科学领域的三位领军人物：钱学森、郭永怀和南仁东（增补稿）

在中国近现代科学及工程史上，中国科学家功不可没：比如，邓稼先、童第周、彭桓武、吴文俊、黄旭华、屠呦呦、师昌绪等等。本文列举三位具有方向性和实践性和组织性特殊贡献的科学大家做一介绍：钱学森、郭永怀和南仁东。

一、杰出的战略科学家：钱学森

       钱学森，1911年12月11日出生于上海，祖籍浙江省杭州市du临安县，是中国杰zhi出的爱国科学家，是航空领域、空气动力学学科的第三代挚旗人，是工程控制论的创始人，是二十世纪应用数学和应用力学领域的人物。1923年9月进入北京师范大学附属中学学习，1929年9 月考入上海交通大学机械工程系铁道门[1]，1934年6月考取清华大学第二届公费留学生，1935年9月进入美国麻省理工学院航空系学习，1936年9月转入美国加州理工学院航空系，成为世界著名空气动力学教授冯·卡门的学生，并很快成为冯·卡门最得意的弟子。先后获航空工程硕士学位和航空、数学博士学位。 1938年7月至1955年8月，钱学森在美国从事空气动力学、固体力学和火箭、导弹等领域研究，并与导师共同完成高速空气动力学问题研究课题和建立“卡门-钱近似”公式，在二十八岁时就成为世界知名的空气动力学家。2009年10月31日上午8时6分，在北京逝世。享年98岁。

       钱学森同志，我国杰出的爱国科学家，是航空领域、空气动力学学科的第三代挚旗人，是工程控制论的创始人，是二十世纪应用数学和应用力学领域的人物——，他在上世纪40年代就已经成为和其恩师冯·卡门并驾齐驱的航空航天领域内最为杰出的代表人物之一，成为二十世纪众多学科领域的科学群星中极少数的巨星之一；钱学森同志也是为新中国的成长做出无可估量贡献的老一辈科学家团体之中，影响最大、功勋最为卓著的杰出代表人物，是新中国爱国留学归国人员中最具代表性的国家建设者，是新中国历史上伟大的人民科学家：被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”、“火箭之王”、“中国自动化控制之父”。

       钱学森在现代国防问题上根据国际形势和中国的工业基础鲜明指出“优先发展导弹”的建议；在中国航天科学发展上，对中国航天技术路径的规划确定上从讨论的5种方案中选择了“火箭载荷”的技术路径。钱学森以“导弹技术为基础的中国航天科技路径”奠定了中国“多快好省”的航天之路。这是非常伟大的，有远见的战略筹划。尽管此后的中国航天之路经历了许多波折，但钱学森的“载人航天”谋略从没停止过——尤其是在航天员训练中心（5所）面临“下马”的时刻力保“留下种子”的决策得到中央的采纳，使得后来的“神州”计划得以在较短的时间实现。

      钱学森的伟大之处不仅在《工程控制论》的基础上为中国建构以火箭技术为载体的国防和航天技术奠定了理论基础，在工程实践上也提出了一系列体系架构的建设意见（比如体系中的“总体部”设立）。什么是科学“大家”？所谓“大家”首先是在研究方向上的选择具有高屋建瓴的指导思想和项目具体实施的最优路径。也就是能够在研究实施的整个过程中，从技术理论、实践方向、具体手段和体系保证等方面给出较为完整的科学方案。其次，所谓“大家”的另一个“特异功能”就是“识人”和“善用”。在这方面，钱学森的贡献已经涉及到了“两弹一星”乃至航空领域所有关键人士的调配。可以说，中国现代科学体系的诞生，钱学森是第一贡献者。是钱学森让中国人第一次认识到“现代科学体系”是怎样运作的。钱学森不是政治家，但他清醒地把握着政治与国家安全、经济和科学技术之间的关系。在这些方面能做出决断的就不是一般“乡山老野素心人”能企及的。

       所以，钱学森不仅仅是空气动力学专家，更是战略科学家！

二、理论上“独辟蹊径”的郭永怀

      1909年4月4日，出生于山东省荣成市滕家镇一个农家。

      郭永怀是国际著名的力学家，应用数学家，中国近代力学事业的奠基人之一，两弹一星元勋，中国科学界的杰出代表。也是唯一获得“烈士”称号的“两弹一星”元勋。郭永怀在1946年至1956年间，当时康奈尔大学航空研究院的三个主持人（即西尔斯、郭永怀、康脱洛维茨）之一。这10年也是郭永怀从事科学研究的黄金时期。他着重对跨声速理论与粘性流动进行了深入的研究，先后发表了《可压缩无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》（与钱学森合作）《关于中等雷诺数下不可压缩粘性流体绕平板的流动》《弱激波从沿平板的边界层的反射》等重要文章，解决了跨声速流动中的重大理论问题（即当时理论和工程界面临的飞行器如何突破音障的问题）。与此同时，为了解决边界层的奇异性，他改进了庞加莱、莱特希尔的变形参数和变形坐标法，发展了奇异摄动理论。为此，钱学森于1955年在《AdvancesinAppliedMechanics》杂志上发表文章，将这一方法命名为PLK方法。值得一提的是，郭永怀在50年代初就注意到离超声速流动这一方向，研究了高超声速激波边界层干扰和离解效应。郭永怀因在空气动力学与应用数学中的研究成果而驰名世界。

      约自1950年开始,激波管已被发展成为有很多用途的试验工具之一。它已经用于研究空气动力学、超高音速空气动力学、化学动力学、物理气体动力学、爆炸力学、凝结效应、化学流体力学、磁流体动力学、低温流体力学、天文物理学、光谱学等等。最近,激波管已被用来驱动气动激光器。21世纪将是高超声速空天飞行的世纪，先进的空天飞行器速度超过5000公里/小时甚至达到10000公里/小时，能够不断提高人类“进入空间”、“探索空间”和“利用空间”的能力，成为各国之间科技竞争的热点和国家实力的象征。      

      针对当时传统风洞技术的高耗能问题，郭永怀先生预见到脉冲型风洞设备的重要性，便支持他的学生俞鸿儒（后来成为中科院院士）开展研究。自此，中科院力学所推动着我国激波管、激波风洞技术的发展，并拉开了应用于航天器研制中的序幕，同时逐渐形成一支高温气体动力学基础研究团队。这支队伍面向国家重大需求、面向国际学术前沿，致力于高超声速、高温气体动力学方面研究。他们淡泊名利，心系国家需求，集智攻关，潜心探索研究世界难题；他们胸怀激情，背负责任，义无反顾地踏上了这充满未知的征程。由此，中国的“激波风洞技术”的发展进入了世界前列，并为此后我国的一系列航天飞行器的流体动力学研究设计和试验提供了有效的技术保证。

       郭永怀对于国防工业和科研的贡献是多方面的。从1957年11月4日，苏联发射第一颗人造卫星起，他就参加了中国科学院星际航行座谈会，大力倡导中国要发展航天事业，并就许多技术问题，如运载工具、推进剂、姿态控制、气动力、气动热等发表了许多重要见解和主张。在第四次座谈会上作了“宇宙飞船的回地问题”的中心发言，对气动减速、气动加热、烧蚀防热、回地轨道设计等问题进行了细致的分析，还提出了利用举力面的设想。随后，当研制人造卫星提到议事日程上时，郭永怀参加了负责卫星本体设计的人造卫星研究院的领导工作。

      1967年，郭永怀参加了空气动力学研究院的筹建工作，担任了主管技术工作的副组长。他首先就空气动力学研究院的服务对象、研究手段、重点设备、测试方法等提出了建议，并和钱学森一起为该院规划了蓝图，为以后空气动力学研究发展中心的建设奠定了基础；为了发展中国的“两弹”事业，郭永怀更是呕心沥血，从理论到实践都作出了重要贡献，他多次赴现场参加准备工作。

       中国开始研制核武器时，他负责动力项目研究。提出了“铁条包布”的设计思想，为核武器真正武器化做出贡献。郭永怀还负责指导反潜核武器的水中爆炸力学和水动力学等相关技术的研究工作。此外，在潜-地导弹、地对空导弹、氢氧火箭发动机和反导弹系统的研究试验中，他都作出了巨大贡献。在郭永怀的努力下， 1966年10月27日，中国第一颗装有核弹头的地地导弹飞行爆炸成功！1967年6月17日，中国第一颗氢弹空爆试验成功。

     实际上，郭永怀自从接手钱学森的院长工作之后，就逐渐参与到“两弹一星”研究的所有有关的研究指导工作。深厚的理论功底，丰富的工程经验使郭永怀的敏锐思维不断在“两弹一星”研制中作出卓越贡献。针对研制过程中的必须风洞试验装置面临的电能不足问题时，郭永怀联想到采用激波管的技术特征进而提出“独辟蹊径”的技术路线解决问题，进而使我国在“激波风洞技术”方面一下子就走在了世界最前列，进而确保了我国航天工程后续的神州系列载人航天器计划顺利实现。

       中国是世界上第一个实现“激波风洞技术”的应用国。之所以能实现弯道超车就在与郭永怀先生深邃的“流体力学理论基础”和对“激波管”原理的敏锐洞察。何为大师？大师的贡献作用就在于找准研究的方向和人才的选拔。这是大师最伟大的科学贡献！

       也就是说，郭永怀在科学上的“弯道超车”，全都来源于他的科学睿智。

三、科学工程的“多面手”——南仁东

       南仁东——FAST工程首席科学家兼总工程师，1963年9月-1968年7月读于清华大学无线电系真空及超高频技术专业。

       1994年始，南仁东主持国际大射电望远镜计划的中国推进工作。提出利用喀斯特洼地作为FAST望远镜台址，建设巨型球面望远镜作为国际一平方公里阵（SKA）的单元的设计思想和方案，启动贵州选址和地质勘查。在14年艰苦创业过程中，主编FAST科学目标，指导整个系统各项关键技术的研究及模型试验。他的一大特点就是理论扎实，工程技术及施工经验丰富。他在14年艰苦创业过程中，从主编FAST科学目标，指导各项关键技术的研究及模型试验。提出的索网支撑反射面设想最终发展为FAST主动反射面设计方案；组织攻关，发明并参与研制500MPa耐疲劳钢拉索工作，突破了高效握拔力锚固技术、大跨度索网安装和精度控制等难题。从理论研究、整体设计和施工以及工程所需的材料研制，南仁东既体现出天文学理论家的角色，又具有新材料研制和工程施工和质量控制的角色；提出通过“水环”和运动配重扩大焦舱的运动空间同时增加系统阻尼的设计；高强度参与FAST接收机国际联合设计；他提出的多项工程地质、水文地质建议被地学领域同行采纳。可称为科学研究和工程科技领域的通才。中国高校的学科建设中，在专业领域只有像南仁东这样的通才大师才能担当学科发展的“领军”重任。

      “术业有专攻”，现在所有的理论中都不可避免的存在未知——就像外科医生不上手术台就不可能成为名副其实的外科医生一样。南仁东的贡献在于：一、具有科学理论上的超强定力，坚持正确方向不动摇；二、通盘掌握项目实施的节奏，项目实施措施严谨有力；三、宽阔的知识域使其在整个项目的全过程中成为最称职的“掌舵人”。四、埋头苦、干不图虚名，依靠团队、培养人才。五、深入一线、措施有力，忠于事业、勇于奉献。如果说“中国制造”的大国重器，最缺的就是南仁东这样的领军人物。

四、三位科学家的一个共同特征

       上述三位科学家有一个共同特征，那就是都具有很高的科学哲学修养。汉斯·赖欣巴哈（Hans Reichenbach，1891～1953），是美籍德国物理学家和科学哲学家，逻辑实证主义运动的主要领导人物之一，柏林学派的创始人和领袖。赖欣巴哈通过对传统哲学种种缺点的考察，指出传统的思辨哲学是一种过渡阶段的产物，它发生在哲学问题已经提出，但还不具备逻辑手段来解决它们的时候。然而随着自然科学的发展和符号逻辑的产生，哲学已经找到了解决问题的工具。于是哲学不再是通过思辨方法去猜测问题，而是运用符号逻辑对科学进行分析了，哲学也因此从思辨哲学发展到了科学哲学的阶段 。      

       科学哲学的分析方法是现代符号逻辑。从历史上看，逻辑发源于古希腊，并经由中世纪和近代得到充分发展。传统哲学也曾受益于逻辑，但由于自然语言和形式逻辑的缺陷，它们都未能摆脱用模糊语言制造伪问题的思辨性。这里需要强调的还有：科学研究中的理论“模型”过分简化，会产生“理性的白痴”（阿玛蒂亚·森）。符号逻辑就不同了。由于具有必然性和空洞性的特点，它既能严格地表述语言的规则，也能精确地传递命题的意义。因此，符号逻辑不仅可以提供解答问题的工具，而且可以澄清思想，克服自然语言的模糊性，从而有助于提高哲学分析的功能。随着符号逻辑技术的应用，对知识基础的研究便达到了精致化的阶段。科学哲学正是因此把它用作哲学分析的技术手段。另一方面，科学哲学的证实方法是归纳逻辑，特别是概率逻辑。与符号逻辑不同，归纳逻辑不具有必然性和空洞性，亦即它不能保证结果的可靠和精确，但它的地位很重要。作为假说——演绎法的基础，它是提供预见知识的工具；而作为解释——归纳法的核心，它是证实科学理论的手段。当然，归纳逻辑并不能最终确凿地证实一个理论，但它确实能为理论给出概率上的确证。对归纳证实的研究必定会导致概率逻辑的理论，它是以频率解释为基础的。“一切知识都是概率性知识，只能以假定的意义被确证，归纳法就是找到最佳假定的工具”。这种概率理论不仅是解释和预见的有效工具、确证一个理论的方法论判据，它甚至可以提供自然规律的形式。所以归纳问题可以得到圆满解决。这一点之所以重要，是因为科学哲学的出发点是语言的意义分析，而“可证实性要求是意义理论中的必要组成部分”。归纳问题的解决，意味着可证实性（可确证性）的意义标准是合理的。   

       科学哲学起源于西方，而且很早就在西方宗教（涉及天文学）中萌芽，比如，亚里士多德、哥白尼、托勒密、牛顿等自然科学学者在天文方面就已经有了科学哲学的辩思萌芽（尽管还是粗略的，但毕竟有了数学工具的精细表达）。

       而中国传统文化中的哲学大多局限在政治和人文方面，极少涉及自然科学方面。《中国哲学史》有这样的表述：“有许多人说，中国哲学是入世的哲学。很难说这些人说的完全对了，或完全错了。从表面上看中国哲学，不能说这些人说错了，因为从表面上看中国哲学，无论哪一家思想，都是或直接或间接地讲政治，说道德。在表面上，中国哲学所注重的是社会，不是宇宙；是人伦日用，不是地狱天堂;是人的今生，不是人的来世。”到了鼎革之后，中国又把哲学更加政治化（比如：彻底改造世界观，树立无产阶级人生观）。于是“科学哲学”与高等教育“渐行渐远”直至销声匿迹。

      相反，西方对于科学哲学教育非常重视。因为思辨哲学与科学哲学的根本区别在于以下几个方面：首先，思辨哲学家试图通过构造庞大的思想体系获得支配宇宙总体的最普遍的原则；科学哲学则通过对科学成果进行逻辑分析的方法建立知识论，它只是澄清有意义的问题，而把对宇宙的解释权完全交给科学家。其次，思辨哲学寻求绝对的确定性，认为理性这个宇宙的立法者能够把事物的一切内在性质显示给人类思维；科学哲学则拒绝承认任何关于物理世界的知识是绝对确定的，强调不可能确切地陈述个别事件及其制约规律，否定先验综合真理的存在。最后，思辨哲学对知识采取了超越论的见解，其特点是主张知识超越可观察事物，它所依靠的是感性知觉以外的其他来源;科学哲学则对知识采取功能论的见解，它认为知识是一种预言工具，感性观察是非分析性真理的唯一可容许的判断标准。如果完成了哲学观方面的转换，就不难看到，科学哲学运用逻辑分析方法可以达到像自然科学那样精确、完备、可靠的结论。

       简单地讲，哲学是方法论和认识论，是研究一切科学的的基本工具。而科学哲学在西方科学界从科学哲学诞生之日起就把它作为一切自然科学研究领域必备的的基本方法论。可以说，没有科学哲学理论的基础，几乎不可能成为一流的科学家：因为一个学者的知识域的融会贯通，需要科学哲学思维来实现。所以，这这三位科学家的成功与其良好的科学哲学修养密不可分。

       最后，从人才培养的角度，笔者企望中国从高中2年级就开始逐步培养起学生的这种科学思维。