郑哲敏院士：从钱学森的技术科学思想谈起

2018-07-23 来源：学习时报

　　郑哲敏，著名力学家、爆炸力学专家。1980年当选为中科院院士，1993年被选为美国国家工程科学院外籍院士，2012年度荣获国家最高科学技术奖。

　　技术科学是一类科学，也是一种观点、一种文化。了解这些观点，在政策制定和科研管理方面，既有利于全面规划，也有利于营造发展技术科学的环境，包括评价体系的制定和完善，研究机构的学科定向和运行方式。需要进一步加深对技术科学的认识，认真研究并大力发展技术科学。

　　技术科学（又称作工程科学，以下统称技术科学）的孕育和诞生，经历了一个漫长的过程。就力学这门技术科学而言，一般认为它的直接源头应该可以追溯到19世纪末20世纪初的德国哥廷根大学。当时，数学家克莱因致力于推动理论科学应用于工程技术的改进，使科学与工程的结合发生了质的变化。在克莱因、普朗特的领导下，源于经典力学但一改其传统风格、直接服务于工程技术的应用力学迅速兴起，成为技术科学领域早期的代表性学科，形成了具有世界影响的哥廷根应用力学学派。与此同时，电气、化工等其他工程技术领域的科学与工程的结合也逐渐发展起来。随着科学与工程结合的趋势不断深入和扩展，世界工程技术发生了革命性变化。尤其是，二战期间火箭、高速飞机、雷达、核武器等重要武器装备的发明和使用，从根本上改变了人类生产与战争的面貌。这些重大发明与以前的发明创造明显不一样，它们不是依靠工程实践积累和经验判断设计出来的，而是需要数学、力学、物理学等理论科学作为设计依据，是科学家和工程师密切合作的产物。

　　钱学森技术科学思想的形成

　　钱学森的技术科学思想的形成应追溯到其赴美留学。1935年，钱学森进入美国麻省理工学院航空系学习，获得航空硕士学位后转向航空工程理论——应用力学的学习，师从加州理工学院著名应用力学大师冯·卡门教授。在冯·卡门的指导下，钱学森深刻领悟应用力学学派的思想精髓，在固体力学、流体力学、气体动力学等方向上取得了许多重要成就。他在留美期间还参与了美国空军发展战略规划“迈向新高度”的编制，积累了丰厚的理论和应用经验。1947年，钱学森回到祖国探亲，先后在浙大、交大和清华做了题为“Engineeringand Engineering Sciences”的学术报告，首次提出了存在“基础科学—技术科学—工程技术”三个层次结构的观点，引申出整个自然科学的知识体系。10年之后，回国刚一年多的钱学森在全国首届力学学术会议上做了主题报告《论技术科学》，并在当年《科学通报》期刊上发表，全面系统地论述了技术科学的基本性质、形成过程、学科地位、研究方法和发展方向，由此形成了关于技术科学的完整观点。之后，钱学森大力介绍和传播技术科学思想，参与制定国家科学发展规划，筹建落实技术科学人才培养机构设置，根据国民经济和国防建设的需要安排技术科学研究任务，还在与“两弹一星”工程有关的关键技术攻关过程中采用技术科学研究与组织管理的方法，成功地突破了许多重大关键技术，有力地推动了某些技术科学新兴领域，为后来的持续发展奠定了坚实的基础。

　　钱学森认为，“自然科学”“技术科学”和“工程技术”构成一个体系，它们之间存在紧密的反馈关系。一方面，要看到自然科学作为技术科学的基础的一面；另一方面也要看到技术科学对自然科学的贡献。因为自然科学是不可能尽善尽美的，不可能把工程技术完全包括进去，而技术科学却能把工程技术中的宝贵经验和初步理论精炼成具有比较普遍意义的规律，这样，对技术科学的成果加以分析和提高就有可能成为自然科学的一部分。以工程控制论和生物科学的关系为例。工程控制论在自然科学中是没有祖先的（它是技术科学知识），但是工程控制论一旦形成，它的应用就不局限于人造的控制系统了。就是说工程控制论中的一些规律，是更广泛的控制论的一部分，而这个更广泛的控制论就是一切控制系统（人为的和自然的）的理论，它也必然是生物科学中不可缺少的，是生物科学的一部分。

　　此外，技术科学对其他科学的贡献还不限于自然科学。例如运筹学，它在自然科学领域里没有祖先，它是由于改进规划工作的需要而产生的。然而运筹学一旦诞生，就已经部分踏入了社会科学领域。目前运筹学的历史还太短，内容还不丰富，设想当有了进一步的发展之后，它的应用范围会更扩大，会向社会科学部门伸展。

　　自然科学与技术科学都是科学。自然科学面对相对简单的问题，要求严格解，即把事物的规律精确提炼出来，要求精确描述；技术科学面对的问题相对复杂，只能近似解，因为环境总是很复杂的。两者的目标不同。

　　技术科学与工程技术的区别在于，每项工程涉及各种各样的具体技术问题，而技术科学是研究其中概念性、关键性、共同性的规律，给出一些工程上解决类似问题的共同方案。就是说，技术科学对工业技术有着引导的作用，能极大地促进和推动工程技术的发展。

　　技术科学的兴起、发展和繁荣是20世纪世界科学技术史的大事，它让科学技术进入了一个新阶段，深刻地影响和塑造着人类活动的方方面面。从世界角度看，技术科学的发展非常广阔和活跃，远远超出了原来的设想、类型和规模，并且呈现出一种规律，即基础科学越发展，与之相应的技术科学和工程技术也越发达。技术科学已经越来越走向宏、微观结合，与技术的发展也越来越紧密地相互促进。

　　科学与技术之间的关系也深刻影响着科技政策的制定。1950年代盛行范内瓦·布什的从基础研究到应用的线性模型，后来发展出来斯托克斯的巴斯德象限理论，印证了钱学森60年前关于基础科学和技术科学间，或科学与技术间“反馈”的思想是很超前的。

　　钱学森的技术科学思想为何没有更好实现

　　但是为什么60年前已经提出的先进东西未能很好地实现呢？有几方面原因：第一，被“好大喜功，急功近利，鄙视既往，迷信将来”的观念所束缚；第二，对科学技术的发展规律认识不足，不知道科学技术是有分工的，是多类型、多层次的分工合作；第三，对科研人员的信任不够充分，没有给予科研人员自由选择工作的足够权利。总的来讲，是科学界、政府和民众对技术科学的性质、作用没有充分的认识。对于什么是技术科学，究竟有没有技术科学、如何进行技术科学教育，以及有关发展技术科学的政策、技术科学的组织与管理有什么特殊性，等等，认识上都很模糊。

　　因此，值得进一步思考和讨论的问题很多。我们究竟应该如何遵循科学技术的发展规律来布局科研力量？在科技界，一个极端是按基础科学的标准来规划和指导技术科学，按组织基础研究的传统方式组织技术科学研究；另一个极端则是把技术科学研究看作是为着解决具体的工程和生产问题的工作。如此导致一个个产品的开发无法取得突破性进展，也无法与知识的积累互动，长久以往成为恶性循环。在政策制定和科研管理方面，对于科学技术研究如何支持，如何组织，如何评价，认识也都不够，而且缺少统筹规划。

　　此外，继航空航天之后，下一个力学发展的牵引力是什么也很值得思考，是不是人类健康？现在南水北调的东线西线，对环境影响是深远的，有很多科学问题需要深入研究，所以力学与地球科学的深度结合恐怕也是一个思路。

　　总体来看，技术科学是一类科学，也是一种观点、一种文化。但是，国际上的经验，我国20世纪60年代科技界和有关部门在技术科学方面取得的经验，并没有被很好地继承下来；在科学技术教育方面，我国也没有完全从20世纪50年代“理工分家”的影响中解脱出来。因此，准确认识技术科学的基本观点，有利于深入认识技术科学的性质、功能及其与基础科学和其他应用技术的关系。了解这些观点，在政策制定和科研管理方面，既有利于全面规划，也有利于营造发展技术科学的环境，包括评价体系的制定和完善，研究机构的学科定向和运行方式。因此，需要进一步加深对技术科学的认识，认真研究并大力发展技术科学。