维普资讯http://www.cqvip.com2004年第26卷力学与实践78R科学实验与力学"李力学史话￥e力学史杂谈之十六力学纵横武际可（北京大学力学与工程科学系，北京100871)单靠论辩不能解决问题。但是，能不能说演绎法是人们摘要讨论了实验与力学发展的关系，并且引述了力学发展获得知识的唯一手段呢。特别，因为力学同数学有十分密切早期的一些著名实验的关系，能不能就说力学也可以像纯粹数学一样只靠公理化关键词实验，假想实验，力学史的方法来推演呢？不能（其实即使在纯粹数学中也不是只我国古代的学问家忠告人们说，学问之道，“慎思之，靠演绎法来研究的。）明辩之，”果然靠纯粹的思辩能够弄清楚人们的疑问么？这纵观力学的发展历史，力学发展的重要阶段与重要的力里举两则例子：学分支的建立都是和著名的实验相联系着的，或者说，力学相剑者日：“白所以为坚也，黄所以为韧也，白黄杂则本质上是一门观察和实验科学坚且韧，良剑也”难者日：“白所以不韧也，黄所以不坚最早的实验，大约是一类被称为假想的实验，这种实验也，黄白杂则不坚且不韧也。又柔则镂，坚则折，剑折且镂，并不要求去实际地完成一个实验，而是通过逻辑上的推论使為得为利剑？”（吕氏春秋）实验的结果与经验对照，从而得出合理的结论。这里我们来，一儿日：“我以日孔子游，见两小儿问辩，问其何故。举两个著名的例子始出去人近，日中时远，日初出时如车轮，其中时如盘，盖16世纪之前，在静力学中，人们只会处理求平行力系的此不为远者小而近者大乎？”一儿日：“日初出苍苍凉凉，合力和它们的平衡问题，以及把一个力分解为平行力系的问及其中时，如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能题，还不会处理汇交力系的平衡问题。为了解决这类问题，决，两儿笑日：“敦谓汝多智乎？”（列子）人们把它归结于解决三个汇交力的平衡问题．荷兰物理学家显然，如此只靠论辩是无法正确回答问题的司提芬（SimonStevin，1548~1620）通过巧妙的论证解决著名的德国数学家克罗内克尔（L.Kronecker，1823~了这个问题，假如你把一根均勾的链条放置在一个非对称的1891）是这样来描述数学的：“上帝创造了整数，其余切直立（无摩擦）的楔形体上，如图1所示.这时链条上受两个都由人来安排。”就是说，数学的整个知识，只要承认整数的接触面上的反力和自身的重力，恰好是三个汇交力．链条会性质，其余的都可以通过逻辑推演得到。在数学中，特别是不会向这边或那边滑动？如果会，往哪一边？司提芬想象把在纯粹数学中流行的公理化的方法就是这种思想的发展，楔形体停在空中，在底部把链条连起来使之闭合（图2），实际上从古代开始，由于二一批在当时影响很大的学者过高的权威（如西方的亚里士多德、东方的孔丘等），还由于宗教经典的影响，人们还逐渐形成了一种思维定式，人们误以为，一切知识是由那些经典的记载或权威们说过的话，再经过逻辑推演而得到的．这种思维定式被称为演绎法，不可否认，人们依靠这种方法是获得了不少重要的知识，如在欧几里德几何中，就主要是从很少的公理开始进行推演的，真到今天，演绎法也仍然是一种认识事物的手段图1司提芬考虑的链条平衡问题在1900年巴黎召开的世界数学家大会上，著名的德国数学家希尔伯特（D.Hilbert，1862~1943）提出了23个数学难题、人们说这23个难题左右了整个20世纪数学研究的主导方向．其中第6个难题是：物理公理的数学处理。他说：“几何基础的研究提示了这样的问题：用同样的方法借助公理来研究那些在其中数学起重要作用的物理科学，首先是概率论和力学”就是说，他提出要像在几何学中应用公理那样来研究力学，不可否认，在20世纪，有一些研究者确实进行过这方面的努力，而且也取得了一些成绩。图2司提芬的解本文于2003-02-12收到1）国家自然科学基金项目（10172002）资助
78 力 学 与 实 践 2004 年 第 26 卷 科 学 实 验 与 力 学 u 一 力学史杂谈之十六 武际可 (北京大学力学与工程科学系，北京 100871) 摘要 讨论 了实验与力学发展的关系．并且引述了力学发展 早期的一些著名实验． 关键词 实验，假想实验，力学史 我 国古代的学问家忠告人们说，学问之道， “慎思之， 明辩之．”果然靠纯粹的思辩能够弄清楚人们的疑 问么?这 里 举 两则例 子： 相剑者 曰： “白所以为坚也，黄所以为韧也，白黄杂则 坚且韧，良剑也．”难者曰： “白所 以不韧也，黄所 以不坚 也，黄白杂则不坚且不韧也．又柔则锩，坚则折，剑折且锩， 焉得为利剑 ?” (吕氏春秋) 孔子游，见两小儿 问辩，问其何故．一儿曰： “我以 日 始出去人近， 日中时远， 日初出时如车轮，其中时如盘，盖 此不为远者小而近者大乎 ?”-)g曰： “日初出苍苍凉凉， 及其中时，如探汤，此不为近者热而远者凉乎?”孔子不能 决．两儿笑日： “孰谓汝多智乎?” (列子) 显然，如此只靠论辩是无法正确回答问题的． 著名的德 国数学家克罗 内克尔 (L．Kronecker，1823— 1891)是这样来描述数学的： “上帝创造 了整数，其余一切 都 由人来安排．”就是说，数学的整个知识，只要承认整数 的 性质，其余的都可以通过逻辑推演得到．在数学中，特别是 在纯粹数学 中流行的公理化的方法就是这种思想的发展． 实际上，从古代开始，由于一批在当时影响很大的学者 过高的权威 (如西方的亚里士多德、东方的孔丘等)，还 由于 宗教经典的影响，人们还逐渐形成了一种思维定式．人们误 以为，一切知识是由那些经典的记载或权威们说过的话，再 经过逻辑推演而得到的．这种思维定式被称为演绎法．不可 否 认，人们 依靠这 种 方法是 获得 了不 少重 要 的知 识，如在 欧 几里德几何中，就主要是从很少的公理开始进行推演的．直 到今天，演绎法也仍然是一种认识事物的手段． 在 1900年 巴黎召开 的世界数学家大会上，著名的德 国 数学家希尔伯特 (D．Hilbert，1862~1943)提出了 23个数 学难题．人们说这 23个难题左右了整个 20世纪数学研究 的主导方向．其中第 6个难题是：物理公理的数学处理．他 说： “几何基础 的研究提示了这样 的问题：用同样 的方法借 助公理来研究那些在其中数学起重要作用的物理科学，首先 是概率论和力学．”就是说，他提 出要像在几何学中应用公 理那样来研究力学．不可否认，在 20世纪，有一些研究者 确实进行过这方面的努力，而且也取得了一些成绩． 本 文于 2003—02—12收到． 1)国家 自然科学基金项 目 (10172002)资助 嗍 哆 - 条力学史话 J_}’ 哆 单靠论辩不能解决 问题．但是，能不能说演绎法是人们 获得知识的唯一手段呢．特别，因为力学 同数学有十分密切 的关系，能不能就说力学也可以像纯粹数学一样只靠公理化 的方法来推演呢?不能． (其实即使在纯粹数学中也不是只 靠演绎法来研究的．) 纵观力学的发展历史，力学发展的重要阶段与重要的力 学分支的建立都是和著名的实验相联系着的．或者说，力学 本质上是一门观察和实验科学． 最早的实验，大约是一类被称为假想的实验．这种实验 并不要求去实际地完成一个实验，而是通过逻辑上的推论使 实验 的结果与经验对照，从而得 出合理的结论．这里我们来 举两个著名的例子． 16世纪之前，在静力学中，人们只会处理求平行力系的 合力和它们的平衡 问题，以及把一个力分解为平行力系的问 题，还不会处理汇交力系的平衡问题．为 了解决这类问题， 人们把它归结于解决三个汇交力的平衡 问题．荷兰物理学家 司提芬 (SimonStevin， 1548~1620)通过巧妙 的论证解决 了这个问题．假如你把一根均匀的链条放置在一个非对称的 直立 (无摩擦)的楔形体上，如图 l所示．这时链条上受两个 接触面上的反力和 自身的重力．恰好是三个汇交力．链条会 不会 向这边或那边滑动 ?如果会，往哪一边 ?司提芬想象把 楔形体停在空中，在底部把链条连起来使之闭合 (图 2)， 图 1 司提芬考虑的链条平衡问题 图 2 司提芬的解 维普资讯 http://www.cqvip.com
维普资讯http://www.cqvip.com79武际可：科学实验与力学—力学史杂谈之十六第2期朋友，建议他做实验。这位朋友于1634年的一次航行中，安最后解决了这个问题。在底部悬挂的链条自己是平衡的，把排了一个水手爬上杆扔重物，结果重物掉在榄杆的下方，悬挂的部分和上部的链条连起来，假如你认为楔形体上的链从而证实了伽利略的结论：之后法国科学家伽森狄（Pierre条会滑动，那么你就必然会推出封闭的链条会永远滑下去；Gassendi，1592~1655）于1640年安排了验证惯性原理的实这显然是荒谬的，回答必然是链条不动。并且由此得到了三验.这个实验是由骑马人和坐在马车中的人向空中抛石，并且力平衡的条件。他觉得这一证明很妙，就把图2放在他的著互相投石块，由此人们可以看到抛出的石块跟随着马运动，作《数学备忘录（HypomnemataMathematica）》的靡页从飞奔的马上掉下来的石块也是相对马直线下落的，此外他上，他的同辈又把它刻在他的墓碑上以表达敬仰之意。汇交还安排了一次在三层桨战舰上的实验，在战舰全速前进时，力系的平衡问题的解决，也标志着静力学的成熟不论从行船的杆顶部垂直丢下一块石头，还是从榄杆垂直伽利略的最著名的实验是他对亚里士多德（Aristotle向上抛出的石头都是掉在杆脚根，而不是掉在船尾，在他前384~前322）关于重物比轻物下落快断言的驳斥他想象的实验报告中给出了船的速度并且详细描述了实验的细节一块重的石头和一个轻的球，用绳子绑在一起，然后从塔上古希腊的亚里士多德关于运动有一个奇怪的论断，认为扔下来，从逻辑上说，如果球下落得比石头慢，它必然会阻一个某种连续不断推动的问题，在周围介质逐渐变稀薄时，碍石头的正常下落而使它变慢．但是，另一方面，球和石头运动速度会越来越快，在真空中这个物体的速度会变为无穷一起比单独的石头为重，因而应当下落的比石头自己为快大，由于亚里士多德认为没有无穷大的速度，所以他就不承只有在它们二者以相同的速度下落的条件下，才可能避免这认有真空。所以他说：“自然排斥真空。”这种论断也像亚一与日常经验的矛盾。日心说的确立又是与一系列的观察和实验分不开的，哥里士多德的其他论断一样，被奉为神明.白尼是经过了30多年的观察和计算才构思得到日心说的体德国人盖利克（OttovonGuericke，1602~1686）不相信亚里士多德的这个论断。他不是靠争论，而靠实验来解决系的之后伽利略制造望远镜，并把望远镜对准天空发现了这个问题、他说：“雄辩术、优雅的语言或争论的技巧，在自木星的卫星和金星的月貌，给日心说以最有力的支持，第谷然科学的领域中是没有用处的．”1646年，他当上了马德20多年的观测和开普勒近10年的计算，经过了两代人的连堡市的市长，他从1650年开始，自已投入巨资进行抽真空续努力，才确立了开普勒三定律，从而打破行星轨道是圆形的定式：但是，所有这些都还不能彻底击败地心说，因为还的实验、1654年，他当着德国皇帝和众多的议员公开表演了他的真空压力实验他用两个直径约1.2英尺的铜半球，没有从根本上回答日心说的反对者提出的一个责难，这就是“如果地球在运动的话，那么我们每时每刻都要生活在狂风边缘涂以油脂后对接为一个球。然后用他自制的真空泵把球之中；如果地球在运动的话，铅直抛上去的物体落下来就不内的空气抽出：这时由两个马队分别拉一个半球，直到马队会落在原地。”这个责难牵涉到了力学的根本问题，日心说增加到16匹马时，两个半球才被拉开。这个实验被称为马者必须回答而不能绕开德堡半球的实验，它令人信服地说明真空以及真空压力的存伽利略在1624~1630年花了很大的精力写出了巨著在《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，并于1632上面我们说明在静力学和动力学的基本原理建立过程年出版．书中是这样回答这个问题的：中，人们是借助于许多重要的实验的．对于连续介质力学，“设想把你和你的朋友关在船板下最大的房间里，里面无论是弹性力学还是流体力学的确立，也都可以列出一系列招来一些蚊子、苍蝇以及诸如此类有翅膀的小动物．再拿一重要的实验，只盛满水的大桶，里面放一些鱼；再把一只瓶子挂起来，让它流体力学可以说是从法国力学家马略特（EdmeMari可以一滴一滴地把水滴出来，滴入下面放着的窄颈瓶子中。otte，1620~1684）关于管流阻力的实验开始的；黏性流体而当你把什么东西扔向你的朋友时，只要他和你的距离保持力学则是从玻尔达（Jean-CharlesBorda，1733~1799）测量一定，你向某个方向扔时，不必比向另一个方向用更大的气流体阻力开始的；雷诺关于管流的实验又使它发展到一个新力，如果你在跳远，你向各个方向会跳得同样远，尽管看到的阶段；整个航空空气动力学是从测量运动物体的升力开始这一切细节，但是没有人怀疑，如果船上情况不变，当船以的；弹性力学则可以追溯到胡克的物体弹性实验，力学历史任意速度运动时这一切应当照常发生。只要运动是均勾的，的发展过程说明，尽管在构成现代力学的知识体系中，理论不在任何方向发生摇摆，你不能辨别出上述这一切结果有丝部分占有很大的比例有时又似乎是自成系统的，但是归根结毫变化，也不能靠其中任何一个结果来推断船是在运动还是底，力学还是一门以实验为基础的科学静止不动。”在力学学科的发展过程中，可以把实验分为三类：一类伽利略的这个精辟的回答，揭示了力学中的惯性原理.然是如上述对于建立一个新领域起开创作用的实验，后来发展而它也还是一组假想的实验。关于伽利略是否真正进行过这起来的理论工作是从解释这类实验而产生的，如1883年雷项实验，历史上有过许多争论，一直没有搞清不过，在伽利略诺关于管流转变为湍流的实验，导致后来一系列瑞流理论的之后的确有人进行了有关的实验，法国科学家默森（Marin发展；第二类是验证性的实验，对于一类现象，先有了理论Mersenne，1588~1648）写信给一位经常跨越英吉利海峡的结果，后来再通过实验去验证理论的正确性，如1798年卡
第 2 期 武际可 ：科学实验与力学 —— 力学史杂谈之十六 79 最后解决了这个 问题．在底部悬挂 的链条 自己是平衡 的，把 悬挂的部分和上部的链条连起来，假如你认为楔形体上的链 条会滑动，那么你就必然会推出封闭的链条会永远滑下去； 这显然是荒谬的，回答必然是链条不动．并且 由此得到 了三 力平衡 的条件．他觉得这一证明很妙，就把图 2放在他的著 作 数学备忘录 (HypomnemataMathematica) 的扉页 上，他的同辈又把它刻在他的墓碑上以表达敬仰之意．汇交 力系的平衡问题 的解决，也标志着静力学的成熟， 伽利略的最著名的实验是他对 亚里士多德 (Aristotle， 前 384 前 322)关于重物 比轻物下落快断言的驳斥．他想象 一 块重的石头和一个轻的球，用绳子绑在一起，然后从塔上 扔下来．从逻辑上说，如果球下落得比石头慢，它必然会阻 碍石头的正常下落而使它变慢．但是，另一方面，球和石头 一 起比单独的石头为重，因而应当下落的比石头 自己为快． 只有在它们二者以相同的速度下落的条件下，才可能避免这 一 与 日常经验 的矛盾． 日心说的确立又是与一系列 的观察和实验分不开的．哥 白尼是经过了 3O多年 的观察和计算才构思得到 日心说的体 系 的．之后伽利略制造望远镜，并把望远镜对准天空发现 了 木星的卫星和金星的月貌，给 日心说以最有力的支持．第谷 2O多年的观测和开普勒近 1O年 的计算，经过了两代人的连 续努力，才确立了开普勒三定律，从而打破行星轨道是圆形 的定式．但是，所有这些都还不能彻底击败地心说，因为还 没有从根本上回答 日心说的反对者提出的一个责难．这就是 “如果地球在运动的话，那么我们每时每刻都要生活在狂风 之中；如果地球在运动的话，铅直抛上去的物体落下来就不 会落在原地．”这个责难牵涉到了力学 的根本问题，日心说 者必须回答而不能绕开． 伽利略在 1624~1630 年花了很大的精 力写出了巨著 ((关于托勒密和哥 白尼两大世界体系的对话 ，并于 1632 年出版．书中是这样回答这个问题 的： “设想把你和你的朋友关在船板下最大的房间里，里面 招来一些蚊子、苍蝇以及诸如此类有翅膀的小动物．再拿一 只盛满水的大桶，里面放一些鱼；再把一只瓶子挂起来，让它 可以一滴一滴地把水滴出来，滴入下面放着的窄颈瓶子中． 而 当你把什么东西扔向你 的朋友时，只要他和你的距离保持 一 定，你 向某个方 向扔时，不必 比向另一个方 向用更大 的气 力．如果你在跳远，你 向各个方向会跳得 同样远．尽管看到 这一切细节，但是没有人怀疑，如果船上情况不变，当船 以 任意速度运动时这一切应当照常发生．只要运动是均匀的， 不在任何方 向发生摇摆，你不能辨别出上述这一切结果有丝 毫变化，也不能靠其中任何一个结果来推断船是在运动还是 静止不动．” 伽利略的这个精辟的回答，揭示 了力学中的惯性原理．然 而它也还是一组假想的实验．关于伽利略是否真正进行过这 项实验，历史上有过许多争论，一直没有搞清．不过，在伽利略 之后的确有人进行 了有关的实验．法 国科学家默森 (Marin Mersenne，1588~1648)写信给一位经常跨越英吉利海峡的 朋友，建议他做实验．这位朋友于 1634年的一次航行中，安 排 了一个水手爬上桅杆扔重物，结果重物掉在桅杆的下方， 从而证实 了伽利略的结论．之后法国科学家伽森狄 (Pierre Gassendi，1592~1655)于 1640年安排了验证惯性原理的实 验．这个实验是由骑马人和坐在马车中的人向空中抛石，并且 互相投石块，由此人们可以看到抛出的石块跟随着马运动， 从 飞奔的马上掉下来的石块也是相对马直线下落的．此外他 还安排 了一次在三层桨战舰上的实验，在战舰全速前进时， 不论从行船的桅杆顶部垂直丢下一块石头，还是从桅杆垂直 向上抛出的石头都是掉在桅杆脚根，而不是掉在船尾．在他 的实验报告中给 出了船的速度并且详细描述了实验的细节． 古希腊的亚里士多德关于运动有一个奇怪 的论断，认为 一 个某种连续不断推动的问题，在周围介质逐渐变稀薄时， 运动速度会越来越怏，在真空中这个物体的速度会变为无穷 大．由于亚里士多德认为没有无穷大的速度，所以他就不承 认有真空．所以他说： “自然排斥真空．”这种论断也像亚 里士多德的其他论断一样，被奉为神明． 德国人盖利克 (OttovonGuericke，1602~1686)不相 信亚里士多德的这个论断．他不是靠争论，而靠实验来解决 这个问题．他说： “雄辩术、优雅的语言或争论 的技巧，在 自 然科学 的领域中是没有用处的．” 1646年，他当上了马德 堡市的市长．他从 1650年开始， 自己投入 巨资进行抽真空 的实验． 1654年，他当着德 国皇帝和众多的议员公开表演 了他的真空压力实验．他用两个直径约 1．2英尺的铜半球， 边缘涂 以油脂后对接为一个球．然后用他 自制的真空泵把球 内的空气抽 出．这时由两个马队分别拉～个半球，直到马队 增加到 16匹马时，两个半球才被拉开．这个实验被称 为马 德堡半球的实验．它令人信服地说明真空以及真空压力的存 在 ． 上面我们说 明在静 力学和动力学 的基本原理建立过程 中，人们是借助于许多重要的实验的．对于连续介质力学， 无论是弹性力学还是流体力学的确立，也都可以列出一系列 重要 的实验． 流体力学可以说是从法 国力学家马略特 (Edm6Marlotte，1620~1684)关于管流阻力 的实验开始 的；黏性 流体 力学则是从玻尔达 (Jean-CharlesBorda，1733~1799)测量 流体阻力开始的；雷诺关于管流的实验又使它发展到一个新 的阶段；整个航空空气动力学是从测量运动物体的升力开始 的；弹性力学则可以追溯到胡克的物体弹性实验．力学历史 的发展过程说明，尽管在构成现代力学 的知识体系中，理论 部分占有很大的比例有时又似乎是自成系统的，但是归根结 底，力学还是一门以实验为基础 的科学． 在力学学科 的发展过程中，可以把实验分为三类：一类 是如上述对于建立一个新领域起开创作用 的实验，后来发展 起来的理论工作是从解释这类实验而产生的，如 1883年雷 诺关于管流转变为湍流的实验，导致后来一系列湍流理论 的 发展；第二类是验证性的实验，对于一类现象，先有了理论 结果，后来再通过实验去验证理论的正确性，如 1798年卡 维普资讯 http://www.cqvip.com
维普资讯http://www.cqvip.com力学与实践2004年第26卷80算例计算计算结果可以和实际观察到的宏观现象对照，以文迪什测定引力常数的实验；这两类实验是构筑整个力学学验证理论正确与否。在这个意义上，计算力学的计算也可以科大厦的基础。第三类实验是求解问题的实验，如在弹性力称为一种数值实验。而上面我们说的第三类实验，即那种起学的理论体系已经建立之后，1850年麦克斯韦发明的光弹模拟计算装置作用的实验，逐渐为计算力学取代，例如，目性实验，在一定程度上也可以说，这类实验实际上是一种复杂的模拟计算装置，我们知道，流体力学中的纳维－斯托克前平面光弹性大部分就已经为计算力学所取代，对于第一、二类实验，即开创性的实验和验证性的实验，计算力学可以斯方程是上世纪初得到的，它的许多解如涡旋、边界层、涡在这些实验中发挥很大的作用，但是还不能从根本上取代，街、孤子等现象的解都是先从实验或观察得到模拟流动后才得到理论解的，也许永远不能20世纪50年代计算机来到了人间，到了60年代计算在力学学科中理论与实验的关系是不可分离的脱离实机大量应用于求解力学问题。大量专门用于计算力学问题的验的理论常常可以被实验所否定。例如曾经存在了数百年的软件出现，利用计算机求解力学问题的新算法、新格式大量以太的理论，在19世纪末为实验所否定；亚重士多德关于落涌现和推广应用．一门新的学科一计算力学出现了如果体的理论流传了一千多年，为伽利略的实验所否定，反过来说，在计算力学出现之前，研究力学的手段只有两个，即理说，没有理论指导的实验，也不能有深刻的结果。爱因斯坦说过，一个现象只有理解了才能观察到，关于自由落体的运论方法和实验方法，而在计算力学出现之后，出现了第三种方法，即数值计算的方法，然而，从更为一般的意义上讲，动，虽然从有人类以来就是司空见惯的事情，只有在加速度也可以将计算的方法看作一种特别的实验方法，如果我们已的概念与理论形成后，对于落体的实验才产生了新的规律，经有了关于一种问题的理论方案，一种办法是动手去作实验同样只有在相对论的理论指导下，探索以太的众多实验结果来验证理论，还有一种办法是给定一组数据去作一个特别的才达到了统一和协调探索人体奥秘的古老故事一生物力学孕育期一臀杨桂通(太原理工大学应用力学研究所，太原030024)摘要讲述早期有关生物力学的探索历程。给出了中国古代战国时期（公元前475—221）成书的《黄帝内经》已有和西方国家早期的一些关于了解人体奥秘的故事，对人体解剖、生理、病理、治疗等基础理论的系统阐述如关键词生物力学，人体奥秘，故事《灵枢·骨度》对人体的头顾、躯干、四肢各部骨骼的长短、大小、广狭都标记出测量尺寸.公元256～282年间，普葛洪人类对自身躯体奥秘的探索应该是从人会思考就开始的著《肘后救卒方》（3卷），其中记载了颌关节脱白的整复法事，有历史记载的事件也已有几千年的光景。但是，对人体的和用竹片夹板固定治疗骨折的方法。后又有用柳木板固定治组织、器官及其功能的科学实验研究则是近几个世纪的事疗骨折等多种复位愈合方法，沿用至今的小夹板固定治疗骨这些研究工作主要是针对治病、治伤、防病、防外界伤害而进折的方法已有2000多年的历史，隋大业年间（605~618)，巢行的．不少事例含有深刻的力学道理。近代生物力学就是主元方编撰了《诸病源侯论》共50卷，其中对断肠缝合与骨要研究人体各类组织、器官及其功能的科学，而一大部分动伤愈合的处理都有详细论述，如对骨折愈合手术则要求需将植物的力学问题则往往同时也是仿生学专家感兴趣的课题.碎骨剔除再予缝合，即所谓“碎骨不除，其人必凶”，可见古17世纪以前，中国的科学、技术，医药、文化都是先进人已经懂得生长（衰亡)、断裂（愈合）与力（应力）的关系的，但是，由于种种原因，一个伟大的民族在各方面却长期停留在固步自封的阶段，经验代替了科学实验，书院代替了到了宋代，人体解学有了很大的发展，宋王怀隐著《太自由论坛（当时西方称为大学)，祖传代替了发展，等等。17平圣惠方》，太医局编辑了《圣济总录》等，对人体的组织、世纪以后，科学发展的中心离开了中华大地近代科学的重器官的认识有了新发展，公元1041~1048年间宋廷将处决要分支，不少是由西方国家传入中国。下面的故事还是先从后的欧希范等56具尸体进行解，由画工绘成图谱，称为我们的祖先那里开始。《欧希范五脏图》、这是中国最早的解剖图谱书，该图虽已1古代对人体的认识概貌亡逸，但据当时宜州推官吴间记载：凡二日，剖欧希范等五本文于2003-08-25收到，在《力学史与方法论文集》（北京林业大学出版社出版）收录文章的基础上改写而成
力 学 与 实 践 2004 年 第 26 卷 文迪什测定引力常数的实验；这两类实验是构筑整个力学学 科大厦的基础．第三类实验是求解问题的实验，如在弹性力 学的理论体系 已经建立之后， 1850年麦克斯韦发明的光弹 性实验，在一定程度上也可以说，这类实验实际上是一种复 杂的模拟计算装置．我们知道，流体力学中的纳维 一斯托克 斯方程是上世纪初得到的，它的许多解如涡旋、边界层、涡 街、孤子等现象的解都是先从实验或观察得到模拟流动后才 得到理论解的． 20世纪 50年代计算机来到了人间，到 了 60年代计算 机大量应用于求解力学问题．大量专 门用于计算力学问题 的 软件出现，利用计算机求解力学问题的新算法、新格式大量 涌现和推广应用．一门新的学科 —— 计算力学 出现了．如果 说，在计算力学出现之前，研究力学的手段只有两个，即理 论方法和实验方法，而在计算力学出现之后，出现了第三种 方法，即数值计算的方法．然而，从更为一般的意义上讲， 也可以将计算的方法看作一种特别的实验方法．如果我们 已 经有了关于一种问题的理论方案，一种办法是动手去作实验 来验证理论，还有一种办法是给定一组数据去作一个特别的 算例计算．计算结果可 以和实际观察到的宏观现象对照，以 验证理论正确与否．在这个意义上，计算力学 的计算也可 以 称为一种数值实验．而上面我们说的第三类实验，即那种起 模拟计算装置作用的实验，逐渐为计算力学取代．例如，目 前平面光弹性大部分就 已经为计算力学所取代．对于第一、 二类实验，即开创性的实验和验证性的实验，计算力学可 以 在这些实验中发挥很大的作用，但是还不能从根本上取代， 也许 永远 不 能． 在力学学科中理论与实验的关系是不可分离的．脱离实 验的理论常常可以被实验所否定．例如 曾经存在 了数百年的 以太的理论，在 19世纪末为实验所否定；亚里士多德关于落 体 的理论流传了一千多年，为伽利略的实验所否定．反过来 说，没有理论指导的实验，也不能有深刻的结果．爱因斯坦 说过，一个现象只有理解了才能观察到．关于 自由落体 的运 动，虽然从有人类 以来就是司空见惯的事情，只有在加速度 的概念与理论形成后，对于落体的实验才产生了新的规律． 同样只有在相对论的理论指导下，探索以太的众多实验结果 才达到了统一和协调． 探索人体奥秘的古老故事 一 生物力学孕育期一瞥 杨桂 通 (太原理工大学应用力学研究所，太原 030024) 摘要 讲述早期有关生物力学的探索历程．给出了中国古代 和西方国家早期的一些关于 了解人体奥秘的故事． 关键词 生物力学，人体奥秘，故事 人类对 自身躯体奥秘的探索应该是从人会思考就开始的 事．有历史记载的事件也已有几千年的光景．但是，对人体的 组织、器官及其功能的科学实验研究则是近几个世纪的事． 这些研究工作主要是针对治病、治伤、防病、防外界伤害而进 行的．不少事例含有深刻的力学道理．近代生物力学就是主 要研究人体各类组织、器官及其功能的科学．而一大部分动 植物的力学 问题则往往同时也是仿生学专家感兴趣的课题． 17世纪 以前，中国的科学、技术、医药、文化都是先进 的．但是，由于种种原因，一个伟大的民族在各方面却长期 停留在固步 自封的阶段．经验代替了科学实验，书院代替 了 自由论坛 (当时西方称为大学)，祖传代替了发展，等等． 17 世纪 以后，科学发展的中心离开了中华大地．近代科学的重 要分支，不少是由西方 国家传入中国．下面的故事还是先从 我们的祖先那里开始． 1 古代对人体的认识概貌 战国时期 (公元前 475—221)成书 的 (黄帝 内经 已有 对人体解剖、生理、病理、治疗等基础理论的系统阐述．如 (《灵枢 ·骨度》对人体的头颅、躯干、四肢各部骨骼的长短、 大小、广狭都标记出测量尺寸．公元 256~282年间，晋葛洪 著 肘后救卒方》 (3卷)，其中记载 了颌关节脱 臼的整复法 和用竹片夹板固定治疗骨折 的方法．后又有用柳木板固定治 疗骨折等多种复位愈合方法．沿用至今的小夹板固定治疗骨 折的方法已有 2000多年的历史．隋大业年间 (605~618)，巢 元方编撰 了 诸病源侯论》共 50卷，其中对断肠缝合与骨 伤愈合的处理都有详细论述，如对骨折愈合手术则要求需将 碎骨剔除再予缝合，即所谓 “碎骨不除，其人必凶”．可见古 人已经懂得生长 (衰亡)、断裂 (愈合)与力 (应力)的关系． 到了宋代，人体解剖学有 了很大的发展．宋王怀隐著 《太 平圣惠方》，太医局编辑了 圣济总录》等，对人体的组织、 器官的认识有了新发展．公元 1041~1048年间宋廷将处决 后的欧希范等 56具尸体进行解剖，由画工绘成图谱，称为 欧希范五脏图》．这是中国最早的解剖图谱书．该图虽已 亡逸，但据当时宜州推官吴间记载：凡二 日，剖欧希范等五 本文于 2003-08—25收到，在 力学史与方法论文集》 (北京林业大学出版社 出版 )收录文章的基础上改写而成． 维普资讯 http://www.cqvip.com