力学之父钱伟长辞世“校长走好 钱老走好”

2010-04-11 16:14
科技传播 2010年15期
关键词:钱伟长力学方程

我国近代力学奠基人之一,著名的科学家、教育家,杰出的社会活动家,中国民主同盟的卓越领导人,中国共产党的亲密朋友,中国人民政治协商会议第六届、七届、八届、九届全国委员会副主席,中国民主同盟第五届、六届、七届中央委员会副主席,第七届、八届、九届名誉主席,中国科学院资深院士、上海大学校长钱伟长同志,因病于2010 年7 月30 日6 时20 分在上海逝世,享年98 岁。

钱伟长的去世让国人震动,一位科学大师留下了无限的人生传奇,更留下了宝贵的创新精神。为什么在近百年动荡的世事变迁中总有创新激情?为什么以文科生出身却取得无数自然科学成就?探寻钱先生的创新精神,给我们许多启示。

以好奇心和责任感发现新问题。创新源于什么?在钱伟长看来,源于问题。这些问题可以是科学自身的空白,也可以是社会发展的需求。1931 年在清华大学他以大学物理入学考试5 分的成绩申请转学物理系,因为国家处于危难需要更多的飞机大炮,这一选择成为了人生轨迹的重大转折;1939 年他开始研究弹性板壳的统一内禀理论,因为当时国际学术界弹性板壳理论的研究十分混乱,这一研究获得了爱因斯坦的高度评价,奠定了他在国际科学界的地位。新中国成立后,他从58 岁学电池知识,因为我国坦克缺乏高能电池;64 岁以后学习计算机,提出宏观字形编码方案“钱码”,还有一系列重要发现发明。这些研究的启动首先源于他抓住了创新的问题。他认为中国要培养“满肚子都是问题的人,这种人是我们国家需要的。培养博士生就是使一个没有问题的人变成有问题的人,也懂得力所能及来解决问题”。从科学研究的规律来看,发现问题的能力甚至重于解决问题的能力,非如此不能突破常规路线,不能发现空白领域,不能实现原始创新。

以掌握经典和融汇贯通汲取新知识。后人常常惊叹于钱伟长对新学科的掌握速度,他自己也说:“我可以临时开一个题目,保证三个月内就可以开展。我会查资料,看书也快,今天干完这个,明天就可转到另外一个题目去。”这种能力源于他非常注意学习方法。对于有人说自己是“万能科学家”,钱伟长回答说:“其实不是万能,不过我会去学一类东西,我会看人家的东西,看懂了我自己能下结论,并在这个基础上再做下去。我懂得爬在人家肩膀上,我要永远爬在人家肩膀上。”从钱伟长的经历来看,多读经典著作,多读最新文献,多做一手调研,这样才能迅速进入新领域。在科学研究领域日益交叉纷杂的今天,创新不能仅仅是停留在单一领域的封闭行为,打通专业壁垒、推进领域融合显得更加迫切。

以谦逊态度和勤奋学习保持新动力。尽管成就卓著,但钱伟长始终很谦虚,他认为“应该觉得自己不懂的东西很多很多,那你就是很有学问;你觉得什么东西都懂,你大概是没有学问的”。对于有人对他的“天才”赞誉,钱伟长说:“我不是天才,我的学习是非常勤奋的,我发现很多东西我还不懂,需要,我就学。你们不要相信天才论,关键是在于刻苦和努力。没有学不会的东西,问题在于你肯不肯学,敢不敢学。”他是这么说的,也是这么做的。在钱伟长的家里,70 岁以前没有电视机,因为怕看得多浪费时间,而且50 多年了一直保持“开夜车”的习惯。到老了他还自信地说:“这么多年来,我没有懒过,我的知识没有老化。”事实上,88 岁时他还写了一篇50 多页的长篇论文《中国魔方的构造特性及其不惟一性问题的研究》,让许多人称赞不已。这种谦虚和勤奋是一个人保持持续创新的根本动力,也是保持精神青春的重要法宝。

人物贡献

中国近代力学与应用数学主要奠基人

1.钱伟长的早期工作是物理学的光谱分析,有3篇论文发表在《中国物理学报》(1937—1939 年)。其中,硒的单游离光谱分析开我国稀土元素研究的先河。硒的光谱是4f电子光谱的基础,在30 年代是用来验证量子力学计算的重要研究园地。该光谱线条众多,能位复杂,长期未能分析。1935 年,首先由哈斯帕斯(Haspas)公布了一些分析结果,钱伟长证明其大部分是不可靠的。1937 年,艾伯森(Albertson)和哈里森(Harrison)公布了从600 条谱线中分析得到的一批能级,大部分的J值是21/2、31/2,钱伟长把能级的J值扩展到41/2,低能级扩展到38 个,高能级扩展到75 个,共分析了925 条谱线,大部分离亮度的谱线都得到分析,并和玛吉诺(Margenaw)观察到的齐曼(Zeeman)效应相互校正。这一工作受到国际物理学界的重视,是稀土光谱的奠基性工作。

2.钱伟长的成名之作是薄板薄壳的统一内禀理论。在第二次世界大战期间,航空事业取得突飞猛进的发展,喷气式飞机是争夺制空权的法宝,导弹被视为下一代的武器,航天计划处在摇篮中。从而力学,如飞行器动力学、飞行器结构力学、高速空气动力学,以及喷气发动机工程热物理和工程控制论等都成为热门科学,取得蓬勃的发展。欧洲的一批科学家在战乱中移居北美,形成了一些活跃的科学研究中心。钱伟长先后师从应用数学家辛格教授和应用力学大师冯·卡门,在飞行器结构力学、高速空气动力学和飞行器动力学方面作出多项成就,其中最有名的是和辛格合作,用微分几何与张量分析方法,从一般弹性理论出发,给出的薄板薄壳非线性内禀方程。他因此作为冯·卡门60 寿辰祝寿文集中最年轻的中国作者赔身于一批世界上最知名的学者之中。钱伟长以板壳内禀理论为题目的博士论文,分成几部分发表后,一时间成为北美力学研生的必读材料,被当作理性力学的开山之作。1980 年,美国理性力学权威A.C.爱林根(Eringen)访问中国,特意到清华大学的照澜院,来拜见钱伟长,他说,当年他花了几个月时间拜读钱伟长的板壳内禀统一理论,从而开始了自己在理性力学方面的开创性工作,他把钱伟长认作自己的前辈。

在1940 年以前,板壳理论的各种近似处理是很混乱的,钱伟长对于这种近似的板壳理论深感不满,曾在昆明西南联合大学(1939 至1940 年)对这一问题进行了研究,以三维微元体平衡方程为基础,引进三维应力应变关系,得到用应变分量所表示的平衡方程。

3.钱伟长的导师辛格教授原籍爱尔兰,是英国皇家学会会员,由于德军空袭来到加拿大多伦多大学,创建了北美第一个应用数学系,系内有L.因费尔得(Infeld)、温斯坦、A.F.史蒂文森(Stevenson)等教授,因费尔得是A.爱因斯坦(Einstein)的大弟子,著有《物理学的演化》等书。钱伟长在与辛格教授第一次面谈时,发现两人都在研究板壳理论,辛格用宏观的内力素张量求得在外力作用下板壳的张量平衡方程,称之为宏观方程组,而把钱伟长的方程称为微观方程组。辛格认为:虽然两种理论所用的力学量和符号有所不同,但其实质是等同的。

这篇文章发表之后,很受力学界和数学界的重视,先后在多伦多大学、加拿大数学年会、美国加州理工学院航空系、美国数学学会西部年会等场合作学术报告;在英国和澳洲有人写过书,进一步研究这一问题。1973 年,荷兰H.S.鲁坦(Rutten)教授在《壳体渐近理论和设计》一书中多次推崇这篇文章,说:“辛格和钱的工作,继承了19 世纪早期A.柯西(Cauchy)和S.D 泊松(Poisson)的工作,在西方文献中重新注入了新的生命力。”1982 年,在上海国际有限元会议上,执行主席R.H.盖拉格(Gallagher)教授向大会介绍钱伟长时说:“钱教授有关板壳统一内禀理论的论文,曾是美国应用力学研究生在40—50 年代必读的材料,他的贡献对我以后的工作很有影响。”

4. 冯 · 卡 门 和 钱 伟 长 在1939 年 和1941 年研究了柱壳在轴向力下的局部失稳和球壳在外压下的局部失稳现象。如果把局部尺寸看做是壳的有效跨度,则对于局部区域而言,也可以看作是浅壳,用浅壳大挠度方程求解。圆薄板大挠度卡门方程,也可以由浅壳方程蜕化得到。1951年8月,在美国斯坦福大学举行的海军结构力学研讨会上,冯元桢和E.E.塞克勒(Sechler)发表了《弹性薄壳的失稳》,文中的浅壳方程就是“钱伟长一般方程”,文中的浅圆柱壳方程就是“圆柱壳的钱伟长方程”。

5.在钱伟长的博士论文中,还包括从三维弹性理论导出壳体宏观平衡方程的证明,发表在1948 年12 月的清华大学理科报告上。这篇文章曾引起一场关于版权的争论。美国C.特鲁斯德尔(Truesdell)抱怨此文抄袭了他的文章。钱伟长回信请他到多伦多大学图书馆查阅钱本人的博士论文,这篇文章是该学位论文的一部分。后特鲁斯德尔来信道歉,并说明他的导师H.赖斯纳(Reissner)已向他说明,他在数学学会汇刊上登载的博士论文是钱伟长于1946 年在乘海轮返国途中审查的,钱提出近50条意见,他大都接受并做了修改,特鲁斯德尔在1947 年发表的轴对称壳文章也是钱伟长审查的,他都一并表示感谢。

6. 1946年,与冯·卡门合作发表了《变扭率的扭转》一文。冯·卡门曾说这是他一生中最后一项较满意的弹性力学工作,是经典型的工作。

钱伟长简介:

钱伟长,江苏无锡人,中国著名力学家、应用数学家、教育家和社会活动家;中国近代力学、应用数学的奠基人之一;兼长应用数学、物理学、中文信息学,著述甚丰;特别在弹性力学、变分原理、摄动方法等领域有重要成就;历任中国科学院院士,上海大学校长,南京航空航天大学名誉校长,耀华中学名誉校长;中国人民政治协商会议第六届、七届、八届和九届全国委员会副主席,民盟中央副主席、名誉主席;钱伟长与钱学森、钱三强并称“三钱”。

1931 年至1937 年在清华大学物理系、研究生院学习,1936 年参加中华民族解放先锋队。

1940 年至42 年在加拿大多伦多大学应用数学系学习,并获博士学位。1942 年至46 年任美国加州理工学院喷射推进研究所研究工程师。1946 年至1948 年任清华大学教授兼北京大学、燕京大学教授。

1949 年至1983 年任清华大学教授、副教务长、教务长、副校长,中华全国青年联合会副秘书长,中国科学院学部委员、力学研究所副所长、研究员,中国科学院自动化研究所所长,中国科学院学术秘书,国务院科学规划委员会委员,波兰科学院院士,中国力学会副理事长,民盟中央常委。

1983 年至1987 年任上海工业大学校长,上海市应用数学和力学研究所所长。

1987 年至1994 年任全国政协副主席,民盟中央副主席,香港特别行政区基本法起草委员会委员,澳门特别行政区基本法起草委员会副主任委员,中国和平统一促进会执行会长,中国海外交流协会会长,中国科学院院士,上海工业大学校长,上海市应用数学和力学研究所所长;他是第五届全国政协常务委员,六届、七届、八届、九届全国政协副主席;第一届、四届全国人大代表。

钱伟长还担任漳州大学、沙洲工学院和暨南大学的名誉校长,并任南京华东工学院、镇江江苏工业大学、成都电讯工程学院、西南交通大学、泉州华侨大学等校的名誉教授,还任美国《应用数学进展》、《国际工程科学月刊》,荷兰《分析和设计工作中的有限元》,英国《薄壁构件》,乌克兰《应用力学》等杂志编委;《中国大百科全书》副主编;《简明不列颠百科全书》中文版中美联合编审委员会委员;《辞海》副主编;重庆出版社《现代化探索丛书》主编;科学出版社《应用数学和力学丛书》主编。

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