錢學森院士：技術科學的研究之路

作者：錢學森（中國科學院院士）

在《「分分合合」的三類科學》一文中，我們介紹了現代科學分為自然科學、技術科學和工程技術三類。而其中，說起技術科學，可以說它是自然科學和工程技術的綜合，但也有不同於自然科學，不同於工程技術的地方。

「數學」——研究技術科學的工具

因為技術科學是工程技術的理論，有它的嚴密組織，研究它就離不了作為人們論理工具的數學。

這個工具在技術科學的研究中是非常重要的，每一個技術科學的工作者首先必須掌握數學分析和計算的方法。也正因為如此，某一些技術科學的發展，必定要等待有了所需的數學方法以後才能進行。

例如，近幾十年來統計數學的成就就使得好幾門技術科學(如控制論和運用學) 能夠建立起來，所以作為一個技術科學工作者，除了掌握現有的數學方法以外，還必須經常注意數學方面的發展，要能靈敏地認出對技術科學有用的新數學，快速地加以利用。

作為一個技術科學工作者也要不時對數學家們提出在技術科學中發現的數學問題，求得他們的協助，來解決它，這樣看來，技術科學與自然科學各部門的研究沒有什麼大的差別。

但是實際上技術科學中的數學演算一般要比自然科學多，數學對技術科學的重要性也就更明顯些。

也因為技術科學中數學計算多，有時多得成了工作量中的主要部分，這使得許多技術科學的青年工作者誤認為數學是技術科學的關鍵。

而他們忘了，數學只不過是一個工具，到底不過是一個「賓語」 ，不是「主語」。

因此我們可以說：一件好的技術科學的理論研究，它所用的數學方法必定是最有效的；但我們決不能反過來說，所有用高深數學方法的技術科學研究就都是好的工作。

認識問題才能更好的解決問題

我們在前面已經說過：數學方法只是技術科學研究中的工具，不是真正關鍵的部分。

那麼，關鍵的是什麼呢？

技術科學工作中最主要的一點是對所研究問題的認識。只有對一個問題認識了以後才能開始分析，才能開始計算。

但是什麼是對問題的認識呢？這裡包含確定問題的要點在哪裡？什麼是問題中現象的主要因素？什麼是次要因素？哪些因素雖然也存在，可是它們對問題本身不起多大作用？

要能做到這一步，我們必須首先做一些預備工作，收集有關研究題目的資料，特別是實驗數據和現場觀察的數據，把這些資料印入腦中，記住它，為做下一階段工作的準備，下一個階段就是真正創造的工作了。

創造的過程是：運用自然科學的規律為摸索道路的指南針，在資料的森林裡，找出一條道路來，這條道路代表了我們對所研究的問題的認識，對現象機理的了解，也正如在密林中找道路一樣，道路決難順利地一找就找到，中間很可能要被不對頭的蹤跡所誤，引入迷途，常常要走回頭路。

因為這個工作是最緊張的，需要集中全部思考力，所以最好不要為了查資料而打斷了思考過程，最好能把全部有關資料記在腦中，當然，也可能在艱苦工作之後，發現資料不夠完全，缺少某一方面的數據。

那麼為了解決問題，我們就得暫時把理論工作停下來，把力量轉移到實驗工作去，或現場觀察上去，收集必需的數據資料。

所以一個困難的研究題目，往往要理論和實驗交錯進行好幾次，才能找出解決的途徑。

分析問題，建立模型是關鍵

把問題認識清楚以後，下一步就是建立模型。

模型是什麼呢？

模型就是通過我們對問題現象的了解，利用我們考究得來的機理，吸收一切主要因素、略去一切不主要因素所製造出來的「一幅圖畫」，一個思想上的結構物。而這僅僅是一個模型，不是現象本身。

因為這是根據我們的認識，把現象簡單化了的東西，它只是形象化了的自然現象。

模型的選擇也因此與現象的內容有密切關係。同是一個對象，在一個問題中，我們著重了它本質的一方面，製造出一個模型。在另一個問題中，因為我們著重了它本質的另一面，也可以製造出另一個完全不同的模型。

這兩個不同的模型，看來是矛盾的，但這個矛盾通過對象本身的全面性質而統一起來。

例如，在流體力學中，在一些低速流動現象中，空氣是被認為不可壓縮的，無黏性的。在另一些低速流動現象中，因為牽連到附面層現象，空氣又變為有黏性的了；在高速流動現象中，空氣又變成可壓縮的了。

所以同是空氣，在不同的情況下，可以有不同的模型，這些互相矛盾的模型都被空氣的本質所統一起來。

技術科學的工作者必須要能徹底掌握這些客觀規律，必須知道什麼是原則上可行的，什麼是原則上不可行的，譬如永動機就是不可行的，我們也可以說唯有徹底掌握了自然科學的規律，我們的探索才能不盲目，有方向，自然科學的規律是技術科學研究的指南針。

分析計算才會有最終的結果

有了模型了，再下一步就是分析和計算了。

在這裡我們必須運用科學規律和數學方法，但這一步是「死」的，是推演。

這一步的工作是出現在科學論文中的主要部分，但它不是技術科學工作中的主要創造部分。它的功用在於通過它才能使我們的理解和事實相比較，唯有由模型和演算得出具體數據結果，我們才能把理論結果和事實相對比，才可以把我們的理論加以考驗。

由前面所說的技術科學工作方法看來，也許有人要問：技術科學的研究方法又有什麼和自然科學研究方法不同的地方呢？

我們可以說，這裡沒有絕對的差別，但是有很重要的相對差別。

以自然科學和工程技術來對比，工程技術里是有比較多的原始經驗成分，也就是沒有嚴密整理和分析過的經驗成分。這些東西在自然科學裡一般是很少的，就是因為某一問題分析還不夠成熟，不可避免地含有經驗成分，那也是自然科學家們要努力消除的。

但在技術科學裡就不同了，它包含不少的經驗成分，而且因為研究對象的研究要求的不同，這些經驗成分總是不能免的。因此這也影響了技術科學的研究方法，它在一定程度上是和自然科學的研究方法有所不同的。

我們也可以從另一個方面來說，技術科學是從實踐的經驗出發，通過科學的分析和精鍊，創造出工程技術的理論。

所以技術科學是從實際中來，也是向實際中去的。也正因為如此，技術科學工作者必須經常和工程師們聯繫，知道生產過程中存在的實際問題，有時一個技術科學工作者也直接參加解決生產中發生的問題，以取得實踐的經驗。

這樣看來，一個技術科學工作者的知識面必然是很廣闊的，從自然科學一直到生產實踐，都要懂得。不僅知識廣，而且他還必須要能夠靈活地把理論和實際結合起來，創造出有科學根據的工程理論。

有了工程理論, 我們就不必完全依賴工作經驗，我們就可以預見，這正如有了天體力學的理論，天文學家們就可以預見行星的運動，預告日蝕、月蝕等天文現象。由這一點看來，工程理論又是新技術的預言工具。

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