钱学森的科学思想

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《科学时报》2006年12月12日

今天是人民科学家钱学森95岁诞辰。为此，本报把钱老的主要学科成就集结成文，以表达对他的崇高敬意。

技术科学思想的形成

钱学森的科学思想最初形成的起点，应追溯到他1935年赴美留学。那是中华民族内忧外患的年代，凡从那个时代过来的人都有刻骨铭心的记忆。在中央电视台10频道《大家》栏目为纪念开播三周年所制作的特别节目中，介绍了我国不少著名科学家(钱老也在其中)当年赴海外留学的心态，以及新中国建立后，学成名就的他们义无反顾地抛弃优越生活和所创立的事业，回国投身于祖国社会主义建设的心情和举动，几乎惊人地相似。现在的莘莘学子很难理解这些科学家们当年一去一返的眷眷报国之心。上世纪二三十年代，忧国忧民正是钱学森告别祖国的初衷。

1935年，钱学森进入美国麻省理工学院(M IT)航空系学习，只用一年时间就获得航空硕士学位。他希望学到更高深的理论知识，成为站在科学最前沿的、有深厚理论基础的科学家，同时又是具有丰富实践经验的工程师。钱学森作了一生中重要的选择，毅然转向航空工程理论——应用力学的学习，师从加州理工学院(CIT)世界著名应用力学大师冯·卡门教授。

冯·卡门不仅教给钱学森从工程实践中提取理论研究对象的原则，而且教会他如何把理论应用到工程实践中的方法;钱学森还从冯·卡门那里学到了高屋建瓴地分析问题、提炼观点的能力。冯·卡门的治学精神和学术思想，形成了钱学森在以后几十年的科学研究中沿袭采用、推广的基本方法。冯·卡门不仅是位科学大师，而且是一名组织能力很强的社会活动家，善于同各方面的人打交道，这为他的科学研究和工作带来极大的便利。这一点对钱学森也有深刻的影响，使得他在日后组织领导中国的国防尖端科技研究中获益匪浅。这也是国内不少从事科研的科学家，普遍不甚关注和需要加强的方面。

从1936年至1939年攻读博士学位期间，钱学森在冯·卡门的指导下，研究了可压缩流体边界层;有倾角的回转体的超声速绕流以及应用恰普雷金变换求解二维亚声速流动等课题;并与同学马林纳合作研究了以逐次脉冲推进的探空火箭飞行的分析。1939年6月，钱学森以这四项研究成果获得航空与数学博士学位。

1939年后，钱学森又对薄壳失稳产生了兴趣;他还研究了超声速流动、超声速流动和稀薄气体力学、火箭和喷气推进技术等。这些研究所获得的经验，为钱学森回国后从事国防尖端武器系统的研究起到了重要作用。

20年的求学、教学、工作实践，使钱学森逐步积累和形成了自己对科学技术的理解和认识，这就是钱学森科学思想形成的第一个里程碑——技术科学。1948年和1957年，钱学森分别发表的Engineering and Engineering Sciences和《论技术科学》两篇论文，阐述了什么是“技术科学”。

钱学森认为，技术科学与自然科学(现称基础科学)都是科学。自然科学属于基础科学层次，技术科学属于应用科学层次。技术科学的目标首先是为工程技术(广义上泛指一切应用和技术领域)服务，为工程技术提供有科学基础的工程理论，进而带动和领导产业的发展;而自然科学的核心是为了理解和认识客观世界的规律。这是技术科学不同于自然科学的另一个方面。简单地说，自然科学以认识世界为目的，而技术科学则以改造世界为目的。但两者也有广泛的共同点，那就是发展科学。

钱学森认为技术科学也不同于工程技术，因为技术科学研究工程技术中带有共性的东西，意在使工程设计摆脱传统上依靠经验为主的局限性，从而加速工程实践中的设计原理组织成学科，以揭示不同工程实践领域的相似性和强调基本概念的强大威力。技术科学以自然科学的理论为依据，创建工程技术所需要的工程理论。钱学森首先把技术科学界定为自然科学和工程技术间的桥梁，同时指出技术科学研究也是一种富有创造性的劳动，即技术科学和工程技术实践也会导致科学上的原创性发现。他还很有预见性地提到，技术科学的贡献甚至不限于自然科学领域。

技术科学思想的具体体现是他1954年出版的《工程控制论》。该理论充分了解和发挥诸如导航技术、控制技术等新技术的潜在力量，以更广阔的眼界和更系统的方法来观察相关问题，这不仅是解决旧问题的更有效的新方法，并且可以揭示新的前所未有的前景。钱学森在以后数十年的科学研究生涯中，在诸多科学研究领域里，都延续了研究控制论的方法和思路，并取得大量有前瞻性的丰硕成果。

创建中国导弹航天事业及系统科学思想的形成

钱学森清楚，创建中国的导弹航天事业是一项艰巨而复杂的工程，它的难度不在技术层面。困难是在中国这样一个特殊的环境下——薄弱的工业基础设施，没有专门的科学研究机构，专业技术人才匮乏，缺乏懂得现代国防尖端技术研究组织的管理人员等等。钱学森回国后看到，有了中国共产党的领导，中国人民被最大限度地组织起来，全民族有一种自上而下的、前所未有的建设新中国的信念和决心，这是中国发展国防尖端技术得天独厚的有利条件之一。

在如何把成千上万的研究人员，数量众多的研究、设计、试制、试验和生产单位，难以计数的研究、设计、研制和试验设备，数量巨大的研究与研制经费，要求严格、种类繁多的物质、器材，按照导弹、火箭和航天技术发展总目标的要求，协调一致地组织起来，有序地投入到这一工程系统的研究、设计、试制、试验和生产过程中去，形成一个具有科学预见性的实施计划，建立起一个高效有序的导弹火箭工程开发组织管理体系，是钱学森通盘思考、研究的大课题……这一课题的研究，一直延续到钱学森晚年所从事的国家科学技术、宏观经济的预测与管理，现代复杂工程系统的开发管理这一世界性难题中。

在创建我国导弹和火箭研究体系之初，钱学森就意识到:现代复杂工程系统的开发与传统工程研制有很大不同，必须建立具有宏观谋划指导与系统设计控制、管理职能的总体研究机构——这就是他提出的导弹研究院。

钱学森在组织实施我国导弹航天工程中，成功运用了“工程控制论”的方法，并研究、制定、验证、完善了一整套中国现代工程系统开发的技术过程。他在总结我国导弹与航天工程研制实践的总体工作经验时指出:“这样复杂的总体协调任务不可能靠几个人来完成，因为他们不可能精通整个系统所涉及的全部专业知识，他们也不可能有足够的时间来完成数量惊人的技术协调工作。这就要求以一种组织、一个集体来代替先前的单个指挥者，对这种大规模的社会化劳动进行协调指挥。”这一现代工程技术“总体设计”的思想，在20世纪80年代被逐步推广到解放军各总部、军兵种建制的建设中，成立了相应的研究机构，并发挥着重要作用。

从20世纪30年代末起，在从事火箭与喷气技术研究和中国导弹航天工程实践的近40年中，钱学森逐步跳出了控制论的局部，站在了整个系统研究的巅峰，开始形成有关发展系统科学的独特战略思想。

1978年，钱学森、许国志、王云寿在《文汇报》发表《组织管理的技术——系统工程》一文，该文是钱学森研究系统科学的第一篇论述，它从整体性、有序性和动态观点，考察和梳理了这个领域，把它整合为一个高度有序的知识系统，并思考了整个系统研究的体系问题，即分为:工程技术、科学理论和哲学三个层次，但没有上升到系统科学的高度。经一年的研究分析后，确定了系统工程的学科归属和指导它的科学理论，并正式采纳“系统科学”一词;同时阐述了系统科学在他所研究和确立的现代科学技术体系中的地位;构建系统科学的体系结构，即:三个层次一个桥梁的框架，该框架对系统科学进一步发展有预测功能。系统科学是钱学森科学思想形成的第二个里程碑。

按照钱学森的观点，系统科学不是一门技术，而是由众多部门组成的一大类技术。系统科学的研究延续到钱老退出一线工作后十余年，他还在为创建“系统学”这门学科寄予厚望。

钱学森从事系统科学和思维科学研究的另一重大成果是，1990年在《自然》杂志第一期发表的钱学森、于景元、戴汝为的重要文章《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》，将作者20世纪80年代初对处理复杂系统所概括的“经验和专家判断力相结合的半经验半理论的方法”进一步地加以提高和系统化，提炼出“开放的复杂巨系统”的概念;并以系统论的观点，在社会系统、人体系统、人脑系统及地理系统实践的基础上，提出处理“开放的复杂巨系统”的方法论，即“从定性到定量综合集成方法”(Meta－synthesis)。

“从定性到定量综合集成方法”，其实质是把各方面有关专家的知识及才能、各种类型的信息及数据与计算机的硬、软件三者有机地结合起来，构成一个系统，为综合使用信息提供了有效的手段。按我国传统的说法，把一个非常复杂的事物的各个方面综合起来，达到对整体的认识，称之为“集大成”。实际上，“从定性到定量的综合集成技术”，就是要把各种情报、资料、信息，把人的思维、思维的成果、人的经验、知识、智慧统统集成起来，这就是钱学森提出的“大成智慧工程”。

多学科思想的形成及科学技术体系的构建

进入20世纪80年代，钱学森由于年龄的关系，辞去了国防科研一线领导职务，但他的科学思想更加活跃，驰骋在更宽泛的自然科学领域，并对社会科学产生了极大兴趣。他深入研究了马克思主义哲学，并用马克思主义哲学指导自己的研究工作，在自然科学与社会科学的结合点上，作出了许多开创性贡献。他这一时期的学术贡献包括:系统工程和系统科学、思维科学、人体科学、地理科学、军事科学、建筑科学、有关人才培养的大成智慧工程、科学技术体系与马克思主义哲学。其中，有助于我国西部大开发和促进国民经济新增长点，并取得明显经济效益的研究成果是沙产业和草产业。

沙产业

1984年，钱学森提出“创建农业型知识密集型产业——农业、林业、海业、沙业”。在以后的十多年里，他以多种形式对“沙产业”(Deserticulture)作了多方阐述，形成了钱学森关于沙漠戈壁合理利用的科学构想。其实质是必须利用全部现代科学技术，包括物理、化学、生物学等基础科学，通过光合作用转换太阳能;利用系统工程综合开发产品和后加工;建立适合市场机制的有效管理体系。只有这样，才能在我国150万km²的沙漠、戈壁和沙漠化土地上，创建能“为国家提供上千亿元产值的沙产业”，“为人类开拓新的食品来源”。他认为沙产业是变不毛之地为沃土，他预期沙产业以及其他知识密集型农业型产业的建成，将是一次新的产业革命。

农业种植生产活动的实质就是最大限度地利用光合作用固定和转换太阳能，但传统农业种植技术不能提高太阳能的利用率。钱学森的沙产业的技术路线可以通俗地表述为:多采光、少用水、新技术、高效益。目前推动沙产业的技术措施就是用新材料构筑起一个能起隔离作用的膜和壳。这种薄膜和壳有很好的透光性，且不利于水和热的逃逸散失，优选进行光合作用的主体植物或品种，也是重要方面。

目前，在钱学森沙产业思想的指导下，甘肃张掖已建立了13个沙产业综合开发试验区，地膜保护地栽培近100万亩，其中光温室、塑料大棚3.83万亩，年产蔬菜水果能满足整个兰州市民的需要，并出口日本。

草产业

20世纪80年代中叶，钱学森提出创立农业知识密集型产业时，就提到草业产业化的理念，其基本含义是:以草地为基础，利用日光能量合成牧草，然后用牧草通过兽畜、生物，再通过化工、机械等一切可利用的现代科技手段，建立起创造物质财富的高度综合的产业系统。他说，除草畜统一经营外，还有种植、营林、饲料、加工、开矿、狩猎、旅游、运输等经营活动。

为探索发展草产业的具体途径，在钱学森论述的指导下，经过20多个省区40多个试点项目(每个投资千万元以上)的反复实践，创立了草业系统工程的基本理论和模式。各省市自治区运用这一理论，创造出许多不同形式的具体模式。如内蒙古西部干旱草原的达拉特旗五股地家庭牧场，新疆荒漠草原区的阜康灌溉草地牧业经济联合体，贵州高寒草山区的威宁灼圃现代草业科技合作牧场，云南红壤贫瘠草山区的曲靖种草养畜联合体等模式，都具有较高的经济效益、生态效益和社会效益。一些项目的生产力水平已接近或赶上经济发达国家同类型草地的先进水平。草业系统工程基本理论和模式的创立和应用，为具体发展知识密集型草产业探索出一条成功的道路。

在从事多学科领域十余年的研究之后，钱学森从系统科学思想出发提出了现代科学技术的体系结构。这是钱学森科学思想形成的第三个里程碑。

该科学技术体系从横向上看有11大科学技术部门。即:自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、行为科学、人体科学、军事科学、地理科学、建筑科学、文艺理论;这是根据现代科学技术发展到目前水平所作的划分，今后随着科学技术的进一步发展，还会产生出新的科学技术部门。所以，这个体系是动态发展的系统。从纵向上看，每一个科学技术部门里都包含着三个层次的知识:直接用来改造客观世界的应用技术(或工程技术);为应用技术直接提供理论基础和方法的技术科学;以及再往上一个层次，揭示客观世界规律的基础理论，也就是基础科学。技术科学实际上是从基础理论到应用技术的过渡桥梁。钱学森指出，这三个层次的知识结构，对其他科学技术部门同样是适用的。这是很重要的科学划分，很有启发性。唯一例外是文艺，文艺只有理论层次，实践层次上的文艺创作，就不是科学问题，而是属于艺术范畴了。科学知识的特点是，不仅能回答是什么，还能回答为什么。但人类从实践中还获得了大量的感性知识和经验知识，这部分知识的特点是只知道是什么，还不能回答为什么，所以进入不了现代科学技术体系之中。我们把这部分知识称作前科学。前科学处于该体系结构的底层。从前科学到科学再到哲学这样三个层次的知识，就构成了人类的整个知识体系。钱学森认为，马克思主义哲学是人类对客观世界认识的最高概括，也是科学技术的最高概括，处于11类技术科学的顶部。辩证唯物主义反映了自然界、人类社会和人的思维发展的普遍规律。因此，现代科学技术的发展，应该坚持马克思主义哲学的指导作用。另一方面，现代科学技术的发展，也为马克思主义哲学进一步概括和发展提供了丰富的材料，这又推动着马克思主义哲学的发展。

辩证唯物主义是钱学森一生从事科学研究和工程实践的指导思想

钱学森一生自觉地运用着辩证唯物主义从事科学研究，这是他对人类现代科学体系和科学史的正确理解。他认为这不仅是哲学的核心，而且是整个科学技术体系的核心。

关于哲学，确切说马克思主义哲学，即辩证唯物主义及其部门哲学。钱学森明确地说:“把马克思主义哲学放在科学技术体系的最高层次，也说明了马克思主义哲学的实质，它绝不是独立于现代科学技术之外，它是和现代科学技术紧密相连的。”

关于辩证唯物主义世界观，辩证法是世界观的一部分，认识论和唯物史观是部门哲学等问题，钱学森把认识论、唯物史观与辩证唯物主义区别开来，把辩证唯物主义视作最高层次的世界观，而把认识论与唯物史观作为部门哲学，视作辩证唯物主义世界观与思维科学、社会科学联系的桥梁。这样，他所说的辩证唯物主义在内容上已不同于一般教科书所说的辩证唯物主义，而只是唯物主义的辩证的世界观。

钱学森指出:部门哲学是辩证唯物主义与一切科学技术联系的桥梁，辩证唯物主义通过部门哲学而从科学技术汲取丰富的发展自己的营养，而各门科学技术则通过部门哲学从辩证唯物主义取得认识世界和改造世界的一般方法，即哲学的思想指导。钱学森现代科学技术体系的思路，有利于克服分门别类的研究和职业分工所带来的只分不合、孤立片面的思维方式，更有利于克服把哲学排斥于现代科学技术之外的错误倾向。

钱学森始终认为，用辩证唯物主义的观点指导科学研究是我们社会主义国家的一大优势，不能放弃这一法宝。

钱学森科学思想是21世纪科技强国的法宝

钱学森的科学思想是一个知识宝库，对国家的发展、建设和安全有着极其深远、长久和潜在的战略影响。钱老晚年的许多科学研究成果已经付诸实践，并取得可观的经济和社会效益。但许多具有前瞻性的研究领域，还没有被广大科技工作者乃至各级领导所认识和理解。钱老设想建立的国家级总体设计部的愿望还没有实现，钱老用于解决复杂巨系统的以人为主、以计算机为辅，从定性到定量的综合集成研讨厅体系也还没有建成。要做的事确实很多。

人民科学家钱学森，在诸多学术领域中形成、建立、发展了自己的科学思想，内容极其丰富、珍贵。所以说，现在应该是有组织、有计划研究、理解钱学森科学思想的时候了，这对中国成为21世纪科技强国具有深远的战略性意义。