北大力学老教授的“三线”记事｜赛先生看历史
撰文｜陈耀松（北京大学力学系教授、中国计算流体力学领域泰斗）
01
1959年我奉命从五院（编者注：国防第五研究院）回北大。回校正逢学校“反右倾”高潮，离北大时负责教学的主要干部几乎都是批判对象，教学工作无人关心。所幸我未列为“重点对象“，无需每天检讨，但必须到会，接受教育。我没有心理负担，有空就学计算机。硬件不让碰，就学编程。陈堃球、王选是老师，他们的报告我细听，还得到特别辅导。
北大有幸有架“103机“，机器虽小，五脏俱全。我将一个“高超音速问题“反复简化成常微分方程。然后 00、01地编程（103机只有四条指令），完成科技计算全过程。之后科学院的”109丙机“对外开放，我又跟大家学了点“大计算”。
1970年，林彪一声令下迁三线。北大分校落在褒河，水电局正在当地建水坝。为联系实际，我系便主动找去，设计组正好有一计算水坝强度的24阶线代数方程要解。我系有五架电动计算机，虽然无需手摇，日夜不停亦得跑两周。
作者供图
当时我提出用电子计算机。以力学人的基础学用电子计算机不难，难在如何找到计算机。当时我有个小亲戚在西安，工作就是用“104机”算飞机。组里同意我的建议，让我带着方程系数去西安找他“加塞儿”。在机房，他是老大，我带去的数据就夹在飞机计算任务中由专人帮着“穿纸带”。我要做的无非是核对孔眼是否有错。等两个飞机计算任务交接的瞬间，水坝计算的纸带挤了进去，仅四分钟，大功告成。马上用电报把结果发回汉中，经反演证明无误。出差时系里为”保险“，已同时开动五台电动计算机算这一题。收到电报得知“任务”已完成，电动计算机的计算已不必，大家关机休息。
作者供图
得知可用电子计算机计算水坝强度，水电设计局的同志特兴奋。因为以前要求“边设计、边施工”。由于设计计算周期长，施工一经起动再要修改已不可能。于是都把设计余量加大，避免中途发现安全问题而需要停工修改。既然算一次只要四分钟，那就在开工前选定多个“经济“方案先比较，选出“最优“再开工，岂不又好又经济？
于是，我们陪着水电局的老工程师去西安，手把手教会他们如何使用电子计算机。他们掌握了这项“高技术“，就一口气算了七个不同的方案。最后决定采用“拱坝“以代替笨重的“重力坝“，省了500万。
设计水坝需要根据坝基强度来进行。水坝一般选在河段水流湍急处，要正对坝址往下打孔取石样十分困难。于是，水电局就在河的对岸横着打进30米，遇见岩石取块石样作为代替，到成都研究所测定：强度不错，满意。
这么个办法是好是坏，作为外行的我无权评论，不过感到不是坝下的原样总是问题。于是建议在坝点上游用雷管“设爆“，坝点下游“监听“，以此测出经过坝址的声速来判断坝基的强度。
这个建议遭到理论研究同志的反对，认为“不可行“。唯独我流体实验室的邵鸿昌说“行，可行”。他当即动手找个收音机上废弃的中周变压器，改装成声波接受转换器，接上唯一可记录的仪器 ——八线示波器。整套仪器有点笨，由几位身强力壮的民工扛到坝址附近的山坡上安装。测出坝基下的声速，它比水电局在河床对岸打洞取样测得的要小20%。这就是说坝址真实的强度比以前推算的要低！水坝施工前，坝点冒出水面的都是坚硬的石质，凭经验，它的底部强度不差，怎么测得声速反而低？不久，水坝动工，坝址前后筑起围堰。铲土机就进去开挖，挖出的石质都是碎石……声速偏低的原因原来是石质松散，坝基强度不佳！北大的坝址强度测定方法被水电局接受。不但褒河要测，下游安康在建坝，也要测。于是袁明武老师带着民工扛着仪器满山爬，还能坐着卡车逛安康。这个 “游山逛水”的机会本该属于我。可我被定作“反对毛主席教育改革”的批判对象，必须留在校内作检讨，受批判，没能享受这难得的“旅游”机会。
去汉中前我并不知道这是五年前已经起动了的“653工程“。（编者注：1965年,受中国所处严峻国际环境影响，国家在进行“三线”建设的背景下，北京大学将一些敏感的尖端专业西迁陕西汉中，这就是著名的“653工程”。）到了“653“才知道北大早有一个技术物理系，这在走以前我并不知晓。他们是保密的，而且设在北大校园外。偶尔见到早年的熟人，总认为他们是物理系、是化学系。
去汉中同事都经过审查，政治上没有问题，否则就被划分去“鲤鱼洲”了。我在北京时亦被认作“特嫌”受隔离审查，走时已有结论：政治清白，可以去三线建设。我能参加分校建设，自感“幸运”，工作积极主动。可当时“工宣队”提出力学系要以制造飞机为教改中心，提出“飞机专为农用，用电驱动。成本在一万元之内”。
作此决定前，领导先找部分党员征求意见，我也参加了。根据当时世上最先进的电池、最轻的电机，我说了“以现有的技术条件，这样的农用飞机做不到！” 强用不现实的目标作为力学专业教改的方向必然造成大损失，我坚持说“不”。没想到会有留学回国的“专家”跟工宣队说“可以做到” ，“陈耀松说‘不’完全是因为他反对教学改革”。
于是，我被“工宣队”定为“反对毛主席教学要革命”，必须重点批判的对象了。“不破不立”，只有把陈耀松批倒，飞机就能“立”。好在大家已在北京经历一阵“疾风暴雨”式的革命高潮，用的批判形式比较文明了。我能坐着在大会中间自我检讨，然后，“革命群众”以我为中心围坐一圈，轮着宣读各人事先准备好的批判稿。参会的人不少，积极的只有一人，他需要念稿。其他人都得坐在原位，盼着“下课铃”。我不敢多想，只觉得困，睡着了。但也没有睡死，遇到谁发言声音一大就醒 ，“怎么还未完？”接着又迷糊过去。如此的“晚会”隔天一次，一个多月下来我这“反对毛主席教学要革命”的“死硬派”已被批得“体无完肤”，“破”的任务早已超额完成了，该有所“立”了，谁来“立”？即便用大字报画架飞机也没人敢（万一留下“实物”随时可被“积极分子”用作批判对象）。
这期教改领导正在为难之际，新的命令来了——“撤”，太好了。开创的教改运动如何收场？“钦差大人们”不管了，一走即了。留下本校干部有谁也不敢说“陈耀松是好人”“飞机可以不做了”。批判会开不下去了，就安排我去“劳动改造”，去养猪。
我独自一人养九头猪（同是九头无线电系派就八个“猪倌“）。打扫猪圈我不学自会，就是如何准备猪食事事需要请教食堂张师傅。从批判会转来养猪对我是幸福临门。猪不批判我，独享一间准备猪食的草舍，内有一口煮猪食的大锅，门一关，煮食鼓风机一开。二小时，无人来敲门，我就可在里面读书。从河东书店买来《工人业余大学的电子学教本》，一套四册。前面两册《二极管》、《三极管》，一个小时就看完了。第四册《半导体收音机》，我没有兴趣。唯独第三册《开关电路》，当然不难，看了有用啊！
02
高效的应变仪“怪物”
开关电路逻辑简单，一学就会，但没有动过手总不放心。出差回本校时特地拜访“海淀老虎洞”。那里有个出售旧电子器件的铺子，电阻电容论斤卖。电阻的欧姆定律倒是一样，就是个头大。当年装收音机的电阻大小像“米粒“，而论斤买的都比较大，有的就像“二踢脚”，一斤没有几个。三极管是国内工厂生产删选淘汰的，每个一毛五。有的放大倍数非常高，就是性能不稳定。好在用作开关电路，只要能开能关就行。买上一包回汉中，照着《大学教本》的算例一个一个地焊试了一遍，没有“错“。只是早上焊的电路下午就认不得了。电路走线有讲究，这我不懂，好在”双稳态“、”平衡桥“……都十分简单。认不清，就重新焊。
力学分支很多，我熟悉的是计算力学，但对实验力学的测量也有兴趣。常拿测量仪器的说明书当小说来读，解闷。实验力学最常用的是电阻片式“应变仪”。将应变片贴在测点上，电阻随着应变变动而变化，以测电阻来测应变。电测应变仪成了力学实验的“标配”。
作为测量仪器它的使用有许多限制：所加电压必须非常稳定，而且电压不能高（一般规定为1.5伏），因此测得的电信号也非常小。如果用的电压高了电阻片要发热，温度变化引来的电阻变化混入应变的变化，测量就没法进行了。如能用高压而不使电阻片发热，岂不可以得到测点的大信号？有了！就将加电时间缩短，在电阻片升温前就完成测量“取样”。这样“动“的测量借助开关电路就很容易实现。我用15伏作“高压”（信号强了十倍），加电时间限10毫秒，在第9毫秒时取样。实践效果十分理想（详见：《直流脉冲电压式静态应变测量》，力学学报,，1983, 19(4): 409-413），太好了。
“发明”完成不久，赶上“文革”结束，力学学会接到美国召开国际实验力学会议征稿通知。当时先在天津召开全国实验力学会议，“文革”十年国内的科研成果甚少。会议就推荐两件测量仪器的研制报告去参加：一件是建研所的“多点应变仪“，复杂、庞大，是仿国外的；另一件就是我这“怪物”，精巧而新奇。得知选中可出国，真是高兴，可以去见世面了！但要落实时发现出国需要钱。别人是正统专业研究所，有专门的交流经费。而我，旁门左道，没人管。没钱买机票，这个“入场券“也只好夹在书中留作纪念。不过，既然有大会推荐，投国内学报可以免审了。
03
巧借医用超声波仪实现风洞压力测量
风洞在实验空气动力学中的地位尽人皆知。北大力学专业是新中国高校建设中的第一份。当时领导明确学习苏联，并且给我们发来莫斯科大学力学专业全套教学计划作参考。他们有座3x4m试验段的低速风洞和近乎at-1的高速风洞，十分醒目。我们国力不如，但做个小点的低速风洞应该没有错。可是我们领导认为不必，北大只需 “10x10cm”的微型风洞。幸好1954年底苏联顾问别洛娃到任，第一次活动便是邀请国内航空专家共议北大是否要建“空气动力学风洞“。结论是需要。思想一致了，建风洞的人才哪里来？器材有钱没处买啊。历尽艰辛风洞终于建成了。可惜如今它只剩“残片”，只能到历史博物馆去找。它对北大力学专业建设无贡献可言，今天想来免不了一阵心酸。
这风洞在我国工业建设中也起过点作用，那是以合作名义交给军方以后的事了。我曾积极建风洞，但自己学的专业却是计算，只是有空常想去实验室看看，惦记着风洞的测试仪器是否配齐了？飞机模型的气动测量仪器最重要的是两件：一件是测模型所受六个分力的天平。那是需要专门的工厂设计加工，由专门的行家来调试和运用的。这只有军方的权威才能做到，反正军方接管了，自然有它的办法来解决。另一件则是测定模型表面的空气压力。说来简单，就是在测点表面打个小孔，用软管将压力引出到外面接上玻璃水管，读水面高度换算压力（manometer）。但压力变化很大，以致管长比人要高，超过2米。需要测压的点很多，有时多到500个，配接的是密密麻麻排紧的细管。在这样的细管中水表面成球形，风压在脉动，待测量的对象像是一个在跳动的小球，定位很难。测压必须在风洞吹风时进行，数百根水管何时能测完？风洞电力花销太大，于是，测试用照相，将全部水管表面照下，等风机停后慢慢读。水管有2米多高，即便用20cm特宽航空胶片，它的图像也很小。在这样的条件下读水面高度的精度只能 ±1mm。而且，读、记同是一人，难免有错，别人无法校对。
这个问题我“看中”了，那还是“文革”前，我正忙着帮306部队搞计算，没空多想。到了汉中，一阵批判后就被派去养猪。刚开始不懂喂养，事事要去找人请教。以后会了，按时工作，纯属体力劳动了。脑袋空着就可“胡思乱想”，风洞测压如何办？又来了。能否用“超声波“？
北大内迁时也有一组校医同去，同在一个山沟中，都是一家人。医院有台检查肝炎的超声波仪。我就找大夫借来试，山沟内手续简单，无需向校领导请示，医生直接答应了。力学系系楼在山上，仪器很重，抱不动，外加一个磁式稳压电源，是个大铁疙瘩。好在我有准备猪食的“专车”可支配。独自一人把它推上山，中途不得停，我按“贵州十八弯”分解重力，把它推到实验室。一个力学楼有不少实验室，北京的一批仪器、机床也都搬来了，就是没人来上班。大家都在山下宿舍区，忙着打煤饼做午饭。偶尔想看书，亦在家。像杜珣，拉开抽屉藏着看。万一有人来敲门，赶快关抽屉。我是挨批对象，一般见人都不敢打招呼，生怕给人添麻烦。就是跟陈定亚好说，他是单身汉，从不整人。我跟他谈过这超声波试验，邀请他同来。他素来不动手，不过能在这空空的大楼里陪我，多稍有点安全感！我做试验时他就找个实验室的高凳坐着，陪我聊天。
我生性好奇。对第一次碰到的仪器一定先读说明书。不只是使用方法，还要先搞懂它的原理，“走通“它的线路。超声波仪搬到实验室，在打开机壳前，我已知道该从何处引线连示波器。将超声波的反射信号显示在示波器上，比较直观。超声波仪的探头直径10mm，我得找根内径同样大的玻璃管将探头塞进去，然后将管子竖起，从上面灌点水。
一切就绪，打开超声波仪，盯着示波器，盼能见到“反射波”。超声波仪是好的，在示波器上该有“反射波”。可是见到只有一条直线，犹如病人心脏停止跳动时的心电图。我不敢相信这结果，一定是线路接错了。这时已近十二点，我还是先回家吃完饭再来。临走时，发现示波器线上有点“脏”，用手巾擦了擦，擦不了，“灰粒”还在，是否这就是“反射波”？于是我在管中加点水，“灰粒”移动了！没有错，正是它，只是信号太小，不像超声波仪自带的显示器那样明显。
信号找到了，再小也不怕，我可以放大。马上赶回家吃饭，划拉几口，午觉不睡赶回山上来加班。将引线接到“数字频率计”，拨到计时档。“数字式水管压力计”成功了！按超声波的工作频率值推算，水高的分辨率可达 0.03mm。数字频率计配有打印机接口。打印机的速度是一秒十次。也就是说， 100根管的多管压力计，测一遍也就10秒钟。这在没有计算机的年代是一个了不得的“快”了。
实践表明，医用超声波仪的参数可用，那我就仿照它的超声振荡电路做一份，其余的部分“与我无关”，免了，原机则送还校医院。医用的探头太大，我就到声学所附属工厂买了10cm直径的压电大片，按实验室多管压力计水管的内径用金刚砂将大片切割成6mm的小片，用有机玻璃加工成底座，做了一批专用探头。
那时已近1975年了，突然传达邓小平复出，要“抓生产，促革命”。我们系该拿个“产品”来 “献礼”。经大家讨论就拿我这多管压力计，如今已单管试验已经成功，再做个“多路分配开关”就成“数字化多管压力计”——新产品！要有干簧继电器，做个“多路开关”本来很容易。但那是军品，我们买不到。只好用步进马达独立设计。用一块大型圆形印刷电路板，细刻256道电极。这是一个极其精细的工作，就请老苏来。多路移动电极装上步进马达，配个稳定的底座，老姚来。他是北航飞机设计专业毕业的专家，这是件小菜。要做一大批压电探头，需要耐性切割压电片，再仔细引线，就分派给小鲍。
总之大家同心协力，各自认真完成分配到手的任务。不到一个月大功告成。产品需要考验，分校的风洞尚未建成，只能回北京实验室去试，探头原本也是按北京的多管压力计设计的。赶往北京的“测试组”由工宣队刘师傅和我们系的是勋刚带队，到了实验室第一件要做当然是安装探头。带去不少探头，最后认定可用的只有十四个。研制仪器的都是“力学骄子”，可对电络铁都不熟悉，“虚焊”还是第一次听说。不过有十四根也可算是“多管压力计”了。
电路接通已是晚上，大家都急着等风洞开车，早点出结果。十四根水管的高度由打印机自动打出，不用一秒半。但为了比较还得用肉眼按标尺读数，要花点时间。实测结束，七八个脑袋挤着看数据。十三对观察记录与打印数据完全一致。就剩一对“完全不一致”。根据前面十三对的精准程度，队长是勋刚拍板，这余下的一对肯定是硬件出的错。仪器就在边上，马上查。果真是线路的错——有虚焊。这晚虽住招待所，但睡得很香。只是第二天一早起来听广播：“邓小平右倾翻案”，重新打倒。为了与“右倾路线”划清界线，大家快躲。仪器被抛弃，无人敢碰，免得沾上“右倾”，各自灰溜溜地回汉中。
“文革”后期，分校得到一架北大自制的电子计算机“6912”。计算是我本行，主管计算机的一批专家又是“文革”前在总校我就认得的朋友。我又忙开了，这次不是孤自一人了，而是与一群同来分校的计算专家一起忙。
不久之后，在绵阳召开“计算流体力学会议”，我去了。会议间安排大家参观“29基地”的风洞群。1957年我曾与基地的风洞专家在五院共事，这次算是半个主人。每逢参观我总请“客人”走在前，自己跟在最后。快到低速风洞实验室，老总早在门前恭候了。“29基地”低速风洞的专家其实与我们总校风洞的专家同属一个单位。我们的超声多管压力计试制成功的消息他们早听说了。老总一早站在门口等，其实是因为他得知来者中有陈耀松，他要找陈耀松面谈，可我们彼此并不认得。一个个数来，快数到最后还不见陈耀松，他都急了，急问“是否陈耀松没有来？“。当时我们两人的头都已快要相碰了，我冲着他说“我就是”。
他们的风洞我见过多次，见面唯一做的就是商定他们来汉中取“实物”。他们派来两辆卡车，其实所有“实物”也就一个手提包。其中大件就是那特制的“分配开关”，他们是“军方”，干簧继电器有的是，这“开关”必然要另做，拿去也无用。此后他们做了什么我并不知道，只知做成了，还由此得了个奖（一个小奖）。家里人听说得奖不提北大，太不仗义了！我的看法不同，要他们不来拿，这仪器还不是烂在北大废品堆里？但我自信这个小发明有朝一日会翻身。就与陈定亚联名写篇“论文”去刊登——立此存照。
不久，陈定亚回武汉“成家”，工作也调到武汉。陈定亚的学历是研究生，导师周培源，武汉市领导十分重视。武汉没有流体力学研究所，那就派他到武汉自动化研究所任总工。不久“文革”结束，分校回迁北京。
十年锁国，国外变化大不同，校领导有意轮派我们老人出国考察，长见识。陈定亚已离开北大就没有这个机会了。可他的新夫人认得河运学院李教授。李教授很热情，马上给他学生写信，要对方出面来邀请。这个学生叫冯元桢，他在美国的学界的地位不下钱学森。老师的吩咐当即照办。自动化所收到美国南加州大学来函，邀请陈定亚教授赴美学术交流。自动化所领导见到这信不知如何办，就直接找陈定亚请教。陈定亚说“没有错。他们就要我去作报告”，随手拿出这篇在《学报》上发表的“论文”——《超声技术在多点压力测量中的应用》。所领导根本看不懂，只感到来头很大，不得怠慢，出国所需一律批准。（以上是陈定亚去美国”观光“回来给我们讲的故事）。
这里故事讲多了。其实是因为我认为这个仪器今天仍然有用。自从有了电子测压仪，因它使用方便，实验室中的多管压力计已无人问津了，个人测血压也电子自动化了。但这些现代化的测压仪器都利用压力改变电阻的元件。它的变换关系不稳定，能用的压力变化范围也有限。在医院经常遇到电子测压不准，用水银血压计重新再测。在风洞实验室不用了，可在水洞实验室中照用，不过用水银。我去上海船舶实验室参观一座德国进口的水洞。墙上一排水银多管压力计。这些水银压力计读数还是靠标尺。如果应用当代的“集成电路”，超声发生和接受可以做成指甲大小。也就是说很容易实现“数字化水银压力计”。这岂不可使我们的电子测压的精度提高！
04
创新需要新思想
要创新必须有新思想，新思想也可来自别处。思想出自头脑，可以是自己的头脑，也可以是别人的头脑。1958年北大校内“大跃进”，当时我在五院，听说我系诸乾康几位学生作了“激波管”，还独立完成了“电火花照相”。“激波管”只要弄清楚原理，画出图纸请外面工厂加工。而火花照相是个“电压高工程”，它归电工专业。北大力学能做成，全靠大家“敢说敢想敢动手”，由学生们亲自“闯”作成功。当时还缺一个一米的长焦镜头，没处找。吕传厚就用“老花镜镜片”代替，完成了“高速摄影”。“文革”内迁时，这批“宝贝”也都带到汉中。
“文革”的一个重要内容是教育改革，教学必须联系生产实际。当时流体力学组就与钢铁研究院合作，研究他们转炉炼钢用的“氧枪”，为此要用到高速喷气和快速照相。这套大跃进时“献礼“完成的“高速摄影”设备，运动过后已在实验室边上冷落十余年后，如今它又要大显光彩了。
可在我看来它有点“笨”，于是我花了22元在照相器材店买了一个“闪光灯泡”，做了一个实验专用“脉冲氙灯”，再花30元在委托商行买了一个从老式照相机上淘汰的长焦蔡司镜头以代替老花镜片。用来方便，成像清晰（我曾在博文《摄像机》中介绍，此处从简）。长焦镜头接在普通135相机上，试验操作犹如平时照相，跟着气压表指针按动相机开关便是。
看到试验如此简单，张峻岫便自荐作此生产试验。操作仅需连按三次相机，撰写报告也不难。按“标准程式”，以前的试验报告可以照抄，只需将数据和图表更换就成。整个生产试验任务就算完成。张峻岫原与苏先基、诸乾康几位上学时本是同班，因为他留校当干部，不搞业务。他虽不懂业务，但照样完成生产任务，别人按好仪器，他不学自会。这试验实是太简单了，做了一次，第二次他就不想干了。于是，主管这部分试验设备的老黄又接了回去。老黄有个特点，特别喜欢老设备，有感情啊。所有的更新全部拆除，重新装回“火花放电设备”。
“文革”结束，分校奉命迁回北京。由于长期封闭，学校分批安排业务干部出国学习考察，去长见识。老苏分配去马里兰州立大学，他原在国内负责固体力学实验，是光弹性专家。出国自然特别关注本行新技术。一见他们在做动态光弹性—— 用一组连续闪亮的光源将试件中的应力波动一一照下成”电影“。这正是老苏回国需要革新的试验方向！老苏积极参与试验，仔细抄录试验设备，带回资料，决定照做。这一设备的核心是“十六个按时串联起动的火花发生器”，老苏不懂电，不过以前小诸做过（他们同为58届，因为矮小，头衔就变‘小’了）。老苏的工作作风是特有”韧性“，我几乎每天见他拉着小诸进出实验室，做他的多火花闪光源。大约一年多后做成了，北大的光弹性波“电影”出了名，国内有两家高校慕名来老苏实验室定制“动态光弹性仪”。当然这是北大力学系的一个大成就。
他们每天加班我都见了。我就在他们楼上，也每天加班，则是搞我的“互联网”。对他们做火花光源我也有想法：为何不用我在汉中做成的“脉冲氙灯”。十六个灯泡也就300多块钱，一切技术都是现成的。他们花了一年半时间，也许只要两个月就能完成了。在汉中搞闪光革新，并不保密，“思想”是公开的。是否国内的“思想”不值钱，国外的就是好？
制版｜马修
saixiansheng@zhishifenzi.com
