第一篇　探索與認識農業現代化建設（1956~1962年）

我國人口多、耕地少，農業問題是國民經濟發展中的重要問題。錢學森充分認識到了農業的基礎性地位。1955年回國后一直非常關注中國農業問題。本書將1956年到1962年時期劃分為第一階段，稱為探索與認識農業現代化建設時期。本階段搜集整理了錢學森發表的有關農業問題文章共13篇，這些文章基本反映了錢學森對農業現代化的初步思考與探索。

1957年6月錢學森在《關于新學術部門研究和發展問題》文中提出用人工控制氣象來避免冰雹、臺風等自然災害，以及結合植物生理學、農業科學和工程技術來獲得最經濟的生產，即農業工廠化問題。錢學森又從能量的角度出發，在《可以實現的理想》文中指出農業生產的極限是單位面積上的太陽能；還從工程控制的角度出發，在《自然科學與技術發展的主要方向》文中指出：農業生產和工業生產區別之一為農業生產是在不可控制的環境下進行的，而工業生產是在控制的條件下進行的。對此，錢學森在文中提出要充分利用科學技術，人工創造出適宜農業生產的環境，實現農業生產的工業化，更高效地利用太陽能與生物能進行農業生產。錢學森重點關注了我國長期以來的農業生產實踐經驗的總結，農業機械化的動力，人工控制氣候，合理密植中的通風透光等問題。在《展望十年——農業發展綱要實現以后》中，他描繪了現代化農場的藍圖；1962年在《科學技術支援農業的光輝前景》文中指出，農業與地理環境密切相關，帶有很大的地域特殊性，在借鑒別國的經驗的同時，我們必須努力摸索出我們自己的路。我國的科技工作者必須認真研究，將科技成果應用到農業上去。

錢學森作為戰略科學家，熱心地為中國農業現代化出謀劃策。可以看出，在此過程中錢學森對于農業的認識在不斷深入，為第六次產業革命理論的形成播下了種子。

《工程控制論》序言(1)(2)

著名的法國物理學家和數學家安培（A.M.Ampère）曾經給關于國務管理的科學取了一個名字——控制論（Cybérnetique）［安培著：《論科學的哲學》（Essai sur la philosophie des sciences）第二部，1845年，巴黎出版］。安培企圖建立這樣一門政治科學的龐大計劃并沒有得到結果，而且，恐怕永遠也不會有結果。可是，在這些年代中，各國之間的戰爭卻大大地促進了另一個科學部門的發展，這就是關于機械系統與電氣系統的控制與操作的科學。維納（N.Wiener）就借用安培所創造的名稱“控制論”來稱呼這門新的科學，然而，這門科學卻是對于現代化戰爭非常重要的。這真是有些諷刺意味的。維納的控制論（Cybernetics）［“控制論——關于動物體和機器的控制與聯系的科學”（“Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machine”，John Wiley&Sons, Inc., New York, 1948）］是關于怎樣把機械元件與電氣元件組合成穩定的并且具有特定的性能的系統的科學。這門新科學的一個非常突出的特點就是完全不考慮能量、熱量和效率等因素，可是在其他各門自然科學中這些因素卻是十分重要的。控制論所討論的主要問題是一個系統的各個不同部分之間的相互作用的定性性質，以及整個系統的總的運動狀態。

工程控制論的目的是研究控制論這門科學中能夠直接用在工程上設計被控制系統或被操縱系統的那些部分。因此，通常在關于伺服系統的書里所討論的那些問題當然都包括在工程控制論的范圍之內。但是，工程控制論比伺服系統工程內容更為廣泛這一事實，只是二者之間的一個表面的區別，一個更深刻的因而也是更重要的區別在于：工程控制論是一門技術科學，而伺服系統工程卻是一種工程實踐。技術科學的目的是把工程實際中所用的許多設計原則加以整理與總結，使之成為理論，因而也就把工程實際的各個不同領域的共同性顯示出來，而且也有力地說明一些基本概念的重大作用。簡單地說，理論分析是技術科學的主要內容，而且，它常常用到比較高深的數學工具，只要把本書稍微瀏覽一下就對這個事實更加清楚了。關于系統的部件的詳細構造和設計問題（也就是把理論付諸實踐的具體問題）在這本書里幾乎是不予討論的。關于元件的具體問題更是根本不談的。

能不能夠把理論從工程實踐分出來研究呢？其實，只要看到目前已經存在的各門技術科學以及它們的飛速發展，就會發現這個懷疑簡直是完全不必要的。舉一個特別的例子來說：流體力學就是一門技術科學，它與空氣動力學工程師、水力學工程師、氣象學家以及其他在工作中經常利用流體力學的研究結果的人的實踐是“分割”開來的。可是，如果沒有流體力學家的話，關于超聲速流動的了解和利用至少也要大大地推遲。因此，把工程控制論建成一門技術科學的好處就是：工程控制論使我們可能有更廣闊的眼界，用更系統的方法來觀察有關的問題，因而往往可以得到解決舊問題的更有成效的新方法，而且工程控制論還可能揭示新的以前沒有看到過的前景。最近若干年以來，控制與導航技術已經有了多方面的發展，所以，確實也很有必要設法用這樣一種統觀全局的方法來充分地了解與發揮這種新技術的潛在力量。

因此，關于工程控制論的討論，應該合理地包括科學中對于工程實踐可能有用的所有方面。尤其是不應該僅僅由于數學的困難而逃避任何一個問題。其實，深入地考慮一下就會發覺，任何一個問題在數學的困難常常帶有很大的人為的性質。只要把問題的提法稍微加以改變，往往就可以使問題的數學困難減輕到進行研究工作的工程師所能處理的程度。因此，本書的數學水平也就是讀過數學分析課程的大學生的水平。關于復變數積分、變分法和常微分方程的基本知識是研讀這本書所預先需要的。此外，只要比較直觀的講法能夠達到目的，我們就不用緊密的精巧的數學方法來討論；所以，以一個專門作具體工作的電子工程師的眼光來看，我們這種做法一定是太“學究氣”了；可是，從一個對這門科學有興趣的數學家的眼光來看，這種做法可能是太“不鄭重”了。如果真的只有這兩種批評的話，作者一方面愿意承擔這種責任，另一方面也會感到一些滿意，因為他將認為他在原來要做的事業里沒有完全失敗。

在編寫本書期間，作者從和他的兩位同事的多次交談中得益很多，因為，這些談話常常使一些含混之處突然明確起來。這兩位先生就是美國加利福尼亞省理工學院（California Institute of Technology）的馬勃爾（Frank E. Marble）博士和德普利馬（Charles R. DePrima）博士。由于塞爾登杰克梯（Sedat Serdengecti）和溫克耳（Ruth L. Winkel）給予的有效幫助，大大地減輕了書稿的準備工作。對于以上提到的各位先生，作者謹表示衷心的感謝。

工程控制論(3)(4)

工程控制論是一門為工程技術服務的理論科學。它的研究對象是自動控制和自動調節系統里的具有一般性的原則，所以它是一門基礎學科，而不是一門工程技術。

什么是自動控制和自動調節的工程技術呢？這個工程技術包含生產過程自動化，機械、電機的自動調整，飛機的控制和穩定系統，以及導彈的制導系統，高射炮的炮火控制等。而工程控制論呢？它并不單獨研究生產過程自動化的理論，也不單獨研究導彈的制導理論，它所研究的是具有一般性的理論。這種理論對生產過程自動化既然有用，對飛機的控制和穩定系統的設計也有用；只要是自動控制系統，只要是自動調節系統，它們的設計就得應用工程控制論。各種不同的自動系統的具體體現，因為實際情況的差別，要采用各種不同的元件。例如控制巨型水輪發電機組的元件一定是強大的，小了就不能轉動重大的機械。但是控制導彈的元件就不能笨重，一定要小巧，不然就裝不進導彈彈體的有限體積里面去。工程控制論既然專門研究各個不同自動系統里面的相同點，自然就不能兼顧不同系統里面的不同點，也就是不能研究自動系統里面像元件那樣具體的東西。所以工程控制論是一門理論科學，是一門為工程技術服務的理論科學，我們可以叫它是一門技術科學。

工程控制論既然是一切自動控制和自動調節系統的基礎理論，那么自然要等到自動系統已經在工程技術中廣泛地被應用，已經從實踐中取得豐富的經驗，我們才有可能發展工程控制論。就因為自動控制和自動調節系統在近20年才有了突飛猛進的發展，所以工程控制論的建立和研究也不過只有10年的歷史，并且在最近這幾年，才把部分的、個別的研究成果加以系統化，形成了一門比較全面的學科。

什么是工程控制論里面的主要概念呢？這里是專門研究什么控制什么、什么影響什么的，這里特別注重的是一個元件、一個部分同另一個元件、另一個部分之間的關系。所以工程控制論里面的最主要的概念是物件之間的關系，我們可以把工程控制論叫做“關系學”。這也表明了工程控制論的內容必定同其他工程技術的理論有很大的區別，在其他工程技術里面，我們最注重“力”、“能”、“功率”、“速度”、“加速度”、“溫度”等，而這些東西在工程控制論里都不占主要的地位。因為這個著重點的差別，其他工程技術的專業者，一開頭研究工程控制論總會感到陌生，感到有點“怪”，一定要鉆研一個時間才能把新的著重點、新的概念代替早已習慣了的著重點和概念，才能在這里“運用自如”。

更具體地來講：在工程控制論里面的一個最主要概念就是“反饋”。所謂反饋也就是說我們隨時測定被控制系統的運行情況，利用這種情報來幫助我們決定應該怎樣來控制，也就是利用控制的結果來改進我們控制的方策。其實這個反饋作用在自然界中到處都是，只要我們一分析就可以看得出來。舉一個例子來說：我們人走路就非用反饋不可，不然就一定會撞到墻上或樹上去。如果我們在開步走以前，仔細地辨認一下要走的道路，然后把眼睛蒙上，照我們腦筋里的印象來走，我想無論什么人也不能把路走對，不出十步就一定會開始有偏差，更不要說達到目的地了。所以我們可以說人的走路性能在本質上不是很好的。平常我們所以能不走錯路、能達到目的地，主要是靠眼睛看。看，就是測定我們走到了什么地方，就是測定被控制系統的運行結果。利用眼睛看到的情況，我們的腦筋就進行計算，相應地做出校正走路方向的決定，也就是利用反饋做出控制的方策，這個方策由腿的肌肉來執行。就是這樣地隨時調節，我們才能避免錯誤。從這里我們可以體會出反饋作用的重要性，它把一個本來性能不很好的系統，比如我們的走路體系，改變成一個具有高度準確性的、靈活的系統。正如上面的例子，在一切自動控制和自動調節系統里，就包含有測定裝置、反饋路線、控制計算部分和控制執行部分。也正如走路這一個例子，通過自動控制和自動調節，我們能把本來性能不好的系統改變成為具有優良性能的系統。原來不準確的變為準確的，原來不穩定的變為穩定的，原來反應遲鈍的變為反應靈敏的。做到這些自然是工程技術上偉大的成就，也就是說明工程控制論為什么成了現在技術科學里面一個非常重要的部門。

當然，發展是不會停止的，對自動系統的要求也是越來越高的，這就推動了對工程控制論的更進一步的研究，提出了新的研究方向。其中一個方向就是發展包含自動隨時測量系統性質的控制方法。這又是什么呢？我們可以這樣來說：要利用反饋情報進行控制計算，做出控制決定，我們自然不能沒有依據，我們一定要預先知道被控制系統的性質，這是我們控制的本錢。對各種性質我們知道得越清楚、越精確，控制也就越準確；如果對被控制系統的情況糊里糊涂，就是再好的工程師也沒有辦法設計出性能優良的自動系統。但是我們預知系統的性質是有限度的，系統的性質可能隨時因為磨損或者因為外界環境的改變而改變，即使對系統性質的資料本來很準確，也會變成不準確，因而使整個自動系統的準確度降低。要維持系統的高度準確性，我們就得隨時隨刻不斷地測量系統的性質。顯然，進行這個測量必須是自動的，也必須能自動地利用這些測量的結果來校正控制計算，這就自然地把自動系統引入到更復雜的一個階段。

系統復雜了，里面包含的元件數量必定大大地增加，這又產生了另一個新問題，就是：整個系統的可靠性的問題。我們知道，如果每個元件都有一定的失效的可能性，而一個元件失效就能使整個系統運轉不正常。那么一般來說，元件越多，出毛病的機會也就越多，整個系統也就越不可靠。但是這并不是一定非這樣不可的，我們有辦法利用不十分可靠的元件做出非常可靠的系統。這自然不是隨便可以做到的，元件需要有一定的組合方案，這組合方案就是工程控制論的又一個新的研究題目。我們可以看得出來，這是一個概率的問題，做這個工作就得引用統計數學。其實在工程控制論的另幾個新的研究方向，像外界的干擾問題、信息傳達效率問題等，都需要引用近代統計數學里的成果。所以我們可以肯定，統計數學對工程控制論的發展是非常重要的。

最后，也許有人要問：說了半天工程控制論，那么什么是控制論呢？我們可以這樣回答：控制論是更廣泛的一門學問，它不但是工程技術里自動控制和自動調節的理論，它也包含一切自然界的控制系統，像生物的控制系統。所以反過來說，工程控制論就是控制論里面對工程技術有用的那一部分，它是控制論的一個分支。

關于新學術部門研究和發展問題(5)(6)

我不想說什么科學體制問題，也不想說什么科學院里面的問題，因為我相信：這些問題在現在正在進行中的熱烈討論和整風運動一定能得到解決。我想說的是另外一個問題：是新學術部門研究和發展的問題。我們現在常常聽到的是專門化，誰都要作專家、要作權威，那是獨樹一幟，深入地去研究一門學問。但是太強調了這一方面，就容易忽略了學術綜合性的一面。學者們聚在一起，不同行就不能談學問，而且也似乎不應該談學問。本來么，你是專家，我不是專家，我怎么配合你討論學問。于是乎學部開會，一牽涉到學術問題，就必得分小組。小組者，小范圍也。小范圍里，都是同行的專家，自然可以談得心投意合。但也就不免清一色，談的都是一路東西，老一套。這樣討論學術就往往把那些介乎學科之間的，也就是很可能是生長點的東西在討論中遺漏了，沒有人去過問。那么我們的科學就必然依靠別人去發現新園地、新領域，然后我們才跟著進去。既然是跟著進去了，自然是在別人后面，不會是和別人并駕齊驅。更不是捷足先登了。這就不是迎頭趕上去的道理。

那么具體地說來，又有什么新學問就這樣地被忽略了呢？我在這次學部大會上已經說過社會科學的精密化問題，也就是把自然科學里的數學分析工具引用到社會科學里去，也就是介乎社會科學和自然科學之間的學問，這我不再多說了。現在我想說的是自然科學里面介乎學科之間而被忽略了的問題。

第一個問題是氣象的人工控制問題，也就是氣象工程。現在這里面的主要手段是用碘化鉀的微晶粒來改變云層的性質，本來不會降雨的叫它降雨，本來要降的不叫它降。我們也可以用這個辦法來避免冰雹以及臺風的損害。對我們這樣的農業國，這是第一號重要的學問，但是它不見于我們去年制定的12年遠景規劃，看得到的只是整個問題的一小部分：云霧物理。

第二個問題是人工控制生長的農業，也就是農業的工廠化問題。自然，就是在今天的農業里，作物的生長也是多多少少受著人工控制的，像灌溉、施肥等。我這里講的是更進一步地結合植物生理學、農業科學和工程技術來得到最經濟的生產。把灌溉擴大為土壤濕度的控制和小氣候的控制，把施肥擴大為多方面的，包括激素的使用等。小氣候的控制就在現在也有，例如美國的橘子園在冬天就常常生起火來避免霜害。當然，控制的成本可能是高的，最先應該研究經濟價值高而又難得的作物，像藥用植物等。

第三個問題是采礦的化學化問題。這是不用人到地下去的采礦方法，但不是采礦的機械自動化，那是太困難了。我們說的是用鉆井把氣體或液體打入礦床，用這氣體或液體提出礦床里我們要的東西，再從另一個井取出地面。最后用化學方法從氣體或液體得到產品。煤的地下氣化和油頁巖的地下干餾就是例子，地下熱的利用是一個更簡單的這類裝置；美國Texas高壓熱水采硫磺的方法也是一個例子。顯然，這方法的一個優點是它能達到非常深的礦床，井能鉆多深，就能采多深的礦，所以就能大大開拓我們的礦源。

第四個問題是強電技術的弱電化問題。我們都知道弱電技術在近十幾年來有突飛猛進的發展；無線電電子學已經是新技術里的最突出一個部門，再加上最近在生產過程自動化的發展，真是五花八門，新事物層出不窮。相形之下，強電技術是保守的，多少年來也沒有什么變化。例如：雖然整流器和磁放大器早就是家常便飯，而直到最近，水輪發電機還是用兩層勵磁機來勵磁，真是笨極了。其中的毛病就是強電技術沒有能利用弱電技術的成果，來改進強電技術。所以強電技術的弱電化是當前應該研究的問題。

這四個新方向還不過是許多可能的發展方向中的幾個，如果我們做一次全面的探討，一定還有別的。而這不只是新技術方面的問題，在學科發展里有更多的例子，像生物物理、天文化學、地質力學、生物世界里的控制論等等。所有這一切新問題都沒有在我們的12年科學技術遠景規劃里出現，這是不應該的；就是我們對這些新問題、新學問的看法還不一致，還不能夠立刻大力推動，那我們也得仔細討論一下，看看到底應該怎么辦，不能就把它們忽略了。怎樣糾正？我想可以在科學院學部里和學部間設置幾個專門委員會，其任務為專門探討新發展方向，明確新方向之后再采取措施來推動新方向的研究，這也有點像有計劃地發明、有計劃地創造。行不行？我想是可行的。但無論如何也值得試一試，因為這是一件重要的事，唯有這樣才能保證我們的科學技術不是別人的尾巴，而是先進的科學技術。

我國農用動力問題(7)(8)

我國的農業特點是人多田少，雨量雖然夠但分布不均勻。因此解決我國農業問題的途徑不外發展水利、增加施肥量，這樣就能夠提高復種指數和單位面積產量。根據最近調查，我國平均每一農業人口只有2畝地，人力是比較豐富的，但是要實現以上所說的農業發展遠景，人力畜力還是遠遠不夠的，還是要把我國的農業機械化，也就是引用機械動力。

機械動力的來源是風力、水力以及燃料。水力可以結合水利工程來建設，也就是利用水利工程來興修水力發電站。對農業來說，我們應該特別注重小型水力發電站。這是眾所周知的；但是我們似乎對風力的利用還不夠重視。其實小型多葉式風車，結構簡單，它的轉速也不高，可以直接用來打水，是世界各地廣泛使用的一種農場動力。在海面標準空氣密度下，它的功率N（馬力）可以用下式來計算：

N=0.17（V/10）3D2

其中，V為風速（米／秒），D為風車直徑（米）。因此不同風車在不同風速下的功率如表1所列。

我們看得出來，作為灌溉動力，車水（井水或是河水）或排澇，風車是合用的。但是風車自然需要風，它的功率和風速的三次方成正比例，風速一小，功率就減得很多。所以如果沒有經常的5級、6級風是不宜用風車的。

我國個別地區也常年有大風，如甘肅安西據說常年有8級以上的風，也就是20米／秒以上的風。在這些地區就可以建立風力發電站，利用高轉速風車直接驅動發電機，因而造價不會高。7米直徑的風車就可以發近100千瓦的電，這就可以解決農村電力的問題了。

然而有風的地方終究不是太多的，農業的機械動力主要的還是靠燃料。問題是用什么樣的熱力機械？渦輪機的熱效率太低，用金屬也太多，不可能作為長遠的發展方向。剩下的只有內燃機了，而其中燃氣渦輪也不必去考慮，它的高轉速要求高度技術水平，是不宜于農業使用的。所以我們只能考慮活塞式內燃機，問題是用什么燃料？自然目前我國石油少，根本不能使用汽油或柴油，只能用固體燃料，也就是用帶煤氣發生爐的煤氣機。我們能不能說這只是一時的呢？將來我們能不能轉向液體燃料呢？要回答這一個問題，我們得先估計一下我國農業動力的總需要量。我們知道蘇聯的耕地共約有29億畝，而它共有農業用動力0.22億馬力。我國現有耕地只16億畝，看來即使將來我國農業機械化了，動力也不會比蘇聯實有農業動力大吧？其實這不一定正確，問題是我國農業根本和蘇聯不同，我們是精耕細作，多種經營，我們的農業生產過程是高強度的，單位面積所需動力一定比蘇聯要大得多。更正確的估計也許是每4畝耕地要1馬力，16億畝就需要4億馬力。如果每天平均開6小時，每年大約開2000小時，所以農業用動力是每年8000億馬力時。

8000億馬力時需要多少液體燃料？它需要約2億噸液體燃料。我國1962年原油初步計劃產量只有500萬噸到600萬噸，離2億噸太遠了。所以每年為農業機械就用去2億噸燃料，這即使在我國石油資源開發了之后也是難以設想的。如果不用液體燃料，用固體燃料像白煤、焦煤或半焦煤，用煤氣發生爐，那么每年共需約4億噸固體燃料。我國1962年煤的初步計劃產量是約2億噸，這離4億噸之數還不太遠，在進一步發展之后還有可能滿足要求。而且上面不過是燃料的需要量，估計在此之外每年還需要約400萬噸的潤滑油及潤滑劑，這又大部分來自石油。所以只從量的要求來看，已經明顯地指出用固體燃料的煤氣機是比較可靠的方向，我國資源條件即使在將來也不允許用液體燃料。再從另外一個角度來看，作為合成纖維、塑料等化學工業的原料，石油比煤好，那么我們應該節省它，只有在非用液體燃料不可的地方，像飛機、小汽車等，才用液體燃料，農業機械還是用固體燃料。

這樣說來，用固體燃料的煤氣機，不但是我國今天最合適的農業動力，而且在相當長的時期內也是最合適的農業動力。發展煤氣機和煤氣發生爐，使它們具有更好的性能、更可靠、更容易維護等，就是今后研究的重點。當然，這是我國重要技術政策之一，這里所提的只是初步意見，必須更進一步仔細地討論和研究。

發揮集體智慧是唯一好辦法(9)(10)

我回到祖國已經差不多有兩年半了。在這兩年半中間，我對于在中國做科學研究工作是有著不少錯誤的看法的。

一、發揮集體智慧，排除個人主義，沒有克服不了的困難

在我剛回到中國來的時候，單憑過去在美國的經驗，覺得自己以前也搞過一些像發展液體火箭、超聲速飛行器、高速燃燒穩定等開創先例的工作。在當時，這些問題是沒有解決的問題，沒有老師可以請教，要自己去摸，從不懂摸到懂，從沒有理論去摸索、去創造理論。回到祖國，根據從前在國外的一些經驗，我十分樂觀：心想只要有黨和政府的支持，做點科學研究，解決一些工程技術問題，是毫無問題的事。黨號召十二年趕上世界先進水平，我當時心里想，怎么這么慢，哪會要十二年！很顯然，那是我無知的時期，不知天高地厚。后來研究計劃定下來了，真要動手作研究了，這才逐漸感到困難重重，既沒有研究工具，也沒有研究設備。同時我也想，既然有領導的支持，那么就讓我們來動手做吧，來設計、創造研究設備吧。可是連這也干不了，為什么呢？因為沒有研究隊伍，金工廠也沒有。這時候，我的思想轉了一百八十度，從樂觀一變而為悲觀，真是覺得作科學研究寸步難移，簡直急死人。其實這正是我的學習時期，可以說比剛一開始懂得了一點，知道了一些實際東西，可是知道得還不多。我不知道在艱苦的環境中奮斗、找出路，怎樣白手起家。

現在想起來，出路明明白白地擺在那兒，辦一切事業的唯一好辦法，包括科學研究在內，就是發動大家、依靠大家。從一個研究所的范圍來講，所謂大家，就是全所的人員，全所的研究和行政事務人員。我們能和大家一起動手，那么做一天就會有一天的成績，不會做的事也可以學，因為做錯了也可以學乖，今天不會的，明天就會了。發動大家這件事看來簡單，但對個人主義者來說，也就是對我這樣具有資產階級思想的人來說，卻是不容易做到的。因為有了個人打算，要和人比高低，就會把勁頭用錯地方，不用在解決研究問題上去，而是用在一天到晚籌劃個人計劃。這樣當然達不到真正的團結，人與人之間有了隔閡。當我們考慮問題的時候思想上就走不到一處，就沒有法子發揮集體的智慧。這個問題表現在很多的地方，例如：年青的研究人員怕年長的研究人員；而年青的卻不知道，年長的也怕年青的，最好不找他們。高級研究人員之間也是這樣，討論問題時，心里先就做一個防備，生怕自己漏了，漏出毛病來，讓另外一位同志看見了丟臉，將來也許不能保持自己的威信。真是思想上顧慮重重。所內常常看到一些研究人員愁眉苦臉，覺得壓力很大。正在這個時候，我們的黨提出了整風的號召，整風運動開始后，跟著就是反右派，搞干部下放，然后是查五氣、反浪費、反保守，這么一來，我們這些知識分子都認識了自己資產階級錯誤思想之所在，也看清了昨日之我如何可恨，今天非痛改不可。這就是說每一個人的思想覺悟都大大地提高了，大家的眼光、目標都轉到六億人民的事業上去了！所以，我相信在這次整風運動以后，每一個人都會表現出一番新的氣概，從前的那些困難也一定會一掃而空。只要我們就可以跟六億人民在一道，我們的力量真是無窮無盡，絕對不會有什么克服不了的困難。所以我現在又恢復了兩年多以前的高度樂觀。我覺得科學的躍進要乘風破浪，這是完全可能的。

二、現在談科學規劃，應該把眼光放遠

既如此，我們就應該把眼光放遠些，看看在比較長的時期內，我們有些什么問題。舉個例來說，我們應該注意到，從農業發展綱要四十條提出來以后，全國農業合作社的社員們生產情緒高漲。尤其在去冬以來，在黨的領導下，真是排山倒海。估計這四十條可能在七年或者更短一些時間就可以實現。在科學研究上，七年的時間不是一個太長的時間。我們現在應該想想，農業發展綱要四十條的內容統統實現以后，下一步又要干什么？要干的事，在科學研究方面應做好準備，到時候我們就能跟得上去。在這一點上，我是外行。作為一個搞力學的人來說，不免總是從能量方面來考慮。關于農業生產方面還有許多問題，如人工氣象的控制等。當水利方面已經實現農業發展綱要規定的指標的時候，就可以基本上免除不太大的自然災害。但比較大的自然災害，如臺風，是不是就不能控制呢？這也是一個值得研究的問題。再說我們的農業動力問題，在這方面看來一個重要的解決途徑是所謂生物能的利用，也就是使糞便和雜草發酵產生沼氣。這個過程基本上是碳水化合物的分解，分解后產生的東西差不多一半是沼氣，一半是二氧化碳。如用這種混合氣體當然不太好燒，沼氣雖然是很好的燃料，而二氧化碳不是很好的動力燃料，它夾雜在里面只會減低燃燒速度。因此，就要想出辦法把沼氣和二氧化碳分離，用純沼氣作為內燃機的動力，這就可以解決我們缺乏石油資源的困難。同時，二氧化碳也有用處。二氧化碳對植物來說是一種肥料，是不是能考慮在暖房里把空氣中充上二氧化碳，使植物的生長可以更好一些。同時二氧化碳可以用來培養小球藻，而小球藻又含有相當多的蛋白質，至少是很好的飼料，可以喂豬。

像這一系列的問題，就不僅是農業機械化、電氣化、化學化的問題，而是把工程技術、自然科學知識怎樣應用到農業上去，使農業生產也成為一個工廠似的，在控制的條件上來生產。這也可叫作農業的工業化。這個問題需要相當長的時間才能解決，是高度綜合性的，其中有各方面的問題，差不多各個研究部門都同它有關。

也許有的同志會這么想：這些新技術，今天我們來談是不是太遠一點？今天在全國大躍進的形勢下，我們的思想很容易落在現實的后面。我們國家里的事情總是走得很快，而科學研究不應該是生產的尾巴，應該走在生產的前面。所以討論科學規劃的時候，應當從長計較。

三、各門科學要互相支援、互相滲透，使科學能全面發展

中國科學院最宜于發展學科之間的新科學，譬如說物理就應該滲透到各個部門中去。現在提出的生物物理，就是一門很重要的科學。同時我們也應該考慮怎樣使自然科學、技術科學滲透到社會科學部門。例如：能不能讓近代數學的方法和計算技術為工程經濟和工業經濟服務？在以前因為計算太多，分析有困難而不去做的問題，有了新方法就能做了。自然，數學只是一個工具，用了它不是去改變社會科學而是去幫助社會科學的發展。

四、在高潮中躍進

在我們黨的領導下，經過整風以后，全國掀起了一個大躍進的高潮。在這個高潮中，我們每個人也受到了很大的鼓舞。從前看起來不能做到的事，現在也能做到了。我們科學工作者不僅有我國六億人民的支持，我們還有蘇聯兩億人民的支持，而且通過中蘇兩國科學技術的合作，我們還有世界上先進的有經驗的蘇聯科學家的幫助，只要我們把我們的心掏出來，把心交給黨，交給人民，我們科學事業的大躍進是一定的。

可以實現的理想(11)

植物生長的能源是太陽光，所以單產量的極限是一畝地上在一年里有多少太陽光照射到上面。要做這樣一個計算，我們要用單位面積上，在單位時間里直射的太陽光能量，這個數字是每平方米1.33瓦。當然，陽光不是直射到地面的，我們要考慮到早晚的斜照，緯度的關系，日夜、冬夏的變化。考慮到這些因素，在緯度35°的地方，一年中平均的日光強度是0.346瓦／平方米。一年之中有24×365個小時，所以如果總是天晴無云，在緯度為35°的地方，一年中太陽光的總能量是0.346×24×365=3040瓦時／平方米，這就相當于202.5×104瓦時／畝／年。從二氧化碳和水生產每一市斤干的碳水化合物需要2.17瓦時的能量，所以一年里每畝地所受的太陽光能相當于生產93.2萬市斤干的碳水化合物。

自然這并不等于說一畝地上就真能生產那么多的植物體。第一，植物從二氧化碳和水制造碳水化合物的光合作用，它只能利用太陽光里面波長合適的部分，大約占總光能中的一半。第二，植物的光合作用也不是百分之百的效率，植物生理學家們實驗測量的結果各有不同，從30%到70%，我們取個平均值，算光合作用的效率是60%，那么經過這雙重折扣，一年每畝地的植物產量是1/4×93.2=23.3萬市斤干物質。

農業實踐經驗也支持我們計算的結果：今年河南新鄉就計劃在某些蔬菜豐產田地上搞一個單產160萬斤。如果說蔬菜90%是水，160萬斤也折合16萬斤干物質。而我們應該考慮到上面23.3萬斤的計算不包括可能的陰天和冬天的損失，如果算上這些損失，兩個數值將更接近，所以我們的理論結果是和農業實踐相符合的。

怎樣才能普遍實現這樣的豐產？這自然是要農業科學工作者去進一步具體化，但是我們也可以指出幾條一般性的原則，來保證強化光合作用：第一，水和肥料一定要夠。第二，作物必需種得密，盡可能在一年任何時間都把地面覆蓋上；而且枝葉要有一定的厚度，不能老是一層，要多層；使葉子能充分吸收太陽光。所以像冬瓜、西瓜這等作物都得上架。第三，要有足夠的二氧化碳，使用大量的有機肥料。也可以考慮把沼氣站的二氧化碳回收，通到田間作物下的地面，以增加空氣中二氧化碳的濃度。

我們相信有一畝地上一年20萬斤干物質是可能的。像稻、麥等作物，我們可以算總干物質的1/5是籽粒，4/5是莖桿，那么只要我們也做到30萬斤干物質，一畝稻、麥地的年產總量就可以達到4萬斤谷子！這在今天自然還是一個理想，但這是一個可以實現的理想。

自然科學和技術發展的主要方向(12)(13)

一、我們的自然環境

我們對自然環境的認識和我們的生產實踐有密切的相互推動的關系，而我們的生產技術是我們物質生活水平最主要的基礎。為了更豐富的物質生活、更高度的文化，我們就必須努力研究自然科學，更深入地去了解我們的自然環境。在資本主義的早期，提高生產是與當時新興統治階級——資產階級的利益相符合的，所以當時就產生了一個國民教育的革新運動，主張在歐洲古典教育的課程中加入一系列新的課程，像地理學、地質學、植物學和動物學等。這些新課程的內容都是當時新發現了的對自然環境的知識，想通過這種教育來培養新時代的國民，使他們能更好地為資本家服務。我們可以稱這為資本主義時代的開明教育時期吧。可是現在資本主義已經進入它的衰退時期，光是提高生產不但不能解決資本家的問題，還可能帶來困難。因此，在先進資本主義國家里，自然科學雖然有著高度的發展，而這個發展的結果，也就是對自然環境的認識，卻沒有向廣大人民宣傳和普及。在美國就是如此，統治階級的宣傳把科學說成是神秘的，阻礙廣大人民去學習自然科學，所以廣大人民對科學的認識是模糊的，只是一知半解。他們和科學家也有隔閡，一般只以為科學家是原子彈的制造者，因此是可怕的、有魔術的，是靠不住的。這種陰沉的氣氛和黑暗的中世紀又有什么區別？

在我們這樣的社會主義國家里就完全不同了，我們要用科學來武裝我們的技術革命，要每個人都了解科學，都對自然環境有全面的認識。但是自然科學一百多年的發展是驚人的，今天我們對自然環境的認識早已不是資本主義早年的認識了，我們的認識要更深入、更廣闊。如果代表資本主義早期開明教育的是地理學，我們要談的就是“宇理學”，了解一下整個宇宙、整個自然環境到底包括一些什么東西，有多小，有多大。這也是學習自然科學的第一步。

讓我們先從小的一面說起吧。人的大小是以米來量的，成年人的長度是一米半多到兩米，但總有些孩子的長度在一米的。說東西的大小就以一米作為出發點吧。再小一些呢，我們可以說小動物，像蚊子等，但這不過是小了些，基本性質還沒有變。要變基本性質我們就得說細胞，細胞是一切生物的組成單位。有各色各樣的細胞，也就有大大小小的細胞。但是一般說來，細胞的平均大小是1/50毫米，也就是0.02毫米。因為一毫米是千分之一米，所以細胞的平均大小是0.00002米，也就是十萬分之二米。所以小蚊子還不能算小，細胞才真的是小，小到有了基本性質的差別。但是這樣地去描述東西的大小是很不方便的，數學家給我們想出了一個好方法，就是指數法。

指數法的原則很簡單：我們知道10乘10是10的2次方、102，等于100。我們也知道10乘10再乘10是10的3次方103，等于1000。我們叫這里的2和3為指數，10為底數。以此類推，10萬就是105，指數是5。我們也知道100乘1000就等于10萬，所以102×103=105=102+3。因此同底數的兩數相乘，其乘積的指數就等于原來兩相乘數的指數相加的和。這樣一來，1的指數就一定是0。為什么？假如1的指數我們不知道，是x，我們可以把它求出來：我們知道1乘100還是100，所以102×10x=102+x=100=102，所以2+x=2，所以x一定是0。用同樣的方法，一百分之一的指數是-2；因為假如我們不知道這回事，叫一百分之一的指數為y，那么由于100乘1/100等于1，所以102×10y=102+y=1=100，2+y=0，所以y一定是-2。以此類推，十萬分之一就是10-5。它的指數是-5。十萬分之二就是兩個十萬分之一，是2×10-5。所以細胞的平均大小是2×10-5米。這個寫法和說法比起老法子要簡單明了。科學工作者也喜歡用一個與指數法相近的說法，那就是數量級的說法：差一個數量級的意思就是差10倍，也就是指數差1。照這個說法，細胞就比人小5個數量級。

這樣說來細胞是夠小的了，還有沒有比細胞小的東西呢？自然有，那就是原子。原子的種類也很多，是以它們的化學性質來分的。現在知道的一共有一百零幾種，每一種有一個字的名字，像氫、氧、氮、金、銀、鐵、硅、硫、溴等；原子有多大呢？原子的大小是用埃或十分之幾埃來量的，一埃是10-8厘米，十分之一埃就是10-11米：這比細胞又小了6個數量級，說起來就是一千億分之幾米。但是這還不是小到頭，還有小的，那就是原子核。原子核是原子中心的一個密集小核，密集了原子整個質量的絕大部分。但是它很小，只有原子的十萬分之一，也就是比原子又小5個數量級，只有10-16米。這就小到差不多說不出來了，但是還沒有到頭。原子核是以中子和質子所組成的，中子和質子就更小了。中子、質子和圍繞著原子核運動的電子，都是物理學里所謂基本粒子，意思是“不能”再分了，是到頭了。可是現在物理學家又發現：如果把這幾種基本粒子互相撞擊，新的粒子又會產生，會產生π介子、μ介子以及各色各樣的超子等，五光十色，直到現在物理學家們還沒有整理出頭緒。所以我們在小的一端，現在的科學前線是基本粒子。就是撇開這不說，從人到原子核，中間就已經有16個數量級的差別。

人們很容易以為小的東西就會簡單些，人是有頭有腳，有手有腿，細胞是不是混然一體，沒有內部結構呢？也不是的，細胞有復雜的結構。別的不說，光是細胞核里面的染色體，就比細胞本身要小得多。把人類細胞的染色體放在一處也只不過10-6米那么大。而染色體是蛋白質的分子所組成的，蛋白質的分子主要的是由碳、氫、氧和氮四種原子所組成，一個分子里的各種原子排列也是一個復雜的空間結構，不比一所大樓簡單！最后談到原子了，但是原子還是不簡單，原子有一個小的中心核，集中了原子的絕大部分質量，圍繞著這個核有許許多多電子，鐵原子就有26個電子，真是洋洋大觀！而原子核里面又有許許多多中子和質子，所以就是原子核也決不是一個簡單的東西。從大到小，每一階段的結構有著這一階段的復雜性；打開一層又有一層，分析了又能分析，我們還看不到止境！

現在我們再向大的方向看。比人大的自然是高山大河，祖國的珠穆朗瑪峰有多高？它海拔8882米，也就是0.888×104米。但是這樣高的山比起地球的直徑那就又很小了，地球在自轉軸向（過南北極）的直徑是12700千米，也就是1.27×107米，在赤道的直徑還要稍稍大一些；所以地球上最高的高山也只不過是地球表面上的皺紋，高度還不到直徑千分之一。我們再向大處看，就到地球外面去了，看到了太陽系。太陽系的大小是以太陽到地球的距離作衡量的尺度的，太陽到地球的距離是1.49×108千米，或1.49×1011米。而太陽系里最外面的冥王星要比地球遠40倍，也就是大約6×1012米。所以從人到高山，差4個數量級；高山比地球又差3個數量級；從地球到太陽系又差5個數量級。整個說來，從人到太陽系就差12個數量級！

到了太陽系是不是就大到頂了呢？自然不是的，我們知道太陽只不過是億萬個恒星中的一個，我們應該看一看恒星的體系。天文學家們愛用的一個尺度是光年，也就是光在一年的時間里所走的路。光的速度是大約每秒3×108米，所以一光年就是365×24×3600×3×108米=0.945×1016米；這是多么大的距離！可是從太陽系到最近的一顆恒星、半人馬座比鄰星就有4.2光年，也就是4×1016米。這比起太陽系的大小又大了一萬倍，也就是差了4個數量級。

可是恒星也不是均勻地分布在空間的，不論太陽也好，半人馬座比鄰星也好，天狼星也好，它們都是一個大星系——銀河系的一分子。所以比恒星間的空間更大的是銀河系，這是一個扁平的圓盤，直徑有100000光年，也就是1021米，這比鄰近恒星間的距離又差了5個數量級。我們的太陽在銀河系中位置偏在邊緣，所以在我們附近星的密度較低，如果我們能走到銀河系的中心去，恒星的密度要大得多，那一定是光芒萬丈，熱得受不了。

在大宇宙的空間里，銀河系也只不過是千千萬萬個星系中的一個。現在的最大望遠鏡是200英寸直徑的反射望遠鏡，它能看到的地方，最遠是幾十億光年，也就是1025米遠的地方（圖1）；但就是這樣遠的地方也有星系，也就是說我們還沒有看到“邊”——遠的還有更遠的，也沒有什么真正的“天涯”！這樣說來，從人的大小一直到我們現在能看到的最遠地方，大小的差別共有25個數量級。這是大世界。從人到原子核的小世界，前面已經說過有16個數量級的差別，所以兩個加起來，從原子核到望遠鏡能看到的空間一共有41個數量級；也就是說這兩端的大小比例等于41個10連乘起來的乘積！為了清楚起見，我們制了一幅圖，用了數量級（也就是對數）的尺度來把世界上的東西排列起來，從原子核到望遠鏡能看到的地方，人的大小并不居中，居中的是高山的大小。

是不是大的東西就一定復雜呢？自然，這要看你怎樣來看，其實大的東西也有一個簡單輪廓的組織結構。我們說地球吧，地球就是非常近乎圓球，密度是外圍小，最外面的空氣是比較稀薄的，越近地球的中心密度就越大，到地球深處密度就是水的7倍。這樣的一個組織是普遍地存在于“大世界”里的，太陽系也是中心密，太陽本身就是最重的，它的質量是地球的332000倍！再說星系也是如此，也是中心密外邊稀薄。其實許許多多個星系——像銀河系那樣的星系，也會組成星系的聚集，這星系聚集也像星的聚集一樣，外邊稀中間密。所以大的東西也有簡單的輪廓，也有簡單的組織規律，只不過我們研究它們的時候要把眼光放大些，越遠就得越往大處看。

從上面的幾段話看，我們現在對自然界的認識已經遠遠超過18世紀時的界限，小的小得多，大的大得多，早已經不能局限于地球上了。如果代表以前的是地理學，那么我們現在去研究整個世界、整個宇宙。我們在上面所談的就是“宇理學”的導論，宇理學是研究自然界的一個開端，是我們研究自然界的一門必知學問。

二、自然科學的新發展

所謂宇理學是對我們的自然環境的描述，說明什么東西大，什么東西小，說明它們的形狀、結構和特性，是說明事物的“當然”而不是說明事物的“所以然”。要研究事物的所以然，研究它們的“為什么”，那就要求更深進一層，先要研究同一類現象中的規律，也就是把觀察到的結果（不管是觀察天然的過程還是觀察人所控制的實驗過程）加以總結。這樣得到的規律再加以分析，就逐漸提高到理論的水平。理論又要再返回來應用到現象中去驗證，看看我們的理論是不是正確。當不止一類現象的規律都搞清楚了，我們就要再進一步來研究不同類現象間的關系，這也就是把不同類的現象聯結起來，把規律組之間的規律找出來。我們就這樣逐漸通過觀察、總結、提高，再觀察、再總結、再提高，把一門科學建立起來。

但是這樣建立起來的自然科學起始還是各有各的領域，地質學是地質學，生物學是生物學，物理學是物理學，化學是化學。也就是說，在這一個時期的自然科學，我們還不能夠打通各門科學之間的間隔，我們不能用物理學去解釋化學，也不能用化學去解釋生物學。可是這不過是一時的現象，自然界的規律終究要統一起來的，因為物質的基本結構單位是原子、分子，自然現象不管它怎樣多種多樣，總是有著同一的根源。所以各門自然科學間的關系終究會發現的，先是化學和物理學媾通了，然后化學和生物學連起來了，物理學和地質學連結在一起了，天文學和物理學也連結起來了。一切的自然科學都會連結起來，打成一片，而它們的基礎、它們的根源是物理學，真是萬物之理的物理學。

所以當前自然科學發展方向有兩條顯著的途徑，一條是邊緣學科的不斷出現，所謂邊緣學科就是各個經典學科之間的新學科；另一條是物理學逐漸滲透到一切自然科學的各個領域中去。作為邊緣學科的例子，我們可以舉化學物理、生物物理、天文物理、天文化學、地質力學、物理力學、電磁流體力學等。

化學物理是一門以物理學的原則，特別是量子力學的理論來解釋分子的結構、化學反應的動力學這一些物質的化學性質。它與物理化學的不同之點是：物理化學偏重于收集和分析物質化學性質的一般規律，而少注意到這些一般規律為什么會存在，到底和分子以及原子的結構有什么關系。而化學物理是從物質的基本構成出發來解釋這些物理化學里的規律。從這個觀點來看，一定要先有物理化學，然后才會有化學物理，而化學物理就把化學更密切地和現代物理結合起來。

生物物理是用物理的理論來解釋生物學里已經發現了的規律。舉個例子：我們都知道生物是具有遺傳的這一個特點，也就是說生物的基礎構成、細胞不是亂生長的，而是照著一個模型來進行的。我們自然要問，這樣有規則的生長是怎樣在細胞分裂過程體現的，這里面到底是怎樣的一個機制。這就需要我們來研究組成細胞核的蛋白質分子的結構的種種變化，從這些變化中去了解遺傳是如何進行的。所以生物物理也是說我們不能夠滿足于光知道生物界里的“當然”，還想要更進一步來研究這些道理的“所以然”。

天文物理是把我們在地面實驗室里所研究出來的物理學規律應用到地球以外的世界上去。我們知道天文學的一切資料都是從觀察而來，而所謂觀察就是看，看就是利用從星以及其他天體所發出的光來作記錄。光是波長比較短的電磁波，在最近天文學家開始用波長比較長的電磁波——無線電波來觀察了，這就是射電天文學。不論光也好，無線電波也好，它們總是從天體發出的信號，這些信號到底是在告訴我們些什么知識？要回答這一個問題就得分析信號，利用物理學的知識去找出信號和物理過程之間的關系，例如是什么原子在什么物理條件下才會發出一定的光。天文物理學家就用這樣的方法去測定太陽和其他恒星的大小、速度和內部結構。所以有了天文物理，我們就可以不到天體上去而知道天體上的事，億億萬萬里的距離不能阻擋我們對天體本身的研究。

天文化學研究比較冷的天體上的問題，冷到天體自身不發光，像行星和衛星。既然不太熱，這些天體上的物質就不能像恒星上的那樣分裂為原子或離子，而是以分子狀態存在著的。研究分子的現象，特別是各種分子間的變化是化學的領域，所以行星和衛星的問題，像星上大氣的形成，就要把天文學和化學相結合起來，形成天文化學這樣一門新科學。

由于天文物理、天文化學的發展，近年來我們對宇宙里的事物有了比較深刻的認識，我們的注意力也不局限于太陽系，不光是做日蝕、月蝕的預報了，我們要求能了解天體本身在怎樣演化，太陽在幾億年以后會怎樣，銀河系會怎樣，星會怎樣衰老，新星怎樣形成。這就是天文學家們目前所研究的宇宙演化的問題。

地質力學用固體力學的理論，也就是彈性體和塑性體的理論，來解釋地質學里的問題。這也可以說是由于地質學發展到現階段，我們對地質的規律要求進一步的了解，能夠更精確地預見到地殼將來的變化。如果通過這方面的發展我們將來能做到預報地震，那將是對國民經濟有頭等意義的貢獻。物理力學的目的是用現代物理以及化學的成果來預見工程技術上用的材料和介質的性質，以大大減少尋找新材料和介質的困難。電磁流體力學是研究導電流體或氣體的動力學的，導電氣體就是高溫電離氣體，也就是幾萬度到幾億度的高溫氣體。這樣的高溫首先在洲際火箭再入空氣時出現；要用可控制的熱核反應來利用氫聚變，自然也需要這個新的邊緣科學。

從這些邊緣科學的內容我們可以看到，物理學是怎樣地滲透到各個科學部門中去。這一方面固然是由于各個學科本身發展的需要，但是另一方面也是由于物理學本身的成長，成為一個比較成熟的基礎科學。今天我們可以說：除了個別問題以外，我們對物質世界的一般規律是基本上了解的。怎樣能了解得更深入、解決現在還不解決的問題，自然是物理學的研究方向。但是物理學本身的問題現在更突出地表現在“超大”的世界和“超小”的世界，也就是尺寸大小的兩頭。一頭是有關整個宇宙演化的問題，一般相對論在這樣大空間里還需要補充和進一步肯定。另一頭的基本粒子物理還需要一個深入的理論，來澄清大量的實驗資料。自然，最近由于原子能和平利用的要求，物理學家們是更多地注意了基本粒子物理的問題，它是物理學里最活躍的一個部門。

我們在前面還沒有提到基礎科學里面一個非常的部門，這就是數學。對于其他科學部門來說，數學是一個工具，是一個很有效的工具。如果沒有數學，我們只好搬手指頭，那我們就不可想象科學技術會有今天的成果。所以這樣說來自然科學所要的是應用數學，向數學家要更好的數學分析和計算方法。但是數學本身的發展也就因此得到刺激和推動，而數學的每一個新結果也反過來推動自然科學的前進。今天數學里微分方程的理論研究就由于科學技術的需要，而另一方面數理統計和數理邏輯的成果也使得新興學科像信號傳遞理論和自動控制理論能夠建立起來。再說數學的發展也不只影響了自然科學的發展，在今天它也正在逐漸滲透到哲學和社會科學里面去：數理邏輯的一些一般結果對哲學也起了作用，在量的側面把哲學推進一步。數理統計、概率論以及代數的某些成果也促成一門新學科——運籌學的形成，而運籌學對工程經濟、工業經濟、綜合運輸等規劃問題給以極有力的計算方法。

三、新技術

一切科學的研究，最終目的是為了提高生產力，所以有了現代科學的飛躍發展，也必然給生產技術指出新方向，舊的生產方法得到改進，生產過程強度大大地提高了；另一方面以前不能實現的事今天變成可能了，像原子能的利用。而且從自然科學的研究到生產技術上的應用這一個過程一天天在加快著，今天是科學家實驗室的結果，明天就可能在工程技術里找到應用。也就是因為這個緣故，科學和技術的關系越來越密切了，以致在某些問題上科學和技術的分界線已經不存在。我國物理學家錢三強很恰當地叫這為“技術的科學化”，而另一方面，科學研究在今天往往要求復雜龐大的設備，像物理學家的高能回轉加速器、空氣動力學家的超聲速大風洞、植物生理學家的人工氣候光照室等，這就是說科學家光靠自己還不能建造自己所要的研究設備，需要工程師們的幫助才行，因此科學研究本身也不能脫離技術。錢三強叫這為“科學的技術化”。這種科學和技術的相互關系是我們必須了解的。

今天工程技術里最突出的發展自然是原子能的利用、火箭和超高速飛行、半導體技術、生產過程自動化、高速電子計算技術、人工氣象控制以及人造衛星和星際航行等，也可以說這些技術是起著帶頭作用的。也正是因為它們起著帶頭作用，由于它們的發展，許多其他技術部門也必需跟上去，隨著向前大大地邁一步。冶金工業就是如此，由于原子能、半導體、火箭等的要求，冶金工業一定要找出新的合金，冶煉許多稀有金屬。也有些技術它本身雖然沒有參與到新技術的發展中去，但是新技術發展的成果可以應用到那里去，從而得到大改進。動力機械就是如此，由于高速飛行對發動機的需要，創造出渦輪噴氣機，由于渦輪噴氣發動機的要求高，制成了它就解決了一連串設計上的難題，也就對一切渦輪機和回轉壓氣機的設計提出了改進的方案，這就使得汽輪機、燃氣輪機、鼓風機等動力機械的技術能夠得到提高。

原子能利用的最主要意義在于它給人類打開了幾乎無窮盡的能源，我們知道今天能控制的原子核反應還限于裂變反應，也就是主要以鈾235為中心的分裂重原子核的鏈式反應。從這兒開始，我們還可以逐漸擴大到利用鈾238和釷。每千克的鈾或釷在裂變的時候能產生相當于幾百萬千克的煤的熱能。所以只要一塊石頭里含有一百萬分之一的鈾或釷，這塊石頭就含有和煤一樣的熱能。實際上地殼上正有大量含這樣的鈾或釷的石頭，火成巖就是如此。這就表示裂變能源是如何豐富，問題在于如何從這樣低品位的“礦”里提取鈾和釷。

自然，現在蘇聯的科學家們在和平利用氫聚變的研究上遙遙領先，在不太久的將來一定能創造出控制重氫（也就是氘）熔合成氦的聚變反應。因為普通水里就含有微量的重氫，我們也知道如何從水里提取重氫的方法，只要一旦聚變反應控制成功，那么1千克普通水就能代替大約100千克的煤來用。那時候汪洋大海就是我們最好的能源，我們再也不必對煤的儲量有限而發愁了。

我們必需注意到原子能的一個特點是它單位重量含能量要超過一切化學燃料（像煤）幾百萬倍，這一個特點對不動的動力站固然重要，對行動的動力站，像火車機車、船舶動力機械、飛機發動機、火箭發動機等尤其重要。這是因為行動的東西對本身的重量是很敏感的，本身重一點就要求用更大的動力，而更大的動力又把動力機械和燃料的重量加大了，這又加大了總重量。所以對行動的動力站，燃料重量的節省就往往能取得總重量上更大的節省。也就是因為這樣的緣故，蘇聯建造了原子能的破冰船，也在設計原子能的火車機車和原子發動機的飛機。我們可以預見：在不太遠的將來，原子能的火箭一定會設計出來，到那時候，超高速飛行和星際航行將得到更好的動力機械，速度可以再提高，航程可以更遠。

無論是控制高速的飛行器也好，或者是制造復雜的高速電子計算機和人造衛星也好，都需要十分復雜的電子裝備，而電子裝備的中心是電子管。電子管是一個燈，燈就有燈絲，燈絲就要發熱，而發熱就要電能。所以電子管的電能消耗是不太小的，尤其是當我們考慮到一架復雜的電子計算裝置里不是光有幾個電子管，而是幾千個電子管。再說電子管也太大，再超小型化也得像蠶豆那么大，幾千粒蠶豆和它的附件也有不太小的體積。這就是為什么要發展半導體技術的緣故，因為用半導體所做的晶體管只有米粒那么大，而且里面沒有燈絲，不需要熱燈絲的電，因而耗電量大大減小。所以用晶體管來代替電子管，就能排除復雜電子裝置和高速復雜電子計算機設計上的限制，使得這方面的技術能大大推進一步。

自然，半導體技術也能應用到把熱能、光能、放射能直接轉換成電能，也就有可能不需要龐大的鍋爐、汽輪機和發電機來取得電能，這對將來的電力工業也有非常重要的意義。

新技術里對生產過程有革命意義的是自動化和人工氣候控制。自動化對工業生產有革命的意義，而人工氣候控制對農業生產有革命的意義。有人注意了生產過程自動化在節省人力的一面，而不夠注意生產過程自動化在強化過程的一面，這就產生一種誤解：以為自動化是為了少用人，忽略了自動化能以同樣的投資而得到更高的產量。所以生產過程自動化在現在的意義是在于它的技術經濟效果。自然我們也注意到在有些特殊工業，像原子能工業，因為勞動安全的要求根本不可能讓人去操作，自動化就成為必需的了。從這樣一個觀點來看生產過程自動化，我們就能把自動化提到恰如其分的程度，不能要求一下子就做到全盤自動化，因而浪費了投資。當然，我們都知道生產過程自動化終究會逐漸把體力勞動和非創造性的腦力勞動減少，從而使更多的人能投入創造性的腦力勞動，實現共產主義社會的生產方法。

農業生產和工業生產區別之一就是，農業生產是在不可控制的環境下進行的，而工業生產是在控制的條件下進行的。農業生產環境的不能控制主要是因為自然的氣候雖然大體上有一定的規律，四季和節氣的演變是有規可循的，但是小范圍的變化，像旱和澇、風暴和凍霜等災害就無法消除，只有采取措施來和它們做斗爭，盡量減少它們的惡果。現在我們的農業生產正在強化，爭取豐產，投資也在增加。這就要求我們設法把生產的環境穩定下來，保證勞動的果實，“風調雨順”就更加需要。這就是人工氣候控制，就是要達到調節氣候的目的，使環境最宜于農業生產。我們第一步的目標是消滅驟然的、小區域的災害，如臺風、冰雹，這是比較容易做到的。然后再在這個基礎上研究大面積氣候的控制，使我們能最后隨我們的要求來改變自然環境，使農業生產也能在完全控制的條件下進行，使農業生產工業化。

四、結合我國情況發展科學技術

我們在前面所談的是世界科學技術發展的主要方向，那么在我們國家里現在發展科學技術是不是就和人家一樣呢？自然，像蘇聯這樣的先進社會主義國家，他們建立社會主義有40年的經驗，而現在在科學技術領域里又是全世界領先的，我們一定要以蘇聯為我們的榜樣，向他們學習，吸取他們的先進經驗；其他社會主義國家也有很多寶貴的東西，我們也要學習他們之所長。資本主義國家之中也有在科學技術方面先進的，他們的發展方向也值得我們研究并作為參考。但是盡管如此，我們國家也有我們的特點，我們是科學技術還比較落后的國家，工業的底子比較薄，科學技術力量弱。總的說來，我們落后于先進國家幾十年。那么我們是不是就要從先進國家幾十年前的科學技術水平出發，照著人家的舊道路來走呢？當然不能這樣做。因為第一，現在的世界不是幾十年前的世界，要求重演歷史是不可能的。第二，現在的科學技術不是幾十年前的科學技術，現在有原子能，有火箭和高速飛行，有電子計算機等，以前沒有。第三，我們和蘇聯早年情況也大不相同，蘇聯當年是處在帝國主義國家的包圍里，完全靠自己拼命地干；而我們現在是以蘇聯為首的社會主義陣營的一員，有蘇聯先進科學技術力量的無保留的幫助，又有其他社會主義國家的支援。所以我們的問題是如何充分利用一切條件，破除迷信，高瞻遠矚，鼓足干勁，力爭上游。但是看得遠也得從近處做起，必需結合我國具體情況，一切不考慮實際的好高騖遠的做法也是錯誤的。

現在我國正處在全民大躍進的時期，農業和工業的戰線上捷報頻傳，技術革新運動已經展開，6億人民都在做試驗，做研究。生物能利用試驗成功了，磚砌的煤氣發生爐也制造出來了，自動拉玻璃管的機器也造成了，一米水頭的小型水力發電站也投入生產了，而農業豐產紀錄天天都有。這都說明6億人民都在開動腦筋，都在創造新東西，他們都是群眾中間的科學技術的工作者，他們的實踐經驗是廣泛的，遠遠比少數專業的科學家的要多得多。廣大人民的經驗和創造是十分寶貴的，在那里面就一定有科學技術新發展的苗芽。科學技術工作者一定要把這些經驗創造總結出來，從中提取新研究的對象，去努力加工。這就是要求科學家們下馬看花，到群眾中去學習，把群眾的經驗提高到科學理論水平，使科學得到發展；同時又把科學帶還給群眾，使它更加推廣。這樣我們就能做到全民動員、全民搞科學技術，那么10年內在重要部門趕上世界最先進的水平，是完全有把握的。

展望十年——農業發展綱要實現以后(14)(15)

現在全國農業生產合作社的社員們正以排山倒海的英雄氣概，改造自然。從前幾百年、幾千年才能做到的事，現在幾個月內就能做到；許多從前做不到的事，現在都可以做到。10年后（或不需要10年），我國農村將出現一個嶄新的面貌。

一、人工控制氣候提上了工作日程

經過10年，農業發展綱要實現以后，大規模農田水利的任務完成了，普通的水旱災害消失了。為了進一步控制或避免大的自然災害，一門新興的科學技術“人工氣象控制”的研究，就提上了工作日程。

人工氣象控制的主要措施是用少量固體的二氧化碳（也就是干冰）或碘化銀的蒸氣來控制水汽的凝聚過程，可以促進降雨，也可以防止降雨。又因為水汽凝成水時候放出相當大的熱量，所以控制水汽的凝聚過程又可以控制大氣里的熱量釋放。在關鍵點加熱，或不加熱，就能更改氣象的演變。因此并不需要多少干冰或碘化銀這樣的控制劑，就能使一個大地區的氣象都受到影響。我們可以預期：少量的控制劑就能避免像冰雹這樣的災害。我們也應該可以通過這種方法來改變臺風的走向，使臺風不至侵襲我國的沿海各省，免除這種巨大的自然災害的威脅。

二、農業生產接近了工業生產的方法

把水利搞好，再加上人工氣象的控制，這就使農業有了良好的生產環境。使農業生產擺脫了許多不可預測的因素。這樣，農業生產就更主動了，就可以更好地按照自己的需要和意圖去進行生產，更進一步接近工業生產的方式。農業生產各部門將有著更緊密的配合，肥料、農產品、動力等問題都安排得很確當。各方面無論在時間上、在數量上都安排得更有效率。具有高度的生產組織，前后上下都沒有廢料、廢時。一個農場就像一個復雜的工廠一樣，這就是農業生產工業化的體現。

三、動力是發展農業的心臟

在將來的農業生產中，動力問題是更加突出的一個問題。在將來的農業生產中，估計一共要有4億馬力的農業動力機器。按照我國現有的耕地面積來計算，差不多每畝地有1/4馬力，這個數字是相當高的，比蘇聯現有的農業動力要多得多。這是因為我國人口多，耕地少，農業生產的強度高，要豐產就得深耕，深耕就要較大的動力，再加上抽水和排澇，因而每畝地所要的動力就要大一些，估計4億馬是需要的。假定機器的開動時間平均每年為2000小時，差不多是一年總時間的1/4，這樣全部農業機器全年所需要的機械能就是8000億馬力小時。我們假定其中有3/4是從農場里的熱力發動機得來的，還有1/4是從農場里的風車、農場附近的小型水電站以及地區電力網得來的。如果這1/4之中的一半，也就是1000億馬力小時是從地區電力網得來的，那么就等于說農村動力用電，要從地區電力網每年取得740億度電力。風力不是什么地方都有，而且就是有也不能什么時候都有，因此估計在其余1000億馬力小時里，只有1/5是來自風車，800億馬力小時還是從小型水電站得來的。這樣農村動力用電總量，每年就要達到1540億度。根據毛鶴年、褚應璜兩位人民代表在第一屆全國人民代表大會第五次會議上的發言，他們說在1972年，我國的全國發電量可能達到2400億度以上，所以我們所計劃的農村動力用電就會占了一半以上。這是在電力系統的安排里必需注意研究的。

四、生物能的利用解決了燃料問題

前面假定，在總的8000億馬力小時里，有6000億馬力小時是從農場里的熱力發動機得來的。這方面的問題又怎樣解決呢？首先是燃料的問題。自然最方便的燃料是石油，但是6000億馬力小時的機械能，就得差不多1.5億噸石油來供應。一年中要這么多的石油，在我國目前的情況下是有困難的。是不是可以用煤氣發生爐和煤氣機呢？當然可以，不過這就需要每年近3億噸煤或焦煤。而另一方面，農場中每年有大量的作物秸稈、莖葉、人畜糞尿，還有大量的樹葉、雜草等，把這些東西放在密封器里發酵，可以產生沼氣和二氧化碳(16)。沼氣是很好的點燈燃料和煤氣機的燃料，如果把沼氣壓縮在高壓氣罐里，那就是拖拉機、聯合收割機、運輸汽車等的燃料。燃料沼氣的發熱量比汽油還高，估計6000億馬力小時所需要的沼氣量只有1.2億噸，再加上點燈等的需要，每年沼氣的用量大約有2億噸。2億噸沼氣要多少發酵原料呢？這我們還沒有確切的資料，但估計濕料大約得100億噸。發酵后的剩渣大約有90億噸，又是很好的有機肥料。以16億多畝耕地來計算，每畝可以施發酵后的殘渣1萬多斤，再加上化學肥料和其他雜肥，就能保證農作物的豐產。

那么，我們每年能不能聚集到100億噸的發酵原料呢？因為人口會不斷增加，我們姑且假定以7億人口計算，其中5億為農村人口，2億為城市人口。每一農村人口如果能養一頭豬，那就是5億頭豬，而每頭豬每年產糞尿2.5噸，所以每年豬糞尿共有12.5億噸。如果有一部分城市人糞尿可以下鄉，以6億人的糞尿計算，每人每年產0.35噸，每年共有2.1億噸。因此光是人和豬的糞尿每年就有近15億噸，再加上其他牲畜的糞尿，想來可以有20億噸以上。如果全國16億多畝地，除了牲畜飼料之外，每畝每年還能產2500斤莖葉、秸稈，每年就有約20億噸。樹葉、雜草假定是30億噸。三樣加起來一共有70億噸，所以再找補上30億噸的垃圾和污水，就可以滿足沼氣原料的全部要求。因此看來，我們的沼氣計劃是可以實現的。

我們也應當注意到沼氣機和其他農業機械的潤滑問題。每年生產6000億馬力小時的農業機器所需要的潤滑油是不少的，估計每年潤滑油總量在200萬噸以上。這對我國石油工業的規模來講將是一個不小的數字，在我們規劃我國石油工業的時候必需做適當的安排。

五、養殖小球藻成了農村的新副業

在利用沼氣的過程中，發酵氣體里含有大量的二氧化碳，可以同沼氣分離開來。也許我們可以把發酵的氣體先壓縮，然后在高壓下用水洗。二氧化碳在高壓下溶解到水里，而沼氣溶解得少，就分離了。把壓力減去，溶在水里的二氧化碳又重新釋放出來。如果每年產生2億噸的沼氣，同時就產生5億多噸的二氧化碳。所以我們也要考慮怎樣利用這樣多的二氧化碳。二氧化碳是植物光合作用的原料之一，二氧化碳也就可以說是一種肥料。把二氧化碳氣體放到溫室里，增加溫室空氣中的二氧化碳濃度，也就促進了溫室里作物的生長，可以因而得到超越平常的產量。但是另一個利用二氧化碳的辦法是養殖小球藻。小球藻是在水里繁殖的綠色微小的單細胞藻，它的光合能力很強，能夠高效率地利用太陽光里的能量。如果我們把二氧化碳通進養殖小球藻的水里，更能促進它的生長，那就有可能每年在一畝地面積的水池里產生幾萬斤的小球藻。根據分析，小球藻是富于養分的，含有碳水化合物、蛋白質、脂肪、礦物質和維生索，很像是大豆和菠菜的混合物，可以作為豬和其他家畜、家禽的精飼料。有了這種高產量的小球藻，就不怕養上面所說的那5億頭豬了。

六、工業支援農工

我們再來看一看4億馬力的農業機器是多大的規模。如果我們說每1馬力的農業機器連一切輔助設備和作業機械在內要200公斤鋼鐵，那么4億馬力就要8000萬噸鋼鐵。這些機器的平均壽命如果是10年，那就等于說每年得補充800萬噸的機器，也就要每年供應大約1000萬噸的鋼鐵。這也就說明了支援農業生產的冶金工業和機械工業規模是不小的。

此外，在農村中，煮飯、熱水和冬季取暖所需的燃料也是數量很大的。我們既然把農村中可以做燃料的原料都收集去制造沼氣了，而沼氣主要是用來發動機器和點燈，只有少量可以用作家庭燃料，這就要我們從農村以外輸入燃料，也就是用煤作為農村中家庭燃料。這樣我們就有必要注意煤的綜合利用。這就是把煤在直接用來燃燒之前，先經過干餾，提出煤氣作為合成纖維廠和氮肥廠的原料，剩下來的焦炭，才用來燃燒。5億農村人口估計每年要用2億噸焦炭，這樣大量的焦炭又需要相應大的煤炭工業來供應。自然，如果上面所講的100億噸沼氣發酵料能產生更多的沼氣，也許焦煤就可以大大地減少，或簡直不需要。那么農村里也可以用沼氣燒飯，那是更好了。

七、農業生產還遠遠沒有碰頂

上面談的，都是同農業生產有關的動力、燃料等問題，至于有關農業生產本身的情況又將是怎么樣呢？就以今天各處試驗田所取得的成績來看，小面積豐產的單位年產量已經遠遠超過了農業發展綱要所規定的400斤、500斤、800斤的指標，一般是綱要指標的五六倍。今后通過農業勞動者的創造和農業科學工作者的努力，一定會突破今天的豐產成績，從而達到更高的單位年產量。我們有這個信心，因為農業生產的最終極限決定于每年單位面積上的太陽光能，如果把這個光能換算農產品，要比現在的豐產量高很多倍，所以我們的生產還遠遠沒有碰頂。

八、將來的農場

最后讓我們來看一看將來的農場規模。我們用1萬畝地的農場作為平均大小，這個農場大約有3000人，那么依照我們在前面所談的，這個農場就有2500馬力的農業機器。這2500馬力中約有1900馬力是用沼氣機帶動的。每天光是為了生產沼氣就得用160噸的發酵原料，這些原料就得用一個幾米直徑和幾米高的大罐子來裝。如果發酵時間是20天，每天裝一個罐子，清一個罐子，那就得20個這樣大的罐子，而且一天就得搬運320噸的東西。這些設備，再加上氣體壓縮和洗滌等設備，就成了沼氣工廠。所以將來的農場是包括了許多機械和動力設備的農業生產工廠，正和工業生產工廠一樣。農場中除了行政管理人員之外，也得有總工程師、農作物技師、畜牧技師、機械技師以及技術員，他們負責規劃和指導生產。此外在各個地區和全國范圍內還得有人工氣象控制的工程師，保證最好的農業生產環境。這就是農業生產的工業化了。

自然，我們在這里所描寫的農業發展綱要40條實現后的農場只不過是一個輪廓，具體的設計方案還要復雜得多。實際上我們在現在也不可能就做好這個具體方案，因為許多事情還要等待深入研究才能得到確實的數據。但是我們現在就應該打開眼界，突破常規，為實現農業上的技術革命而努力；而通過科學技術的研究和試驗，在不太遠的將來實現我國農業生產的工業化，也就是我們的重大任務和方向。

談宇宙航行的遠景和從化學角度考慮農業工業化(17)(18)

從現在火箭技術的發展進度來看，解決太陽系行星間的星際航行將不是太遠的事。有些蘇聯的科學家認為10年內人就可以到其他行星上去了。但是宇宙太大了，光是能到其他行星上去，并不等于說我們就解決了宇宙航行的問題。從地球到我們現在所知道的最近的一顆恒星——半人馬座的α星，就約有40萬億千米。如果我們用原子反應堆的原子火箭，噴氣速度可以達到每秒8千米，再加上多級火箭設計原理，最大速度就有可能達到每秒40千米。但即使這樣，用每秒40千米的速度到離我們最近的一顆恒星去也得10000億秒，也就是31700年！自然，一旦到了那顆恒星上去，我們就可以真地看一看宇宙的奇觀：半人馬座α星實際上是緊密靠近的三顆恒星，其中一顆比我們的太陽還要大些，其他兩顆是光度較小的黃色以及發紅的星。在天空中有三個不同顏色的太陽，豈非奇觀。

因此到恒星上去的宇宙航行既不是化學燃料的火箭能解決的問題，也不是原子火箭能解決的問題，而是一個超高能燃料的問題。所謂超高能就是燃料釋放的能，其所關聯的質量要占燃料原來靜質量的幾分之一。只有用這樣燃料的火箭才能達到接近于光的速度，才能用幾年的時間達到另一顆恒星附近去，才能去發現新的太陽系。

我們現在所知道的核燃料離開這個要求還很遠，裂變燃料所釋放的能，其關聯的質量還達不到燃料原來靜質量的千分之一；就是能量較高的由氘聚變成氦的反應，這個相應數字也只是0.635%。雖說我們知道一個電子和一個正電子能生成一對光子，從而把電子和正電子的內在能量全部變成光能，在這一點上是合乎我們的要求的。但是，我們怎么能裝一箱電子和裝一箱正電子呢？因此用電子和正電子為火箭燃料還不現實。

我想以任務帶學科的精神向物理學家們提出這么一個任務：創造能釋放能量當量為靜質量幾分之一的超高能燃料，并提出利用這種超高能燃料的火箭設計原理。這項任務能帶動什么學科呢？它能帶動基本粒子的研究，因為看來只有在基本粒子中我們才能找到能量當量為靜質量幾分之一的反應。例如Ξ-粒子的靜質量為電子的2585倍，它蛻變為一個∧°粒子及一個π-粒子。∧°粒子和π-粒子又繼續蛻變。Ξ-粒子的最終產物是兩個電子、一個質子，其他是靜質量為零的微中子。所以最終產物的靜質量是1838.1倍電子靜質量，所以釋放的能量、其關聯的質量為靜質量的28.9%。我們能不能從本來穩定的物質產生大量的Ξ-粒子，或其他不穩定的基本粒子呢？要解答這個問題我們必須掌握基本粒子的產生、相互作用、蛻變等規律，這也就是對基本粒子物理的研究了。

我們的黨已經提出了農業工業化的口號。我想，農業工業化能不能從化學的角度來考慮呢？農業生產中的農、林、牧、副、漁基本上是生物化的過程；而公社中工農業并舉中的工業，其中一大部分如綜合利用、化肥、農藥的生產基本上也是化工過程。所以我們的任務是巧妙地把生物體中的化學過程和機器中的化學過程結合起來，提高生產，強化生產。自然，要實現這樣一個復雜交錯生產的生產系統，里面有電氣化、自動化的問題，但也有尖端的科學問題。如果農作物這樣的高級植物也能像菌類一樣直接利用有機物，豈不就突破了太陽光能量的限制，那么每畝年產量可以無限制地提高嗎？這問題很值得研究。

農業中的力學問題(19)

這幾年來，中國人民在黨的建設社會主義總路線的光輝照耀下，精神振奮，意氣風發，無論在工業戰線上農業戰線上了都取得了很大的成就，特別是1958年大躍進以來在同一設備條件和土地上，產量提高了許多倍。由于這種生產上飛躍的發展，也就出現了一連串新的科學技術問題，要求科學工作者去解決。我在這里想提出其中一個問題，就是農業高額豐產技術中的力學問題。

我們知道，力學是處理機械設計的問題的，是處理高速飛機設計問題的，是處理水流和氣體流動問題的，為什么農業高額豐產里也會出現力學問題呢？

要說明這一點，我們得計算一下在我國平均緯度的地方，一年之中在每畝地上到底有多少太陽光能落在上面。這個能量可以用各種單位來表現。我們在這里選用從水和二氧化碳制造出碳水化合物的斤數來計算，這是因為植物的生長正是利用水和二氧化碳來制造淀粉和纖維這樣碳水化合物的，我們算了一下，一年中落在一畝土地上的陽光，一共折合約94萬斤碳水化合物。如果植物利用太陽光的效率真的是百分之百，那么單位面積干物質年產量就應該是這個數字：94萬斤！自然，高等植物葉子利用太陽光的效率不可能是百分之百，估計最高也不過是1/6，這就是說，單位面積干物質的年產量大約是15.6萬斤。但是植物生長中所積累的物質，只有一部分是糧食，像稻、麥這一類作物的谷粒重量，約占總重量的一半，所以照這樣算來，單位面積的糧食的年產量應該是7.8萬斤。這是說全年三百六十五天都得是晴天。如果因為陰天而損失25%，那么糧食的畝產量應該是5.85萬斤。這是說，作物要在全年都生長，如果僅在暖季才長，也許要再打一個2/3的折扣，那么平均畝產量是3.9萬斤了。

同樣的計算也可以用來估計快速豐產林木的數字。這里相當于糧食的是木材量，也就是每年每畝地上的累積的木材重量。如果是常綠樹，全年都長，每畝地的累積木材量是5.85萬斤，如果是落葉樹，就是3.9萬斤，倘若木材屬于輕質的，重量按每立方米900斤計算。那么全年都長的常綠樹，每畝每年可以累積木材66立方米，而落葉樹每畝每年可以累積木材43立方米。

前面所計算的單位面積年產量，無論是糧食或是木材都是理想的極限量。要接近這個指標，必須通過密植、套種等措施，使地面全年充滿了足夠的綠葉，充分利用太陽光能量。其他如水、肥、土、種、保等一切條件都要配合得十分理想。也就是由于這個緣故，在目前的農業實踐中，還沒有達到這樣的高額豐產。可是我們從一些高額豐產試驗田的情況來看，要真的接近這樣的豐產極限，必須先解決一個農業中的新問題：通風問題。要實現超高額豐產，必須推行高度密植卻帶來了通風的困難。如果二氧化碳、空氣都不流通，植物也就不能充分利用太陽光。農民科學研究員、陜西乾縣烽火人民公社社長王保京搞的田間設計學，研究如何排列田間作物群體來解決通風透光問題，道理也就在這里。通風也是就是氣體的流動和傳輸，尤其在植物莖葉茂密情況下的氣體的流動和傳輸。這正是流體力學的一個好題目。雖然流體力學在近50年來有了非常迅速的發展，但那都是著重在高速氣流一方面的。上面所說的，在莖葉間的氣流速度卻非常慢，而且氣體通道曲折復雜，流體力學已有的理論不一定用得上，這是一個力學中的新問題。

1958年我國淡水養魚技術也有了躍進，每畝水面，一年中產魚量有高達一萬多斤的。這是漁業里的密植。不過，魚放得多了，魚的呼吸所消耗的氧氣也就多了，因此限制密養豐產的又是通氣問題，只不過這里是水中通空氣的通氣問題，而不是上面所說的田間或林間的通風問題。但是從流體力學的角度來看，這兩個問題有它們的相似地方，都是低速流動和氣體傳輸問題，是一個類型的流體力學研究的新課題。

農業里的農、林、漁高額豐產技術，已經把這個新問題提出來了。我們力學工作者愿意和農業科學技術工作者、植物生理學工作者和動物學工作者一道，共同努力來解決這個問題。關于田間密植后的通風研究，已經由中國科學院植物生理研究所帶頭，開始進行了作物層中的氣體濃度和流動速度的測定。現在我國科學領導機構正在組織各有關研究單位，對這些農業生產問題制訂了一個全面研究計劃，這里面當然也包括力學方面的研究。

我們回顧建國十年來已經取得的偉大成就，看到我們社會主義、共產主義大道上的光輝前景，因而更加信心百倍，闊步前進。我們力學工作者在偉大的中國共產黨的領導下，從勞動人民的無窮智慧中吸取養分，得到啟發。加上各門學科間的協作和自己的努力，有信心完成這一項研究任務，使高額穩定豐產的理想終于成為現實。

也談談“群體概念”(20)(21)

近來大家對在總結農業豐產經驗中所提出的群體概念、反饋作用和自動調節問題討論得很熱烈，令人躍躍欲試。我也曾經和植物生理所殷宏章副所長談過這個問題，自然仍是外行；但也因此要來談談自己的看法，以求教于專家們。

我想田中作物的生長可以用下面的方框圖來表達各方面的關系（圖1中的箭頭表示影響的方向）。自然因素像日光、水、風、溫度等，人為措施像農業“八字憲法”中所講的那一全套，再加上群體本身所造成的生長環境，這三者一起給每一個群體中的個體以一定的生長條件。如果這三者結合得好，個體的生長控制得好，終于能給出最高的畝產量。而結合得好還是不好是靠人，是靠三者之中的人為措施。所以這里的群體概念和反饋作用一點也不意味著低估人的作用。相反，起決定性作用的是人；一部機器可以自動化，一條生產線可以自動化，甚而至于一個工廠可以自動化，但自動化的主人還是人。

如果我們搞稀植，每個個體離開其他個體那么遠，不會受其他個體的影響，那么就說不上什么反饋作用。反饋作用是在密植條件下，是說個體總和所產生的群體能反過來對個體的生長環境起改變的作用，如改變光照強度、濕度、溫度等。在極度密植情況下，群體生長所造成的反饋作用對個體生長來說會比自然因素和人為措施強得多，也就是說強到不管在什么自然因素和人為措施下，也救不活個體，秧苗必然死去。這種極度密植自然不是取得豐產的方法，豐產之道是適度密植。在適度密植條件下，群體的反饋作用仍然很重要，不能忽視，但它不能達到超越自然因素和人為措施的程度。這時該是發揮人的主觀能動性，充分利用作物個體生長的規律（即個體生理）和群體反饋作用，在給定的自然因素下奪取豐產。機械化、水利化、化學化的程度越是高，人為措施的力量和幅度就越大，以至能壓倒自然因素，在不論什么天時下取得豐產。但只要農業生產是在大田里進行，而不是在工廠里進行，我們的人為措施還是因天而設，自然因素還是要考慮的，方框圖仍然是正確的。

如何才能找到效果最好的人為措施？除了總結農業生產經驗之外，恐怕還得做大量的實驗研究。過去曾經批評過“在花盆里”做實驗的方法，那是說脫離了大田自然因素和群體反饋作用的實驗，不可能解決農業實踐的問題。我看如果現在把大田中作物生長的矛盾抓住了，也還可以回過頭來考慮實驗室的研究。例如大田中作物群體的反饋作用似乎主要在密閉，把個體關起來；那么為什么不能還是搞“花盆”？不過把花盆密閉起來，控制側面的光照，控制散熱和通風。這樣我們可以用不太多的人力物力做大量的試驗；又可以在密閉用的隔板上安裝各種測量傳感器，以及試驗用的輸氣輸水管道，實驗做起來既方便而又精密。這比起大田試驗似乎有它的優點，不知可行得通不？

自然，這種密閉式的花盆試驗有點像化學中的試管試驗；而且也同化學中的試管試驗一樣，它不過是大規模生產的第一步：密閉式的花盆試驗的結果還是要在“中間工廠”即試驗田擴大試驗，而最后在大田中推廣。所以提出實驗室試驗并不是不要試驗田和大田試驗，而是把它們銜接起來，搞成一整套農業科學技術的研究方法。

控制論是一門重要的學科(22)

1961年11月13日　致張鴻慶

張鴻慶同志：

10月25日來信收讀，謹提下列三點供您參考：

（1）搞一門學問一定要聯系實際；搞控制論而不聯系自動化系統的設計問題是弄不出好結果的。在您的討論班里有自動控制方面的工作者固然是好，但如果不考慮設計問題的需要而搞理論，也將失去生命力。

（2）соподовников的書，我沒有看過，所以不能提出確切的意見，但從著書人的聲望及書名，以及一般蘇聯書籍質量高這一點來看，我想從這本書讀起也未始不可。反之，我們對von Neunmann及N. Wiener的書必須有所警惕，他們的著作中往往夾雜一些反面的看法。

（3）現在中國科學院數學研究所正在開展控制論的研究，您的討論班應和他們取得聯系。去信可以寄給該所關肇直副所長，他們會對您的討論班給出幫助。

控制論是一門重要的學科，但要掌握它也不容易。希望您的討論班能持之以恒努力下去，將來一定能取得成績的。

此致

敬禮！

錢學森

1961.11.13

注：Von Neumann: John von Neumann，約翰·馮·諾伊曼（1903—1957），美國著明數學家，在純粹教學和應用數學方面都有杰出的貢獻。

N. Wiener: Norbeit wiener，諾伯特·維納（1894—1964），美國數學家，控制論創始人，1948年出版了《控制論——關于在動物和機器中控制和通訊的科學》一書。

科學技術支援農業的光輝前景(23)

在亞洲東部一個約占960萬平方公里面積的國家中，生活著具有悠久歷史的、屬于許多個民族的6億多人民。他們團結在一個偉大的馬克思列寧主義政黨的周圍，在成立13年的短短期間，完成了民主革命的遺留任務，完成了社會主義革命，并向社會主義建設邁開了一大步。他們一直同美帝國主義的侵略政策進行著堅決的斗爭，并且抵制了現代修正主義的逆流。這就是我們偉大的祖國。我們前進的道路是一條光輝燦爛的正確道路。

在社會主義建設中，科學技術工作者承擔著光榮而艱難的任務：要盡快地從落后的地位，迎頭趕上世界科學技術的先進水平。我們有充分信心來完成這個任務，而且我們將主要依靠我們自己的努力，加上國際的支援，來解決我國經濟和國防建設中的科學技術問題。因為13年來，特別是在黨的總路線、大躍進、人民公社三面紅旗指引下，我國的科學技術事業有了很大的發展，已經開始改變舊日的落后面貌。尤其重要的是：我國科學技術工作者，通過廣泛的實踐，對現代科學技術多方面的內容，取得了進一步認識，走上了自力更生的道路，為今后更大的發展打下了基礎。

同其他工作一樣，我國科學技術工作當前也應該遵循黨所制定的調整、鞏固、充實、提高的方針，認真總結經驗，發揚成績，克服缺點，不斷進步。我們要重申既定的正確方向：理論聯系實際，科學技術為今天和明天的社會主義建設事業服務。只要這樣做，我國的科學技術事業就一定能夠高速前進。

在展望今后我國科學技術工作的時候，必須注意到農業的重要性。幾年來，我國科學技術工作者，對毛澤東同志所提出的以農業為基礎的指導思想是認識不足的。要知道，農業不但在今天是一個非常重要的現實問題，而且在將來也是一個重要問題。因此，我國科學技術工作者必須認真研究如何支援農業。不但要研究近期問題，使我國農業過關，較好地滿足人民吃、穿、用的需要；而且也要為解決遠期問題做好準備，研究將來能夠保證全國人民豐衣足食、促進農業更好更大發展的科學技術途徑。

從我國農業的特點來看，可以認為解決農業的科學技術問題是個很艱巨的課題。世界上沒有一個像我國這樣人口多、耕地少的大國已經解決了農業問題，我們幾乎沒有國際先例可循。農業又與地理條件密切關聯，帶有很大的地域特殊性，別國的經驗也只能做個參考。所以我們必須自己努力，摸索出自己的道路。但從另一個角度來看，支援農業也就因此成為科學技術工作者發揮創造力的廣闊天地。參加解決我國的農業問題，會推動我國的科學技術取得獨特的成就，也因而會對世界的科學技術做出貢獻。

我們解決科學技術支援農業的問題，具有優越的條件。首先是，我們有黨的堅強領導。黨的以農業為基礎的指導思想正在越來越為廣大的人民群眾所領會、所掌握，形成巨大的物質力量。科學技術工作者在這項工作中，必定能得到各個方面的支持和幫助。

其次，我們必須看到，現代科學技術已經解決了利用原子能的問題，也解決了人進入星際空間的問題。這些極其困難的問題都已解決，難道還不能解決農業中的科學技術問題？農業問題是一個非常廣泛的問題，它聯系到科學技術的各個方面。只要做一番認真的研究，差不多每一個科學技術分支都會發現它在農業中的用處。不但如此，還要看到長期以來世界各國的科學技術，對農業問題很少注意，所以有很多科學技術上的成果，沒有用到農業上去。這些現代科學技術的成果是現成的，正確地運用到農業方面，就能起重要的作用。例如由研究大氣環流及太陽活動所形成的長期天氣預報技術，對農作物耕種計劃就能起指導作用。再如由石油開采所發展起來的多相滲流理論，也可以應用到地下水活動規律的研究，幫助解決農田水利的問題。此外，從長遠來看，也有必要把現代科學技術的各個方面聯合起來，研究把科學技術的全套“武藝”用到一個人民公社范圍的生產上去的可能性，研究在農業充分現代化之后，農業生產又將達到怎樣高的水平，它的經濟效果又將如何。這樣的研究將為我國農業生產技術指出正確的方向。

科學技術支援農業的又一個優越條件，是我國幾千年以來積累了豐富的農業實踐經驗。實踐是一切科學創造的泉源，實踐經驗的感性知識，一旦經過提煉成為理論，成為科學規律，就能指導實踐，產生更大的作用。因此，總結我國農業經驗是大有意義的。幾年來，我國生物科學工作者，在黨的號召下，參加了農業豐產經驗的總結工作，取得了一定的成績。但這只不過是工作的第一步。總結我國農業經驗是一項艱巨的工作，必須經過較長時期的不懈努力才能完成；而且也不光是生物科學工作者單獨能夠完成的，還必須有其他方面的科學工作者，如數學、物理力學、化學、地學和電子學等學科的工作者參加。例如總結農業勞動模范的經驗就是如此。因為農業勞動模范通過數十年的生產實踐，形成了關于某種作物的一套耕作方法，而其核心是用眼、手、腳等感覺器官作為田間生產參數的測量工具，測量結果是決定適當措施的基礎，這就是所謂“看苗施肥”等本領。但用人的感覺器官做測量的本領，就是有師傅教，也要有長期實踐才能學到手；而且這樣的測量也不能表達為具體數據，無法把經驗總結成定量的規律。要突破這一關，就必須用科學儀器來代替眼、手和腳，這就需要物理、化學和電子學工作者來創造新儀器了。

由此看來，科學技術工作者支援農業不但是需要的，而且是可能的，是有廣闊的前景的。建國以來，我國科學技術工作者已經在國民經濟、國防建設和科學儲備方面開展了多方面的工作，今后應該大力加強支援農業的工作，使我國科學技術更為全面地發展起來。更好地滿足我國社會主義建設的近期和遠期的需要。在歡慶我們偉大的新中國建國13周年的時候，讓我們全國科學技術工作者，以實現這個偉大的目標來相互勉勵吧！

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(1)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：59~61.

(2)　錢學森1954年出版《工程控制論》（英）原版序（譯者何善堉，戴汝為）。

(3)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：227~230.

(4)　錢學森的專著《工程控制論》獲得中國科學院1956年度科學獎金一等獎后撰寫的文章，文章對這門新學科做了通俗的介紹。刊載于《科學大眾》1957年5月號。

(5)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：236~238.

(6)　錢學森1957年6月在中國科學院學部第二次全體會議上的講話。

(7)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：239~241.

(8)　刊載于《政協會刊》1957年第6期。

(9)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：287~290.

(10)　刊載于《人民日報》1958 年4月29日。

(11)　1958 年6月《農業科學》第12期。

(12)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：294~306.

(13)　刊載于《青年共產主義者叢刊》第7集：《人類征服自然界的新紀元》，中國青年出版社，1958年6月。

(14)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：307~313.

(15)　刊載于《科學大眾》1958年6月號。

(16)　姜子鋼，等．生物能的利用[J].科學大眾，1958(4).

(17)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：333~334.

(18)　刊載于《科學通報》1959年第3期。

(19)　1959 年9月25日《知識就是力量》第8-9期合刊。

(20)　顧吉環，李明，涂元季編．錢學森文集（卷一）．國防工業出版社，2012：399~400.

(21)　刊載于《科學報》1961年7月21日。

(22)　涂元季主編．錢學森書信（一）．國防工業出版社，2007：68~69.

(23)　刊載于《紅旗》1962年第19期。