武際可：也談“力學(xué)十大進(jìn)展”

　　摘要 文章在肯定《力學(xué)進(jìn)展》舉辦的《20世紀(jì)理論和應(yīng)用力學(xué)十大進(jìn)展“評(píng)選活動(dòng)的同時(shí)，也對(duì)評(píng)選程序和結(jié)果提出了一些不同的看法。特別是對(duì)，結(jié)果中沒(méi)有包含相對(duì)論、沒(méi)有包含實(shí)驗(yàn)的成果，沒(méi)有包含引導(dǎo)航空和航天領(lǐng)域誕生與改進(jìn)的力學(xué)進(jìn)展等缺陷發(fā)表了意見(jiàn)。文章還對(duì)一些項(xiàng)目的解釋文字不夠準(zhǔn)確表達(dá)了一些看法。

　　關(guān)鍵詞 力學(xué)，重大進(jìn)展，20世紀(jì)，評(píng)選，《力學(xué)進(jìn)展》

　　§1 十項(xiàng)重大進(jìn)展的評(píng)選是一種群眾評(píng)選科技成果的創(chuàng)舉

　　為了紀(jì)念創(chuàng)刊30周年，《力學(xué)進(jìn)展》雜志舉辦了“20世紀(jì)理論和應(yīng)用力學(xué)十大進(jìn)展” 評(píng)選活動(dòng)。評(píng)選結(jié)果刊登在該刊2001年第3期上。在談及評(píng)選過(guò)程時(shí)說(shuō)：“本次活動(dòng)歷時(shí)半年多，經(jīng)過(guò)編委會(huì)提名、初步篩選，確定出入圍的20世紀(jì)理論和應(yīng)用力學(xué)進(jìn)展17項(xiàng)，分別請(qǐng)有關(guān)方面專家精心撰寫了條目介紹，最后請(qǐng)從事力學(xué)及與力學(xué)相關(guān)學(xué)科的研究人員投票。評(píng)選活動(dòng)得到了廣大熱心讀者的極大支持，共發(fā)出選票994張，收回有效選票409張�！�

　　在看到了評(píng)選結(jié)果后，有些看法想說(shuō)一說(shuō)。

　　組織評(píng)選活動(dòng)，無(wú)疑是一件好事。因?yàn)樗鼤?huì)引發(fā)人們對(duì)過(guò)去一個(gè)世紀(jì)中力學(xué)各種成果的意義進(jìn)行討論。激發(fā)人們除了關(guān)心本人狹小的研究領(lǐng)域之外，也從學(xué)科發(fā)展的全局考慮問(wèn)題。而學(xué)術(shù)界的全局觀點(diǎn)的提高，對(duì)于力學(xué)界的整體素質(zhì)是非常重要的。

　　評(píng)選活動(dòng)本應(yīng)當(dāng)有各種各樣的，不僅在時(shí)間上，可以每隔若干年進(jìn)行一次，而且可以在不同的參加群體中進(jìn)行。如我國(guó)電影的評(píng)獎(jiǎng)活動(dòng)就有在專家群體中的“金雞獎(jiǎng)”和在廣大觀眾群體中評(píng)出的“百花獎(jiǎng)”。在世界范圍內(nèi)，有從1901年開始的一年一度的諾貝爾獎(jiǎng)，還有1992年開始的每年一度的世界性的“最差諾貝爾獎(jiǎng)”（又稱Ig獎(jiǎng)）。我國(guó)現(xiàn)行的科技評(píng)獎(jiǎng)制度，只是在非常狹小的專家范圍內(nèi)進(jìn)行的。對(duì)于在適當(dāng)擴(kuò)大的范圍內(nèi)評(píng)選優(yōu)秀成果，而且是對(duì)全世界整個(gè)世紀(jì)的研究成果來(lái)評(píng)論，雖然沒(méi)有設(shè)獎(jiǎng)，這恐怕在我國(guó)還是第一次，它是一種創(chuàng)舉。我想，國(guó)家可以對(duì)科技成果設(shè)獎(jiǎng)和評(píng)獎(jiǎng)，不同的雜志、學(xué)術(shù)組織、群眾團(tuán)體，也應(yīng)當(dāng)都可以從不同的角度對(duì)科技成果進(jìn)行評(píng)論或評(píng)獎(jiǎng)。這才有益于科學(xué)技術(shù)的健康地繁榮和發(fā)展，它是科技民主的一種表現(xiàn)形式。

　　§2 從評(píng)選的程序和評(píng)選的結(jié)果來(lái)看似乎還有可商討的余地

　　從這次評(píng)選的程序和結(jié)果來(lái)看，我個(gè)人有一些不同的看法。

　　第一、 評(píng)選程序上說(shuō)，事先由更少的專家（編委）提名、篩選，確定出17項(xiàng)。這就大大限制了入選項(xiàng)目的范圍。例如在17項(xiàng)中，湍流就占了兩項(xiàng)：“湍流統(tǒng)計(jì)理論”和“湍流擬序結(jié)構(gòu)”�！斑吔鐚印焙汀捌娈悢z動(dòng)理論”，這兩項(xiàng)其實(shí)應(yīng)當(dāng)看作一項(xiàng)，后者是前者的推廣和一般化。由于這種限制，一些比較更重要的進(jìn)展反而沒(méi)有包含在其中。這就大大降低了投票人的積極性。筆者就曾經(jīng)收到了評(píng)選選票。但是考慮到所提的17項(xiàng)中，有若干我認(rèn)為十分重要的項(xiàng)目未包含在其中，所以就棄權(quán)了。我想，發(fā)出了994張票，而收回卻只有409張，回收率僅為41.1％，還不到一半，是否其中有許多人也和我一樣，是基于對(duì)于初選17項(xiàng)不滿意而棄權(quán)的。

　　第二、就評(píng)選結(jié)果來(lái)看，也有不盡如人意地方。

　　在評(píng)價(jià)一個(gè)科技成果的重要性時(shí)，不僅要從后繼于它發(fā)表的論文數(shù)量來(lái)看，而且要從它改變?nèi)藗兊恼J(rèn)識(shí)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步、改進(jìn)生產(chǎn)的實(shí)際效果上來(lái)看。從這些方面來(lái)衡量，所選的項(xiàng)目還是有可以商討的余地的。它突出反映在以下幾個(gè)方面：

　　首先，對(duì)于力學(xué)學(xué)科的范圍的了解偏窄。目前一般認(rèn)為，力學(xué)是研究宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。如果按照這個(gè)定義，愛(ài)因斯坦狹義（1905）和廣義（1916）相對(duì)論的提出以及1919年的觀察證實(shí)，就應(yīng)當(dāng)屬于理論與應(yīng)用力學(xué)的重要進(jìn)展。不僅是力學(xué)學(xué)科中的重要進(jìn)展，而且是人類文化史上的重要進(jìn)展。錢學(xué)森先生說(shuō)：“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�！� 其實(shí)，力學(xué)從歷史上看，不只是過(guò)去100年，而是從力學(xué)學(xué)科的開始，就一方面來(lái)自技術(shù)需要，另一方面來(lái)自對(duì)星系運(yùn)動(dòng)的觀察，牛頓力學(xué)就是這樣的。

　　不錯(cuò)，20世紀(jì)是力學(xué)與物理分家分別發(fā)展的世紀(jì)，分家后，力學(xué)從事于物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，物理從事于微觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究。須知，力學(xué)和物理是分家，而不是被物理所開除。分家必然要從原有的經(jīng)典力學(xué)與物理共有的部分繼承一些內(nèi)容過(guò)來(lái)，這猶如分家繼承財(cái)產(chǎn)一樣，而不是像被清出門戶那樣一無(wú)所有。經(jīng)典力學(xué)就是力學(xué)所繼承的部分，對(duì)這部分的宏觀發(fā)展，自然也應(yīng)當(dāng)看作力學(xué)的發(fā)展。相對(duì)論是對(duì)經(jīng)典力學(xué)改進(jìn)和發(fā)展，既然可以認(rèn)為是理論物理的成果，為什么不能認(rèn)為也是力學(xué)學(xué)科的成果呢。

　　其次，對(duì)于力學(xué)學(xué)科的性質(zhì)的認(rèn)識(shí)上，偏向于理論推演，即在方法論上來(lái)說(shuō)，著重演繹而忽視歸納。眾所周知，力學(xué)盡管有一個(gè)龐大的理論大廈，但本質(zhì)上仍然是一門以實(shí)驗(yàn)和觀察為基礎(chǔ)的科學(xué)。從這個(gè)觀點(diǎn)看問(wèn)題，初評(píng)得到的17項(xiàng)進(jìn)展中，沒(méi)有一項(xiàng)是屬于實(shí)驗(yàn)的，在項(xiàng)目的介紹上，也沒(méi)有充分反映實(shí)驗(yàn)或觀察歸納的進(jìn)展，這不能不是一點(diǎn)遺憾。例如，我們的流體力學(xué)盡管在19、20世紀(jì)得到了空前的發(fā)展，可是至今在設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)火箭時(shí)，仍然離不開風(fēng)洞，在升力阻力問(wèn)題上，至今風(fēng)洞具有最后的發(fā)言權(quán)。風(fēng)洞的發(fā)明是19世紀(jì)的事，但是它的改進(jìn)，各種不同風(fēng)速、不同要求、不同尺寸風(fēng)洞的出現(xiàn)，和風(fēng)洞大量在航空航天事業(yè)以及其它事業(yè)中的應(yīng)用，不能不說(shuō)是20世紀(jì)力學(xué)進(jìn)展中的大事。這件事的意義恐怕不會(huì)比邊界層的發(fā)現(xiàn)來(lái)得更不重要吧。

　　相反，在初選17項(xiàng)中，卻把“力學(xué)公理化體系”列為一項(xiàng)。1900年巴黎召開的世界數(shù)學(xué)家大會(huì)上，著名的德國(guó)數(shù)學(xué)家希爾伯特（D. Hilbert，1862 1943）提出了23個(gè)數(shù)學(xué)難題。人們說(shuō)這23個(gè)難題左右了整個(gè)20世紀(jì)數(shù)學(xué)研究的主導(dǎo)方向。其中第六個(gè)難題是：物理公理的數(shù)學(xué)處理。他說(shuō)：“幾何基礎(chǔ)的研究提示了這樣的問(wèn)題：用同樣的方法借助公理來(lái)研究那些在其中數(shù)學(xué)起重要作用的物理科學(xué)，首先是概率論和力學(xué)�！本褪钦f(shuō)，他提出要像在幾何學(xué)中應(yīng)用公理那樣來(lái)研究力學(xué)。希爾伯特第六難題對(duì)概率論公理化，已經(jīng)為前蘇聯(lián)的科爾莫戈羅夫于1933年解決，而對(duì)于力學(xué)來(lái)說(shuō)，迄今卻很難說(shuō)得到了什么公認(rèn)的重要的進(jìn)展。理論力學(xué)中關(guān)于質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的公理體系，早在希爾伯特提出之前就有人進(jìn)行過(guò)，他們把牛頓三大定律和靜力學(xué)平行四邊形定律合稱為動(dòng)力學(xué)公理。至于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的公理體系，盡管有各種各樣的體系提出，至今除客觀性公理為人們所認(rèn)同外，其它公理還是各說(shuō)各的。更談不上公認(rèn)的公理“體系”了。例如對(duì)于所謂的變形局部化公理，就有許多人不承認(rèn)。

　　這種情況表明，把概率論這樣的特殊的數(shù)學(xué)模型公理化是能夠?qū)崿F(xiàn)的，而要想把整個(gè)力學(xué)納入一個(gè)公理體系，是很難辦到的。事實(shí)上，即使在數(shù)學(xué)中，公理化方法，也只是適用于某些類型的數(shù)量模型。如等價(jià)關(guān)系，歸結(jié)為返身性、對(duì)稱性、傳遞性三條公理。而對(duì)像計(jì)算方法這樣的數(shù)學(xué)領(lǐng)域，公理化恐怕就很難有所作為了。人們近來(lái)說(shuō)，計(jì)算數(shù)學(xué)越來(lái)越像藝術(shù)。所以希爾伯特的第六問(wèn)題也許對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科，在許多方向上（但不是全部）是可行的，而對(duì)于力學(xué)來(lái)說(shuō)，在希爾伯特的時(shí)代，或者是也許如希爾伯特當(dāng)時(shí)所了解的力學(xué)，的確是表現(xiàn)得和數(shù)學(xué)很相像。但是力學(xué)在20世紀(jì)的發(fā)展表明公理化方法，進(jìn)展很慢，更談不上是主流進(jìn)展，把它列入十大進(jìn)展，很難說(shuō)是合適的。所以，如果說(shuō)把連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中關(guān)于本構(gòu)關(guān)系的客觀性原理，提為一項(xiàng)重要進(jìn)展，也許是無(wú)可厚非的，而把整個(gè)“力學(xué)公理化體系”提為一項(xiàng)，就顯得過(guò)于勉強(qiáng)了。至于說(shuō)到在物理學(xué)中的公理化方法，則更是很難說(shuō)有什么進(jìn)展了。

　　再有，就力學(xué)學(xué)科對(duì)人類社會(huì)生活的影響來(lái)說(shuō)，恐怕沒(méi)有比航空和航天事業(yè)的出現(xiàn)更為重大的進(jìn)展了。有人說(shuō)發(fā)明飛機(jī)的萊脫兄弟不懂力學(xué)，這話是不準(zhǔn)確的。萊脫兄弟收集研究了從達(dá) 芬奇、喬治 凱利、蘭利等人的經(jīng)驗(yàn)，并且自己建造了風(fēng)洞，研究比較了200種以上的機(jī)翼。雖然他們還不能稱得上是力學(xué)家，但是他們當(dāng)時(shí)所具有的力學(xué)知識(shí)，對(duì)于當(dāng)時(shí)他們制造初級(jí)水平的飛機(jī)來(lái)說(shuō)，是絕對(duì)必須的�；鸺齽t世界公認(rèn)是從齊奧爾科夫斯基的研究開始的，他1903年發(fā)表的論文《利用噴氣工具研究空間》以及1919年發(fā)表的論文《太空火箭列車》，奠定了后來(lái)航天火箭的基礎(chǔ)，同時(shí)也是變質(zhì)量力學(xué)的開始。這些事實(shí)，足以說(shuō)明20世紀(jì)航空和航天事業(yè)的發(fā)展是在力學(xué)指導(dǎo)下的產(chǎn)物，它是力學(xué)引導(dǎo)人類擴(kuò)大活動(dòng)領(lǐng)域的重大進(jìn)展。17項(xiàng)初選進(jìn)展中既沒(méi)有包含航空，也沒(méi)有包含航天，不能不令人遺憾。然而它卻包含了與航空、航天有關(guān)的“克服聲障與熱障的力學(xué)基礎(chǔ)”“舉力線理論”項(xiàng)目。不錯(cuò)，力學(xué)在克服聲障和熱障中以及在計(jì)算升力阻力上，是起了重要的作用，但這種作用比起整個(gè)航空和航天的誕生與發(fā)展來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是不足道的了。它應(yīng)當(dāng)包括升力阻力計(jì)算與實(shí)驗(yàn)、熱障聲障克服、慣性導(dǎo)航、噴氣推進(jìn)、復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)工程、變質(zhì)量力學(xué)、燃燒問(wèn)題、飛行穩(wěn)定性、星際軌道計(jì)算與觀測(cè)，再入大氣層問(wèn)題、鳥撞問(wèn)題等等，一系列與航空和航天有關(guān)的力學(xué)領(lǐng)域的研究。

　　按理說(shuō)，不同的人群參加評(píng)選會(huì)得到不同的結(jié)果，這次評(píng)選的最初項(xiàng)目推薦人是以力學(xué)進(jìn)展的編委會(huì)為主進(jìn)行的。他們都是力學(xué)專家，較多地從學(xué)科內(nèi)部的發(fā)展來(lái)考慮問(wèn)題是無(wú)可厚非的。不過(guò)，就是從學(xué)科發(fā)展來(lái)說(shuō)，也還是有一些重要的項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)提及的。例如，彈性力學(xué)平面問(wèn)題的復(fù)變函數(shù)方法，以及流體力學(xué)中的復(fù)變函數(shù)方法，在30、40年代曾經(jīng)是最重要的求解問(wèn)題的方法，而且，即使到現(xiàn)在，為了得到準(zhǔn)確的分析解，它仍然是一種重要的手段。不僅如此，它的發(fā)展還推動(dòng)了數(shù)學(xué)中的廣義解析函數(shù)和奇異積分方程的發(fā)展。

　　§3 在對(duì)所推薦項(xiàng)目的文字介紹上，存在不夠準(zhǔn)確的地方

　　既然要發(fā)動(dòng)廣大力學(xué)界的同人投票，對(duì)所推薦項(xiàng)目的介紹就應(yīng)當(dāng)盡可能地準(zhǔn)確，何況每一個(gè)項(xiàng)目的介紹只有數(shù)百字，整個(gè)過(guò)程有半年之久，反復(fù)斟酌、力求準(zhǔn)確是能夠做到的。不盡如人意的是，在項(xiàng)目的敘述上，存在不少不夠準(zhǔn)確的地方。以下舉一些例子。

　　在介紹“生物力學(xué)的創(chuàng)立”時(shí)，用了“創(chuàng)立”這個(gè)詞是不妥的。生物力學(xué)在20世紀(jì)只能說(shuō)是形成而不能說(shuō)是創(chuàng)立。因?yàn)閷W(xué)科的形成，既不是一人之功，也不是一批人約好了在某個(gè)時(shí)候來(lái)創(chuàng)立。馮元禎先生最早提出了生物力學(xué)的學(xué)科并且做了許多重要的研究，但是這門學(xué)科還不能說(shuō)就是由馮元禎先生創(chuàng)立的。正如，我們今天說(shuō)牛頓力學(xué)，雖然表明牛頓在其中完成了重要的貢獻(xiàn)，但是我們不能說(shuō)動(dòng)力學(xué)是牛頓創(chuàng)立的。

　　在介紹斷裂力學(xué)時(shí)，一開始就提到Griffith的能量釋放理論。緊接著還介紹了不少其它理論。其實(shí)斷裂力學(xué)的產(chǎn)生，首先是脆性材料強(qiáng)度分散性的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，是關(guān)于玻璃棒的拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分散性的發(fā)現(xiàn)，后來(lái)在高強(qiáng)度鋼材和其它高強(qiáng)度脆性材料上也有發(fā)現(xiàn)，許多斷裂理論就是針對(duì)這種分散現(xiàn)象的不同的理論猜測(cè)性的解釋。這些理論一方面是維象的，另一方面還在不斷發(fā)展，至今還沒(méi)有一種理論可能被認(rèn)為是最后的，而且，即使是已經(jīng)有了這許多理論，在今天，判斷脆性材料的強(qiáng)度極限，最后還得訴諸于實(shí)驗(yàn)。這些不同的理論只不過(guò)是提供了一種整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同辦法而已。在介紹斷裂力學(xué)時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的作用沒(méi)有提到足夠的地位，給人一種印象，好像只要憑這些理論就可以進(jìn)行脆性材料的或含裂紋材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　在介紹有限元方法時(shí)，沒(méi)有強(qiáng)調(diào)有限元程序或軟件的作用和發(fā)展。其實(shí)有限元的重要性，不只是開始的表述方法的一批論文，更為重要的是從1963年在克拉夫指導(dǎo)下，威爾孫的平面彈性力學(xué)有限元通用程序的完成，隨后有限元軟件不僅很快得到在工程界的普及，而且形成了有一定規(guī)模的軟件產(chǎn)業(yè)和數(shù)以千計(jì)的有限元商用軟件的出現(xiàn)。有限元的方法產(chǎn)生還促進(jìn)了和標(biāo)志著整個(gè)計(jì)算力學(xué)新學(xué)科的形成。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　以上個(gè)人的一些看法，可能有片面之處。這次評(píng)選活動(dòng)一些不盡人意的地方，可能是和前無(wú)先例有關(guān)，沒(méi)有已有經(jīng)驗(yàn)可循。當(dāng)然也和我們力學(xué)界對(duì)于力學(xué)學(xué)科的范圍、對(duì)于力學(xué)學(xué)科所發(fā)生的影響、對(duì)于自身的歷史、對(duì)于力學(xué)成果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)于力學(xué)學(xué)科的子學(xué)科分類標(biāo)準(zhǔn)等等問(wèn)題從沒(méi)有認(rèn)真展開過(guò)較大規(guī)模的討論，因而在認(rèn)識(shí)上很分散有關(guān)。它啟發(fā)我們的雜志、和學(xué)術(shù)團(tuán)體、學(xué)會(huì)今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)有關(guān)這些方面的工作，使以后的類似活動(dòng)搞得更好。

　　附錄

　　現(xiàn)將《力學(xué)進(jìn)展》編輯部提交投票的17項(xiàng)20世紀(jì)力學(xué)重大進(jìn)展與投票結(jié)果開列在下面：

　　推薦的17項(xiàng)進(jìn)展

　　1．邊界層理論

　　2．有限元方法

　　3．混沌理論

　　4．?dāng)嗔蚜�學(xué)

　　5．塑性力學(xué)和位錯(cuò)理論

　　6．湍流統(tǒng)計(jì)理論

　　7．湍流擬序結(jié)構(gòu)

　　8．奇異攝動(dòng)理論

　　9．舉力線理論

　　10．點(diǎn)源強(qiáng)爆炸解

　　11．力學(xué)的公理化體系

　　12．星系螺旋結(jié)構(gòu)的密度波理論

　　13．穩(wěn)定性與分岔

　　14．生物力學(xué)的創(chuàng)立

　　15．哈密頓系統(tǒng)的辛（symplectic）表示

　　16．孤立子與反演散射方法

　　17．聲障、熱障的克服

　　投票結(jié)果得票最多的10項(xiàng) 得票數(shù)

　　1．有限元方法――――――――――――――――――384

　　2．?dāng)嗔蚜�學(xué)―――――――――――――――――――343

　　3．生物力學(xué)的創(chuàng)立――――――――――――――――337

　　4．穩(wěn)定性、分岔和混沌理論――――――――――――337

　　5．邊界層理論――――――――――――――――――323

　　6．塑性力學(xué)和位錯(cuò)理論――――――――――――――312

　　7．湍流統(tǒng)計(jì)理論―――――――――――――――――259

　　8．奇異攝動(dòng)理論―――――――――――――――――222

　　9．力學(xué)的的公理化體系――――――――――――――199

　　10．克服聲障、熱障的力學(xué)理論――――――――196

　　注：本文受到國(guó)家自然科學(xué)基金10172002項(xiàng)目的資助，特致謝意。

　　參考文獻(xiàn)

　　1．20世紀(jì)理論和應(yīng)用力學(xué)十大進(jìn)展，《力學(xué)進(jìn)展》，第31卷, 第3期, 2001年8月, 第322-326頁(yè)

　　2．錢學(xué)森，我對(duì)今日力學(xué)的認(rèn)識(shí)，《力學(xué)與實(shí)踐》，1995年，第17卷，第4期。

　　刊登于《力學(xué)與實(shí)踐》，MECHANICS IN ENGINEERING，2002 Vol.24 No.2 P.67-70

　　On “ten great achievements of mechanics”

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