驱动人类文明繁荣发展之“力”
中国科学院院士、北京大学工学院院长
段慧玲教授作主旨报告
2024年11月3日
各位领导、各位朋友，下午好！
感谢北京论坛组委会给我这个机会，和大家谈谈我关于人类文明繁荣发展的一些认识。
我是学力学的，在中华文化中，力不仅仅指force，还意味着协作、奉献和精神的力量。长久以来，我都在思考一个问题，那就是，我最熟悉的力学与人类文明繁荣之间有着什么样的关联？
“宇宙之大，基本粒子之小，力无所不在。”遍历整个人类文明，力学可以说是一门永恒的学科。只要我们还生活在物理实体空间里，万物的运行就摆脱不了力的基本原理的约束。今天，我想从世界、中国以及未来这三个尺度，分享我的一些思考。
第一，纵观人类文明发展史，力学作为最古老的科学之一，既是人类社会文明进步的主要推力，更是近现代工业文明发展的重要根基。
自古以来，力学与人类社会的发展息息相关。远在六万年前的石器时代，人类便开始运用力学原理对石材进行加工，将其打磨成箭头等工具，以提升狩猎效率，这标志着“实验”力学的初步实践。
公元前500年左右，正值人类文明轴心时代，中国和古希腊不约而同地开始了对力学的探索与研究，总结前人对力学实践的理性认识。在中国大地上，墨家学派在《墨经》中介绍了其在力学领域的认识。而在古希腊，阿基米德提出了浮力定律和杠杆原理，使静力学成为了一门真正的科学。
到了16至17世纪，达芬奇、伽利略、胡克、开普勒、牛顿等一大批科学家为力学的发展做出了不同程度的贡献，这其中又以牛顿最为突出。《自然哲学的数学原理》这本力学著作的发表，奠定了经典力学的基础，实现了科学方法论的革新，牛顿力学也从此成为了自然科学中的主导和领先学科。
如今，随着人类文明向深空和深海迈进，流体力学、固体力学的重要性日益凸显。从冯·卡门到周培源、钱伟长、钱学森，一代又一代的力学家们在尖端科技领域的创新研究中、在人类现代科技进步事业中扮演着至关重要的推动者角色。
力学的重要性既体现在人类社会文明的演进中，更是深深的植根于近现代工业文明的发展里。
第一次工业革命的标志是蒸汽机的使用。牛顿力学和热力学的融合发展，实现了热能到机械能的可控转化，蒸汽机作为动力机走进了社会生产，开创了以机器代替手工劳动的“蒸汽时代”，新的生产力的释放，也引发了深刻的社会变革，大大紧密了各国之间的联系，改变了世界的面貌。
在第二次工业革命中，内燃机和发电机的应用极大地推动了技术革新和工业发展，人类就此迈入“电气时代”。社会生产的动力源从“蒸汽”升级为“燃料”和“电磁”，与之配套的真正负责“做功”的机械构件、机械原理也随之演进，工程科学、应用力学得到了极大发展，起到了至为关键的推动作用。
在第三次工业革命背景下，信息技术的迅猛发展对半导体器件性能提出了更高要求。固体力学、量子力学，特别是在纳米力学特性方面的研究，为发现新型半导体材料、推动微电子技术发展提供了理论支持和物质基础。力学不仅促进了人类对材料性能的深入理解，也解决了微电子机械系统中的关键问题，为信息技术的持续进步奠定了坚实基础。
第二，回望新中国75年的历程，力学作为“大工业真正的科学基础”，在中国的社会主义现代化事业中同样发挥了极为关键的作用。
今年是中华人民共和国成立75周年。75年来，中国发生了沧海桑田的巨大变化，迎来了世界发展史上规模最大的一次现代化事业。
“天堑变通途，江山归咫尺。”75年来，中国公路桥梁数量从1957年的3.7万座增加到了2023年的108万座。从南京长江大桥到“世界第一长的跨海大桥”港珠澳大桥，力学理论的高度发展助力中国桥梁工程实现了由“跟跑”“并跑”走向“全面领跑”，为中国从桥梁大国迈向桥梁强国提供有力支撑。
“要想富，先修路。”自新中国成立以来，中国公路网络从最初的8.1万公里扩展至如今的543万公里，铁路从2.1万公里延伸至16万公里，高铁里程更是占全球的三分之二。从川藏、青藏公路的建成到复兴号实现31个省区市全覆盖，中国已经建成世界上规模最大、最为现代化的公路、铁路和高铁网络。在这些宏伟实践中，中国的力学大放异彩，攻克了众多世界级技术难题，作出了卓越贡献。
1970年，第一颗人造卫星“东方红一号”成功发射，极大地提升了中国的国际地位，对中国奠定航天事业、维护世界和平具有里程碑意义。半个世纪过去了，中国的航天事业不断发展壮大。就在前几天，神舟十九号乘组入驻中国空间站，完成中国航天史上第5次“太空会师”。“祝融”探火，“嫦娥”揽月，“羲和”逐日，“天和”遨游星辰，这些空天壮举的背后，力学的贡献更是极为核心、不可替代。
进入21世纪以来，中国的科技事业蓬勃发展，重大创新成果层出不穷，科技工作者们既向深空发起挑战，又深入海洋深处，为人类认识自然不断拓展新的视野。在深海探测中，面对极端的静水压挑战，力学给出了“刚”和“柔”两种耐压思路。一方面，蛟龙号等载人潜水器通过采用坚固的钛合金材料耐压舱，保证了在深海高压环境下的密封性和结构完整性。另一方面，仿生狮子鱼机器人通过柔软的机身设计，无需耐压外壳即可承受深海的极端水压。这些技术的应用充分展现了深海科技领域“中国力学”的非凡实力和巨大潜力。
第三，展望未来，北京大学将着眼于人类文明持续繁荣发展，继续推动力学学科的深刻变革、与时俱进、纵横拓展。
1952年，中国的第一个力学本科专业诞生于北大。72年来，北京大学一直是中国力学学科的开拓者和主导者，持续推动着学科的快步发展。面向未来，特别是在席卷而来的第四次工业革命中，北大力学必将肩负更为重要的时代使命。
习近平主席指出，“当前，新一轮科技革命和产业变革深入发展，学科交叉融合不断推进，科学研究范式发生深刻变革”。这也阐述了北大力学学科发展的背景和方向：
在学科布局方面，面对以人工智能为主导的第四次工业革命，北京大学将承前启后、推陈出新，推动力学与数据科学、人工智能的深度融合、交叉发展，进一步壮大以力学为核心的新工科事业。
一方面，我们需要把握时代发展脉络，不断推进“数智力学”的交叉融合。当前，我们正在迎来数字计算能力爆炸式增长的时代，大数据和智能算法为自然科学带来了全新的发展机遇。未来，北大将致力于将传统力学理论与现代数据科学、人工智能技术相结合，以新视角激发新创造，不断优化力学模型，积极运用先进的数据科学方法来分析复杂现象、解决疑难问题。
另一方面，我们需要聚焦未来技术挑战，加大物理智能力度，促进其与计算智能的协同发展。物理智能是人工智能向真实世界发展的技术基础，而力学是物理智能研究领域的重要支点。当前，计算智能的发展远快于物理智能，导致机器人在复杂环境中的适应性等方面存在不足。未来，北大将继续发扬力学学科传统优势和跨学科交叉优势，推动先进制造与机器人等领域的研究，实现物理智能与计算智能协同进化，推动人工智能研究的全面发展。
在人才培养方面，面对数智时代给高等教育带来的冲击，北京大学将坚持“以理启工、以文冶工、以工促多”的理念，以力学为基，为中国、为世界不断输送具有原始创新能力的、富有人文情怀的、面向未来的新工科领军人才。
第一，坚持“以理启工”，夯实“发于理而成于工”的人才培养模式。未来，北大将加大以力学等为代表的基础学科人才的培养力度，进一步强化力学在基础研究和工程技术之间的桥梁纽带作用，为未来的工科人才储备扎实的数理基础，为未来的创新创造储备坚实的底层能力，以满足第四次工业革命的需求。
第二，坚持“以文冶工”，建设蕴含人文精神的工科。AI对信息的处理以信息整合和数据计算为主，而人类智能（也就是HI），则更擅长解决复杂、模糊和创造性的问题。面对数智时代给高等教育的冲击，北大将坚守人类文明殿堂的本道，在人才培养中，把涵养人文精神、伦理道德等“人性”教育提升到更高的层次，让数智时代的人类文明更加熠熠生辉。
第三，坚持“以工促多”，推动学科交叉融合。未来，北大将充分发挥多学科交叉的优势和特色，深化工科与理科、医科、人文、社科、经管等学科的交叉融合、协同发展，加强人才的跨学科视角、跨学科思维培养，将工程思维有机嵌入到其他学科的人才培养体系，为未来的人才塑造扎实的技术能力底座。
在努力完成人才培养、学科发展等任务的同时，北大力学，更应继往开来，以更大的格局、更强的决心、更主动的担当，助力人类社会面临的重大挑战和问题的解决。
力学学科作为北京大学学科力量的重要组成，将继续坚持开放合作、交流互鉴，积极开展国际科研交流合作，吸收和融合国际先进的科研理念和技术，积极展示和传播中国的研究成果和经验，携手全球科研机构和高等学府，以高质量科技创新合作，共同应对可持续发展、环境保护、灾害预防等全球性挑战，为人类命运共同体的建设贡献力量。
朋友们：
阿基米德曾言：“给我一个支点，我可以撬起整个地球！”力学不仅是一门科学，更是一种文化、一股力量。它的存在跨越了空间的阻隔，超越了时间的界限；它教会我们如何理解世界、改造世界，帮助我们在不同的时代去推动人类文明的发展。
在此，我诚挚地邀请各位友人，共同关注人类共有的力学学科的发展，携手合作、凝心聚力，以“力学”这个小小的支点，撬动并推动人类文明的未来走向新高度、新境界、新繁荣，共同创造人类更加美好、灿烂的明天！
谢谢大家！
闭幕式现场
图文编辑|COE
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