摘要：力学是一门有着悠久历史而又不断拓新的学科。人类的生产实践以及对自然界的浓厚兴趣，推动了力学学科的发展。力学学科不仅形成了严格的理论体系，推动了数学、物理学等基础学科的发展，而且日渐成为工程科学与技术的坚实根基。纵观科学技术发展的历史，力学学科的发展呈现出如下基
本期导读
力学是一门有着悠久历史而又不断拓新的学科。人类的生产实践以及对自然界的浓厚兴趣，推动了力学学科的发展。力学学科不仅形成了严格的理论体系，推动了数学、物理学等基础学科的发展，而且日渐成为工程科学与技术的坚实根基。纵观科学技术发展的历史，力学学科的发展呈现出如下基本规律与特点。
一、作为一门重要的基础学科，力学是在人类对自然的浓厚兴趣驱动下发展起来的，是许多自然科学和技术科学的先导与基石，为人类认识和改造世界提供了关键和有效的手段与方法
力学学科的发展始终与人类认识自然的基本方法相伴而行。力学是人类最早从生产实践中获取经验，并加以归纳、总结和利用的自然科学分支。力学首先源于对大至行星运动、小到随处可见的各种自然现象的基本规律的探索，其研究可溯源到古希腊阿基米德（ Archimedes）对浮力定律的观察和总结。 17 世纪，伽利略· 伽利雷（ Galileo Galilei）在研究力学问题时提出“观察—实验—理论”的科学研究方法。此后，牛顿创立经典力学体系，标志着人类历史上首门定量科学的诞生。这些都是人类科学史上的重要里程碑。 18 ～ 19 世纪，连续介质力学的创立使力学成为一门内涵丰富、应用广泛的基础学科。 20 世纪上半叶，近代力学得到日新月异的发展，推动了以航空、航天为代表的近代工程技术发展。此后，计算技术的飞跃发展和广泛应用使力学进入现代力学时代。基础科学和技术科学的各学科的相互渗透，以及宏观和微观相结合的研究途径的开拓，使力学呈现崭新的面貌。
力学学科的发展遵循着基础科学的基本规律，具有“实验观测—力学建模—理论分析—数值计算”的研究范式和特点。力学家善于在观测和假设基础之上，通过力学建模和推理过程建立理论，剖析复杂现象所隐含的客观规律，进而对力学系统进行设计和调控。这为解决自然科学和工程技术中的关键科学问题提供了重要范式。近代科学是汲取和继承经典力学的科学精神、哲学思想、研究方法和成果而发展起来的。
因此，国际力学强国都高度重视基础研究，不仅强化已有的基础研究雄厚实力，而且不断开辟新的力学研究前沿，谋求发现新现象，揭示新规律，创建新的理论体系。
二、力学是联系科学与工程的桥梁，在经济建设和国家安全中具有不可替代的作用。力学是工程科学与技术的基石，而工程科学与技术进步的巨大需求构成了力学学科不断完善和发展的推动力
“双力驱动”是力学学科发展的一个基本特征。在任何一个国家，力学学科的发展均需要在基础研究和应用研究上同时发力。中华人民共和国成立后不久，钱学森、周培源、郭永怀、钱伟长、郑哲敏等老一辈力学家创建了我国近代力学人才培养体系，培育出一批优秀力学人才，为我国经济建设与发展，特别是对以“两弹一星”为标志的国防科技工业的发展起到了至关重要的作用。他们在流动理论、喷气推进、工程控制论、广义变分原理、爆炸力学等方面做出杰出贡献，赢得了世界力学界的尊重，同时有力地支撑了我国现代工业体系的创建。近年来，我国在载人航天、深空探测、高超声速飞行器、高端制造、大跨度桥梁、超高层建筑、深海钻探、高速列车、绿色能源、灾害预报与预防、人类健康与重大疾病防治等方面取得的成就，也均依赖于力学学科强大的支撑作用。
现代力学既紧密围绕物质科学中所涉及的非线性、跨尺度等前沿问题展开，又密切关注人类社会与经济建设中所面临的安全、能源、环境、健康等重大需求，在各类工程技术中提炼出具有共性的力学基本问题并加以深入研究。
因此，国际力学强国都从战略高度来思考力学学科的未来发展，在力学的基础研究和应用研究上同时发力，谋求两者的良性互动和相互促进，更好地服务国家重大需求。
三、得益于物理学、材料科学、信息科学等领域所发展的先进实验技术与观测手段，力学学科不断提升模型的描述和预测能力，更好地服务于其他科学与技术领域
力学是一门基于模型进行定量研究的学科。在其发展初期，人们基于探索自然、改造自然的需求，建立简化的力学模型与分析方法，并通过实验、计算等手段，形成了一套科学理论体系与思维方法。力学研究催生了一系列定量的数值方法，如瑞利 - 里茨法、差分法、有限元法等。近代以来，力学研究的对象日趋广泛和复杂，所建立的模型也更加精细、准确，计算方法和实验技术不断更新与进步，并针对力学计算、设计和控制，简化、验证和改进模型。随着近代物理学、计算技术和实验技术的突飞猛进，力学的研究方法与手段得到显著改善，其解决工程问题的能力大大提高。基于力学原理开发的计算机软件与实验观测手段，已经被广泛应用于航天、航空、能源、机械、交通、土木等越来越多的工程技术领域。
因此，国际力学强国都重视提出新模型、新计算方法、新测试技术，并谋求在研制高效力学计算软件、高端力学仪器、极端物性和极端环境力学测试装置上抢占制高点。
四、力学是生命力强大的“孵化器”，对催生交叉学科具有重要的推动作用。力学在与其他学科的不断交叉与融合过程中得到发展，进而诞生了生物力学、环境力学、爆炸与冲击动力学、物理力学等交叉学科
现代力学不仅与众多工程学科交叉，凸显其在工程科学领域的独特作用，还与基础科学和技术科学的其他众多学科交叉，产生了生物力学、环境力学、爆炸与冲击动力学、物理力学等具有重要科学价值与广泛应用价值的交叉学科。
生物力学是研究生命体在各个尺度上的受力、变形、运动规律及其与生理、病理变化之间关系的力学交叉分支学科。现代生物力学对生命过程中力学因素及其作用规律进行定量的实验和理论研究，通过生物学与力学原理方法的有机结合，认识生命过程的机理与规律，解决生命与健康领域的科学问题。近年来，生物力学学科已成为现代力学的新生长点，与组织器官构建、康复工程、生物医学诊疗仪器，以及新药设计、筛选与开发等重要的新兴健康产业的迅速发展密切相关，对力学和生物医学工程学科的发展均起到了重要的推动作用（姜宗来， 2017；陈维毅， 2018）。力学与生命科学、医学的交叉与融合，提高了人类对生命体的应力 - 生长关系、力学 - 化学 - 生物学耦合规律的认识，孕育了生物医学工程和仿生学等分支学科。
环境力学是力学与环境科学深度交叉和融合而形成的一门力学交叉分支学科。其核心思想是从主导环境和灾害的力学过程和原理出发，揭示环境和灾害发生和演化的内在机理和规律，着重研究环境与灾害问题中的流动、迁移、变形、破坏，以及其导致的物质、动量、能量输运和伴随的物理学、化学、生物学等耦合过程。环境力学内涵丰富，涉及大气环境、水环境、岩土体环境、地球界面过程、重大灾害、工业环境等问题（ Li et al.， 2003）。环境力学的研究发展，使得环境研究从定性或统计描述走向从动力学观点出发的定量描述，极大地促进了环境问题的定量化研究和预测水平，提高了人类对环境问题和灾害演变规律的认识和应对能力，对经济建设和工程实践具有重要的指导意义。
爆炸与冲击动力学是研究爆炸与冲击等强动态载荷的发生和发展规律、强动态载荷与介质的相互作用机制，以及强动态载荷的利用、控制和防护等的力学交叉分支学科。爆炸与冲击动力学兼具基础科学和技术科学的属性。一方面，爆炸与冲击载荷的高强度、短历时及载荷与多相非均匀介质的耦合作用赋予了所研究问题极大的挑战性；另一方面，爆炸与冲击动力学问题多源于航空航天、武器装备、民用安全等重要领域，其研究成果可为武器设计与爆炸防护、结构耐撞性设计、爆炸加工与爆破、毁伤评估等工程应用提供理论基础和技术支撑，推动相关技术的发展，对国防安全等领域也具有重要的支撑作用。同时，爆炸与冲击动力学所研究的问题具有很强的学科交叉特性，往往涉及固体力学、流体力学、材料力学、物理力学、化学反应动力学、生物医学等多个学科的交叉。
物理力学是一门重要的力学交叉分支学科。其核心思想是从物质的微观结构和基本运动规律出发，运用近代物理学、物理化学和量子化学等学科的成果，研究和揭示工程技术所需的物质宏观性质和力学响应，并对介质和材料的宏观现象及其运动规律给出微观解释（ Tsien， 1953）。近年来，物理力学已成为一门以原子、分子微观物理为基础，研究高温气体、稠密流体以及面向复杂使役环境的固体介质和多相介质等体系的宏观力学性质并服务于重大工程的交叉学科。物理力学的建立和发展，不但可直接为工程技术预测所需介质和材料的物性，而且为力学与物理学、化学、材料科学等学科的交融发展创造了条件。
21 世纪以来，人类面临诸多世界性难题。其中，既有能源短缺、气候变化、人类健康与公共卫生等重大问题，又有从宏观尺度的深空探测到微纳尺度的器件研制等高新科技问题。因此，力学学科正面对着众多超越经典研究范畴的新科学问题，其中涉及非均质复杂介质、极端环境、不确定性、非线性、非定常、非平衡、大数据、多尺度和多场耦合等特征。
因此，国际力学强国都不仅重视已有的力学交叉学科领域，而且投入更多的精力研究与新兴学科交叉的力学问题，谋求力学与其他学科的深度交叉和创新发展，进而推动现代力学体系产生新的变革。
本文摘编自《中国力学2035发展战略》，研究组组长为中国科学院院士胡海岩，标题和内容有调整。
科学人文在线，与您共同关注科技史、科技哲学、科技前沿与科学传播，关注人类社会的可持续发展，创造有价值的阅读！欢迎点赞、转发、留言讨论，我们将每月选取互动活跃、留言精彩的读者给与赠书奖励，公号对话框输入“赠书”，可了解赠书活动详情。联系邮箱：kxrw@mail.sciencep.com。
转载说明：申请转载请在文末留言或邮件联系，转载时请完整保留文章出处说明，未经同意不允许修改、删减文章，不允许添加与文章内容无关的信息及广告。
今日荐读
力学为人类认识自然现象、解决实际工程和技术问题提供理论基础与分析方法，对科学的众多分支学科发展起到支撑、引领与推动作用。21世纪以来，我国力学学科在科技前沿和国家需求的双重驱动下，为国家科技与教育事业、经济发展和国防建设做出了重大贡献，在国际力学界的影响力日益增强。《中国力学 2035 发展战略》面向 2035 年，探讨了国际力学学科前沿发展趋势和将我国建设成国际力学强国的可持续发展策略，深入阐述了力学领域总体及各分支学科的科学意义与战略价值、发展规律及研究特点，系统分析了力学学科的发展现状与发展态势，凝练了力学学科的发展思路与发展方向，并提出了我国相应的优先发展领域和政策建议。
本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引，为科研管理部门提供了决策参考，也是社会公众了解力学学科发展现状及趋势的重要读本
研究组组长简介
胡海岩，1956年10月出生于上海，力学家，中国科学院院士、发展中国家科学院院士，北京理工大学、南京航空航天大学教授、博士生导师、前校长，中国科学院学部科学道德建设委员会主任。
来源：科学人文在线
