關(guān)于“力學(xué)——迎接21世紀(jì)新的挑戰(zhàn)”一文的討論

1、關(guān)于 “ 力學(xué) 迎接 21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn) ” 一文的討論編者按本刊 1995 年第 2 期刊登的中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)“ 力學(xué) 迎接 21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn)” 一文，在力學(xué)界與科技知識(shí)界中產(chǎn)生了熱烈的反響，讀者紛紛來(lái)信來(lái)稿參加討論，特別是我們力學(xué)學(xué)會(huì)的兩位老理事長(zhǎng)錢學(xué)森先生和錢令希先生也來(lái)稿參加討論。本期我們先刊登兩位先生以及中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所談慶明研究員的3 篇來(lái)稿作為這次討論的開(kāi)端。親愛(ài)的讀者，力學(xué)是值得自豪、值得謳歌的事業(yè)，力學(xué)是有無(wú)限光明前景的事業(yè)。我們處在世紀(jì)之交， 從整個(gè)科學(xué)技術(shù)和力學(xué)面臨的挑戰(zhàn)來(lái)說(shuō)，又是呼喚新一代英才和巨人的時(shí)代。本刊熱切地希望您能積極投入這場(chǎng)討論，今后我們將陸續(xù)在力學(xué)界欄目

2、編發(fā)這方面的來(lái)稿。力學(xué)與實(shí)踐編委會(huì)力學(xué)與實(shí)踐編委會(huì)：我對(duì)貴刊第17 卷第 2 期的中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)：“ 力學(xué) 迎接 21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn) ” ，有點(diǎn)想法?，F(xiàn)寫在另紙附呈，請(qǐng)閱。 此致敬禮 ! 錢學(xué)森 1995-04-25 我對(duì)今日力學(xué)的認(rèn)識(shí)錢學(xué)森從過(guò)去 100 年來(lái)力學(xué)發(fā)展的情況看，力學(xué)是一門處理宏觀問(wèn)題的學(xué)問(wèn)。它包括相對(duì)論，但它不包括量子理論。它是用理論， 通過(guò)具體數(shù)字計(jì)算解答一個(gè)個(gè)實(shí)際問(wèn)題。這些問(wèn)題在過(guò)去都來(lái)自工程技術(shù)，但今后也會(huì)來(lái)自自然科學(xué)的研究，如對(duì)星系的運(yùn)動(dòng)發(fā)展。 力學(xué)是要對(duì)實(shí)際問(wèn)題做出數(shù)字解答，當(dāng)然要用電子計(jì)算機(jī)。這就是兩方面的問(wèn)題：一是對(duì)計(jì)算機(jī)的要求，看來(lái)是不會(huì)有上限的今天已有每秒數(shù)十

3、億次flop 的計(jì)算機(jī)， 力學(xué)也歡迎將來(lái)每秒萬(wàn)億次flop 的巨型計(jì)算機(jī)。二是計(jì)算方法的問(wèn)題；這也需要不斷研究改進(jìn)。 力學(xué)工作也會(huì)遇到一時(shí)對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題的理論方法尚不能認(rèn)為有十分把握，怎么辦？這時(shí)就要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論的關(guān)鍵部分。如現(xiàn)在要設(shè)計(jì)超聲速燃燒的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(scramjet)，就要作爆燃風(fēng)洞的試驗(yàn)，它的實(shí)驗(yàn)時(shí)間還不到(1/10)s，但已足夠驗(yàn)證理論的正確性了。有了對(duì)理論的把握就可以心中有數(shù)地去解決實(shí)際課題了。 總起來(lái)一句話： 今日力學(xué)是一門用計(jì)算機(jī)計(jì)算去回答一切宏觀的實(shí)際科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，計(jì)算方法非常重要；另一個(gè)輔助手段是巧妙設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。談?dòng)?jì)算力學(xué)錢令希（大連理工大學(xué)工程力學(xué)研

4、究所，大連 116024 ）讀力學(xué)與實(shí)踐17 卷 2 期所載 “ 力學(xué) 迎接 21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn) ” 這一重要文章，很感振奮，因而有所啟發(fā)?，F(xiàn)在就計(jì)算力學(xué)這一問(wèn)題，談?wù)務(wù)J識(shí)，作為討論。力學(xué)的發(fā)展與數(shù)學(xué)物理方程的發(fā)展是并行的不可分割的過(guò)程。從力學(xué)的角度看， 建立起基本方程就將問(wèn)題對(duì)數(shù)學(xué)的要求表達(dá)清楚了，以下就是如何去求解。常常是基本方程建立起來(lái)了， 然而其求解卻非常困難，長(zhǎng)期得不到有效的途徑。彈性力學(xué)與流體力學(xué)的基本方程在上世紀(jì)早已建立，然而對(duì)于它們的求解方法至今尚需研究發(fā)展?；痉匠探⑵饋?lái)了，找不出其數(shù)值解答， 問(wèn)題還是不能解決。因此求解是通向應(yīng)用的必經(jīng)之路，也是當(dāng)前艱巨的任務(wù)。在計(jì)算機(jī)問(wèn)世

5、之前，求解只能通過(guò)解析法。數(shù)學(xué)家與力學(xué)家通力合作，對(duì)工程力學(xué)的數(shù)理方程進(jìn)行求解， 既發(fā)展了工程力學(xué)也豐富了數(shù)理方法。然而可以用解析法求解的問(wèn)題畢竟有限，因此工程師與力學(xué)家努力簡(jiǎn)化分析計(jì)算的模型，并提出了包括各種變分原理及其它近似方法在內(nèi)的多樣手段。其中許多仍指引著當(dāng)前的計(jì)算方法與模型。 應(yīng)當(dāng)看到， 當(dāng)年能精確求解的課題主要是線性體系。數(shù)理方法主要講的，也是線性體系的理論與求解。 即使在流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等非線性較強(qiáng)的領(lǐng)域，也是在很大程度上借助線性化或局部線性化而求解的。然而完全不考慮非線性因素是不行的，數(shù)學(xué)家、 力學(xué)家為了分析這些非線性因素發(fā)展出一整套以小參數(shù)法為其基礎(chǔ)的攝動(dòng)法、漸近法、 逐

6、次迭代的牛頓法等。直至今天這些方法仍是基本的分析工具。除了解析的途徑，數(shù)值方法也已研究。象rayleigh-ritz 與伽遼金的降維法、坎托洛維奇半解析法、彎矩分配法與松弛迭代法、雙曲型方程的特征線法、差分法、積分方程法等等。都為解答問(wèn)題起了作用。它們并為計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后的大發(fā)展打下了良好的理論基礎(chǔ)。 進(jìn)入 50 年代，計(jì)算機(jī)問(wèn)世，有限元法首先在力學(xué)中出現(xiàn)，迅速改變了局面。它以強(qiáng)大的計(jì)算能力為后盾，過(guò)去以線性方程為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)力學(xué)、固體力學(xué)等很快就發(fā)展出通用靈活的有限元數(shù)值計(jì)算方法，并系統(tǒng)化為大規(guī)模有限元程序系統(tǒng)，解算了數(shù)以萬(wàn)計(jì)未知數(shù)的線性代數(shù)方程，成為工程師手中強(qiáng)大的分析工具。在此基礎(chǔ)上，也只有在

7、此基礎(chǔ)上，cad 、cae等技術(shù)才得以蓬勃發(fā)展，使計(jì)算機(jī)不僅成為數(shù)值分析的工具，而且也成為設(shè)計(jì)的工具。要求力學(xué)既能分析，又能設(shè)計(jì)，這反映了人類認(rèn)識(shí)世界與改造世界的強(qiáng)烈愿望。進(jìn)入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，就要研究系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、控制、參數(shù)識(shí)別，還要發(fā)展人工智能和專家系統(tǒng)等等。 這類工作沒(méi)有計(jì)算機(jī)的支持是不可想像的。一旦進(jìn)入了這些新領(lǐng)域，就成為非線性的課題了。 這類非線性課題的特點(diǎn)是，如果參數(shù)是確定的，則方程的解算本來(lái)是線性的；問(wèn)題的非線性性質(zhì)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)進(jìn)程中設(shè)計(jì)變量、控制參數(shù)有所變化的情況。所以問(wèn)題的求解也必然會(huì)劃分成二個(gè)層次，即系統(tǒng)參數(shù)給定時(shí)的數(shù)值分析（線性）；以及系統(tǒng)參數(shù)修改時(shí)的設(shè)計(jì)分析計(jì)算（非線性）。設(shè)

8、計(jì)中的非線性問(wèn)題這一類由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)變量或參數(shù)修改引起的非線性問(wèn)題是工程力學(xué)發(fā)展中很重要的一個(gè)方面。應(yīng)當(dāng)大力加強(qiáng)和支持這方面的研究。應(yīng)當(dāng)看到問(wèn)題的識(shí)別參數(shù)或設(shè)計(jì)變量往往數(shù)目比較多，因此直接列出非線性方程再予以求解是不現(xiàn)實(shí)的。不僅如此，困難還在于系統(tǒng)對(duì)于參數(shù)的依賴關(guān)系是隱式的，而不是顯式的。 因此， 計(jì)算力學(xué)對(duì)付這方面的任務(wù)是很艱巨的。但它為工程設(shè)計(jì)服務(wù)的效益也是巨大的。目前對(duì)于這類非線性問(wèn)題，數(shù)學(xué)提供的小參數(shù)法展開(kāi)的近似法、牛頓法、修正牛頓法、規(guī)劃論方法等多種方法，給這一類非線性力學(xué)問(wèn)題的求解提供了有力手段。應(yīng)當(dāng)看到， 對(duì)付非線性問(wèn)題，高效的和適應(yīng)性強(qiáng)的線性分析能力常常是必要的。在系統(tǒng)的參數(shù)，或

9、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變量作修改時(shí)，要作“ 靈敏度分析 ” 以弄清楚系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，這是很重要的。 當(dāng)修改幅度比較小時(shí)，可以化為線性系統(tǒng)的差分問(wèn)題，即所謂半解析靈敏度算法。當(dāng)今世界上一些著名的有限元分析系統(tǒng)紛紛開(kāi)發(fā)并增加結(jié)構(gòu)優(yōu)化的功能。半解析靈敏度算法得到流行，這正是以現(xiàn)有的線性分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析反過(guò)來(lái)對(duì)于力學(xué)基本理論也作出了重要推動(dòng)。在板優(yōu)化研究深入之際，已發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的連續(xù)體并不是最優(yōu)的，理論的優(yōu)化解應(yīng)當(dāng)是由無(wú)限密集的肋組成的板結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)論影響深遠(yuǎn)， 由此啟發(fā)出微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)這一新的領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化是更高層次的非線性問(wèn)題。通常的非線性方程能通過(guò)解析公式將非線性項(xiàng)表達(dá)清楚；然而在結(jié)構(gòu)的參

10、數(shù)優(yōu)化、形狀優(yōu)化中其設(shè)計(jì)未知量雖是連續(xù)變化的，但方程卻不能顯式表達(dá)；在拓?fù)鋬?yōu)化中參數(shù)變化則是離散的，而且改變著區(qū)域的拓?fù)湫再|(zhì)，所以其非線性性質(zhì)更高出一個(gè)層次；至于設(shè)計(jì)方案、 總體布局等則連問(wèn)題都無(wú)法找到恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來(lái)表達(dá)，這一類非線性只能用人工智能、專家系統(tǒng)的手段了。 以上所述是設(shè)計(jì)帶來(lái)的非線性問(wèn)題，對(duì)于工程應(yīng)用非常重要，帶有鮮明的計(jì)算機(jī)時(shí)代的特征。解決好這類問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，許多課題可以在經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中力爭(zhēng)上游， 直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。這是工程力學(xué)非線性分析中應(yīng)予優(yōu)先考慮的部分，不妨稱之為設(shè)計(jì)中的非線性問(wèn)題。 分析中的非線性問(wèn)題在工程力學(xué)中還有一類非線性問(wèn)題，即傳統(tǒng)的非線性問(wèn)題。

11、在計(jì)算力學(xué)手段對(duì)線性問(wèn)題取得巨大成就之際，這類非線性問(wèn)題自然就更加突出了。嚴(yán)格地說(shuō)， 真實(shí)問(wèn)題都是非線性的。用線性方程組來(lái)表達(dá)，是人們提煉了問(wèn)題的主要因素而形成的。例如彈性力學(xué)就是忽略掉大變形因素而再將物性用廣義虎克定律表示而形成的。如將材料的塑性引入則就成為彈塑性非線性；如再將大變位大變形加入則成為幾何非線性的問(wèn)題了。這類大變形固體力學(xué)是當(dāng)今有限元法的一個(gè)重要發(fā)展方向。在加工制造業(yè)中成型的工藝過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬就會(huì)面臨這類問(wèn)題。它是需要下大力氣改造、發(fā)展現(xiàn)有的程序系統(tǒng)予以推進(jìn)的項(xiàng)目，在力學(xué)中是涉及材料黏塑性、流變、熱傳導(dǎo)等的大應(yīng)變大變位課題，在各種必要的基本參數(shù)定量之后，回答問(wèn)題就得靠計(jì)算了。

12、這類課題的應(yīng)用將對(duì)我國(guó)加工成型工業(yè)產(chǎn)生很大的推動(dòng)作用。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，我國(guó)在這方面落后很多，隊(duì)伍不穩(wěn)定，也缺少支持。這方面的落后會(huì)直接影響到制造業(yè)多方面的水平，不容忽視。計(jì)算力學(xué)的任務(wù)，就是要結(jié)合計(jì)算機(jī)功能的日新月異，針對(duì)時(shí)代對(duì)力學(xué)的要求，研究先進(jìn)的算法并提供軟件，以解答力學(xué)過(guò)去難以處理，甚至無(wú)法處理的問(wèn)題，還要為力學(xué)開(kāi)拓新的領(lǐng)域提供理論與方法上的條件。當(dāng)初有限元算法就是個(gè)典型的例子。直至現(xiàn)在， 沿著這個(gè)算法所開(kāi)辟的方向還在不斷發(fā)展。在靜力學(xué)分析取得巨大成果的形勢(shì)下，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題自然被推到了前臺(tái)。時(shí)程積分是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基本問(wèn)題。結(jié)構(gòu)在沖擊荷載、突加荷載、控制力、熱沖擊等作用下都要作時(shí)程積分的計(jì)算。當(dāng)

13、前熟知的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)時(shí)程積分算法是newmark 法、 wilson- 法、中央差分法等，都是差分類的算法，比較容易帶入誤差，還不盡人意。為此，最近推出了一種逐步時(shí)程積分的精細(xì)算法13。這個(gè)時(shí)程精細(xì)積分的核心是對(duì)于矩陣指數(shù)函數(shù)，exp(h t)的計(jì)算，其中 h為給定矩陣。這個(gè)函數(shù)應(yīng)用廣泛，過(guò)去并沒(méi)有滿意的算法。精細(xì)積分法放棄了通常的差分格式，可以將逐步積分的計(jì)算精度大幅度提高，而在計(jì)算機(jī)上可以很方便地實(shí)現(xiàn)。對(duì)于線性定常系統(tǒng)解答達(dá)到了在計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎是精確的數(shù)值解。這個(gè)算法看來(lái)潛力很大，已經(jīng)用于結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程、控制論 riccati 方程的求解。 也已用于非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)的快速分析。對(duì)有限元半解

14、析法、斷裂奇點(diǎn)元、波的傳播計(jì)算等也將起作用，還應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)入非線性領(lǐng)域中去。動(dòng)力系統(tǒng)的高精度計(jì)算無(wú)疑是一個(gè)引人注目的課題。本世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的混沌現(xiàn)象揭示了非線性方程的混沌， 一個(gè)初值的微小變化都可能使隨后系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)完全不同的圖像，因此混沌的系統(tǒng)就是對(duì)初值敏感的系統(tǒng)?；煦鐔?wèn)題的性質(zhì)要求盡量減少積分過(guò)程中的誤差積累，對(duì)算法有高度要求。所舉時(shí)程精細(xì)積分算法只是計(jì)算力學(xué)發(fā)展中出現(xiàn)的一個(gè)例子。還有許多很出色的算法，象快速富里葉變換（fft） 、哈密頓系統(tǒng)的辛數(shù)學(xué)算法、各種形式的數(shù)值與分析結(jié)合的算法、優(yōu)化的諸多算法等等，對(duì)力學(xué)的發(fā)展都起了不可忽視的作用。力學(xué)要應(yīng)付時(shí)代對(duì)它的挑戰(zhàn)，就必須發(fā)展自己的理論、實(shí)驗(yàn)、

15、計(jì)算三大支柱。三者互相扶持， 缺一不可。 今后計(jì)算機(jī)硬件的功能肯定將有更大的發(fā)展，力學(xué)必須充分利用這種時(shí)代給予的機(jī)遇， 應(yīng)該加強(qiáng)計(jì)算力學(xué)的算法研究和軟件開(kāi)發(fā)，以回答理論探索和實(shí)際建設(shè)中的問(wèn)題。當(dāng)然， 計(jì)算力學(xué)也并不僅僅是按力學(xué)中現(xiàn)成的理論作一些計(jì)算而已。計(jì)算力學(xué)有很大的能動(dòng)作用， 它拓展了設(shè)計(jì)分析的領(lǐng)域，成為力學(xué)通向工程應(yīng)用的橋梁；它極大地增強(qiáng)了力學(xué)的手段， 發(fā)現(xiàn)了許多未知的現(xiàn)象；對(duì)力學(xué)的理論體系發(fā)生了深刻的影響。所有這些清楚地表明，計(jì)算力學(xué)已成為工程力學(xué)中最活躍的成員之一。計(jì)算力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)仍處在年青階段，在下世紀(jì)定會(huì)取得更大的成就。1 鐘萬(wàn)勰 . 計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)與最優(yōu)控制. 大連理工大學(xué)出版社

16、，1993，p269-277 2 鐘萬(wàn)勰 . 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1994， 34(2) 3 鐘萬(wàn)勰 . 計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)及其應(yīng)用. 1994, 11(2), 12(3) 也談力學(xué) 基礎(chǔ)和前沿談慶明（中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所，北京 100080 ）最近一個(gè)時(shí)期常聽(tīng)見(jiàn)對(duì)力學(xué)的兩種評(píng)價(jià)：一種是力學(xué)過(guò)時(shí)了，沒(méi)什么好研究了；另一種是力學(xué)不解決問(wèn)題，時(shí)髦的說(shuō)法是不能轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。不論哪一種都是力學(xué)無(wú)用論，因此，力學(xué)要被排除在基礎(chǔ)學(xué)科之外，研究所和大學(xué)的系要改名字，考大學(xué)不念力學(xué)，力學(xué)真的不時(shí)興了， 真的無(wú)用了？實(shí)際不是如此，這里簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)力學(xué)既是科學(xué)的基礎(chǔ)和前沿，也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)和前沿。有人認(rèn)為力學(xué)不是基礎(chǔ)學(xué)科，

17、而物理是最基礎(chǔ)的學(xué)科。那末請(qǐng)問(wèn)物理學(xué)的定義是什么，它包含什么內(nèi)容？我看不容易答好。顧名思義，物理學(xué)是研究和反映物質(zhì)（或物體）本性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。如果進(jìn)一步問(wèn)，物質(zhì)、本性和運(yùn)動(dòng)又是指什么？那就太廣泛了，物質(zhì)可以小到基本粒子，大到宇宙，而運(yùn)動(dòng)形態(tài)則從宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)、光、電、磁、量子效應(yīng)等等，可謂包羅萬(wàn)象。 在這些形態(tài)中， 機(jī)械運(yùn)動(dòng)是人類最能直接觀察和感知的，力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，可見(jiàn)力學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，而且是最大最具基礎(chǔ)性的分支。試想如果大學(xué)的物理課不先講力學(xué)那末先講什么呢? 記得談鎬生先生在1978 年時(shí)就說(shuō)過(guò)，為什么物理學(xué)家命名量子力學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、相對(duì)論力學(xué)等等，都稱力

18、學(xué)；而力學(xué)家卻退退縮縮，不敢理直氣壯提力學(xué)。前幾天美國(guó)生物力學(xué)之父的知名科學(xué)家馮元楨先生在中科院力學(xué)所做題為 “ 力學(xué)園地的源泉” 的講演，說(shuō)20 世紀(jì)上半葉出現(xiàn)了牛頓力學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論力學(xué)、 統(tǒng)計(jì)力學(xué)等， 都以力學(xué)命名， 那末下半葉有哪幾樣科學(xué)也是由力學(xué)唱主角呢？馮先生沒(méi)有直接回答， 只是說(shuō) 100 年以后力和運(yùn)動(dòng)還在，只要力學(xué)家自己安定下來(lái)，便有做力學(xué)的靈感。為說(shuō)得更確切，他便講自己做生物力學(xué)的一段歷史，也介紹了在分子、細(xì)胞、組織和個(gè)體各層次中存在的問(wèn)題?？梢?jiàn)生物也要以力學(xué)作其基礎(chǔ)，而力學(xué)家在各層次中都大有用武之地。長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，中國(guó)科學(xué)院內(nèi)存在一種偏見(jiàn)，談起基礎(chǔ)學(xué)科總是談數(shù)理化天地生，

19、唯獨(dú)沒(méi)有力學(xué)， 這里先不說(shuō)天地生屬基礎(chǔ)還是應(yīng)用科學(xué)，前面已談到生物和力學(xué)的關(guān)系，再說(shuō)幾句力學(xué)和其他幾門科學(xué)之間的關(guān)系。想想天文學(xué)， 人類最早研究行星和恒星的運(yùn)動(dòng)，提出物體運(yùn)動(dòng)的第一個(gè)模型：質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動(dòng)，牛頓從行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律出發(fā)建立了牛頓力學(xué)，從那時(shí)起力學(xué)模型不斷發(fā)展，從質(zhì)點(diǎn)、 剛體、 變形體、 流體、直到等離子體等，說(shuō)明探討星體、星系和宇宙的起源和演化離不開(kāi)力學(xué)。談到數(shù)學(xué)， 在歷史上數(shù)學(xué)和力學(xué)簡(jiǎn)直是孿生兄弟不可分離，牛頓研究力學(xué)，同時(shí)發(fā)明了微積分。數(shù)學(xué)家吳新謀先生曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，百分之九十幾的微分方程可以在力學(xué)中找到。求解非線性方程的有力工具，如攝動(dòng)法就要提到力學(xué)家郭永懷、錢偉長(zhǎng)的名字。 又如反

20、演散射法則從研究水波中來(lái)。至于地學(xué)， 有地球動(dòng)力學(xué)、 大陸動(dòng)力學(xué)、海洋動(dòng)力學(xué)， 它們與力學(xué)沒(méi)有什么兩樣。再談化學(xué)， 化學(xué)現(xiàn)象不只是單個(gè)分子內(nèi)部或分子與分子之間的作用和變化，實(shí)際反應(yīng)總伴隨大量分子的物質(zhì)擴(kuò)散和混合運(yùn)動(dòng)，均與力學(xué)不可分。所以說(shuō)，數(shù)理化天地生缺不了力學(xué)，而力學(xué)又是它們的基礎(chǔ)部分。最近二、三十年來(lái)，從力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)了混沌，并已經(jīng)成為數(shù)學(xué)、光學(xué)、 化學(xué)等等非線性科學(xué)的一個(gè)非?；钴S的研究前沿。至于流體中的湍流和固體中的破壞更是大家關(guān)心的基礎(chǔ)和前沿難題。關(guān)于力學(xué)和工程技術(shù)的關(guān)系，工程師最有發(fā)言權(quán)，他們公認(rèn)力學(xué)是工程技術(shù)的基礎(chǔ)，而前面提到的湍流和強(qiáng)度則是迫切需要研究解決的前沿。工學(xué)院的學(xué)生都要

21、學(xué)力學(xué)，美國(guó)第一流的工學(xué)院中的機(jī)械系、航空系、土木系、動(dòng)力系、化工系、環(huán)境系等等，如果愿意改名為力學(xué)系也未嘗不可，在這些系里出現(xiàn)優(yōu)秀的力學(xué)教授是不足為奇的，想想我們所處的噴氣推進(jìn)時(shí)代的來(lái)由，這和自稱是工程師的力學(xué)大師von karman 分不開(kāi)。鄭哲敏先生在1992 年的力學(xué)學(xué)會(huì)理事會(huì)上做過(guò)一個(gè)重要報(bào)告，他舉von karman 和錢學(xué)森先生在三、四十年代所做的力學(xué)杰作為例說(shuō)明優(yōu)秀的力學(xué)工作要超前工業(yè)技術(shù)二、三十年，由于他們的工作，才有今天的航空、航天時(shí)代。這正是力學(xué)研究最終必然會(huì)創(chuàng)造巨大生產(chǎn)力的典范。如果設(shè)想當(dāng)年要karman 和錢到市場(chǎng)上去轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，那末噴氣飛機(jī)和導(dǎo)彈又怎么來(lái)呢? 現(xiàn)在

22、政治家中的有識(shí)之士已經(jīng)認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和技術(shù)之間存在密切關(guān)系，而把某項(xiàng)具體活動(dòng)絕對(duì)劃入任何一個(gè)領(lǐng)域常使人誤入歧途。最近，我國(guó)政府已決定到本世紀(jì)末將科研投資增大到國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1.5%。除了投資以外，還應(yīng)注意下面兩個(gè)急需扭轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)傾向。 一個(gè)是科研隊(duì)伍的中空現(xiàn)象，很多科研骨干已向技術(shù)開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)移，重要的課題組解散或不配套； 另一個(gè)是后繼乏人，現(xiàn)在的高材生不愿學(xué)力學(xué)，他們奔外語(yǔ)、 生物、 經(jīng)濟(jì)去了，不少工學(xué)院教常微方程只是一帶而過(guò)，使彈性力學(xué)的教授無(wú)法講授，相當(dāng)多的研究生熱衷于學(xué)外語(yǔ)和計(jì)算機(jī)課，認(rèn)為學(xué)數(shù)學(xué)和力學(xué)吃力不討好。數(shù)學(xué)和力學(xué)的基礎(chǔ)沒(méi)學(xué)好，哪來(lái)高水平的科技隊(duì)伍。希望領(lǐng)導(dǎo)重視，動(dòng)員全社會(huì)

23、的力量早日扭轉(zhuǎn)上述傾向。關(guān)于工程專業(yè)的力學(xué)教育陳立群（鞍山鋼鐵學(xué)院，鞍山 114002 ）中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)在文獻(xiàn)1 中談到力學(xué)與工程結(jié)合時(shí)明確指出“ 當(dāng)務(wù)之急是應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)工程專業(yè)的力學(xué)教育” 。這無(wú)疑是很必要的，因?yàn)榱W(xué)對(duì)工程技術(shù)的作用很大程度上也表現(xiàn)在大多數(shù)工程專業(yè)學(xué)生同程度受過(guò)力學(xué)教育，也因?yàn)槌龑Ｔ诼氀芯咳藛T、工程師和力學(xué)專業(yè)教師外相當(dāng)多的力學(xué)工作者主要從事工程專業(yè)的力學(xué)教育工作。這里擬談些個(gè)人的看法。無(wú)須諱言， 現(xiàn)在工程專業(yè)的力學(xué)教育處于某種危機(jī)之中。在當(dāng)今急功近利的社會(huì)風(fēng)氣之下，基礎(chǔ)課教學(xué)都受影響，而且在基礎(chǔ)課中，外語(yǔ)和計(jì)算機(jī)的重要性已受到社會(huì)公認(rèn)并建立相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)考試和證書(shū)制度調(diào)動(dòng)了學(xué)生

24、的積極性。數(shù)學(xué)和物理專業(yè)差別不大便于統(tǒng)一要求和管理相對(duì)也受較小影響。唯有力學(xué)， 在各專業(yè)制訂教學(xué)計(jì)劃中學(xué)時(shí)一再減少，已無(wú)法達(dá)到基本要求。 這種形勢(shì)更要求力學(xué)教師不是單純地以更高的熱情和獻(xiàn)身精神設(shè)入更多的時(shí)間和精力，更要重新思考工程專業(yè)的力學(xué)教育思想以爭(zhēng)取某種轉(zhuǎn)機(jī)。工程專業(yè)的力學(xué)教育目標(biāo)有三個(gè)方面：其一，為后繼課作準(zhǔn)備；其二，培養(yǎng)學(xué)生能力；其三，直接應(yīng)用于工程實(shí)際。在以往的教學(xué)中，對(duì)第一方面始終是充分重視，后來(lái)對(duì)第二方面也逐漸重視， 但對(duì)第三方面至今重視不足，以至于學(xué)生提到工程力學(xué)的直接應(yīng)用便想到機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析和構(gòu)件強(qiáng)度校核，這對(duì)于只學(xué)過(guò)理力和材力的學(xué)生尚可，但若是已選修過(guò)機(jī)械振動(dòng)、彈塑性理論、斷

25、裂力學(xué)等課的學(xué)生，則暴露了力學(xué)教育中存在的問(wèn)題。工程專業(yè)的力學(xué)教育應(yīng)在一定程度上體現(xiàn)力學(xué)在工程問(wèn)題中的應(yīng)用。力學(xué)直接應(yīng)用于工程問(wèn)題大體可描述為以下5 步驟： （）工程問(wèn)題力學(xué)化（力學(xué)建模）； （）力學(xué)問(wèn)題數(shù)學(xué)化（數(shù)學(xué)建模） ； （）數(shù)學(xué)問(wèn)題離散化（制訂算法）； （）離散問(wèn)題程序化（編制程序）；（）程序問(wèn)題技術(shù)化（優(yōu)化程序）。在傳統(tǒng)的專業(yè)性很強(qiáng)的教學(xué)計(jì)劃中，第步屬于各門具體專業(yè)課，如冶金機(jī)械專業(yè)便開(kāi)煉鐵、煉鋼、軋鋼、起重設(shè)備4 門專業(yè)課，足以解決相關(guān)力學(xué)建模問(wèn)題； 第步屬于力學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，但局限于討論便于求精確解的簡(jiǎn)單情形，后三步在本科生階段很少涉及，而且在計(jì)算機(jī)足夠普及之前也是不可能的?，F(xiàn)在

26、的情況有所變化，一方面各工程專業(yè)都在積極拓寬，另一方面， 微機(jī)迅速普及， 計(jì)算機(jī)能力受到普遍重視。在此背景， 工程專業(yè)的力學(xué)教育也不應(yīng)局限于力學(xué)問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模和理論解，而應(yīng)積極穩(wěn)妥地?cái)U(kuò)展教學(xué)內(nèi)容。以上我們主要強(qiáng)調(diào)力學(xué)的應(yīng)用。我們也很贊成力學(xué)是一種文化的觀念，任何文化中都有非實(shí)用的內(nèi)容。 工程專業(yè)也應(yīng)該講些并非直接或馬上有用的力學(xué)，主要是普及力學(xué)新知識(shí)以提高學(xué)生力學(xué)素養(yǎng)，這大概也正是教育與培訓(xùn)的差別所在，培訓(xùn)的內(nèi)容是完全實(shí)用的。但那是工程專業(yè)力學(xué)教育更高的目標(biāo)，是發(fā)展的問(wèn)題。而力學(xué)的應(yīng)用是基本的目標(biāo)，在某種意義上可以認(rèn)為是生存的問(wèn)題。21 世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)力學(xué)賈有權(quán)（天津大學(xué)力學(xué)系，天津300072）

27、看了 “ 力學(xué) 迎接 21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn) ” 后，很受啟發(fā)和鼓舞，心里有許多話要說(shuō)，想來(lái)，還是先談?wù)剬?shí)驗(yàn)力學(xué)吧。 “ 力學(xué) 迎接 21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn) ” 一文中，只提到實(shí)驗(yàn)是新現(xiàn)象的啟示和理論的驗(yàn)證，這是不夠的，也許是受到雙重性限制的緣故。其實(shí)，實(shí)驗(yàn)力學(xué)是典型的技術(shù)科學(xué)，它根本不是什么基礎(chǔ)學(xué)科，它跨學(xué)科的特點(diǎn)十分明顯，并具備學(xué)科間的互相滲透和快速發(fā)展的特點(diǎn)。它不僅為理論服務(wù)，還直接為生產(chǎn)服務(wù)。比如實(shí)測(cè)、無(wú)損檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、失效分析、故障診斷、 預(yù)警預(yù)報(bào)、 安全評(píng)估、 材料力學(xué)行為的測(cè)量、特殊條件下各種力學(xué)參數(shù)的測(cè)量等等。如果把它看成為理論的學(xué)科服務(wù)那就太局限性了。美國(guó)、 日本、英國(guó)等國(guó)均把力

28、學(xué)放在其他學(xué)會(huì)之中，但美國(guó)有實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)會(huì)(sem) ，日本有光彈性協(xié)會(huì)。歐洲有iutam ，另外有emeko 。 力學(xué)人才的培養(yǎng)也受到雙重性的影響，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的一面，加強(qiáng)理論的學(xué)習(xí)是重要的，但絕不能忽視應(yīng)用的一面。我國(guó)辦了那么多力學(xué)專業(yè)，理論人才倍出， 解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的人有多少呢 ?如田昌霖教授說(shuō)：“ 我參加哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)五人小組，防熱瓦與主體脫落的關(guān)鍵問(wèn)題是一個(gè)機(jī)械系三年級(jí)學(xué)生可以解決的傳熱問(wèn)題” 。不需要太深的理論。他說(shuō)專門辦力學(xué)專業(yè)不是好辦法，應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)日本和美國(guó)改造機(jī)械專業(yè)和土木專業(yè)。我們現(xiàn)在不是有的學(xué)校把力學(xué)專業(yè)改為“ 力學(xué)與機(jī)械系 ” ，有的改為 “ 力學(xué)與工程測(cè)試系” 等等?，F(xiàn)

29、在我們各行各業(yè)都在改革，為什么我們的老專業(yè)不改革一下呢?應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)機(jī)械，土木專業(yè)的力學(xué)課的分量，比單純辦力學(xué)專業(yè)強(qiáng)得多。從歷史上看最有權(quán)威的力學(xué)專家多數(shù)為工科出身，少數(shù)為數(shù)學(xué)家。如流體力學(xué)大師普朗特就是學(xué)機(jī)械工程的。馮 卡門，鐵木辛科，馮元楨等，均是工學(xué)院出身。我國(guó)最有權(quán)威的學(xué)者錢學(xué)森、錢令希、 張維、 王仁、 鄭哲敏、 胡海昌等教授都是學(xué)工的，很多老一代的力學(xué)家都是學(xué)工的出身。所以說(shuō)改造工學(xué)院的課程，加強(qiáng)力學(xué)課的比重比單獨(dú)辦力學(xué)專業(yè)好。但這要克服工科專業(yè)的保守思想和專業(yè)保護(hù)主義。美國(guó)固體力學(xué)專家們?cè)陬A(yù)測(cè)未來(lái)20 年發(fā)展時(shí)強(qiáng)調(diào)固體力學(xué)有三大支柱：理論，計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，這三者互相結(jié)合才能更好的創(chuàng)造性地

30、完成未來(lái)的工作。比如現(xiàn)在流行的優(yōu)等結(jié)構(gòu)(smart structure) 和優(yōu)等材料 (smart materials) ，都需要以上三大支柱。我體會(huì)這三大支柱就是錢學(xué)森所說(shuō) “ 橋” 的橋墩。缺一不可，少個(gè)墩子橋就建不起來(lái)。1976 年以后第二個(gè)十年力學(xué)規(guī)劃中，把實(shí)驗(yàn)力學(xué)與計(jì)算力學(xué)并列為二級(jí)學(xué)科，現(xiàn)在有的規(guī)劃把實(shí)驗(yàn)力學(xué)劃為三級(jí)學(xué)科，這是十分錯(cuò)誤的，對(duì)我國(guó)現(xiàn)代化十分不利。 21 世紀(jì)是個(gè)未知數(shù)， 很難預(yù)測(cè)得恰如其份。20 年前誰(shuí)預(yù)測(cè)到當(dāng)今微機(jī)發(fā)展得如此迅速，圖像處理如此之快。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是不依人的意志為轉(zhuǎn)移的，但它的高速度、高滲透、高交叉是人所共知的，力學(xué)應(yīng)當(dāng)利用它本身的優(yōu)勢(shì)向其他學(xué)科滲透是

31、當(dāng)務(wù)之急。近年來(lái)， 德國(guó)11 大科學(xué)研究所的科學(xué)家們受聯(lián)邦政府的委托研究21 世紀(jì)決定性的技術(shù)，他們提出 9 大學(xué)科，值得我們參考。九大學(xué)科是：新材料；微電子；納米技術(shù)；光子學(xué)；顯微系統(tǒng)技術(shù)；軟件技術(shù)；分子電子學(xué)；細(xì)胞生物工藝學(xué)；生產(chǎn)及管理技術(shù)。其中除第9 項(xiàng)外都與實(shí)驗(yàn)力學(xué)有關(guān)，因此實(shí)驗(yàn)力學(xué)工作者在21 世紀(jì)的未來(lái)中大有作為。 一方面用以上新技術(shù)武裝自己，發(fā)展新的測(cè)試手段，一方面用新手段為力學(xué)及生產(chǎn)服務(wù)。另外在本世紀(jì)中，在全球范圍內(nèi)崛起了6 大高技術(shù)群體，它們是：信息技術(shù)群體（包括微電子、計(jì)算機(jī)、激光、光纖、光電子等）；新材料群體（包括薄膜、碳纖維、結(jié)構(gòu)陶瓷、記憶合金等）；新能源技術(shù)群體（包括

32、核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿龋?；生物技術(shù)群體；海洋技術(shù)群體；空間技術(shù)群體。這些高技術(shù)群體到21 世紀(jì)仍然是研究的領(lǐng)域。它們無(wú)一不與力學(xué)有關(guān)，它們之中有許多內(nèi)容是要靠力學(xué)工作者去解決，實(shí)驗(yàn)力學(xué)在這些群體中大有用武之地。 21 世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)力學(xué)應(yīng)當(dāng)把已有的為生產(chǎn)服務(wù)的有效手段商品化，成立若干個(gè)公司，有如美國(guó) vashy 公司， 可以更有效地為生產(chǎn)服務(wù)。另一方面引入最新技術(shù)和納米技術(shù)，顯微技術(shù)，新材料，微電子技術(shù)，創(chuàng)造出許多新方法，反回去為新材料、微電子、細(xì)胞生物等科學(xué)服務(wù)，從而可以更好地為力學(xué)新分支服務(wù)。 18 世紀(jì)沒(méi)有虎克的試驗(yàn)，就沒(méi)有虎克定律，也就沒(méi)有彈性力學(xué)。19 世紀(jì)沒(méi)有

33、發(fā)現(xiàn)光彈性現(xiàn)象，許多彈性力學(xué)難題就無(wú)法解決，到20 世紀(jì)出現(xiàn)了激光技術(shù)，脈沖激光全息技術(shù)，光電子技術(shù)，微機(jī)及圖像處理技術(shù)，使得實(shí)驗(yàn)力學(xué)大發(fā)展，原來(lái)看不見(jiàn)的應(yīng)力波，可以形象的看到波的傳播。21 世紀(jì)許多新技術(shù)會(huì)滲透到實(shí)驗(yàn)力學(xué)中來(lái)，會(huì)有更多的軟件圖象處理技術(shù)在實(shí)驗(yàn)力學(xué)中得到應(yīng)用。用微機(jī)實(shí)驗(yàn)代替過(guò)去繁瑣的模型實(shí)驗(yàn)，用雜交法代替工作量極大的單一法。 21 世紀(jì)前景是廣闊的，任務(wù)是繁重的，既要懂力學(xué)又要懂新技術(shù)，這種雙重任務(wù)落在實(shí)驗(yàn)力學(xué)工作者的肩上。我們要發(fā)奮圖強(qiáng)，自力更生的迎接21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn)。我國(guó)當(dāng)前力學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀的分析梁在潮（武漢水利電力大學(xué)，武漢 430072 ）讀力學(xué)與實(shí)踐17 卷 2 期所載

34、 “ 力學(xué) 迎接 21 世紀(jì)的挑戰(zhàn) ” ，很受鼓舞和啟發(fā)，現(xiàn)對(duì)我國(guó)當(dāng)前力學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀做些討論。 當(dāng)前在我們面前存在一個(gè)尖銳的矛盾，一方面是國(guó)家大規(guī)模的建設(shè)，向力學(xué)工作者提出了無(wú)數(shù)需要解決的生產(chǎn)問(wèn)題，而且難度愈來(lái)愈大。例如三峽工程就涉及到流體力學(xué)、固體力學(xué)、爆炸力學(xué)、工程抗震等各種力學(xué)問(wèn)題。 該工程的技術(shù)負(fù)責(zé)人甚至形象地說(shuō)過(guò)，三峽工程的工程技術(shù)是“ 材料加力學(xué) ” ，可見(jiàn)力學(xué)在三峽工程建設(shè)中的地位和作用。但另一方面，由于種種原因， 力學(xué)工作者又難于接到研究任務(wù)。科研工作無(wú)法得到經(jīng)費(fèi)上的支持，滿腔熱情，“ 報(bào)效無(wú)門 ” 。而且近年來(lái)，高材生不愿學(xué)力學(xué)，力學(xué)專業(yè)招生困難，后繼乏人。造成這種矛盾的原因

35、很復(fù)雜，為了分析問(wèn)題方便，首先簡(jiǎn)要的重述一下力學(xué)的性質(zhì)。眾所周知，力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，而機(jī)械運(yùn)動(dòng)又是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本形式，即物質(zhì)在時(shí)間、空間中的位置變化，包括移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、流動(dòng)、變形、振動(dòng)、波動(dòng)、擴(kuò)散等，因此，力學(xué)與物理學(xué)、 數(shù)學(xué)等學(xué)科一樣， 是一門基礎(chǔ)科學(xué)， 它所闡明的規(guī)律帶有普遍的性質(zhì)。然而力學(xué)又是一門技術(shù)科學(xué)，它是許多工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，許多關(guān)鍵性的工程問(wèn)題的進(jìn)展，都有賴于力學(xué)中有關(guān)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、強(qiáng)度、剛度等問(wèn)題的解決。反之，力學(xué)在廣泛的應(yīng)用過(guò)程中不斷得到發(fā)展。因此，力學(xué)具有基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的二重性。尤其是力學(xué)發(fā)展到今天，其內(nèi)容已具有基礎(chǔ)性研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究幾個(gè)層次，而

36、后兩種是大量的，普遍的。因此，力學(xué)的發(fā)展應(yīng)是多層次的發(fā)展，甚至湍流研究也應(yīng)如此。對(duì)“ 經(jīng)濟(jì)建設(shè)必須依靠科學(xué)技術(shù)，科學(xué)技術(shù)工作須面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)” 理解及貫徹不力是力學(xué)發(fā)展受到限制的外部原因。就技術(shù)學(xué)科講， 有些人又認(rèn)為力學(xué)太理論化，不能獨(dú)立解決生產(chǎn)問(wèn)題，所以力學(xué)始終處于“ 少不了的配角 ” 地位。尤其甚者，由于我國(guó)科研競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制還不夠完善，不屬于任何一個(gè)專業(yè)部門，又與任何一個(gè)專業(yè)部門有關(guān)的力學(xué)，始終得不到有關(guān)部門的重視。 正是由于兩方面都難于得到支持，力學(xué)工作者的工作難于開(kāi)展。年輕人親眼目睹這些情況，用現(xiàn)在的價(jià)值觀念一衡量，必然得到學(xué)力學(xué)是“ 吃力不討好 ” 的結(jié)論。由此希望有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)重視力學(xué)的基礎(chǔ)性

37、。誰(shuí)都知道，一位優(yōu)秀的工程師，他的數(shù)學(xué)和力學(xué)的基礎(chǔ)一定是好的。一項(xiàng)工程，只有力學(xué)問(wèn)題解決的好，工程安全才能有保證。就力學(xué)工作者本身講，要面對(duì)現(xiàn)實(shí)，積極采取措施，迎接 21 世紀(jì)新的挑戰(zhàn)。我認(rèn)為有以下幾點(diǎn)值得注意： (1)堅(jiān)信科學(xué)技術(shù)來(lái)源于生產(chǎn)，服務(wù)于生產(chǎn)的觀點(diǎn)。恩格斯在研究了自然科學(xué)發(fā)展史后指出，“ 科學(xué)的發(fā)生和發(fā)展從開(kāi)始起便是由生產(chǎn)所決定的” 。黨中央規(guī)定，科學(xué)技術(shù)工作必須面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)。這就意味著研究的課題應(yīng)來(lái)源于生產(chǎn)的需要，研究的內(nèi)容要有利于發(fā)展生產(chǎn)，研究的成果要盡快地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。當(dāng)然， 由于科研內(nèi)容的層次不同，面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)的含義應(yīng)有所不同，有的是直接的，立即見(jiàn)效地為生產(chǎn)服務(wù)；有的是潛在

38、的，長(zhǎng)遠(yuǎn)的有利于發(fā)展生產(chǎn)。但不管是哪個(gè)層次的科學(xué)研究，從自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)論來(lái)說(shuō)，應(yīng)將科學(xué)技術(shù)來(lái)源于生產(chǎn)，服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)作為指導(dǎo)思想。只有如此， 才能高度熱情地，不怕困難地研究經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的具體力學(xué)問(wèn)題。 力學(xué)發(fā)展到今天，除部分基礎(chǔ)理論研究外，大部分內(nèi)容和廣大的力學(xué)工作者都是從事工程中的力學(xué)問(wèn)題的研究，也就是說(shuō)， 我們的力學(xué)與其它學(xué)科一樣，主要力量是在直接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的主戰(zhàn)場(chǎng)，這點(diǎn)也是值得有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)注意的，發(fā)揮力學(xué)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用，將會(huì)大大有利于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。(2)生產(chǎn)任務(wù)往往比較復(fù)雜，不是一兩個(gè)數(shù)學(xué)公式能解決的，有不少的課題還是多學(xué)科性的，但是我國(guó)的高等學(xué)校，由于長(zhǎng)期受原蘇聯(lián)高等教育模式的影響

39、，使受教育者的知識(shí)面比較“ ?！?而“ 窄” ，難于適應(yīng)解決復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和計(jì)算工具又比較落后， 因而在科研市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力就顯得不足。為了克服這個(gè)矛盾，一方面寄希望于工程建設(shè)和科技管理部門，多給予科研工作的經(jīng)費(fèi)投入，給力學(xué)工作者更多的支持。另方面我們自身也必須努力提高自己，在觀念上提高適應(yīng)科研競(jìng)爭(zhēng)的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)大知識(shí)面， 提高解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。特別是要形成自己科研技術(shù)的特色，通俗的說(shuō)法是，要有自己的“ 拳頭產(chǎn)品 ” ，才有可能在科技競(jìng)爭(zhēng)中取得主動(dòng)權(quán)。熟悉生產(chǎn)環(huán)節(jié)是當(dāng)前不少的力學(xué)工作者迫切需要的。 力學(xué)有廣闊的前景，力學(xué)一定會(huì)得到發(fā)展，其基礎(chǔ)是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，自然科學(xué)發(fā)展

40、的需要， 這不是以人們的意志為轉(zhuǎn)移的。我們力學(xué)工作者對(duì)力學(xué)的發(fā)展要充滿信心。在今天經(jīng)濟(jì)建設(shè)大發(fā)展的時(shí)期，力學(xué)應(yīng)多層次發(fā)展。發(fā)揮力學(xué)的優(yōu)勢(shì)同時(shí)，向其它工程技術(shù)中滲透，力學(xué)的前途將無(wú)量。 力學(xué)的兩種定義及其與物理學(xué)的關(guān)系朱如曾（中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所，北京 100080 ）在力學(xué)與實(shí)踐 上發(fā)表的中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)的文章，對(duì)力學(xué)的重要性及今后的任務(wù)作了很好的評(píng)述。筆者只是想對(duì)該文所提到的力學(xué)范圍問(wèn)題上的分歧和力學(xué)與物理學(xué)之間的關(guān)系談一些看法。 1 力學(xué)的兩種不同定義文1說(shuō)： “ 有人看見(jiàn)力學(xué)兩個(gè)字便將量子力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)等學(xué)科劃歸力學(xué)，這是不對(duì)的， 它們是屬于物理學(xué)科的。這些學(xué)科名字上冠以力學(xué)兩個(gè)字

41、，只能說(shuō)明力學(xué)在歷史上起過(guò)巨大影響” 。 其實(shí)，把量子力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)等學(xué)科劃歸力學(xué)學(xué)科，并不是望文生義，而是由于采用了一種比宏觀意義下的力學(xué)更為普遍，但現(xiàn)已較少使用的力學(xué)定義。這些學(xué)科之所以冠以力學(xué)兩個(gè)字，不是因?yàn)樗鼈兪艿搅W(xué)的外來(lái)的歷史影響，而是因?yàn)樗鼈兇_實(shí)符合本來(lái)意義下的普遍的力學(xué)定義。為了說(shuō)清楚這一點(diǎn)，本文表述兩種不同的力學(xué)定義，闡明其合理性。一旦注意到存在兩種定義，則以往的有關(guān)分歧將可大大縮小，甚至消除。 力學(xué)的第一種定義是談鎬生教授所強(qiáng)調(diào)的2，力學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)，即研究運(yùn)動(dòng)和力的科學(xué)。這是普遍意義下的力學(xué)，也是力學(xué)的本來(lái)含義，本文稱它為“ 普遍力學(xué)” 。談教授

42、認(rèn)為它應(yīng)包括古典力學(xué)、相對(duì)論力學(xué)、量子力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)，根據(jù)以上定義， 可以認(rèn)為力學(xué)和數(shù)學(xué)的關(guān)系如同 字的兩條腿， 它們支撐了整個(gè)物理科學(xué)(即數(shù)學(xué)以外的自然科學(xué))， 從而形成基礎(chǔ)科學(xué)的 結(jié)構(gòu)圖象3。 這第一種定義與文4的定義基本一致，也與著名科學(xué)家馮元禎教授的看法一致，并得到談慶明教授的支持5：馮教授把牛頓力學(xué)、量子力學(xué)、 相對(duì)論力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)等劃為力學(xué)，并強(qiáng)調(diào)力學(xué)是研究力和運(yùn)動(dòng)的學(xué)科?！?結(jié)構(gòu)圖象 ” 還得到白以龍教授的贊同6。 筆者認(rèn)為， “ 普遍力學(xué) ” 按定義還應(yīng)包括量子場(chǎng)論，即量子電動(dòng)力學(xué)、量子色動(dòng)力學(xué)、弱電統(tǒng)一理論和量子超弦理論（尚待實(shí)驗(yàn)證實(shí)）。理由有二：一是“ 運(yùn)動(dòng) ”

43、一詞應(yīng)包括物質(zhì)基本形態(tài)的轉(zhuǎn)換 （實(shí)際上， 從相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系看，經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)已描述了電磁場(chǎng)這一物質(zhì)形態(tài)與帶電物質(zhì)形態(tài)之間的轉(zhuǎn)換），而 “ 力” 應(yīng)包括自然界一切相互作用力，目前認(rèn)為基本的是4 種力（強(qiáng)相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和萬(wàn)有引力相互作用，而量子超弦理論若被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，便統(tǒng)一了這4 種力）。概念的一致性要求“ 普遍力學(xué) ” 應(yīng)包括以4 種基本相互作用和基本粒子形態(tài)轉(zhuǎn)換為對(duì)象的量子場(chǎng)論。二是基礎(chǔ)科學(xué)的 結(jié)構(gòu)圖象也要求作為 字的一條腿的“ 普遍力學(xué) ” 包括量子場(chǎng)論。 “ 普遍力學(xué) ” 又稱為理論物理學(xué)。既然如此，有什么必要?jiǎng)e出心裁，搞一個(gè)“ 普遍力學(xué) ”的名稱呢 ? 下面先就 “ 普遍

44、力學(xué) ” 各學(xué)科的來(lái)歷和內(nèi)容具體說(shuō)明“ 普遍力學(xué) ” 名稱的合理性， 在引進(jìn)另一定義 宏觀力學(xué)之后， 再就 “ 普遍力學(xué) ” 與宏觀力學(xué)之間的關(guān)系進(jìn)一步闡明在理論物理這一名稱之外，記住“ 普遍力學(xué) ” 名稱的積極意義。 人們?cè)噲D將牛頓力學(xué)應(yīng)用于微觀領(lǐng)域但遇到困難，于是著手修正它， 使之既適用于微觀領(lǐng)域， 而又在宏觀條件下能以牛頓力學(xué)作為其足夠精確的近似形式。這樣修正后的形式稱為量子力學(xué)，它當(dāng)然仍是力學(xué)，正像幾何光學(xué)是光學(xué)，比幾何光學(xué)更為精確，從而適用面更寬的波動(dòng)光學(xué)不會(huì)不是光學(xué)一樣。若量子力學(xué)只是名義上，而非實(shí)質(zhì)上的力學(xué)，科學(xué)史何以稱牛頓力學(xué)為 “ 古典力學(xué) ” 呢? 同樣，以牛頓力學(xué)為低速

45、和弱引力場(chǎng)近似形式的狹義和廣義相對(duì)論當(dāng)然也是力學(xué)。萬(wàn)有引力定律和廣義相對(duì)論的引力理論分別是牛頓力學(xué)和廣義相對(duì)論中不可分割的力學(xué)規(guī)律，那么討論電磁力變化規(guī)律和帶電或帶電流物體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)又怎能不是力學(xué)呢？更為精確的量子電動(dòng)力學(xué)以及其他量子場(chǎng)論當(dāng)然無(wú)疑也是力學(xué)了。 既然它們都力學(xué)， 這就說(shuō)明了普遍力學(xué)的定義是合理的，早就被科學(xué)史承認(rèn)了的，本來(lái)意義下的力學(xué)定義。這也就是理論物理各分支學(xué)科的名稱大都冠以“ 力學(xué) ” 二字的根本原因。錢學(xué)森教授曾指出7：“ 從嚴(yán)密的綜合科學(xué)體系講，最基礎(chǔ)的是兩門學(xué)問(wèn)。一門物理，是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)問(wèn)。一門數(shù)學(xué)，是指導(dǎo)我們推理演算的學(xué)問(wèn)” 。這里

46、“ 物理 ” 既指基本規(guī)律，當(dāng)然，就是理論物理，即談教授的普遍力學(xué)了。所以兩位科學(xué)家關(guān)于普遍力學(xué)基礎(chǔ)性的見(jiàn)解是完全一致的。 力學(xué)的第二種定義是：力學(xué)是研究物質(zhì)宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的學(xué)問(wèn)。這是狹義意義下的力學(xué)，本文稱它為 “ 宏觀力學(xué) ” （這里， “ 宏觀 ” 指遠(yuǎn)大于原子、分子大小的尺度，所以它包括了近年來(lái)所說(shuō)的 “ 宇觀 ” 在內(nèi)，事實(shí)上，力學(xué)確已伸向宇觀現(xiàn)象，如星系旋臂結(jié)構(gòu)研究等）。國(guó)際理論和應(yīng)用力學(xué)大會(huì)的力學(xué)和七大基礎(chǔ)學(xué)科（數(shù)、力、理、化、天、地、生)中的力學(xué)， 均是 “ 宏觀力學(xué) ” 的簡(jiǎn)稱。 宏觀力學(xué)包括一般力學(xué)、固體力學(xué)和流體力學(xué)等分支學(xué)科及交叉學(xué)科，是為力學(xué)界所公認(rèn)的，但關(guān)于量子力學(xué)、

47、電動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)和相對(duì)論力學(xué)是否屬于宏觀力學(xué)的問(wèn)題，說(shuō)法很不一致。文1認(rèn)為， “ 從 19 世紀(jì)末開(kāi)始，力學(xué)與物理學(xué)有了明確的分工，力學(xué)研究宏觀現(xiàn)象，物理研究微觀或宇觀現(xiàn)象” ，所以這些學(xué)科都不屬于宏觀力學(xué)，而在文5 中，錢學(xué)森教授則認(rèn)為宏觀力學(xué)“ 包括相對(duì)論，但它不包括量子理論” 。 上面已指出， 相對(duì)論力學(xué)、 量子力學(xué)、 電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)與牛頓力學(xué)一樣，都屬于 “ 普遍力學(xué) ” ，它們是所有自然科學(xué)的共同基礎(chǔ)，也都是當(dāng)代宏觀（包括宇觀在內(nèi)）力學(xué)的重要基礎(chǔ)。 但是筆者認(rèn)為， 不能因此而認(rèn)為它們都屬于宏觀力學(xué)，否則就可以因化學(xué)以量子力學(xué)為基礎(chǔ)而認(rèn)為量子力學(xué)屬于化學(xué)，或化學(xué)包括量子力學(xué)了；這

48、恐怕連化學(xué)家也不會(huì)承認(rèn)的。在宏觀力學(xué)的上述五門基礎(chǔ)中，只有牛頓力學(xué)和相對(duì)論力學(xué)是宏觀力學(xué)之所以被稱為宏觀力學(xué)的原因，所以可以說(shuō)這兩門力學(xué)屬于宏觀力學(xué)，而其余三門則以稱為宏觀力學(xué)的基礎(chǔ)為宜。需要說(shuō)明，宏觀力學(xué)確實(shí)以相對(duì)論、量子力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)為重要基礎(chǔ)。相對(duì)論作為宏觀力學(xué)的基礎(chǔ)，這不僅由于“ 宏觀 ” 應(yīng)包括目前常說(shuō)的“ 宇觀 ” （如宇宙爆炸、宇宙膨脹，星系形成和演化等動(dòng)力學(xué)問(wèn)題）在內(nèi)，就是在不包括宇觀的那個(gè)狹義的宏觀范圍內(nèi)，相對(duì)論也是不能被排除的，因?yàn)閺?qiáng)引力場(chǎng)中的狹義宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如中子星的內(nèi)部及附近）以及準(zhǔn)靜態(tài)弱引力場(chǎng)中的高精度要求（如水星等行星軌道近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象）都要用廣義相對(duì)

49、論。宏觀力學(xué)若不采用電動(dòng)力學(xué)中的洛侖茲力公式和電磁場(chǎng)的變化方程，以及材料本構(gòu)關(guān)系（或內(nèi)參量、細(xì)、微觀方程），也不能完整描述有關(guān)的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)； 本構(gòu)關(guān)系等等方程，雖然目前大多靠經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)或恰當(dāng)?shù)哪Ｊ郊僭O(shè)來(lái)解決，但隨著實(shí)驗(yàn)和工程精度要求的提高和人類對(duì)自然界統(tǒng)一性的不斷追求，最終還是要求助于量子力學(xué)和平衡、非平衡統(tǒng)計(jì)力學(xué)，并發(fā)展非平衡統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法來(lái)徹底解決。 任何學(xué)科都是從無(wú)到有，內(nèi)容不斷充實(shí)和深化，范圍不斷變化的，宏觀力學(xué)也不例外，正如鄭哲敏等教授所指出8：宏觀力學(xué) “ 過(guò)去建立在牛頓定律和經(jīng)典熱力學(xué)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在則擴(kuò)大到量子力學(xué)描述的微觀層次” 。固體力學(xué)已明確地打出了宏、細(xì)、納、微觀力學(xué)的

50、鮮明旗幟固然如此， 流體力學(xué)、 天體力學(xué)等其它分支也無(wú)不如此，并且研究范圍已擴(kuò)大到宇觀。例如 2.19k以下液氦（ heii ）的宏觀流動(dòng)表現(xiàn)出宏觀量子效應(yīng)，即使對(duì)于普通的流體，其宏觀性質(zhì)也密切依賴于由量子力學(xué)所決定的分子作用勢(shì)、甚至內(nèi)部能級(jí)結(jié)構(gòu)；恒星的演化結(jié)局取決于總質(zhì)量所決定的引力與壓力的平衡，這是宏觀力學(xué)問(wèn)題，但白矮星和中子星中的壓力卻由相對(duì)論電子或中子氣的量子統(tǒng)計(jì)結(jié)果給出。又如：星系旋臂結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究已明顯屬于宇觀范圍。 再如宇宙膨脹動(dòng)力學(xué)和天體演化動(dòng)力學(xué)與基本粒子的演化有關(guān)，這就還需要以量子場(chǎng)論為基礎(chǔ)。所以宏觀力學(xué)植根于普遍力學(xué)的面正在日益增寬。 乍看起來(lái)， 上面所引證的內(nèi)容似有占物

51、理學(xué)的領(lǐng)地為宏觀力學(xué)所有之嫌疑，對(duì)此， 可以借用諾貝爾物理獎(jiǎng)得主勞厄的一段話來(lái)加以澄清：“ 物理學(xué)總是跟它的鄰近學(xué)科天文學(xué)、化學(xué)和礦物學(xué)密切相關(guān)的。它們同物理學(xué)的分界只能用相當(dāng)表面的區(qū)別來(lái)表征.因此這些分界常常變化移動(dòng)?！?并說(shuō)， “ 物理學(xué)家在21 世紀(jì)又開(kāi)始關(guān)心晶體理論，否則就得聽(tīng)任礦物學(xué)家來(lái)處理了 ”9。不言而喻，礦物學(xué)家若用量子力學(xué)來(lái)處理，將產(chǎn)生出量子礦物學(xué)。如今宏觀力學(xué)家從宏觀力學(xué)的角度出發(fā)，用量子力學(xué)來(lái)處理固體等，當(dāng)然就產(chǎn)生出量子固體力學(xué)等宏觀力學(xué)的分支學(xué)科了。正象化學(xué)家用量子力學(xué)處理原子、分子結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生出量子化學(xué)，從而使化學(xué)的面貌大為改觀，牛頓力學(xué)和相對(duì)論使天文學(xué)大為改觀一樣，量子力學(xué)、 相對(duì)論力學(xué)將大大改變宏觀力學(xué)的面貌，這是人類的求知欲和科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)喚醒并記住理論物理的本來(lái)名稱“ 普遍力學(xué) ” ，這對(duì)于宏觀力學(xué)的當(dāng)前研究和未來(lái)發(fā)展都具有積極的意