分子中的“左派”，可靠。但給他分派的任務太多，凡是國家一級的國內外統戰，都要他出面去應付，去“坐鎮”。在校內，周老努力做了很多：參加教研室會議，聽年輕教員講課，還親自講授基礎理論力學。但他最傾注心力、始終堅持的，只有兩項：流體力學——湍流的科學研究，和大型實驗室設備——風洞的建設。

當時，我的頭銜是教研室秘書，但所有專業建設的事都要做。多數時候是打著周老的招牌去聯系，去求人，請人幫忙。而我內心唯一的底線就是，照著莫斯科大學來。他們有風洞，我們窮，做得小一點，也該有。而就在北大力學專業是否該建空氣動力學風洞的問題上，我與周老分歧甚大。

周老認為，做實驗只需10cmX10cm的湍流風洞，而我認為需要仿照莫大能做飛機模型空氣動力學試驗的風洞。這樣的風洞在莫大是3mX4m（橢圓），哈軍工是直徑1.5m（僅能做飛機半模試驗），北大應該比哈軍工大一點，能做全機模型試驗。這一爭論等到1954年12月蘇聯顧問別洛娃到任時才解決。當時，邀請北航、哈軍工等單位的空氣動力學專家來北大臨湖軒開會，最后發言的是別洛娃，她認為力學專業需要建這樣的空氣動力學風洞（她來自列寧格勒大學，她們的力學專業也有這樣的風洞）。當時要求一切按蘇聯專家的意見辦，周老也就不再反對建風洞。

根據以上介紹的背景，我曾請教過鄭哲敏等幾位力學專家：“蘇聯大學的科研組織模式來自何方，是否仿照法國？”鄭哲敏回答說：“蘇聯大學的科教模式來自德國。”國內力學專家，包括周老在內，談及近代力學時，都會從哥廷根的菲利克斯·克萊因（Felix Klein）說起：他在1893年參加芝加哥世界哥倫布博覽會，深感數理研究亟需對接工程實際，回國后大力推動數學對接工程工業領域，由此開創哥廷根應用力學學派，并產生深遠影響。回想我自己根據領導指示+莫斯科大學力學專業的教學計劃+個人實踐（見《力學、力學家與信息時代》[1]）得出的經驗，我認為北大的力學專業學科方向就是錢學森提出的技術科學。

顏大椿教授在《北大力學的理工之爭》博文中提到的“基礎理論研究的理科力學”，那應歸屬物理系。以前物理專業的理論部分公認為四大力學——理論力學、電動力學、熱力學與統計力學、量子力學。難道物理系容不得周老的湍流研究？領導安排周老來領導力學專業，實是要借他的光，把“中國的莫大力學專業”建起來，而不是要求按周老從事的理論物理研究模式另建一個新專業。

錢學森認為技術科學是基礎科學與工程科學之間的一門科學。北大力學專業按照教改時教委的設計和以后的實踐，正該是錢學森說的技術科學。

周培源自己的科研道路是基礎科學。國際公認他是“湍流模式理論”的奠基人，而他自己卻不認同，曾私下跟我說：“我根據連續方程推演（關聯方程）的做法是極其自然的。怎么說我這是‘模式理論’。”他這么說，是因為“模式理論”是經驗理論，只能歸入技術科學，但周老不做技術研究。林家翹說“周培源是國內應用數學的鼻祖”，他還對我說“我們應用數學不搞應用”。

請周培源來領導力學專業，猶如干部“支左、支藏”，并無專業要求。周老的專業是基礎科學，一直是物理理論界第一號元老。他到力學專業來當教研室主任真是難為他了。當力學專業“支左”工作一結束，他就要求將組織關系轉回物理系。由此可見，他不認為自己是力學專業的人。

參考文獻：

[1]《力學、力學家與信息時代》曾發表于《科技導報》1997年第一期，。此外也以“突破力學的危機”為題發表于1996年7月8日的《光明日報》。文章轉載可查看如下網址：

文章轉載自“賽先生”公眾號