在中文语境里,我们往往用“第一个吃螃蟹的人”形容那些敢于尝试新事物、勇于探索未知领域的人——这一特质,恰与科学家精神中的“勇攀高峰、敢为人先的创新精神”不谋而合。
科学家是致力于探索自然规律、推动人类知识边界的人,他们的工作性质决定了他们需要不断挑战未知,勇于尝试新的理论、实验和方法。尤其是很多老一辈科学家,他们随着新中国从筚路蓝缕中一路前行,凭借智慧、汗水和勇气,在不同领域实现了“从0到1”的突破,他们的名字和一项项事迹,如璀璨星河中的一颗颗星辰,让科学家精神得以具象化地闪耀。
今日恰逢我国物理学家、应用数学家、中国科学院院士钱伟长先生诞辰,在此分享他的故事,纪念这位始终秉持“我觉得国家需要的,我都干”的万能科学家。
钱伟长(1912年10月9日—2010年7月30日),中国力学家、应用数学家、教育家,中国科学院院士。中国近代力学、应用数学的奠基人之一。
1912年10月9日,钱伟长出生于江苏省无锡县鸿声乡七房桥村的钱家大宅。取名时,四叔钱穆建议:建安七子中的徐干,字伟长,很有文才,就叫伟长吧。
钱家曾是当地望族,诗书传家底蕴深厚。年幼时,钱伟长每天要按照父亲吩咐完成功课,还要跟叔叔们学习国文,书斋中有大量藏书任他自由探索。日子过得清苦,精神世界却富足。
弃文从理:
“我要学飞机大炮!”
1931年,钱伟长报考了清华大学、中央大学、浙江大学、唐山交通大学、厦门大学等5所大学,结果全部考取。他选择了清华大学。
若按今天的高考规则,钱伟长大概无法进入清华大学,因为他偏科太严重了。由于连年战乱,钱伟长没能接受完整的基础教育。受益于家学渊源,他的国文和历史底子极扎实,数理化和英文基础却极薄:英文0分,物理5分,数学和化学加起来20分。
但国文和历史考试中,他的成绩着实亮眼。当时清华大学的入学考试,国文和历史命题人是陈寅恪。国文考题有一道对联,上联“孙行者”,下联标准答案是“胡适之”,而钱伟长对出了“祖冲之”,陈寅恪觉得很不错。作文考题是“梦游清华园赋”,限时45分钟。钱伟长交上了一篇极尽华丽的古体赋,阅卷老师觉得无可挑剔,给出满分。历史考题更刁钻,陈寅恪要求考生写出“二十四史”的全部书名、作者、卷数和注释者,结果钱伟长全部准确写出,获得满分。
当年清华招生不分专业,学生可以自由选择方向。这样的成绩,按常理推断,人人都觉得会是一个国学大师苗子,该去中文系或者历史系。
“苍劲兮古木通天,林立兮殿阁楼宇,绵绵兮仙云紫烟,闪闪兮富丽堂皇”——钱伟长《梦游清华园赋》
就在钱伟长来到清华园的第二天,“九·一八事变”爆发。
听到消息后,钱伟长立刻决定改变志向,投身他心目中祖国最需要的物理研究:“我要学飞机大炮,我要进物理系!”
1936年,南下抗日宣传自行车队成员合影
(前排右一为钱伟长)
来源:中国科学家博物馆
不过,进物理系的道路并不顺畅。当时的物理系主任吴有训教授不觉得钱伟长适合来自己这里。
钱伟长态度坚决:“中文、历史都打不了仗。中国老吃败仗就是因为飞机、大炮不如人家。我要进物理系。”
死缠烂打之下,钱伟长获得了在物理系试读一年的机会,一年后如果数学、物理、化学有一科成绩达不到70分以上,必须转系。
一开始,钱伟长把自己学文史的方法照搬过来,背公式、背元素周期表,结果物理课堂测验连续7周不及格。吴有训细心告诉钱伟长怎样记笔记、怎样复习,并及时点醒他:学物理重在理解,只靠背不弄懂是不行的。
在吴有训的点拨帮助下,钱伟长的物理成绩渐渐提高,研究生毕业时,他已经是物理系最优秀的学生之一。
1935年清华大学越野校队在校体育馆前合影
(右二为钱伟长)
来源:中国科学家博物馆
在清华大学物理系和清华大学物理系研究所,钱伟长度过了六年。这段求学经历,为他的科研之路打下了扎实基础,也让他学到了科学的学习方法。晚年,他回忆道:“这样的条件可惜一辈子中只有六年,这是最不能忘怀的六年。”
海外深造
崭露头角
1937年,钱伟长研究生毕业后,继续进行光谱学研究工作。1937到1939年间,他在《中国物理学报》发表了3篇光谱学论文,其中《对稀有元素硒的单游离光谱分析》打开了中国稀土元素研究的先河。
1939年,钱伟长跟随清华南迁,在昆明西南联合大学任教,讲授热力学。期间,板壳理论引发了他的兴趣。
什么是板壳理论?现代工业需要将各种金属板处理成与物体相适应的各种形状不规则的壳,板壳理论就是以弹性力学与一些工程假设为基础,研究这些工程中的板壳结构在外力作用下的应力分布、变形规律和稳定性。这项研究应用前景广阔,但它当时还很混乱:板和壳的描述、分析、处理方法不统一,一些先验性假设也不严谨。
钱伟长想到,可以建立一套理论,把这些凌乱的板壳类型和方程纳入统一框架。
1939年,钱伟长通过中英庚款公费留学生考试,次年秋天抵达加拿大多伦多,开始留学生涯。
在多伦多大学,钱伟长见到导师辛格教授之后发现,两人居然都在研究板壳问题。师生二人一拍即合,用50天时间合作完成了论文《弹性板壳的內禀理论》,然后将论文发表在美国加州理工大学航空系主任冯·卡门的祝寿论文集中。这本论文集有20多位作者,大多是当时已经声名显赫的科学家,比如爱因斯坦、冯·诺伊曼等,28岁的钱伟长是其中最年轻的,也是唯一一位不到30岁的后辈。
这篇论文是钱伟长的成名之作,奠定了他在国际力学界,特别是固体力学界的学术地位。
随后,钱伟长持续钻研,建立了一种系统而精确的板壳理论, 并给出了一套统一的近似方法。从他的理论出发, 根据不同的实际情况, 可以进行不同的简化和近似, 并得出适合各类板壳问题的解案。板壳理论的混乱局面一扫而空。
弃美归家
建设新中国
博士毕业后,钱伟长加入了冯·卡门教授的研究所。虽然事业如日中天,但钱伟长的内心从未真正获得平静——他无时无刻不在怀念祖国、怀念亲人、怀念同学。
抗战胜利的消息传来,钱伟长决定回国。1946年,他不顾导师挽留,回到中国,在母校清华大学担任机械系教授,同时还在北京大学、燕京大学兼授力学课程,夜以继日加紧工作,迫切想为祖国培养更多理工人才。
1949年春天,北平解放后,钱伟长被任命为清华大学副教务长兼常委,满怀热情地投入了社会主义建设的工作。不管是科研还是教学,他都在不断突破。
科研上,他发明的有关大挠度板的系统摄动法被称为“钱伟长法”,有关浅壳的大挠度方程被称为“钱伟长工程”;1964年,他用拉格朗日乘子法建立广义变分原理,导出了壳体非线性方程,后来在国际上风行一时。
在教学方面,他从1951年起指导力学专业研究生,培养出多位知名物理学家。我国力学史上的很多第一,都和他有关:他主持了我国第一个力学研究班和力学师资培养班,培养了大批优秀的力学工作者;在中国科学院数学研究所创办了我国第一个力学研究室,后来又与钱学森合作创办了中国科学院力学研究所和自动化研究所。此外,他还出版了我国第一本弹性力学专著。
一心报国
“万能科学家”
1954年到1956年,钱伟长参加了我国第一次十二年科技规划的制定。这项工作由周恩来总理亲自领导,要确定新中国未来12年的科学任务项目。
结果钱伟长的计划让所有人感到意外,因为其中只包含五项:原子能,导弹和航天,自动化,计算机,以及自动控制。
有人提出疑问:“钱伟长学的是力学和应用数学,他自己的学科计划呢?”
但对钱伟长来说,这其实并非第一次放弃自己的专业,因为国家需要什么,自己的专业就是什么。
在这样的信念下,钱伟长的视野从来不局限于象牙塔中的物理。经济、水利、科技,乃至石油,都是他关切的问题。
也因为这个缘故,有人攻击他不专业、嘲笑他是“万能科学家”。
钱伟长的回应则是:“我不管,我什么都敢做。”“我是这样的人,我觉得国家需要的,我都干。”
什么都敢做的钱伟长,在58岁时,目光又转向了坦克。当时中国坦克起动依靠的电瓶电量很小,在打仗过程中经常打打停停,最多只能走几十公里。
于是钱伟长提出:能不能搞一个电力更大的电池呢?
其实,做电池是当时谁都没有碰过的新鲜学问,和钱伟长的专业又是八杆子打不着。
知识不够,设备没有,原材料也不合格——但这些难不倒钱伟长。
他带人在清华大学找出所有和电池有关的文献并且翻译成中文,在学校废品堆里刨出旧材料改制成设备,还亲自跑遍北京城里几百家工厂车间收集原材料。
第二年,他带领的研究小组做出了一种能量高出八倍、价格还更便宜的新电池。他们发明了一种空气极板的新工艺,多孔性的电池新极板能让空气畅通无阻,又有很好的抗水性。即使在加压的条件下,水或其他电解质溶液也完全不会渗漏。
基于新的技术和工艺,新的高能电瓶重量只有旧电瓶的1/4,却能让坦克连续启动1千多次,为实战带来了极大的方便。
研究小组将一切技术公开,钱伟长亲自编译刻印了100多期《洋为中用》的技术资料,供全国各方参考,并且出版了《锌空气(氧)电池进展》专著。不少电池厂移植了这项技术,生产出来的高能填补了国家空白,受到了广泛欢迎。
“我没别的要求,
我希望国家强大起来”
1983年,年过70岁的钱伟长,突然接到一纸调令,被任命为上海工业大学校长。
钱伟长又风风火火地投入了新的工作。他不领工资、不要住房,一心想要在上海工业大学推动改革,把他心目中更先进、更实用的教育理念注入这所大学,注入全社会。
1982年11月,上海工业大学校长钱伟长(右一)在上海工业大学电机系实验室检查工作
来源:中国科学家博物馆
用今天时髦的话说,钱伟长的科学人生,是 “终生学习”“即插即用”的一生。
他曾经举自己的经历做例子:“我36岁学力学,44岁学俄语,58岁学电池知识。不要以为年纪大了不能学东西,我学计算机是在64岁以后,我现在也搞计算机了,当然不像年青人那么好,不过也吓不倒我。”
确实,没有什么能吓倒这位“万能科学家”。
毕竟,在他广博的视野之上,总有一些矢志不渝的信念照亮他的人生之路:“我不在乎。我只要事情办得对国家好就行。你同意不?我没别的要求,我希望国家强大起来,强大要力量,这力量就是知识。”“我是这样的人。”
参考资料
[1] 柯琳娟. 以国家需要为专业的科学家:钱伟长传[M]. 江苏人民出版社, 2009.
[2]钱伟长《八十自述》[M].海天出版社,1998.
[3]CCTV《大家:钱伟长 强国之梦》
https://tv.cctv.com/2015/10/08/VIDE1444235766826145.shtml.
[4] 钱伟长. 教育和教学问题的思考[M]. 上海:上海大学出版社, 2000.
[5] 程昌钧. 钱伟长先生对力学和应用数学的贡献[J]. 力学进展, 2010, 40(5):480-494.
[6] 戴世强. 独辟蹊径开新篇——钱伟长院士与弹性板壳内禀理论[J]. 自然杂志, 2010(6):368-370.
[7] 黄涛 张小茜. 钱伟长:即使在最艰难时期,依然乐观向上[N]. 学习时报, 2010.8.