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        鄭哲敏:力學(xué)家的報(bào)國之“力”

        2023-10-21 13:13:24魏宇杰周德進(jìn)
        閱讀(書香天地) 2023年9期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)

        魏宇杰 周德進(jìn)

        1955年春,當(dāng)火車從九龍駛?cè)肓_湖,鄭哲敏看著那高高懸掛的五星紅旗,忍不住心頭激蕩、熱淚盈眶,游子終于回到了祖國母親的懷抱!盡管對祖國的現(xiàn)狀和未來自己的科研有很多的未知,但鄭哲敏深知,他再也不會寄人籬下,像浮萍漂在水面。從此刻開始,他將為自己的國家和這片土地上的人民奉獻(xiàn)自己的每一滴汗水。

        承國家之志

        時(shí)間回到1928年5月3日,年僅4歲的鄭哲敏就在濟(jì)南“五三”慘案的逃難過程中經(jīng)歷了和家人失散之痛。有一次,地上的子彈殼引起了他的興趣,于是彎腰去撿,突然邊上一個(gè)端著刺刀的日本兵舉槍向他沖過來。直到30多年后,被日本兵端著閃亮的刺刀追殺的場景仍不時(shí)出現(xiàn)在鄭哲敏的噩夢中,也因此在年幼的鄭哲敏心中埋下了強(qiáng)國富民的種子。1948年,懷著科技興國的夢想,鄭哲敏在錢偉長、陳福田、李輯祥等先生的推薦下,受扶輪社獎學(xué)金的資助,獲得了到加州理工學(xué)院留學(xué)深造的機(jī)會。此年8月18日,在家人的祝福與依依惜別中,鄭哲敏從上海十六鋪碼頭出發(fā),開始了他歷時(shí)6年多的留學(xué)生活。

        鄭哲敏到加州理工學(xué)院機(jī)械系1年后獲碩士學(xué)位,1952年又取得博士學(xué)位。他的論文題目是與導(dǎo)師錢學(xué)森討論后確定的,研究的是當(dāng)時(shí)正在迅猛發(fā)展的高速飛行和噴氣推進(jìn)所引起的結(jié)構(gòu)物受熱的抗力問題。

        通過錢先生的指導(dǎo)和自身多年的科研實(shí)踐,鄭哲敏形成了技術(shù)科學(xué)研究的基本方法:一是針對所研究的問題,首先要明確難點(diǎn),明晰其中的概念,明確所采用的假設(shè)。立題的概念不清楚是不能接受的,假設(shè)越少越好,且必須一清二楚,模糊不得。二是涉及具體的方程和計(jì)算方法,方法有高低之分,最重要的是必須得到可信的結(jié)果。三是結(jié)論必須根據(jù)結(jié)果得出,要掌握分寸,如有必要和可能,還要有實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。四是不允許說缺乏根據(jù)的話。對所得結(jié)果的意義和應(yīng)用價(jià)值,可加以說明,但務(wù)必不能夸大其詞。五是特別需要留意結(jié)果出現(xiàn)轉(zhuǎn)折的情況,因?yàn)檫@標(biāo)志著問題的性質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的變化,一定要設(shè)法找到背后的機(jī)制,并考慮這種機(jī)制是否可以加以利用。在之后長達(dá)60多年的科研與教學(xué)實(shí)踐中,鄭哲敏嚴(yán)格踐行了這些科學(xué)研究的基本方法。從今天來看,這些原則也正是我們各個(gè)領(lǐng)域的科技工作者在工作中需要踐行的。

        1949年新學(xué)期開始,鄭哲敏積極參加了在加州理工學(xué)院成立的留美科學(xué)工作者協(xié)會分會。主要目的是動員留在美國的我國科學(xué)工作者學(xué)成回國或以自己的方式為即將成立的新中國作貢獻(xiàn)。鄭哲敏等還專門組織討論,看大家能為解放后的新中國做些什么,并明確提出早日學(xué)成回國的希望,也因此促成了1950年一批加州理工學(xué)院的留學(xué)生回國。

        就在獲得博士學(xué)位不久,鄭哲敏被移民局以莫須有的罪名關(guān)押。后經(jīng)好友馮元楨保釋出獄,但移民局仍禁止鄭哲敏離境,他的護(hù)照也被移民局扣押,變成了一個(gè)沒有合法身份的人。所幸加州理工學(xué)院機(jī)械系允許鄭哲敏繼續(xù)留在系里教書。1954年7月,鄭哲敏收到移民局來信,通知他須盡快在9月27日前離境。

        6年的求學(xué)與科研生活,盡管歷經(jīng)波折,但為鄭哲敏以后從事的科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。回國前的一個(gè)晚上,錢學(xué)森在家中為鄭哲敏餞行。錢學(xué)森特別囑咐了兩件事:一是關(guān)于鄭哲敏回國后的工作,建議像他這樣受過系統(tǒng)力學(xué)訓(xùn)練的人,國家需要他做什么就做什么。即使國家需要做的是非常簡單的事,例如管道流的阻力計(jì)算,也應(yīng)當(dāng)努力去做好。二是對于社會主義國家,運(yùn)籌學(xué)特別需要,將在國家建設(shè)中發(fā)揮積極的作用。因此要鄭哲敏回國后把這個(gè)意見轉(zhuǎn)告錢偉長。

        急國家之需

        1955年春回國后,鄭哲敏在工作志愿表上鄭重填上了中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所力學(xué)研究室。在這期間,鄭哲敏進(jìn)行了一次西北之行,參加了全國科學(xué)規(guī)劃,這對他的影響非常大。西北之行,使得鄭哲敏了解了大西北地貌的雄偉粗獷和人民的憨厚堅(jiān)毅;遼闊荒蕪的黃土高原,由于干旱缺雨給人民生活帶來的艱苦,使他受到深刻的教育,感到了作為一個(gè)中國人身上的責(zé)任。這些經(jīng)歷是鄭哲敏不斷鼓勵年輕人研究泥石流災(zāi)害和環(huán)境力學(xué)的原因。

        1956年,作為錢學(xué)森所長的秘書,鄭哲敏在西郊賓館參加編寫了《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要》,這份綱要中的力學(xué)部分是很長一段時(shí)間我國力學(xué)研究任務(wù)和學(xué)科發(fā)展的綱領(lǐng)性文件。

        早期鄭哲敏的研究多數(shù)是解燃眉之急。他解決了劉家峽重力式高壩抗震的力學(xué)問題,鑒于當(dāng)時(shí)不具備數(shù)值解法的條件,通過采用以實(shí)驗(yàn)為主的路線,得到了高壩流固耦合振動的自振頻率,并得出了作用于剛性壩面的總作用力隨頂角變化的關(guān)系。這一工作,連同鄭哲敏之前關(guān)于連續(xù)板和圓筒與水的耦合振動的文章,在我國早期水彈性力學(xué)領(lǐng)域作出了開拓性貢獻(xiàn)。

        隨著工作機(jī)會變多,涉及的領(lǐng)域變寬,進(jìn)一步增強(qiáng)了鄭哲敏的主人翁意識:因?yàn)檫@是他的祖國,無論做什么事,都是在為自己的國家和人民工作,工作也就有了意義,這種主人翁精神成為鄭哲敏畢生努力拼搏的無窮動力。

        報(bào)國家之力

        回國不久,鄭哲敏便對大規(guī)模爆破,特別是對定向爆破開展研究。確定這個(gè)方向有兩個(gè)原因:一是它潛在的理論意義,因?yàn)楸泼鎸Φ氖桥c金屬很不相同的地質(zhì)材料,怎樣描述它的動態(tài)變形、斷裂等的力學(xué)行為,是需要應(yīng)對的挑戰(zhàn);二是在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)方面,爆炸有廣泛的應(yīng)用,僅就當(dāng)時(shí)而言就有水利工程和礦山資源開發(fā)的問題?,F(xiàn)在來看,這一課題很具前瞻性,例如地下核爆炸、隕石撞擊地球、人造衛(wèi)星撞擊流星以及雨滴侵徹土壤等都是同類科學(xué)問題。

        到了1963年,爆炸成型學(xué)術(shù)會議在北京召開。鄭哲敏等在會上系統(tǒng)地介紹了這方面的工作,受到與會者的熱烈歡迎。錢學(xué)森親自參加總結(jié)會并發(fā)言。由于有了鄭哲敏和團(tuán)隊(duì)的理論體系和工作基礎(chǔ),隨之“爆炸力學(xué)”這個(gè)新學(xué)科方向得以確立,并在國家建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。

        之后,受程開甲委托,鄭哲敏開展了爆炸當(dāng)量與地面沖擊波壓力隨距爆心投影點(diǎn)距離變化的規(guī)律的理論與實(shí)驗(yàn)研究,在建立理論分析和計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,其所在科研團(tuán)隊(duì)又在懷柔基地做了系統(tǒng)的空爆實(shí)驗(yàn),這個(gè)炸藥實(shí)驗(yàn)室今天也是中國科學(xué)院國防教育基地之一。

        為了沖破核威脅,我國同期也開展了地下核爆炸試驗(yàn)的研究。其中一個(gè)關(guān)鍵力學(xué)問題是對地下核爆炸威力當(dāng)量的精確預(yù)測與傳播。鄭哲敏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)國家所需,研究地下核爆炸沖擊波的產(chǎn)生和傳播機(jī)理。由于地下爆炸時(shí)局限性過大,高壓下巖土介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和平常有很大差異:常壓下表現(xiàn)為脆性的大理石在高壓下具有一定的塑性變形能力,鄭哲敏通過深入研究這一現(xiàn)象,建立了流體彈塑性模型,可有效預(yù)測爆炸波的形成、結(jié)構(gòu)、傳播與演化,以及爆炸所成空腔的大小,獲得了任務(wù)部門的應(yīng)用。

        從1978年開始,爆破拆除應(yīng)用于城市的改建首先引起我國爆破界的重視。鄭哲敏帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì),形成了建筑物的系統(tǒng)爆破方案,并制定了規(guī)范。當(dāng)時(shí)的石景山電站、北京鬧市區(qū)的華僑飯店、連云港6.7千米長堤的爆炸填石排淤等都是爆破用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的典型工程。這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)國家相關(guān)部門推介后,廣泛應(yīng)用于全國的港口和碼頭建設(shè)、大型建筑體拆除等,既大大降低了建設(shè)費(fèi)用,又顯著縮短了建設(shè)周期。

        到了21世紀(jì),非常規(guī)能源的開發(fā)成為國家戰(zhàn)略重大需求,鄭哲敏及團(tuán)隊(duì)通過全面調(diào)研我國水合物勘探和開采研究現(xiàn)狀,提出了從勘探關(guān)鍵技術(shù)、開采原理與技術(shù),以及與此相關(guān)的環(huán)境和災(zāi)害力學(xué)問題三方面開展研究。同時(shí)也對頁巖氣開采中的關(guān)鍵力學(xué)問題進(jìn)行了全面的梳理,培養(yǎng)和造就了這方面的一批人才。

        自1955年鄭哲敏不到31歲回國,在66年的科研生涯中,鄭哲敏踐行科技報(bào)國,作為中國科學(xué)院力學(xué)研究所的初建參與者,從無到有,建立了爆炸力學(xué)學(xué)科,為我國的國防事業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了一系列重大貢獻(xiàn)。12935號國際永久編號的“鄭哲敏星”,將永遠(yuǎn)讓我們銘記鄭哲敏這樣一位在強(qiáng)國富民路上力學(xué)篤行的先驅(qū)者。

        (摘編自《學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)》)

        鄭哲敏(1924—2021),著名力學(xué)家、爆炸力學(xué)專家。長期從事固體力學(xué)研究,開拓和發(fā)展了我國的爆炸力學(xué)事業(yè)。擅長運(yùn)用力學(xué)理論解決工程實(shí)際問題,提出了流體彈塑性體模型和理論,并在爆炸加工、巖土爆破、核爆炸效應(yīng)、穿甲破甲、材料動態(tài)破壞、瓦斯突出等方面取得重要成果。倡導(dǎo)海洋工程力學(xué)、材料力學(xué)性能、環(huán)境災(zāi)害力學(xué)的研究,創(chuàng)建了中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性連續(xù)介質(zhì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室,為推動我國力學(xué)事業(yè)的發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。1980年當(dāng)選為中科院院士,1993年被選為美國工程院外籍院士,2012年度榮獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎。

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