科學領域的三位領軍人物：錢學森、郭永懷和南仁東（增補稿）_風聞

在中國近現代科學及工程史上，中國科學家功不可沒：比如，鄧稼先、童第周、彭桓武、吳文俊、黃旭華、屠呦呦、師昌緒等等。本文列舉三位具有方向性和實踐性和組織性特殊貢獻的科學大家做一介紹：錢學森、郭永懷和南仁東。

一、傑出的戰略科學家：錢學森

       錢學森，1911年12月11日出生於上海，祖籍浙江省杭州市du臨安縣，是中國傑zhi出的愛國科學家，是航空領域、空氣動力學學科的第三代摯旗人，是工程控制論的創始人，是二十世紀應用數學和應用力學領域的人物。1923年9月進入北京師範大學附屬中學學習，1929年9 月考入上海交通大學機械工程系鐵道門[1]，1934年6月考取清華大學第二屆公費留學生，1935年9月進入美國麻省理工學院航空系學習，1936年9月轉入美國加州理工學院航空系，成為世界著名空氣動力學教授馮·卡門的學生，並很快成為馮·卡門最得意的弟子。先後獲航空工程碩士學位和航空、數學博士學位。 1938年7月至1955年8月，錢學森在美國從事空氣動力學、固體力學和火箭、導彈等領域研究，並與導師共同完成高速空氣動力學問題研究課題和建立“卡門-錢近似”公式，在二十八歲時就成為世界知名的空氣動力學家。2009年10月31日上午8時6分，在北京逝世。享年98歲。

       錢學森同志，我國傑出的愛國科學家，是航空領域、空氣動力學學科的第三代摯旗人，是工程控制論的創始人，是二十世紀應用數學和應用力學領域的人物——，他在上世紀40年代就已經成為和其恩師馮·卡門並駕齊驅的航空航天領域內最為傑出的代表人物之一，成為二十世紀眾多學科領域的科學羣星中極少數的巨星之一；錢學森同志也是為新中國的成長做出無可估量貢獻的老一輩科學家團體之中，影響最大、功勳最為卓著的傑出代表人物，是新中國愛國留學歸國人員中最具代表性的國家建設者，是新中國歷史上偉大的人民科學家：被譽為“中國航天之父”、“中國導彈之父”、“火箭之王”、“中國自動化控制之父”。

       錢學森在現代國防問題上根據國際形勢和中國的工業基礎鮮明指出“優先發展導彈”的建議；在中國航天科學發展上，對中國航天技術路徑的規劃確定上從討論的5種方案中選擇了“火箭載荷”的技術路徑。錢學森以“導彈技術為基礎的中國航天科技路徑”奠定了中國“多快好省”的航天之路。這是非常偉大的，有遠見的戰略籌劃。儘管此後的中國航天之路經歷了許多波折，但錢學森的“載人航天”謀略從沒停止過——尤其是在航天員訓練中心（5所）面臨“下馬”的時刻力保“留下種子”的決策得到中央的採納，使得後來的“神州”計劃得以在較短的時間實現。

      錢學森的偉大之處不僅在《工程控制論》的基礎上為中國建構以火箭技術為載體的國防和航天技術奠定了理論基礎，在工程實踐上也提出了一系列體系架構的建設意見（比如體系中的“總體部”設立）。什麼是科學“大家”？所謂“大家”首先是在研究方向上的選擇具有高屋建瓴的指導思想和項目具體實施的最優路徑。也就是能夠在研究實施的整個過程中，從技術理論、實踐方向、具體手段和體系保證等方面給出較為完整的科學方案。其次，所謂“大家”的另一個“特異功能”就是“識人”和“善用”。在這方面，錢學森的貢獻已經涉及到了“兩彈一星”乃至航空領域所有關鍵人士的調配。可以説，中國現代科學體系的誕生，錢學森是第一貢獻者。是錢學森讓中國人第一次認識到“現代科學體系”是怎樣運作的。錢學森不是政治家，但他清醒地把握着政治與國家安全、經濟和科學技術之間的關係。在這些方面能做出決斷的就不是一般“鄉山老野素心人”能企及的。

       所以，錢學森不僅僅是空氣動力學專家，更是戰略科學家！

二、理論上“獨闢蹊徑”的郭永懷

1909年4月4日，出生于山東省榮成市滕家鎮一個農家。

      郭永懷是國際著名的力學家，應用數學家，中國近代力學事業的奠基人之一，兩彈一星元勳，中國科學界的傑出代表。也是唯一獲得“烈士”稱號的“兩彈一星”元勳。郭永懷在1946年至1956年間，當時康奈爾大學航空研究院的三個主持人（即西爾斯、郭永懷、康脱洛維茨）之一。這10年也是郭永懷從事科學研究的黃金時期。他着重對跨聲速理論與粘性流動進行了深入的研究，先後發表了《可壓縮無旋亞聲速和超聲速混合型流動和上臨界馬赫數》（與錢學森合作）《關於中等雷諾數下不可壓縮粘性流體繞平板的流動》《弱激波從沿平板的邊界層的反射》等重要文章，解決了跨聲速流動中的重大理論問題（即當時理論和工程界面臨的飛行器如何突破音障的問題）。與此同時，為了解決邊界層的奇異性，他改進了龐加萊、萊特希爾的變形參數和變形座標法，發展了奇異攝動理論。為此，錢學森於1955年在《AdvancesinAppliedMechanics》雜誌上發表文章，將這一方法命名為PLK方法。值得一提的是，郭永懷在50年代初就注意到離超聲速流動這一方向，研究了高超聲速激波邊界層干擾和離解效應。郭永懷因在空氣動力學與應用數學中的研究成果而馳名世界。

      約自1950年開始,激波管已被發展成為有很多用途的試驗工具之一。它已經用於研究空氣動力學、超高音速空氣動力學、化學動力學、物理氣體動力學、爆炸力學、凝結效應、化學流體力學、磁流體動力學、低温流體力學、天文物理學、光譜學等等。最近,激波管已被用來驅動氣動激光器。21世紀將是高超聲速空天飛行的世紀，先進的空天飛行器速度超過5000公里/小時甚至達到10000公里/小時，能夠不斷提高人類“進入空間”、“探索空間”和“利用空間”的能力，成為各國之間科技競爭的熱點和國家實力的象徵。      

      針對當時傳統風洞技術的高耗能問題，郭永懷先生預見到脈衝型風洞設備的重要性，便支持他的學生俞鴻儒（後來成為中科院院士）開展研究。自此，中科院力學所推動着我國激波管、激波風洞技術的發展，並拉開了應用於航天器研製中的序幕，同時逐漸形成一支高温氣體動力學基礎研究團隊。這支隊伍面向國家重大需求、面向國際學術前沿，致力於高超聲速、高温氣體動力學方面研究。他們淡泊名利，心繫國家需求，集智攻關，潛心探索研究世界難題；他們胸懷激情，揹負責任，義無反顧地踏上了這充滿未知的征程。由此，中國的“激波風洞技術”的發展進入了世界前列，併為此後我國的一系列航天飛行器的流體動力學研究設計和試驗提供了有效的技術保證。

       郭永懷對於國防工業和科研的貢獻是多方面的。從1957年11月4日，蘇聯發射第一顆人造衞星起，他就參加了中國科學院星際航行座談會，大力倡導中國要發展航天事業，並就許多技術問題，如運載工具、推進劑、姿態控制、氣動力、氣動熱等發表了許多重要見解和主張。在第四次座談會上作了“宇宙飛船的回地問題”的中心發言，對氣動減速、氣動加熱、燒蝕防熱、回地軌道設計等問題進行了細緻的分析，還提出了利用舉力面的設想。隨後，當研製人造衞星提到議事日程上時，郭永懷參加了負責衞星本體設計的人造衞星研究院的領導工作。

      1967年，郭永懷參加了空氣動力學研究院的籌建工作，擔任了主管技術工作的副組長。他首先就空氣動力學研究院的服務對象、研究手段、重點設備、測試方法等提出了建議，並和錢學森一起為該院規劃了藍圖，為以後空氣動力學研究發展中心的建設奠定了基礎；為了發展中國的“兩彈”事業，郭永懷更是嘔心瀝血，從理論到實踐都作出了重要貢獻，他多次赴現場參加準備工作。

       中國開始研製核武器時，他負責動力項目研究。提出了“鐵條包布”的設計思想，為核武器真正武器化做出貢獻。郭永懷還負責指導反潛核武器的水中爆炸力學和水動力學等相關技術的研究工作。此外，在潛-地導彈、地對空導彈、氫氧火箭發動機和反導彈系統的研究試驗中，他都作出了巨大貢獻。在郭永懷的努力下， 1966年10月27日，中國第一顆裝有核彈頭的地地導彈飛行爆炸成功！1967年6月17日，中國第一顆氫彈空爆試驗成功。

     實際上，郭永懷自從接手錢學森的院長工作之後，就逐漸參與到“兩彈一星”研究的所有有關的研究指導工作。深厚的理論功底，豐富的工程經驗使郭永懷的敏鋭思維不斷在“兩彈一星”研製中作出卓越貢獻。針對研製過程中的必須風洞試驗裝置面臨的電能不足問題時，郭永懷聯想到採用激波管的技術特徵進而提出“獨闢蹊徑”的技術路線解決問題，進而使我國在“激波風洞技術”方面一下子就走在了世界最前列，進而確保了我國航天工程後續的神州系列載人航天器計劃順利實現。

       中國是世界上第一個實現“激波風洞技術”的應用國。之所以能實現彎道超車就在與郭永懷先生深邃的“流體力學理論基礎”和對“激波管”原理的敏鋭洞察。何為大師？大師的貢獻作用就在於找準研究的方向和人才的選拔。這是大師最偉大的科學貢獻！

       也就是説，郭永懷在科學上的“彎道超車”，全都來源於他的科學睿智。

三、科學工程的“多面手”——南仁東

       南仁東——FAST工程首席科學家兼總工程師，1963年9月-1968年7月讀於清華大學無線電系真空及超高頻技術專業。

       1994年始，南仁東主持國際大射電望遠鏡計劃的中國推進工作。提出利用喀斯特窪地作為FAST望遠鏡台址，建設巨型球面望遠鏡作為國際一平方公里陣（SKA）的單元的設計思想和方案，啓動貴州選址和地質勘查。在14年艱苦創業過程中，主編FAST科學目標，指導整個系統各項關鍵技術的研究及模型試驗。他的一大特點就是理論紮實，工程技術及施工經驗豐富。他在14年艱苦創業過程中，從主編FAST科學目標，指導各項關鍵技術的研究及模型試驗。提出的索網支撐反射面設想最終發展為FAST主動反射面設計方案；組織攻關，發明並參與研製500MPa耐疲勞鋼拉索工作，突破了高效握拔力錨固技術、大跨度索網安裝和精度控制等難題。從理論研究、整體設計和施工以及工程所需的材料研製，南仁東既體現出天文學理論家的角色，又具有新材料研製和工程施工和質量控制的角色；提出通過“水環”和運動配重擴大焦艙的運動空間同時增加系統阻尼的設計；高強度參與FAST接收機國際聯合設計；他提出的多項工程地質、水文地質建議被地學領域同行採納。可稱為科學研究和工程科技領域的通才。中國高校的學科建設中，在專業領域只有像南仁東這樣的通才大師才能擔當學科發展的“領軍”重任。

      “術業有專攻”，現在所有的理論中都不可避免的存在未知——就像外科醫生不上手術枱就不可能成為名副其實的外科醫生一樣。南仁東的貢獻在於：一、具有科學理論上的超強定力，堅持正確方向不動搖；二、通盤掌握項目實施的節奏，項目實施措施嚴謹有力；三、寬闊的知識域使其在整個項目的全過程中成為最稱職的“掌舵人”。四、埋頭苦、幹不圖虛名，依靠團隊、培養人才。五、深入一線、措施有力，忠於事業、勇於奉獻。如果説“中國製造”的大國重器，最缺的就是南仁東這樣的領軍人物。

四、三位科學家的一個共同特徵

       上述三位科學家有一個共同特徵，那就是都具有很高的科學哲學修養。漢斯·賴欣巴哈（Hans Reichenbach，1891～1953），是美籍德國物理學家和科學哲學家，邏輯實證主義運動的主要領導人物之一，柏林學派的創始人和領袖。賴欣巴哈通過對傳統哲學種種缺點的考察，指出傳統的思辨哲學是一種過渡階段的產物，它發生在哲學問題已經提出，但還不具備邏輯手段來解決它們的時候。然而隨着自然科學的發展和符號邏輯的產生，哲學已經找到了解決問題的工具。於是哲學不再是通過思辨方法去猜測問題，而是運用符號邏輯對科學進行分析了，哲學也因此從思辨哲學發展到了科學哲學的階段 。      

       科學哲學的分析方法是現代符號邏輯。從歷史上看，邏輯發源於古希臘，並經由中世紀和近代得到充分發展。傳統哲學也曾受益於邏輯，但由於自然語言和形式邏輯的缺陷，它們都未能擺脱用模糊語言製造偽問題的思辨性。這裏需要強調的還有：科學研究中的理論“模型”過分簡化，會產生“理性的白痴”（阿瑪蒂亞·森）。符號邏輯就不同了。由於具有必然性和空洞性的特點，它既能嚴格地表述語言的規則，也能精確地傳遞命題的意義。因此，符號邏輯不僅可以提供解答問題的工具，而且可以澄清思想，克服自然語言的模糊性，從而有助於提高哲學分析的功能。隨着符號邏輯技術的應用，對知識基礎的研究便達到了精緻化的階段。科學哲學正是因此把它用作哲學分析的技術手段。另一方面，科學哲學的證實方法是歸納邏輯，特別是概率邏輯。與符號邏輯不同，歸納邏輯不具有必然性和空洞性，亦即它不能保證結果的可靠和精確，但它的地位很重要。作為假説——演繹法的基礎，它是提供預見知識的工具；而作為解釋——歸納法的核心，它是證實科學理論的手段。當然，歸納邏輯並不能最終確鑿地證實一個理論，但它確實能為理論給出概率上的確證。對歸納證實的研究必定會導致概率邏輯的理論，它是以頻率解釋為基礎的。“一切知識都是概率性知識，只能以假定的意義被確證，歸納法就是找到最佳假定的工具”。這種概率理論不僅是解釋和預見的有效工具、確證一個理論的方法論判據，它甚至可以提供自然規律的形式。所以歸納問題可以得到圓滿解決。這一點之所以重要，是因為科學哲學的出發點是語言的意義分析，而“可證實性要求是意義理論中的必要組成部分”。歸納問題的解決，意味着可證實性（可確證性）的意義標準是合理的。   

       科學哲學起源於西方，而且很早就在西方宗教（涉及天文學）中萌芽，比如，亞里士多德、哥白尼、托勒密、牛頓等自然科學學者在天文方面就已經有了科學哲學的辯思萌芽（儘管還是粗略的，但畢竟有了數學工具的精細表達）。

       而中國傳統文化中的哲學大多侷限在政治和人文方面，極少涉及自然科學方面。《中國哲學史》有這樣的表述：“有許多人説，中國哲學是入世的哲學。很難説這些人説的完全對了，或完全錯了。從表面上看中國哲學，不能説這些人説錯了，因為從表面上看中國哲學，無論哪一家思想，都是或直接或間接地講政治，説道德。在表面上，中國哲學所注重的是社會，不是宇宙；是人倫日用，不是地獄天堂;是人的今生，不是人的來世。”到了鼎革之後，中國又把哲學更加政治化（比如：徹底改造世界觀，樹立無產階級人生觀）。於是“科學哲學”與高等教育“漸行漸遠”直至銷聲匿跡。

      相反，西方對於科學哲學教育非常重視。因為思辨哲學與科學哲學的根本區別在於以下幾個方面：首先，思辨哲學家試圖通過構造龐大的思想體系獲得支配宇宙總體的最普遍的原則；科學哲學則通過對科學成果進行邏輯分析的方法建立知識論，它只是澄清有意義的問題，而把對宇宙的解釋權完全交給科學家。其次，思辨哲學尋求絕對的確定性，認為理性這個宇宙的立法者能夠把事物的一切內在性質顯示給人類思維；科學哲學則拒絕承認任何關於物理世界的知識是絕對確定的，強調不可能確切地陳述個別事件及其制約規律，否定先驗綜合真理的存在。最後，思辨哲學對知識採取了超越論的見解，其特點是主張知識超越可觀察事物，它所依靠的是感性知覺以外的其他來源;科學哲學則對知識採取功能論的見解，它認為知識是一種預言工具，感性觀察是非分析性真理的唯一可容許的判斷標準。如果完成了哲學觀方面的轉換，就不難看到，科學哲學運用邏輯分析方法可以達到像自然科學那樣精確、完備、可靠的結論。

       簡單地講，哲學是方法論和認識論，是研究一切科學的的基本工具。而科學哲學在西方科學界從科學哲學誕生之日起就把它作為一切自然科學研究領域必備的的基本方法論。可以説，沒有科學哲學理論的基礎，幾乎不可能成為一流的科學家：因為一個學者的知識域的融會貫通，需要科學哲學思維來實現。所以，這這三位科學家的成功與其良好的科學哲學修養密不可分。

       最後，從人才培養的角度，筆者企望中國從高中2年級就開始逐步培養起學生的這種科學思維。