來源：熱學與實踐公眾號（ID：），作者：戴世強院長深圳學院。本文刊登于《力學與實踐》2016年第6期，版權歸原作者所有。
步入熱學界近三六年的一對中年伉儷三年前突發奇想，想要曉得：熱學界的兩院教授關于熱學都說了些哪些？于是，借助20個月的業余時間，孜孜矻矻，鉤沉索隱，悉心編撰，推出了這本62萬字的《院士談熱學》[1]。此書一經發行，不久即告售完，坊間好評不絕于耳。為何這本大部頭科普專著這么受歡迎？且聽筆者漸漸道來。
無處不在的熱學
這是由于熱學無處不在。
正如鄭哲敏教授為該書所寫的自序中所說：“力學是關于物質世界宏觀機械運動的科學，包括例如物體的受力、運動、流體的流動、固體的變型、斷裂、損傷等研究。它既是一門基礎學科，又是一門技術學科。回顧新中國創立以來的重大成就，如兩彈一星，具有自主知識產權的客機、潛艇，還有高層建筑、巨型貨輪、高水平的橋梁（如跨江跨海的各類索橋斜拉橋）、海洋平臺、海港與棧橋、精密機械、機器人、高速動車等，都有熱學工作者的指導與參與，包含著我國數萬熱學工作者的心血和貢獻。”
的確，大到廣袤的宇宙太空，小到修長的塵埃細胞，四處能看到熱學的影子。通過宇宙二氧化碳動力學（非常是星體密度波）的研究，人們可以精細地勾畫出我們所在的銀河系的右臂螺旋結構；采用行星際動力學，可以精準地給出各個行星的運動規律；采用細胞熱學，可以探求動物的微細結構；利用多相流熱學，可以"窺探"空中的塵埃和水底的砂粒；有了熱學，可上九天攬月，可下五洋捉鱉；有了熱學，人類可以創造種種奇跡。
關于熱學應用的廣泛性，不妨引用周培源先生的精辟闡述：“力學的發生和發展一開始就是由生產決定的。恩格斯以前列舉了唐代熱學發展的背景是農業經濟的某一階段，城市和大建筑的形成，手工業的發展，航海和戰爭等事例。1686年牛頓對熱學的總結最初是從天體運動的研究開始的，當時天文學、數學和熱學是自然科學中僅有的三個成熟的伙伴。它們相互滲透，相互推動。牛頓熱學的發展為大工業打算了基礎，也對化學學其他分支的發展起過巨大的促進作用。仍然到如今，熱學在工程方面的應用越發深入，在絕大部份的工程（包括建筑、水利、交通、機械、采礦、冶金、化工、石油、軍事、空間工程）中，處處都須要熱學。工程向熱學提出了層出不窮的問題，熱學也不斷以新的成果，深刻地改變工程設計的思想。近些年來，熱學又在認識自然方面，恢復和擴大了過去的老傳統。熱學工作者涉足到宇宙論、天體演變、星系結構、天體爆燃、太陽風、行星磁場等研究，也涉足到大氣、洋流、海浪、地殼運動、地幔對流等的研究。生物熱學出現了，它將為熱學和農業及醫學構建越來越緊密的聯系。可以這樣說，近代熱學的發展，正深入到自然科學的許多部門，熱學在物質運動范圍內處理的問題，所以有這樣的廣泛性，起因于熱學是研究自然界中最基本、最簡單的運動方式，即位置聯通。”[1]
正由于有這樣的廣泛性，熱學學科仍然遭到普遍關注，人們盼望了解熱學的方方面面，于是，本書面世遭到這么熱烈的歡迎，也就不足為奇了。
眾說紛紜的熱學
這是由于國外學界對熱學學科常有不同的認識，常常眾說紛紜，莫衷一是，甚至無視這一學科的存在。
從世界范圍看來，作為基礎科學的熱學學科的存在性穩如泰山。試看，國際理論和應用熱學聯盟(IUTAM)有上百個成員國，它組織的國際理論和應用熱學會議(ICTAM)，即"熱學亞運會"，每屆有千余人出席，第23屆ICTAM就于2012年在我國南京舉行；國際上熱學類的期刊成百上千；著名熱學家為數甚眾，這種都是明證。而且，在我國，本不該成問題的問題，卻老是成問題。雖然在國家自然科學基金委員會，數理化力天地生這七大基礎學科的地位從來就十分明晰，熱學仍然搶占著重要的位置，但在制定全省性的科學規劃時，總會碰到一些問題.最顯著的事例是：1978年，在制定新一輪科學規劃時，一開始，只提"數理化天地生"，偏偏把熱學學科排除在外，幸而以周培源、錢偉長、談鎬生等教授為代表的老一代熱學家據理力爭，爭回了熱學作為重要的基礎學科的地位（詳見《談鎬生選集》[2]的錢偉長序和第402～420頁）。但是，在2008年的我國中常年科學規劃中又出現了類似問題；在2009年的科技部一些規劃中重又把熱學排除在基礎學科之外，經過新一代熱學界的教授們再度鼓與呼，問題才得到解決。
之所以出現此類情況，有如下誘因：
對熱學學科的內涵及其發展史不甚了解，雖然在學界也是這么；
誤覺得熱學僅僅是數學學的一個分支，殊不知早在一百多年前，熱學就與數學學"分了家"，成了一門獨立的學科；
缺少對熱學學科內涵的普及性介紹，又有一些不確切的信息的欺騙，使人們形成模糊認識。
武際可在《力學史》[3]中，經過一番引經據典，歸納出關于熱學的如下認識：
熱學起源于工具、工藝的改進，同時也是人類追求認識自然界客觀運動的普遍規律，非常是追求對天體運動規律認識的必然歸宿。
在熱學研究上，從唐代開始，就有兩種傳統。如牛頓所說，一方面是理智的或理論的，另一方面是應用的，可見理論熱學與應用熱學的分工，早在牛頓時代就有了。
對熱學的研究對象，有一個逐漸擴寬的過程。初期側重于重力、平衡，即靜力學，后來側重于運動，即動力學.到了牛頓，對熱學有了最通常的認識，將力同運動相聯系，但是這兒運動是最通常意義的運動，它包含一切變化。
物理是同力學密不可分的，牛頓將幾何學看作熱學，達芬奇將熱學看作物理，而鄧玉函將數、度、力三學看為親昵三兄弟，不可分離。熱學同物理從古以來始終緊密聯系，它們是人類認識客觀事物運動的質與量的兩個不可分的側面。
自20世紀開始，熱學和化學學開始分工，熱學研究宏觀世界的規律。
把熱學作為科學的一個分支，而不單是作為技術，是近代科學界的共識。
他還進一步強調：“1900年量子論與1905年相對論陸續形成，標志著化學學與熱學的分家。自此熱學專門解決宏觀世界的問題，而化學學專門從事微觀世界的研究，熱學家與化學學家、天文學家、數學家便分道揚鑣了。這一階段熱學學科的研究特征是：因為熱學的基本理論在許多方面早已漸趨成熟，理論困局僅有紊流、強度等少數課題，所以與理論熱學相比，應用熱學的研究隊伍占較大比重。”正由于這般，在熱學界，因為各自的偏重領域和各類重點不同，對熱學學科到底是基礎科學，還是技術科學，尚有歧見，經過反復討論，逐漸產生一致的認識，正如文獻[4]中所述：
“力學原是數學學的一個分支，化學科學的構建則是從熱學開始的。在數學科學中，人們曾用純粹熱學理論解釋機械運動以外的各類方式的運動，如熱、電磁、光、分子和原子內部的運動等.當數學學甩掉了這些機械（熱學）的自然觀而獲得健康發展時，熱學則在工程技術的促進下按自身邏輯進一步演變，逐步從數學學中獨立下來。20世紀初，相對論強調，牛頓熱學不適用于速率接近于光速或則宇宙尺度內的物體運動；20年代，量子論強調牛頓熱學不適用于微觀世界。這反映了人們對熱學的推進，即認識到物質在不同層次上的機械運動的規律是不同的。一般理解的熱學只以研究宏觀的機械運動為主，因此許多帶'熱學'名稱的學科如熱力學、統計熱學、相對論熱學、電動熱學、量子熱學等在習慣上被稱為是數學學的分支，而不屬于熱學的范圍。但因為歷史上的緣由，熱學和數學學仍有著特殊的親緣關系，非常是在以上各'熱學'分支和牛頓熱學之間，許多概念、方法、理論都有不少相像之處。”
“力學與物理在發展中仍然互相促進，互相推動。一種熱學理論常常和一個物理分支相隨形成，如運動基本定理與微積分，運動多項式的求解和常微分等式，彈性熱學及流體熱學的基本多項式和物理剖析理論，天體熱學中運動穩定性和微分等式定性理論等。有人甚至覺得熱學是一門應用物理，并且熱學和數學學一樣，還有須要實驗基礎的一面，而物理尋求的是比力學更帶普遍性的物理關系，二者有各自的研究對象。”
“力學同化學學、數學等學科一樣，是一門基礎科學，它所揭示的規律帶有普遍的性質。”
“力學又是一門技術科學，它是許多工程技術的理論基礎，又在廣泛應用中不斷得到發展。當工程學還只分民用工程學（即土木工程學）和軍事工程學兩大分支時，熱學在這兩個分支中已起舉足輕重的作用。工程學越分越細，各個分支中許多關鍵性的進展都有賴于熱學中有關運動規律、強度、剛度等問題的解決。熱學與工程學的結合使得工程熱學各個分支的產生和發展，如今，無論是歷史較久的土木工程、建筑工程、水利工程、機械工程、船舶工程等還是后起的民航工程、航天工程、核技術工程、生物醫藥工程等都或多或少有工程熱學的活動場地。熱學作為一門技術科學，并不能替代工程學，只強調工程技術中解決熱學問題的途徑，而工程學則從更綜合的角度考慮具體任務的完成。同樣地，工程熱學也不能取代熱學，由于熱學還有探求自然界通常規律的任務。”
“力學既是基礎科學又是技術科學這些二重性，有時也難免會導致注重基礎一面和注重應用研究一面的熱學家之間的不同見解。其實這些二重性也使熱學家倍感自豪，她們為溝通人類認識自然和改建自然兩個方面作出了貢獻。”
雖然這么，在國外學界，對熱學的內涵及其二重性仍然有不少片面認識，尤其是一些頗有影響的工具書對“力學”詞條做了不恰當的演繹，對一些糊涂認識的加深起了推波助瀾的作用。有鑒于此，2009年，一批資深熱學工作者借著國家自然科學基金委員會數理科學部組織的研討“2011～2020年我國科學發展戰略”的機會，對熱學學科的定義、特性和發展戰略進行了深入討論，進一步產生了共識。
上述情況在《院士談熱學》中得到了充分反映，教授們對熱學的內涵及其二重性做了全方位的探討。
扛鼎之作是周培源先生發表于《力學與實踐》創刊號的文章。他明晰地強調：“力學是關于物質宏觀運動規律的科學。”文中透徹地剖析了物質的宏觀運動和微觀運動之間的關系；基礎研究和應用研究的關系；新老學科的關系；理論和實驗的關系。他旗幟鮮明地陳述：“從熱學常年發展歷史來看，我們可以得出這樣一個初步推論，就是熱學具有很強的基礎性，又有極為廣泛的應用性，二者相輔相成，相互促進，所以，熱學既是基礎科學，又是應用科學。這和物理、物理學、化學、生物學等門科學，并沒有哪些兩樣的地方”。“如果里面的推論可以創立，我們能夠這樣說，熱學屬于基礎科學，和數、理、化、天、地、生一起共稱七大基礎科學；同時，我們也能夠這樣說：就它的應用范圍的廣泛性來說，熱學也屬于技術科學。因而，我們既要充分注重熱學的基礎研究，又要非常注意熱學的廣泛應用。”時至今日，此文仍是發展熱學學科的綱領性文件，重溫上去仍有一種親切感。
諸位教授從不同側面對上述觀點做了闡述。
老一代教授陳述了她們對熱學的深層次理解.錢偉長[7]覺得：“力學既是應用性很強的技術科學，更是一個深藏玄機的基礎學科，熱學事業的發展必須從基礎研究入手，為國民經濟建設服務，決不能就事論事，照搬照抄，而必須狠下工夫，大力從事機理智探求，只有這樣，熱學能夠在實踐中發揮其無與倫比的巨大作用。”談鎬生指出強調：“我們必需看見，熱學是一門應用性極強的基礎科學。沒有一項工程技術，才能離開熱學而存在。所以，熱學既是大工業的基礎，又是數學科學的理論基礎。”錢學森的《論技術科學》一文有很大影響，他在探討了技術科學的概念、發展和研究方式后強調，熱學本身是技術科學的一個范例，也是我們如今對技術科學這一概念的來源。他所給出的技術科學的十個發展新方向中，有一半與熱學相關。鄭哲敏則對“理論熱學”和“應用熱學”做了劃分：“一般說，假如主要是為了深入剖析與認識某種熱學規律，并無明晰的應用目標，或則研究某種規律的必要性是從諸多可能的應用中提煉下來的，在現階段又并不限于某一特定應用，則可稱之為理論熱學，另一方面假如是為了解決實際應用中的個別特定的問題，則屬于應用熱學的范疇。”
新一代教授也敘述了她們對熱學的深刻理解。李家春和方岱寧按照學科發展的新態勢，給熱學下了更細致的定義：“力學是有關力、運動和介質（固體、液體、氣體和等離子體）宏、細/微觀熱學性質的學科，研究以機械運動為主及其同化學、化學、生物運動耦合的現象。”并強調：“力學學科是自然科學的先導和基礎，它在學科自身發展和實際工程應用的驅動下不斷發展，為人類社會的進步作出了巨大貢獻，應用和理論熱學學派的光輝成就已載入科學史冊。毫無疑惑，現代熱學仍將是一門具有廣泛應用和強悍生命力的重要基礎學科。”白以龍通過例證指明：“力學除了廣泛推進工程學的進展，又是新自然觀的重要起源。”這是由于“首先，自牛頓之后，自然科學又經歷了幾次偉大的理論綜合和概括；其次，熱學涉及的是我們周圍的宏觀世界。從農地、大氣、海洋、生物到人類及其生產活動，構成了復雜的宏觀世界，我們身處其中，常常見怪不怪，常常遭到懲罰。”“因此，以認識這個宏觀世界通常運動規律為目標的熱學的作用，看來也須要我們給與再認識。其實，我們應該恢復牛頓把熱學作為‘自然哲學的物理原理的精神’。”
綜上所述，對于剛步入熱學領域或想步入熱學領域的年青同學，對于想了解熱學的所有同事，本書的問世無疑是雪中送炭，致使她們一入門能夠了解，熱學到底是一門哪些樣的學科。
魅力無窮的熱學
這還由于熱學七彩斑斕，魅力四射。
《院士談熱學》收集了我國力學界35位教授的55篇文章，堪稱精彩迭出，美不勝收，由于作者都是熱學各個領域里的知名專家，她們學有專長，寫文章駕輕就熟，體操若輕。
謂予不信，筆者帶著你們漫游一下此書的奇境吧！
錢學森先歸國后開創了數學熱學研究，這些宏微觀結合的熱學帶來一種新境界.郭永懷歸國后不久，把現代空氣動熱學理念帶了過來，聽聽他淺顯地講解哪些是激波和激波管，哪些是嫻熟波速流動，哪些是高速流動中的電離和離解效應；他用雪崩來比喻激波，告訴我們激波有時有害，有時卻有利，起碼可以在激波管里制造低溫環境；飛行器以馬赫數12再入大氣層時會發生哪些現象。吳承康則進一步發揮，全面生動地描述了高速再入飛行器的等離子體問題，非常是彈頭灼熱時的碳化物問題，并且提出了對付這些“等離子體鞘”的防熱舉措，順便述說了神秘的空間電推動器的原理；莊逢甘講了熱學在航天中怎么發揮作用；崔爾杰則述說了生物運動仿生熱學和智能微型飛行器的故事，告訴我們怎么像魚類和鳥類那樣撲翼飛行。
我國最早的流體熱學家周培源則全面介紹了流體動力學，從滾滾暴雨和潮起潮落中聽到了它，在高速飛行、橋梁工程、石油工程中發覺了它，而流動規律又這么撲朔迷蒙。李家春全面綜述了流體動力學的機遇和需求，全面述及了民航航天工程、海洋工程、能源工程、環境工程、生物醫學工程中的流體熱學，介紹了相關的交叉學科。何友聲介紹了船舶流體熱學的新進展，非常是引人入勝的空泡流。吳有生則以“力學的永恒魅力與貢獻——與時俱進的船舶熱學”為題，向我們展示了五光十色的船只及其熱學問題。紊流專家郭尚平等向我們闡明了紊流熱學的方方面面，告訴你們它除了在傳統的水利工程、地下水資源開發和石油工程等傳統領域發揮巨大作用，并且陸續滲透到建筑、環境保護、化工、冶金、機械、原子能工業、膜分離技術、染料染料、制糖等工業技術部門，乃至生物醫學工程，物理建模和新型實驗為這個學科分支帶來了強悍的生命力。胡文瑞在介紹空間的數學學時，描述了微重力環境下的光怪陸離的現象，非常闡明了微重力流體熱學的內涵和應用。傳質學專家過增元闡述了微細尺度傳質的奇特特性和處理方式，這是國際前沿性問題。
不少固體熱學專家向我們展示了它的巨大魅力.錢偉長述說了非線性熱學的異軍凸起和蓬勃生機，勾勒了熱學工作者向非線性熱學涉足的累累戰果.黃克智等綜述了我國經濟、社會發展中急需解決的重大基礎性熱學問題，非常是，材料科學、微電子機械過程、能源工程中的熱學問題，并總結出固體熱學跨世紀優先發展的領域，即
宏、細、微觀材料本構理論與破壞過程；
精微力-電系統耦合細觀熱學；
大規模估算熱學仿真.對固體熱學研究有指導作用。
專注于材料科學中的熱學問題研究的方岱寧等人寫了兩篇長文分析了先進復合材料和功能鐵磁材料的變型與破裂的研究動態及其發展趨勢，非常對學術思想、基本問題和研究方式做了詳細剖析。其中《功能鐵磁材料的變型與破裂的研究進展》一文援引了149篇文獻，對實驗研究設備和技巧以及理論建模過程作了細致描述。破裂熱學專家王自強對界面破裂熱學做了全方位的介紹，強調了相應的熱門課題。資深固體熱學家、地球動力學專家王仁對地質材料的熱學問題做了權威性論述，尤其對地質材料的非線性變型和斷裂做了生動勾勒，并轉述了十一個相關的熱門課題。他還寫了三篇科普文章，對研究中出現的反演問題等進行了淺顯的介紹。
本書收錄了知名的估算熱學專家錢令希、鐘萬勰、程耿東的兩篇文章，闡述了這一個由于估算技術發展而突飛猛進的分支學科的歷史和現況，非常述及有限元構造及其物理基礎、適合于計算機上的算法、結構優化和各種耦合問題的求解以及軟件的開發與應用、計算動力學等問題，非常展望了我國估算熱學的發展。值得一提的是彈性熱學專家胡海昌寫了一篇文章專門談對震動工程的想法，他覺得：“基礎科學才能并且應當發展出相應的工程科學。”他還覺得，像震動工程這樣的新工程的誕生和發展，應歸功于計算機、微電子技術、系統論、控制論和信息論的發展。高鐵工程動力學專家翟婉明及其合作者撰文表述鐵路中的一些典型的熱學問題：高速高鐵輪軌滾動接觸熱學問題、高速動車關鍵結構部件疲勞問題、高速動車與線路結構動態互相作用問題，這種問題始于實踐，相當復雜，卻饒有興味，充分顯示了熱學的魅力。本書的另一篇有趣的文章是鄭曉靜和周又和寫的關于風沙運動研究中的熱學問題的長文，這兩位固體熱學專家近十幾年轉向研究與沙塵暴相關的風沙運動，這是一個富有挑戰性的研究領域，實驗觀測和理論剖析都十分困難，至今尚無可靠的預測模型，她們覺得，有必要將風沙運動系統作為非線性、多場耦合、跨尺度的復雜動力系統，并總結出四個關鍵熱學問題.本書還收錄了鄭曉靜等人寫的兩篇科普文章《力學與沙塵暴》和《關于鳴沙》，可讀性極好。
在《院士談熱學》的第四部份中還收錄十四篇熱學科普文章，內容包羅萬象，涉及核裝備研發，機械設備的“健康檢查”，海洋內波偵測，鳥類游動，體育運動，乃至手杖的使用......五光十色，美不勝收。難能可貴的是：錢令希等五位教授在世紀之交寫了一封呼吁信，發動你們努力撰寫科普文章，宣傳熱學貢獻。而且建議“立即組織起一套叢刊"。她們的呼吁得到了積極廣泛的響應，近十幾年來，熱學科普的文章書籍大批涌現.值得一提的是，2008年，中國熱學學會發起組織出版《大眾熱學叢刊》，至今已出版了15種，在全社會得到了普遍好評和歡迎。
通過上述漫游，我們可以感受到，熱學除了無奇不有，無處不在，并且窈窕多姿，豐富多彩。可以說，學習熱學、研究熱學是一種享受，細細品位這本書也是一種享受。
任重道遠的熱學
讀完這本書，喟然思索，浮想聯翩。雖然學熱學是一種享受，然而，說上去容易什么是機械運動規律的分支，做上去難，應用好熱學知識更是一種挑戰。
教授們無不認識到這一點什么是機械運動規律的分支，為此，她們傾盡竭力從事熱學的研究和應用，更是嘔心瀝血專注于熱學教育。她們認識到，熱學事業任重道遠，必須后繼有人。她們希望“長江后浪推前浪，江山代有才人出”。本書的第三部份專門談熱學教育，三代教授在這方面也發表了真知灼見。
張維撰文說：“力學要為國民經濟的發展服務，就要有一支良好的熱學工作者隊伍，存在熱學隊伍培養成長的問題。”他覺得著重要解決好專業和課程設置問題和培養方式問題。因此，他對歐美的熱學教育進行了廣泛督查，并提出了具體建議。
劉人懷調查剖析了我國力學教育的現況，得出推論：近些年來力學專業所培養的人才質量總體來說有所提升，非常是估算能力、外語能力和知識面長度有所上升，但理論剖析能力有所回升。并相應地提出四點建議：穩定規模；多層次多模式培養；加寬加厚物理和熱學基礎；強化創新能力培養.非常對創新教育進行了深層次的思索。
胡海巖從建設創新型國家對高等工程教育的需求出發進行熱學教育設計，非常指出了研究型工程師的培養，但是主張從技術科學的統一性看熱學理論教學，從實踐與創新的統一性看熱學實踐教學。他覺得，學院未能孤立地、直接地培養工程師。雖然是根據6年制本碩連讀方法培養中學生，也僅是未來的研究型工程師，或叫做研究工程師的毛坯，還須要經過常年的工程實踐鍛練方能成才。這一觀點與老一代熱學家完全一致。
時代在進步，社會在變化.許多急需解決的實際問題向熱學提出嚴峻的挑戰，任重而道遠。這本書可以成為我們接受挑戰、所向披靡的指路明燈。
結束語
概括地說，該書有如下優點：
筆者衷心地覺得，《院士談熱學》是一本不可多得的好書。其實本人孤陋寡聞，迄今雖然尚未見到其他學科有同類專著。
此書的問世，是我國力學界的福音。謝謝兩位編者的辛勞勞動！
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參考文獻
[1]劉俊麗，劉曰武.教授談熱學.南京：科學出版社，2016
[2]談鎬生.談鎬生選集.上海：科學出版社，2006
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[4]錢令希，錢偉長，鄭哲敏等.中國大百科全書(熱學).廣州、上海：中國大百科全書出版社，1985