“物理力学”开创人

2015年04月10日


钱学森在美国20年,其中大部分时间,他主要从事应用力学的研究,贡献了“卡门-钱近似”公式等一系列研究成果,并参与美国军方的多个火箭研制项目。1950年夏,朝鲜战争爆发,美国掀起反共狂热,钱学森被指控为共产党员,遭受了审讯、拘禁和迫害,连正常的学术研究也受到了影响。钱学森被迫“改行”,从事与航空航天没有直接关系的理论研究。他没有因为打击而消沉,反而以超人的毅力,再一次投入到科研和教学活动中去。钱学森的目光落在了更高更新的学术领域,其中一个便是开创“物理力学”(Physical Mechanics)。所谓“物理力学”,并不是物理学中的经典力学概念,而是钱学森长期从事的应用力学的一个新分支。多年来,钱学森在进行火箭研究时体会到,必须研究和掌握在某些特殊的极端条件下,物质或材料的宏观特性会发生怎样的变化。例如,核动力火箭的喷管喉部,温度可能高达4000K(3726.85℃),这样的条件下,物质的热力学性质究竟有何变化,很难通过直接测量的方法获得结果。钱学森想到了把描述物质微观性质的原子分子结构理论、描述物质微观行为的量子力学、沟通微观和宏观性质的统计力学联系起来,加上发展得较为完善的传统应用力学,他构筑了一门全新的科学,从物质的微观规律入手,确定其宏观力学特性。这便是“物理力学”理念的由来。

1953年,钱学森发表论文《物理力学——一个工程科学新领域》,正式提出“物理力学”概念,开拓了高温高压流体力学的新领域。之后,钱学森在加州理工学院开设了“物理力学”课程,在教学与研究中不断丰富、充实与深化其内容,形成了厚厚的一本《物理力学讲义》,第二展厅陈列的便是这份讲义的英文打印版。时至今日,这套讲义仍然是加州理工学院重要的参考资料。

钱学森回国后,大力倡导和推动物理力学的研究,把应用力学的最前沿内容带给了中国力学研究者和学生。1958年6月,他在一份手稿中写道:“物理力学是由于新技术的需要而提出来的,它自然是一门新学科,也其实是一个介乎固体力学、流体力学和物理、化学之间的生长点。唯其是新,所以就是在世界科学技术先进的国家里这方面的工作者也不多,在我们国家里物理力学更是处在萌芽状态,需要大力支持才能得到迅速地发展,才能满足新技术的要求。”这份手稿如今也在第二展厅展出。1958年中国科技大学成立后,钱学森主持设立了物理力学专业,并亲自授课。1964年,他与59级物理力学专业毕业生合影留念。作为物理力学的开创人,钱学森对将要成为物理力学研究生力军的大学生寄予厚望,他曾饱含深情地对学生们说:“我们只是物理力学的第零代,你们才是真正的第一代!”