郑哲敏先生留给后人的话：学做科研

郑哲敏（1924年10月2日—2021年8月25日）

导读：

      郑哲敏是中国爆炸力学学科的奠基人和开拓者之一，也是中国力学学科建设发展的组织者和建设者之一。2012年获国家最高科学技术奖。

      2021 年8 月25 日，郑哲敏逝世，享年九十有七。去世前的2019年，他写下“留给后人的话”，这些话朴实、真诚、深邃，成为先生最后的嘱托。最近，《郑哲敏传》面世，这篇“留给后人的话”也收录其中。本文节选自“三、学做科研”，以此纪念缅怀先生。

郑哲敏 | 撰文

科学出版社 | 来源

真是没想到我会活到今天。既然有了这个天赐的机会，不免要问，有什么话要留给后人的呢？有哪些经验想告诉后人的呢？有哪些建议想留给后来者的呢？

——郑哲敏，2019年3月

我生活的时代、家庭背景、学校教育、机遇使我走上强调理工的工科道路。初中填写一个调查表时，我曾写下长大要当飞行员或工程师，前者是因为抗战初期的年轻飞行员是青少年的偶像，后者是因为这个职业能直接从事国家建设。可见那时我既很幼稚又很实用主义，理工科的倾向十分明显。进入高中后(铭贤中学)，分甲乙班，甲班偏文，乙班偏理工，我自然选择了乙班。我愿意花时间在数学、物理、生物和英语上，对历史、地理和国文很不重视。对生物的兴趣主要源于好老师。对化学兴趣一般，也和老师有关。伴我学习的有英文影印本范氏代数，密立根的物理，Deming 的化学，都是龙门书局的。英语主要有美国教师，比较注重口语、语句结构和分解，和我国传统侧重语法有相当不同。课外我参加了英文社，有些写作和文化类活动。初中时代，为了方便学英语，我选择空旷处，那里往往有体育设施，所以开始每天练习跑步，后来转而学各种器械，如单杠和双杠。进了高中后我继续保留这个习惯，并加强了锻炼，身体变得很结实，小时得的心脏毛病，如过饱、疲劳引发的心动过速、全身浮肿，居然也不大发作了。犯病的时候，只要躺几天休息一下就好了。三十岁后就自然消失了。

郑哲敏(左) 与兄长郑维敏在西南联大的合影 

大哥是我心中的榜样。追随着他，我报考了国立西南联合大学，而且选择了相同的专业——电机工程学。一年后，大哥建议我改选其他专业，我也同意。第一个考虑是机械系，因为仍属工科。也曾考虑过转物理系，因为我对它一直有兴趣，但是实用的观点决定了我进了机械系。在具体选课时，我选择了两门航空系的课程，航空概论和高等数学，为的是令知识面广一些，把数学基础打深一点。机械系二年级，要学微分方程、静动力学和机构学等重点课程。另外，还有金工和铸造课这两门动手的实习课，很简单的操作，要做好实在不容易，使我对动手干活增加了一份尊重。三年级，增加了电机、热工和航空系内燃机方面的课程，我觉得都有新意。其他如机械设计则因理论性差，解决问题靠查手册，令人感到乏味。倒是内燃机课，因为老师教书很有热情，能激发学习的兴趣，我查看了一些课外的材料，自学了化学、热力学的一些知识，觉得有些收获，初步尝到做科研的乐趣。

1946 年西南联大解散，我被分配到清华。那是第二次世界大战胜利后的一年，许多留学滞留国外的学子返回国内。单清华机械系就回来了两位，一位是钱伟长先生，另一位是孟庆基(后改名孟少农) 先生。钱先生开了一门课叫近代力学，主要是弹性力学，而且带来了航空和火箭方面以及工程科学方面很多新的知识，使我大开眼界，原来机械设计也是可以用数学的办法解决的。孟先生开了一门汽车工程，介绍了当时汽车业最先进的机械制造装备和加工方法。另外，有一门金相课，是王遵明先生教的，内容也很新鲜，主要是讲低碳钢的各个相、它们的组织和结构，这也引起了同学们很大的兴趣。这三门课我都选了，而且觉得很有收获。所以四年级的课可谓十分精彩，只可惜那年学生运动高潮迭起，真正上课的时间大打折扣。我对近代力学更感兴趣，所以选择了力学作为自己深造的方向。我的毕业专题研究是跟钱先生做的，题目是《薄壳的约束扭转》。在一些合理的假设下，可以把这个问题简化为一个特征值问题求解，这个方法是钱先生和卡门在一篇合作文章里提出来的。我做的是应用这个方法去计算一个特例，所以主要是模仿和学习。

毕业后我留校在机械系跟钱先生当助教，钱先生为二年级学生开力学课，我当辅导老师，改卷子，答疑。同时钱先生带我熟悉平板非线性、大挠度、摄动法方面的问题。

1948 年留校任助教，36 舍同宿舍四人合影。(左1 郑哲敏，左3 郑维敏，右1 黄敞)

1947 年晚些时候，出现了出国留学的机会。申请奖学金过程中，需要填写留学志愿，我随即写了应用力学，学校则是美国加州理工学院或英国帝国理工学院。应当说，这是受钱伟长先生的启蒙。

我的申请，经过一段时间后，意外地得到批准。但该奖学金限于一年，这显然不能满足学习应用力学的需要，所以我是带着一年以后另想办法的打算，1948 年8 月登上去美国的路程的。

去前我对加州理工学院的了解仅限于钱先生对我讲的一些情况。知道那里主持校务的是Millikan 教授，中学时期我的物理参考书的作者，诺贝尔物理学奖的获得者，卡门是全世界著名的航空工程学家和力学家。我国许多著名前辈，如周培源、赵忠尧、钱学森都是那个学校的毕业生。那里还有著名的喷气推进实验室。

到了那里才知道，这是一所规模很小的学校，大学生和研究生分别不过各500 人，教职工却也有大体500 人，19 世纪末建校以来，学生人数基本维持在这个水平。这个学校的校园也很小，所以系的规模很小，一个主任加秘书就构成了系的全体，主要的管理工作集中在几个学部(division)。那时共有五个学部，大体上是数学、物理、天体和行星学部，化学和化工学部，生物和医学学部，地球科学学部，工程和应用科学学部。学校的办学思想是小而精，强调理科，特别是数理科学。

我在机械系报到后，系秘书给了我两把钥匙，一把用于开研究生办公室的门，另一把是开机械系大楼的。我当时感到有些吃惊，因为初到学校的一个生人，居然能轻易得到系大楼的钥匙，并被告知，不论何时都可以自由出入。这是何等的信任啊！后来我逐渐理解了，原来这里有一种不同的文化，人们已经做到了相互信任，已经形成习惯，尤其是在高等学校里，无须作规定。

接着又知道学校实行一种叫做荣誉制的规定，例如，考试时老师可以选择开卷考试，或者可以带回家或别的什么地方自行作答的考试。这也是对人信任和尊重的表现。我在学校曾多年担任教学工作，从未遇到有人作弊，倒是目睹有人在开卷考试条件下不及格的情况。

学校里有许多非常著名的学者。我到那里时，Millikan 教授已经退休，常在校园里可以见到他，偶尔他也同其他人一样，端着盘子在学生食堂吃饭，但走步确实不稳了。卡门也在早些时候离开了。物理系新来了Richard Feynman，比我大不了几岁却已是个赫赫有名的人物，常见他坐在学生食堂意气风发，高谈阔论。

第二年我成为半工半读的教学助教，教工学院二年级学生的力学课，分班上课，统一教材。其他课的内容都是老师自定的。没有教学大纲，教师可以自由发挥。著名的教授因自由发挥，所以他们的课非常受欢迎。

对于多数课，我都能应付。头一两年我特别喜欢振动和高等数学，特别是后者，老师是著名的Erdelyi，一位特殊函数方面的专家，一年的课几乎把复变函数和各种特殊函数的各种表述、渐近方法都讲了。我感到既学得深又学得透。改卷子的竟然是一位数学系在校的大学生，至少是个小天才吧！我的弱项在实验课。美国学生生活中得到很多实用的知识，是中国人普遍缺少的。

我跟钱学森教授做论文，方向是他提出来的，热冲击部分则是我自己提的。总的来说，还算顺当，没受到老师的严厉批评。关于壳体中心面的假设是我提的，回头看觉得是个很粗糙的一种近似，需要有所改进。

加州理工学院有优越的科研环境，我利用论文工作结束后的时间学了些新东西，研究新问题，其中输水管的振动问题是美国大古力水利枢纽战后扩建中出现的一个实际问题。为了把大古力工程的发电作用扩大到大面积灌溉，增建了一个大型水泵站。1951 年水泵启动的时候发生了严重的振动，振型比较复杂。水泵公司一时为了难，找到学校。在一次学术研讨会上，Rannie 教授提出这个问题，然后扭过头来对我说，你为什么不试试？于是问题转到了我手上。

输水管薄壳的模态振动示意图

我很早就对流固耦合的振动问题感兴趣，这是受冯元桢的影响，他是气动弹性方面的著名专家，是我最好的朋友。我把问题拿来一看，觉得是个薄壳与水之间耦合振动的问题，壳体的直径很大，壁厚很小，因此水体的质量不可忽略，另外根据现场描述，振型明显含有径向振动的成分。按照这个思路，我对这个问题作了具体计算，发现有多个振型，特别是有近6 个环状波的，可同时与水泵发生共振。在另一次学术讨论会上，我把这个结果告诉了Rannie。他听了很高兴，于是告诉了厂方。不久工厂要我就此写个报告给他们。在这个报告中，我提出了一个克服振动的方案，沿输水管隔一定间距加装环型加固套。厂方接受了我的报告和加固建议，还给了我一些报酬。

这是我毕业后第一项独立的工作，理论计算能与实践相符，理论预见能为工程接受，是一件令人高兴的事。这件事增加了我做力学研究的信心。

1952 年6 月获得博士学位后，美国移民局借故把我扣下两年多，护照被没收，没法找工作。幸亏学校照顾，让我在学校继续教书，剩下的时间可以做科研。当时，我接着把输水管振动这项工作推广到流速大到不可忽略的情况和流体可以是外流或气体的一般情况。这花了我不少时间。我还做了另外几项工作，如不忽略惯性的热传导和应力波、水波对河床的影响、容器中的水波等。这些工作虽然都没有正式发表，但对我是很好的学习，扩展了我的专业知识，为我回国后的工作做了铺垫。更重要的是有充分的机会利用加州理工学院的优越条件。可以说我当了两年不是博士后的博士后。

我很感谢加州理工学院为我特意提供了一位退休教授的办公室。回国时，系里专门在一所公园里办了一个欢送晚会，许多教授和访问学者，以及相处多年的同学出席为我送行。今天想起来仍旧是很感人的。

本文摘编自《郑哲敏传》（丁雁生等著. 北京：科学出版社, 2024年5月出版）一书“跋留给后人的话”，标题为编者所加。

郑哲敏先生是中国科学院院士、中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士，是国际著名力学家、中国爆炸力学的奠基人和开拓者之一、中国力学学科建设与发展的组织者和领导者之一。他热爱祖国，热爱科技事业。他以国家需求为己任，呕心沥血、严谨创新，为国家和人民做出了卓越贡献。《郑哲敏传》以时间为顺序，叙述早期教育、学术成长和科研事业开展的历程，内容包括：童年和求学、留学美国、报效祖国、历尽艰辛、春回大地、大展宏图、成就斐然、大师风范，以及郑哲敏先生亲自撰写的“留给后人的话”。