第一篇　探索与认识农业现代化建设（1956~1962年）

我国人口多、耕地少，农业问题是国民经济发展中的重要问题。钱学森充分认识到了农业的基础性地位。1955年回国后一直非常关注中国农业问题。本书将1956年到1962年时期划分为第一阶段，称为探索与认识农业现代化建设时期。本阶段搜集整理了钱学森发表的有关农业问题文章共13篇，这些文章基本反映了钱学森对农业现代化的初步思考与探索。

1957年6月钱学森在《关于新学术部门研究和发展问题》文中提出用人工控制气象来避免冰雹、台风等自然灾害，以及结合植物生理学、农业科学和工程技术来获得最经济的生产，即农业工厂化问题。钱学森又从能量的角度出发，在《可以实现的理想》文中指出农业生产的极限是单位面积上的太阳能；还从工程控制的角度出发，在《自然科学与技术发展的主要方向》文中指出：农业生产和工业生产区别之一为农业生产是在不可控制的环境下进行的，而工业生产是在控制的条件下进行的。对此，钱学森在文中提出要充分利用科学技术，人工创造出适宜农业生产的环境，实现农业生产的工业化，更高效地利用太阳能与生物能进行农业生产。钱学森重点关注了我国长期以来的农业生产实践经验的总结，农业机械化的动力，人工控制气候，合理密植中的通风透光等问题。在《展望十年——农业发展纲要实现以后》中，他描绘了现代化农场的蓝图；1962年在《科学技术支援农业的光辉前景》文中指出，农业与地理环境密切相关，带有很大的地域特殊性，在借鉴别国的经验的同时，我们必须努力摸索出我们自己的路。我国的科技工作者必须认真研究，将科技成果应用到农业上去。

钱学森作为战略科学家，热心地为中国农业现代化出谋划策。可以看出，在此过程中钱学森对于农业的认识在不断深入，为第六次产业革命理论的形成播下了种子。

《工程控制论》序言(1)(2)

著名的法国物理学家和数学家安培（A.M.Ampère）曾经给关于国务管理的科学取了一个名字——控制论（Cybérnetique）［安培著：《论科学的哲学》（Essai sur la philosophie des sciences）第二部，1845年，巴黎出版］。安培企图建立这样一门政治科学的庞大计划并没有得到结果，而且，恐怕永远也不会有结果。可是，在这些年代中，各国之间的战争却大大地促进了另一个科学部门的发展，这就是关于机械系统与电气系统的控制与操作的科学。维纳（N.Wiener）就借用安培所创造的名称“控制论”来称呼这门新的科学，然而，这门科学却是对于现代化战争非常重要的。这真是有些讽刺意味的。维纳的控制论（Cybernetics）［“控制论——关于动物体和机器的控制与联系的科学”（“Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machine”，John Wiley&Sons, Inc., New York, 1948）］是关于怎样把机械元件与电气元件组合成稳定的并且具有特定的性能的系统的科学。这门新科学的一个非常突出的特点就是完全不考虑能量、热量和效率等因素，可是在其他各门自然科学中这些因素却是十分重要的。控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个不同部分之间的相互作用的定性性质，以及整个系统的总的运动状态。

工程控制论的目的是研究控制论这门科学中能够直接用在工程上设计被控制系统或被操纵系统的那些部分。因此，通常在关于伺服系统的书里所讨论的那些问题当然都包括在工程控制论的范围之内。但是，工程控制论比伺服系统工程内容更为广泛这一事实，只是二者之间的一个表面的区别，一个更深刻的因而也是更重要的区别在于：工程控制论是一门技术科学，而伺服系统工程却是一种工程实践。技术科学的目的是把工程实际中所用的许多设计原则加以整理与总结，使之成为理论，因而也就把工程实际的各个不同领域的共同性显示出来，而且也有力地说明一些基本概念的重大作用。简单地说，理论分析是技术科学的主要内容，而且，它常常用到比较高深的数学工具，只要把本书稍微浏览一下就对这个事实更加清楚了。关于系统的部件的详细构造和设计问题（也就是把理论付诸实践的具体问题）在这本书里几乎是不予讨论的。关于元件的具体问题更是根本不谈的。

能不能够把理论从工程实践分出来研究呢？其实，只要看到目前已经存在的各门技术科学以及它们的飞速发展，就会发现这个怀疑简直是完全不必要的。举一个特别的例子来说：流体力学就是一门技术科学，它与空气动力学工程师、水力学工程师、气象学家以及其他在工作中经常利用流体力学的研究结果的人的实践是“分割”开来的。可是，如果没有流体力学家的话，关于超声速流动的了解和利用至少也要大大地推迟。因此，把工程控制论建成一门技术科学的好处就是：工程控制论使我们可能有更广阔的眼界，用更系统的方法来观察有关的问题，因而往往可以得到解决旧问题的更有成效的新方法，而且工程控制论还可能揭示新的以前没有看到过的前景。最近若干年以来，控制与导航技术已经有了多方面的发展，所以，确实也很有必要设法用这样一种统观全局的方法来充分地了解与发挥这种新技术的潜在力量。

因此，关于工程控制论的讨论，应该合理地包括科学中对于工程实践可能有用的所有方面。尤其是不应该仅仅由于数学的困难而逃避任何一个问题。其实，深入地考虑一下就会发觉，任何一个问题在数学的困难常常带有很大的人为的性质。只要把问题的提法稍微加以改变，往往就可以使问题的数学困难减轻到进行研究工作的工程师所能处理的程度。因此，本书的数学水平也就是读过数学分析课程的大学生的水平。关于复变数积分、变分法和常微分方程的基本知识是研读这本书所预先需要的。此外，只要比较直观的讲法能够达到目的，我们就不用紧密的精巧的数学方法来讨论；所以，以一个专门作具体工作的电子工程师的眼光来看，我们这种做法一定是太“学究气”了；可是，从一个对这门科学有兴趣的数学家的眼光来看，这种做法可能是太“不郑重”了。如果真的只有这两种批评的话，作者一方面愿意承担这种责任，另一方面也会感到一些满意，因为他将认为他在原来要做的事业里没有完全失败。

在编写本书期间，作者从和他的两位同事的多次交谈中得益很多，因为，这些谈话常常使一些含混之处突然明确起来。这两位先生就是美国加利福尼亚省理工学院（California Institute of Technology）的马勃尔（Frank E. Marble）博士和德普利马（Charles R. DePrima）博士。由于塞尔登杰克梯（Sedat Serdengecti）和温克耳（Ruth L. Winkel）给予的有效帮助，大大地减轻了书稿的准备工作。对于以上提到的各位先生，作者谨表示衷心的感谢。

工程控制论(3)(4)

工程控制论是一门为工程技术服务的理论科学。它的研究对象是自动控制和自动调节系统里的具有一般性的原则，所以它是一门基础学科，而不是一门工程技术。

什么是自动控制和自动调节的工程技术呢？这个工程技术包含生产过程自动化，机械、电机的自动调整，飞机的控制和稳定系统，以及导弹的制导系统，高射炮的炮火控制等。而工程控制论呢？它并不单独研究生产过程自动化的理论，也不单独研究导弹的制导理论，它所研究的是具有一般性的理论。这种理论对生产过程自动化既然有用，对飞机的控制和稳定系统的设计也有用；只要是自动控制系统，只要是自动调节系统，它们的设计就得应用工程控制论。各种不同的自动系统的具体体现，因为实际情况的差别，要采用各种不同的元件。例如控制巨型水轮发电机组的元件一定是强大的，小了就不能转动重大的机械。但是控制导弹的元件就不能笨重，一定要小巧，不然就装不进导弹弹体的有限体积里面去。工程控制论既然专门研究各个不同自动系统里面的相同点，自然就不能兼顾不同系统里面的不同点，也就是不能研究自动系统里面像元件那样具体的东西。所以工程控制论是一门理论科学，是一门为工程技术服务的理论科学，我们可以叫它是一门技术科学。

工程控制论既然是一切自动控制和自动调节系统的基础理论，那么自然要等到自动系统已经在工程技术中广泛地被应用，已经从实践中取得丰富的经验，我们才有可能发展工程控制论。就因为自动控制和自动调节系统在近20年才有了突飞猛进的发展，所以工程控制论的建立和研究也不过只有10年的历史，并且在最近这几年，才把部分的、个别的研究成果加以系统化，形成了一门比较全面的学科。

什么是工程控制论里面的主要概念呢？这里是专门研究什么控制什么、什么影响什么的，这里特别注重的是一个元件、一个部分同另一个元件、另一个部分之间的关系。所以工程控制论里面的最主要的概念是物件之间的关系，我们可以把工程控制论叫做“关系学”。这也表明了工程控制论的内容必定同其他工程技术的理论有很大的区别，在其他工程技术里面，我们最注重“力”、“能”、“功率”、“速度”、“加速度”、“温度”等，而这些东西在工程控制论里都不占主要的地位。因为这个着重点的差别，其他工程技术的专业者，一开头研究工程控制论总会感到陌生，感到有点“怪”，一定要钻研一个时间才能把新的着重点、新的概念代替早已习惯了的着重点和概念，才能在这里“运用自如”。

更具体地来讲：在工程控制论里面的一个最主要概念就是“反馈”。所谓反馈也就是说我们随时测定被控制系统的运行情况，利用这种情报来帮助我们决定应该怎样来控制，也就是利用控制的结果来改进我们控制的方策。其实这个反馈作用在自然界中到处都是，只要我们一分析就可以看得出来。举一个例子来说：我们人走路就非用反馈不可，不然就一定会撞到墙上或树上去。如果我们在开步走以前，仔细地辨认一下要走的道路，然后把眼睛蒙上，照我们脑筋里的印象来走，我想无论什么人也不能把路走对，不出十步就一定会开始有偏差，更不要说达到目的地了。所以我们可以说人的走路性能在本质上不是很好的。平常我们所以能不走错路、能达到目的地，主要是靠眼睛看。看，就是测定我们走到了什么地方，就是测定被控制系统的运行结果。利用眼睛看到的情况，我们的脑筋就进行计算，相应地做出校正走路方向的决定，也就是利用反馈做出控制的方策，这个方策由腿的肌肉来执行。就是这样地随时调节，我们才能避免错误。从这里我们可以体会出反馈作用的重要性，它把一个本来性能不很好的系统，比如我们的走路体系，改变成一个具有高度准确性的、灵活的系统。正如上面的例子，在一切自动控制和自动调节系统里，就包含有测定装置、反馈路线、控制计算部分和控制执行部分。也正如走路这一个例子，通过自动控制和自动调节，我们能把本来性能不好的系统改变成为具有优良性能的系统。原来不准确的变为准确的，原来不稳定的变为稳定的，原来反应迟钝的变为反应灵敏的。做到这些自然是工程技术上伟大的成就，也就是说明工程控制论为什么成了现在技术科学里面一个非常重要的部门。

当然，发展是不会停止的，对自动系统的要求也是越来越高的，这就推动了对工程控制论的更进一步的研究，提出了新的研究方向。其中一个方向就是发展包含自动随时测量系统性质的控制方法。这又是什么呢？我们可以这样来说：要利用反馈情报进行控制计算，做出控制决定，我们自然不能没有依据，我们一定要预先知道被控制系统的性质，这是我们控制的本钱。对各种性质我们知道得越清楚、越精确，控制也就越准确；如果对被控制系统的情况糊里糊涂，就是再好的工程师也没有办法设计出性能优良的自动系统。但是我们预知系统的性质是有限度的，系统的性质可能随时因为磨损或者因为外界环境的改变而改变，即使对系统性质的资料本来很准确，也会变成不准确，因而使整个自动系统的准确度降低。要维持系统的高度准确性，我们就得随时随刻不断地测量系统的性质。显然，进行这个测量必须是自动的，也必须能自动地利用这些测量的结果来校正控制计算，这就自然地把自动系统引入到更复杂的一个阶段。

系统复杂了，里面包含的元件数量必定大大地增加，这又产生了另一个新问题，就是：整个系统的可靠性的问题。我们知道，如果每个元件都有一定的失效的可能性，而一个元件失效就能使整个系统运转不正常。那么一般来说，元件越多，出毛病的机会也就越多，整个系统也就越不可靠。但是这并不是一定非这样不可的，我们有办法利用不十分可靠的元件做出非常可靠的系统。这自然不是随便可以做到的，元件需要有一定的组合方案，这组合方案就是工程控制论的又一个新的研究题目。我们可以看得出来，这是一个概率的问题，做这个工作就得引用统计数学。其实在工程控制论的另几个新的研究方向，像外界的干扰问题、信息传达效率问题等，都需要引用近代统计数学里的成果。所以我们可以肯定，统计数学对工程控制论的发展是非常重要的。

最后，也许有人要问：说了半天工程控制论，那么什么是控制论呢？我们可以这样回答：控制论是更广泛的一门学问，它不但是工程技术里自动控制和自动调节的理论，它也包含一切自然界的控制系统，像生物的控制系统。所以反过来说，工程控制论就是控制论里面对工程技术有用的那一部分，它是控制论的一个分支。

关于新学术部门研究和发展问题(5)(6)

我不想说什么科学体制问题，也不想说什么科学院里面的问题，因为我相信：这些问题在现在正在进行中的热烈讨论和整风运动一定能得到解决。我想说的是另外一个问题：是新学术部门研究和发展的问题。我们现在常常听到的是专门化，谁都要作专家、要作权威，那是独树一帜，深入地去研究一门学问。但是太强调了这一方面，就容易忽略了学术综合性的一面。学者们聚在一起，不同行就不能谈学问，而且也似乎不应该谈学问。本来么，你是专家，我不是专家，我怎么配合你讨论学问。于是乎学部开会，一牵涉到学术问题，就必得分小组。小组者，小范围也。小范围里，都是同行的专家，自然可以谈得心投意合。但也就不免清一色，谈的都是一路东西，老一套。这样讨论学术就往往把那些介乎学科之间的，也就是很可能是生长点的东西在讨论中遗漏了，没有人去过问。那么我们的科学就必然依靠别人去发现新园地、新领域，然后我们才跟着进去。既然是跟着进去了，自然是在别人后面，不会是和别人并驾齐驱。更不是捷足先登了。这就不是迎头赶上去的道理。

那么具体地说来，又有什么新学问就这样地被忽略了呢？我在这次学部大会上已经说过社会科学的精密化问题，也就是把自然科学里的数学分析工具引用到社会科学里去，也就是介乎社会科学和自然科学之间的学问，这我不再多说了。现在我想说的是自然科学里面介乎学科之间而被忽略了的问题。

第一个问题是气象的人工控制问题，也就是气象工程。现在这里面的主要手段是用碘化钾的微晶粒来改变云层的性质，本来不会降雨的叫它降雨，本来要降的不叫它降。我们也可以用这个办法来避免冰雹以及台风的损害。对我们这样的农业国，这是第一号重要的学问，但是它不见于我们去年制定的12年远景规划，看得到的只是整个问题的一小部分：云雾物理。

第二个问题是人工控制生长的农业，也就是农业的工厂化问题。自然，就是在今天的农业里，作物的生长也是多多少少受着人工控制的，像灌溉、施肥等。我这里讲的是更进一步地结合植物生理学、农业科学和工程技术来得到最经济的生产。把灌溉扩大为土壤湿度的控制和小气候的控制，把施肥扩大为多方面的，包括激素的使用等。小气候的控制就在现在也有，例如美国的橘子园在冬天就常常生起火来避免霜害。当然，控制的成本可能是高的，最先应该研究经济价值高而又难得的作物，像药用植物等。

第三个问题是采矿的化学化问题。这是不用人到地下去的采矿方法，但不是采矿的机械自动化，那是太困难了。我们说的是用钻井把气体或液体打入矿床，用这气体或液体提出矿床里我们要的东西，再从另一个井取出地面。最后用化学方法从气体或液体得到产品。煤的地下气化和油页岩的地下干馏就是例子，地下热的利用是一个更简单的这类装置；美国Texas高压热水采硫磺的方法也是一个例子。显然，这方法的一个优点是它能达到非常深的矿床，井能钻多深，就能采多深的矿，所以就能大大开拓我们的矿源。

第四个问题是强电技术的弱电化问题。我们都知道弱电技术在近十几年来有突飞猛进的发展；无线电电子学已经是新技术里的最突出一个部门，再加上最近在生产过程自动化的发展，真是五花八门，新事物层出不穷。相形之下，强电技术是保守的，多少年来也没有什么变化。例如：虽然整流器和磁放大器早就是家常便饭，而直到最近，水轮发电机还是用两层励磁机来励磁，真是笨极了。其中的毛病就是强电技术没有能利用弱电技术的成果，来改进强电技术。所以强电技术的弱电化是当前应该研究的问题。

这四个新方向还不过是许多可能的发展方向中的几个，如果我们做一次全面的探讨，一定还有别的。而这不只是新技术方面的问题，在学科发展里有更多的例子，像生物物理、天文化学、地质力学、生物世界里的控制论等等。所有这一切新问题都没有在我们的12年科学技术远景规划里出现，这是不应该的；就是我们对这些新问题、新学问的看法还不一致，还不能够立刻大力推动，那我们也得仔细讨论一下，看看到底应该怎么办，不能就把它们忽略了。怎样纠正？我想可以在科学院学部里和学部间设置几个专门委员会，其任务为专门探讨新发展方向，明确新方向之后再采取措施来推动新方向的研究，这也有点像有计划地发明、有计划地创造。行不行？我想是可行的。但无论如何也值得试一试，因为这是一件重要的事，唯有这样才能保证我们的科学技术不是别人的尾巴，而是先进的科学技术。

我国农用动力问题(7)(8)

我国的农业特点是人多田少，雨量虽然够但分布不均匀。因此解决我国农业问题的途径不外发展水利、增加施肥量，这样就能够提高复种指数和单位面积产量。根据最近调查，我国平均每一农业人口只有2亩地，人力是比较丰富的，但是要实现以上所说的农业发展远景，人力畜力还是远远不够的，还是要把我国的农业机械化，也就是引用机械动力。

机械动力的来源是风力、水力以及燃料。水力可以结合水利工程来建设，也就是利用水利工程来兴修水力发电站。对农业来说，我们应该特别注重小型水力发电站。这是众所周知的；但是我们似乎对风力的利用还不够重视。其实小型多叶式风车，结构简单，它的转速也不高，可以直接用来打水，是世界各地广泛使用的一种农场动力。在海面标准空气密度下，它的功率N（马力）可以用下式来计算：

N=0.17（V/10）3D2

其中，V为风速（米／秒），D为风车直径（米）。因此不同风车在不同风速下的功率如表1所列。

我们看得出来，作为灌溉动力，车水（井水或是河水）或排涝，风车是合用的。但是风车自然需要风，它的功率和风速的三次方成正比例，风速一小，功率就减得很多。所以如果没有经常的5级、6级风是不宜用风车的。

我国个别地区也常年有大风，如甘肃安西据说常年有8级以上的风，也就是20米／秒以上的风。在这些地区就可以建立风力发电站，利用高转速风车直接驱动发电机，因而造价不会高。7米直径的风车就可以发近100千瓦的电，这就可以解决农村电力的问题了。

然而有风的地方终究不是太多的，农业的机械动力主要的还是靠燃料。问题是用什么样的热力机械？涡轮机的热效率太低，用金属也太多，不可能作为长远的发展方向。剩下的只有内燃机了，而其中燃气涡轮也不必去考虑，它的高转速要求高度技术水平，是不宜于农业使用的。所以我们只能考虑活塞式内燃机，问题是用什么燃料？自然目前我国石油少，根本不能使用汽油或柴油，只能用固体燃料，也就是用带煤气发生炉的煤气机。我们能不能说这只是一时的呢？将来我们能不能转向液体燃料呢？要回答这一个问题，我们得先估计一下我国农业动力的总需要量。我们知道苏联的耕地共约有29亿亩，而它共有农业用动力0.22亿马力。我国现有耕地只16亿亩，看来即使将来我国农业机械化了，动力也不会比苏联实有农业动力大吧？其实这不一定正确，问题是我国农业根本和苏联不同，我们是精耕细作，多种经营，我们的农业生产过程是高强度的，单位面积所需动力一定比苏联要大得多。更正确的估计也许是每4亩耕地要1马力，16亿亩就需要4亿马力。如果每天平均开6小时，每年大约开2000小时，所以农业用动力是每年8000亿马力时。

8000亿马力时需要多少液体燃料？它需要约2亿吨液体燃料。我国1962年原油初步计划产量只有500万吨到600万吨，离2亿吨太远了。所以每年为农业机械就用去2亿吨燃料，这即使在我国石油资源开发了之后也是难以设想的。如果不用液体燃料，用固体燃料像白煤、焦煤或半焦煤，用煤气发生炉，那么每年共需约4亿吨固体燃料。我国1962年煤的初步计划产量是约2亿吨，这离4亿吨之数还不太远，在进一步发展之后还有可能满足要求。而且上面不过是燃料的需要量，估计在此之外每年还需要约400万吨的润滑油及润滑剂，这又大部分来自石油。所以只从量的要求来看，已经明显地指出用固体燃料的煤气机是比较可靠的方向，我国资源条件即使在将来也不允许用液体燃料。再从另外一个角度来看，作为合成纤维、塑料等化学工业的原料，石油比煤好，那么我们应该节省它，只有在非用液体燃料不可的地方，像飞机、小汽车等，才用液体燃料，农业机械还是用固体燃料。

这样说来，用固体燃料的煤气机，不但是我国今天最合适的农业动力，而且在相当长的时期内也是最合适的农业动力。发展煤气机和煤气发生炉，使它们具有更好的性能、更可靠、更容易维护等，就是今后研究的重点。当然，这是我国重要技术政策之一，这里所提的只是初步意见，必须更进一步仔细地讨论和研究。

发挥集体智慧是唯一好办法(9)(10)

我回到祖国已经差不多有两年半了。在这两年半中间，我对于在中国做科学研究工作是有着不少错误的看法的。

一、发挥集体智慧，排除个人主义，没有克服不了的困难

在我刚回到中国来的时候，单凭过去在美国的经验，觉得自己以前也搞过一些像发展液体火箭、超声速飞行器、高速燃烧稳定等开创先例的工作。在当时，这些问题是没有解决的问题，没有老师可以请教，要自己去摸，从不懂摸到懂，从没有理论去摸索、去创造理论。回到祖国，根据从前在国外的一些经验，我十分乐观：心想只要有党和政府的支持，做点科学研究，解决一些工程技术问题，是毫无问题的事。党号召十二年赶上世界先进水平，我当时心里想，怎么这么慢，哪会要十二年！很显然，那是我无知的时期，不知天高地厚。后来研究计划定下来了，真要动手作研究了，这才逐渐感到困难重重，既没有研究工具，也没有研究设备。同时我也想，既然有领导的支持，那么就让我们来动手做吧，来设计、创造研究设备吧。可是连这也干不了，为什么呢？因为没有研究队伍，金工厂也没有。这时候，我的思想转了一百八十度，从乐观一变而为悲观，真是觉得作科学研究寸步难移，简直急死人。其实这正是我的学习时期，可以说比刚一开始懂得了一点，知道了一些实际东西，可是知道得还不多。我不知道在艰苦的环境中奋斗、找出路，怎样白手起家。

现在想起来，出路明明白白地摆在那儿，办一切事业的唯一好办法，包括科学研究在内，就是发动大家、依靠大家。从一个研究所的范围来讲，所谓大家，就是全所的人员，全所的研究和行政事务人员。我们能和大家一起动手，那么做一天就会有一天的成绩，不会做的事也可以学，因为做错了也可以学乖，今天不会的，明天就会了。发动大家这件事看来简单，但对个人主义者来说，也就是对我这样具有资产阶级思想的人来说，却是不容易做到的。因为有了个人打算，要和人比高低，就会把劲头用错地方，不用在解决研究问题上去，而是用在一天到晚筹划个人计划。这样当然达不到真正的团结，人与人之间有了隔阂。当我们考虑问题的时候思想上就走不到一处，就没有法子发挥集体的智慧。这个问题表现在很多的地方，例如：年青的研究人员怕年长的研究人员；而年青的却不知道，年长的也怕年青的，最好不找他们。高级研究人员之间也是这样，讨论问题时，心里先就做一个防备，生怕自己漏了，漏出毛病来，让另外一位同志看见了丢脸，将来也许不能保持自己的威信。真是思想上顾虑重重。所内常常看到一些研究人员愁眉苦脸，觉得压力很大。正在这个时候，我们的党提出了整风的号召，整风运动开始后，跟着就是反右派，搞干部下放，然后是查五气、反浪费、反保守，这么一来，我们这些知识分子都认识了自己资产阶级错误思想之所在，也看清了昨日之我如何可恨，今天非痛改不可。这就是说每一个人的思想觉悟都大大地提高了，大家的眼光、目标都转到六亿人民的事业上去了！所以，我相信在这次整风运动以后，每一个人都会表现出一番新的气概，从前的那些困难也一定会一扫而空。只要我们就可以跟六亿人民在一道，我们的力量真是无穷无尽，绝对不会有什么克服不了的困难。所以我现在又恢复了两年多以前的高度乐观。我觉得科学的跃进要乘风破浪，这是完全可能的。

二、现在谈科学规划，应该把眼光放远

既如此，我们就应该把眼光放远些，看看在比较长的时期内，我们有些什么问题。举个例来说，我们应该注意到，从农业发展纲要四十条提出来以后，全国农业合作社的社员们生产情绪高涨。尤其在去冬以来，在党的领导下，真是排山倒海。估计这四十条可能在七年或者更短一些时间就可以实现。在科学研究上，七年的时间不是一个太长的时间。我们现在应该想想，农业发展纲要四十条的内容统统实现以后，下一步又要干什么？要干的事，在科学研究方面应做好准备，到时候我们就能跟得上去。在这一点上，我是外行。作为一个搞力学的人来说，不免总是从能量方面来考虑。关于农业生产方面还有许多问题，如人工气象的控制等。当水利方面已经实现农业发展纲要规定的指标的时候，就可以基本上免除不太大的自然灾害。但比较大的自然灾害，如台风，是不是就不能控制呢？这也是一个值得研究的问题。再说我们的农业动力问题，在这方面看来一个重要的解决途径是所谓生物能的利用，也就是使粪便和杂草发酵产生沼气。这个过程基本上是碳水化合物的分解，分解后产生的东西差不多一半是沼气，一半是二氧化碳。如用这种混合气体当然不太好烧，沼气虽然是很好的燃料，而二氧化碳不是很好的动力燃料，它夹杂在里面只会减低燃烧速度。因此，就要想出办法把沼气和二氧化碳分离，用纯沼气作为内燃机的动力，这就可以解决我们缺乏石油资源的困难。同时，二氧化碳也有用处。二氧化碳对植物来说是一种肥料，是不是能考虑在暖房里把空气中充上二氧化碳，使植物的生长可以更好一些。同时二氧化碳可以用来培养小球藻，而小球藻又含有相当多的蛋白质，至少是很好的饲料，可以喂猪。

像这一系列的问题，就不仅是农业机械化、电气化、化学化的问题，而是把工程技术、自然科学知识怎样应用到农业上去，使农业生产也成为一个工厂似的，在控制的条件上来生产。这也可叫作农业的工业化。这个问题需要相当长的时间才能解决，是高度综合性的，其中有各方面的问题，差不多各个研究部门都同它有关。

也许有的同志会这么想：这些新技术，今天我们来谈是不是太远一点？今天在全国大跃进的形势下，我们的思想很容易落在现实的后面。我们国家里的事情总是走得很快，而科学研究不应该是生产的尾巴，应该走在生产的前面。所以讨论科学规划的时候，应当从长计较。

三、各门科学要互相支援、互相渗透，使科学能全面发展

中国科学院最宜于发展学科之间的新科学，譬如说物理就应该渗透到各个部门中去。现在提出的生物物理，就是一门很重要的科学。同时我们也应该考虑怎样使自然科学、技术科学渗透到社会科学部门。例如：能不能让近代数学的方法和计算技术为工程经济和工业经济服务？在以前因为计算太多，分析有困难而不去做的问题，有了新方法就能做了。自然，数学只是一个工具，用了它不是去改变社会科学而是去帮助社会科学的发展。

四、在高潮中跃进

在我们党的领导下，经过整风以后，全国掀起了一个大跃进的高潮。在这个高潮中，我们每个人也受到了很大的鼓舞。从前看起来不能做到的事，现在也能做到了。我们科学工作者不仅有我国六亿人民的支持，我们还有苏联两亿人民的支持，而且通过中苏两国科学技术的合作，我们还有世界上先进的有经验的苏联科学家的帮助，只要我们把我们的心掏出来，把心交给党，交给人民，我们科学事业的大跃进是一定的。

可以实现的理想(11)

植物生长的能源是太阳光，所以单产量的极限是一亩地上在一年里有多少太阳光照射到上面。要做这样一个计算，我们要用单位面积上，在单位时间里直射的太阳光能量，这个数字是每平方米1.33瓦。当然，阳光不是直射到地面的，我们要考虑到早晚的斜照，纬度的关系，日夜、冬夏的变化。考虑到这些因素，在纬度35°的地方，一年中平均的日光强度是0.346瓦／平方米。一年之中有24×365个小时，所以如果总是天晴无云，在纬度为35°的地方，一年中太阳光的总能量是0.346×24×365=3040瓦时／平方米，这就相当于202.5×104瓦时／亩／年。从二氧化碳和水生产每一市斤干的碳水化合物需要2.17瓦时的能量，所以一年里每亩地所受的太阳光能相当于生产93.2万市斤干的碳水化合物。

自然这并不等于说一亩地上就真能生产那么多的植物体。第一，植物从二氧化碳和水制造碳水化合物的光合作用，它只能利用太阳光里面波长合适的部分，大约占总光能中的一半。第二，植物的光合作用也不是百分之百的效率，植物生理学家们实验测量的结果各有不同，从30%到70%，我们取个平均值，算光合作用的效率是60%，那么经过这双重折扣，一年每亩地的植物产量是1/4×93.2=23.3万市斤干物质。

农业实践经验也支持我们计算的结果：今年河南新乡就计划在某些蔬菜丰产田地上搞一个单产160万斤。如果说蔬菜90%是水，160万斤也折合16万斤干物质。而我们应该考虑到上面23.3万斤的计算不包括可能的阴天和冬天的损失，如果算上这些损失，两个数值将更接近，所以我们的理论结果是和农业实践相符合的。

怎样才能普遍实现这样的丰产？这自然是要农业科学工作者去进一步具体化，但是我们也可以指出几条一般性的原则，来保证强化光合作用：第一，水和肥料一定要够。第二，作物必需种得密，尽可能在一年任何时间都把地面覆盖上；而且枝叶要有一定的厚度，不能老是一层，要多层；使叶子能充分吸收太阳光。所以像冬瓜、西瓜这等作物都得上架。第三，要有足够的二氧化碳，使用大量的有机肥料。也可以考虑把沼气站的二氧化碳回收，通到田间作物下的地面，以增加空气中二氧化碳的浓度。

我们相信有一亩地上一年20万斤干物质是可能的。像稻、麦等作物，我们可以算总干物质的1/5是籽粒，4/5是茎杆，那么只要我们也做到30万斤干物质，一亩稻、麦地的年产总量就可以达到4万斤谷子！这在今天自然还是一个理想，但这是一个可以实现的理想。

自然科学和技术发展的主要方向(12)(13)

一、我们的自然环境

我们对自然环境的认识和我们的生产实践有密切的相互推动的关系，而我们的生产技术是我们物质生活水平最主要的基础。为了更丰富的物质生活、更高度的文化，我们就必须努力研究自然科学，更深入地去了解我们的自然环境。在资本主义的早期，提高生产是与当时新兴统治阶级——资产阶级的利益相符合的，所以当时就产生了一个国民教育的革新运动，主张在欧洲古典教育的课程中加入一系列新的课程，像地理学、地质学、植物学和动物学等。这些新课程的内容都是当时新发现了的对自然环境的知识，想通过这种教育来培养新时代的国民，使他们能更好地为资本家服务。我们可以称这为资本主义时代的开明教育时期吧。可是现在资本主义已经进入它的衰退时期，光是提高生产不但不能解决资本家的问题，还可能带来困难。因此，在先进资本主义国家里，自然科学虽然有着高度的发展，而这个发展的结果，也就是对自然环境的认识，却没有向广大人民宣传和普及。在美国就是如此，统治阶级的宣传把科学说成是神秘的，阻碍广大人民去学习自然科学，所以广大人民对科学的认识是模糊的，只是一知半解。他们和科学家也有隔阂，一般只以为科学家是原子弹的制造者，因此是可怕的、有魔术的，是靠不住的。这种阴沉的气氛和黑暗的中世纪又有什么区别？

在我们这样的社会主义国家里就完全不同了，我们要用科学来武装我们的技术革命，要每个人都了解科学，都对自然环境有全面的认识。但是自然科学一百多年的发展是惊人的，今天我们对自然环境的认识早已不是资本主义早年的认识了，我们的认识要更深入、更广阔。如果代表资本主义早期开明教育的是地理学，我们要谈的就是“宇理学”，了解一下整个宇宙、整个自然环境到底包括一些什么东西，有多小，有多大。这也是学习自然科学的第一步。

让我们先从小的一面说起吧。人的大小是以米来量的，成年人的长度是一米半多到两米，但总有些孩子的长度在一米的。说东西的大小就以一米作为出发点吧。再小一些呢，我们可以说小动物，像蚊子等，但这不过是小了些，基本性质还没有变。要变基本性质我们就得说细胞，细胞是一切生物的组成单位。有各色各样的细胞，也就有大大小小的细胞。但是一般说来，细胞的平均大小是1/50毫米，也就是0.02毫米。因为一毫米是千分之一米，所以细胞的平均大小是0.00002米，也就是十万分之二米。所以小蚊子还不能算小，细胞才真的是小，小到有了基本性质的差别。但是这样地去描述东西的大小是很不方便的，数学家给我们想出了一个好方法，就是指数法。

指数法的原则很简单：我们知道10乘10是10的2次方、102，等于100。我们也知道10乘10再乘10是10的3次方103，等于1000。我们叫这里的2和3为指数，10为底数。以此类推，10万就是105，指数是5。我们也知道100乘1000就等于10万，所以102×103=105=102+3。因此同底数的两数相乘，其乘积的指数就等于原来两相乘数的指数相加的和。这样一来，1的指数就一定是0。为什么？假如1的指数我们不知道，是x，我们可以把它求出来：我们知道1乘100还是100，所以102×10x=102+x=100=102，所以2+x=2，所以x一定是0。用同样的方法，一百分之一的指数是-2；因为假如我们不知道这回事，叫一百分之一的指数为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。以此类推，十万分之一就是10-5。它的指数是-5。十万分之二就是两个十万分之一，是2×10-5。所以细胞的平均大小是2×10-5米。这个写法和说法比起老法子要简单明了。科学工作者也喜欢用一个与指数法相近的说法，那就是数量级的说法：差一个数量级的意思就是差10倍，也就是指数差1。照这个说法，细胞就比人小5个数量级。

这样说来细胞是够小的了，还有没有比细胞小的东西呢？自然有，那就是原子。原子的种类也很多，是以它们的化学性质来分的。现在知道的一共有一百零几种，每一种有一个字的名字，像氢、氧、氮、金、银、铁、硅、硫、溴等；原子有多大呢？原子的大小是用埃或十分之几埃来量的，一埃是10-8厘米，十分之一埃就是10-11米：这比细胞又小了6个数量级，说起来就是一千亿分之几米。但是这还不是小到头，还有小的，那就是原子核。原子核是原子中心的一个密集小核，密集了原子整个质量的绝大部分。但是它很小，只有原子的十万分之一，也就是比原子又小5个数量级，只有10-16米。这就小到差不多说不出来了，但是还没有到头。原子核是以中子和质子所组成的，中子和质子就更小了。中子、质子和围绕着原子核运动的电子，都是物理学里所谓基本粒子，意思是“不能”再分了，是到头了。可是现在物理学家又发现：如果把这几种基本粒子互相撞击，新的粒子又会产生，会产生π介子、μ介子以及各色各样的超子等，五光十色，直到现在物理学家们还没有整理出头绪。所以我们在小的一端，现在的科学前线是基本粒子。就是撇开这不说，从人到原子核，中间就已经有16个数量级的差别。

人们很容易以为小的东西就会简单些，人是有头有脚，有手有腿，细胞是不是混然一体，没有内部结构呢？也不是的，细胞有复杂的结构。别的不说，光是细胞核里面的染色体，就比细胞本身要小得多。把人类细胞的染色体放在一处也只不过10-6米那么大。而染色体是蛋白质的分子所组成的，蛋白质的分子主要的是由碳、氢、氧和氮四种原子所组成，一个分子里的各种原子排列也是一个复杂的空间结构，不比一所大楼简单！最后谈到原子了，但是原子还是不简单，原子有一个小的中心核，集中了原子的绝大部分质量，围绕着这个核有许许多多电子，铁原子就有26个电子，真是洋洋大观！而原子核里面又有许许多多中子和质子，所以就是原子核也决不是一个简单的东西。从大到小，每一阶段的结构有着这一阶段的复杂性；打开一层又有一层，分析了又能分析，我们还看不到止境！

现在我们再向大的方向看。比人大的自然是高山大河，祖国的珠穆朗玛峰有多高？它海拔8882米，也就是0.888×104米。但是这样高的山比起地球的直径那就又很小了，地球在自转轴向（过南北极）的直径是12700千米，也就是1.27×107米，在赤道的直径还要稍稍大一些；所以地球上最高的高山也只不过是地球表面上的皱纹，高度还不到直径千分之一。我们再向大处看，就到地球外面去了，看到了太阳系。太阳系的大小是以太阳到地球的距离作衡量的尺度的，太阳到地球的距离是1.49×108千米，或1.49×1011米。而太阳系里最外面的冥王星要比地球远40倍，也就是大约6×1012米。所以从人到高山，差4个数量级；高山比地球又差3个数量级；从地球到太阳系又差5个数量级。整个说来，从人到太阳系就差12个数量级！

到了太阳系是不是就大到顶了呢？自然不是的，我们知道太阳只不过是亿万个恒星中的一个，我们应该看一看恒星的体系。天文学家们爱用的一个尺度是光年，也就是光在一年的时间里所走的路。光的速度是大约每秒3×108米，所以一光年就是365×24×3600×3×108米=0.945×1016米；这是多么大的距离！可是从太阳系到最近的一颗恒星、半人马座比邻星就有4.2光年，也就是4×1016米。这比起太阳系的大小又大了一万倍，也就是差了4个数量级。

可是恒星也不是均匀地分布在空间的，不论太阳也好，半人马座比邻星也好，天狼星也好，它们都是一个大星系——银河系的一分子。所以比恒星间的空间更大的是银河系，这是一个扁平的圆盘，直径有100000光年，也就是1021米，这比邻近恒星间的距离又差了5个数量级。我们的太阳在银河系中位置偏在边缘，所以在我们附近星的密度较低，如果我们能走到银河系的中心去，恒星的密度要大得多，那一定是光芒万丈，热得受不了。

在大宇宙的空间里，银河系也只不过是千千万万个星系中的一个。现在的最大望远镜是200英寸直径的反射望远镜，它能看到的地方，最远是几十亿光年，也就是1025米远的地方（图1）；但就是这样远的地方也有星系，也就是说我们还没有看到“边”——远的还有更远的，也没有什么真正的“天涯”！这样说来，从人的大小一直到我们现在能看到的最远地方，大小的差别共有25个数量级。这是大世界。从人到原子核的小世界，前面已经说过有16个数量级的差别，所以两个加起来，从原子核到望远镜能看到的空间一共有41个数量级；也就是说这两端的大小比例等于41个10连乘起来的乘积！为了清楚起见，我们制了一幅图，用了数量级（也就是对数）的尺度来把世界上的东西排列起来，从原子核到望远镜能看到的地方，人的大小并不居中，居中的是高山的大小。

是不是大的东西就一定复杂呢？自然，这要看你怎样来看，其实大的东西也有一个简单轮廓的组织结构。我们说地球吧，地球就是非常近乎圆球，密度是外围小，最外面的空气是比较稀薄的，越近地球的中心密度就越大，到地球深处密度就是水的7倍。这样的一个组织是普遍地存在于“大世界”里的，太阳系也是中心密，太阳本身就是最重的，它的质量是地球的332000倍！再说星系也是如此，也是中心密外边稀薄。其实许许多多个星系——像银河系那样的星系，也会组成星系的聚集，这星系聚集也像星的聚集一样，外边稀中间密。所以大的东西也有简单的轮廓，也有简单的组织规律，只不过我们研究它们的时候要把眼光放大些，越远就得越往大处看。

从上面的几段话看，我们现在对自然界的认识已经远远超过18世纪时的界限，小的小得多，大的大得多，早已经不能局限于地球上了。如果代表以前的是地理学，那么我们现在去研究整个世界、整个宇宙。我们在上面所谈的就是“宇理学”的导论，宇理学是研究自然界的一个开端，是我们研究自然界的一门必知学问。

二、自然科学的新发展

所谓宇理学是对我们的自然环境的描述，说明什么东西大，什么东西小，说明它们的形状、结构和特性，是说明事物的“当然”而不是说明事物的“所以然”。要研究事物的所以然，研究它们的“为什么”，那就要求更深进一层，先要研究同一类现象中的规律，也就是把观察到的结果（不管是观察天然的过程还是观察人所控制的实验过程）加以总结。这样得到的规律再加以分析，就逐渐提高到理论的水平。理论又要再返回来应用到现象中去验证，看看我们的理论是不是正确。当不止一类现象的规律都搞清楚了，我们就要再进一步来研究不同类现象间的关系，这也就是把不同类的现象联结起来，把规律组之间的规律找出来。我们就这样逐渐通过观察、总结、提高，再观察、再总结、再提高，把一门科学建立起来。

但是这样建立起来的自然科学起始还是各有各的领域，地质学是地质学，生物学是生物学，物理学是物理学，化学是化学。也就是说，在这一个时期的自然科学，我们还不能够打通各门科学之间的间隔，我们不能用物理学去解释化学，也不能用化学去解释生物学。可是这不过是一时的现象，自然界的规律终究要统一起来的，因为物质的基本结构单位是原子、分子，自然现象不管它怎样多种多样，总是有着同一的根源。所以各门自然科学间的关系终究会发现的，先是化学和物理学媾通了，然后化学和生物学连起来了，物理学和地质学连结在一起了，天文学和物理学也连结起来了。一切的自然科学都会连结起来，打成一片，而它们的基础、它们的根源是物理学，真是万物之理的物理学。

所以当前自然科学发展方向有两条显著的途径，一条是边缘学科的不断出现，所谓边缘学科就是各个经典学科之间的新学科；另一条是物理学逐渐渗透到一切自然科学的各个领域中去。作为边缘学科的例子，我们可以举化学物理、生物物理、天文物理、天文化学、地质力学、物理力学、电磁流体力学等。

化学物理是一门以物理学的原则，特别是量子力学的理论来解释分子的结构、化学反应的动力学这一些物质的化学性质。它与物理化学的不同之点是：物理化学偏重于收集和分析物质化学性质的一般规律，而少注意到这些一般规律为什么会存在，到底和分子以及原子的结构有什么关系。而化学物理是从物质的基本构成出发来解释这些物理化学里的规律。从这个观点来看，一定要先有物理化学，然后才会有化学物理，而化学物理就把化学更密切地和现代物理结合起来。

生物物理是用物理的理论来解释生物学里已经发现了的规律。举个例子：我们都知道生物是具有遗传的这一个特点，也就是说生物的基础构成、细胞不是乱生长的，而是照着一个模型来进行的。我们自然要问，这样有规则的生长是怎样在细胞分裂过程体现的，这里面到底是怎样的一个机制。这就需要我们来研究组成细胞核的蛋白质分子的结构的种种变化，从这些变化中去了解遗传是如何进行的。所以生物物理也是说我们不能够满足于光知道生物界里的“当然”，还想要更进一步来研究这些道理的“所以然”。

天文物理是把我们在地面实验室里所研究出来的物理学规律应用到地球以外的世界上去。我们知道天文学的一切资料都是从观察而来，而所谓观察就是看，看就是利用从星以及其他天体所发出的光来作记录。光是波长比较短的电磁波，在最近天文学家开始用波长比较长的电磁波——无线电波来观察了，这就是射电天文学。不论光也好，无线电波也好，它们总是从天体发出的信号，这些信号到底是在告诉我们些什么知识？要回答这一个问题就得分析信号，利用物理学的知识去找出信号和物理过程之间的关系，例如是什么原子在什么物理条件下才会发出一定的光。天文物理学家就用这样的方法去测定太阳和其他恒星的大小、速度和内部结构。所以有了天文物理，我们就可以不到天体上去而知道天体上的事，亿亿万万里的距离不能阻挡我们对天体本身的研究。

天文化学研究比较冷的天体上的问题，冷到天体自身不发光，像行星和卫星。既然不太热，这些天体上的物质就不能像恒星上的那样分裂为原子或离子，而是以分子状态存在着的。研究分子的现象，特别是各种分子间的变化是化学的领域，所以行星和卫星的问题，像星上大气的形成，就要把天文学和化学相结合起来，形成天文化学这样一门新科学。

由于天文物理、天文化学的发展，近年来我们对宇宙里的事物有了比较深刻的认识，我们的注意力也不局限于太阳系，不光是做日蚀、月蚀的预报了，我们要求能了解天体本身在怎样演化，太阳在几亿年以后会怎样，银河系会怎样，星会怎样衰老，新星怎样形成。这就是天文学家们目前所研究的宇宙演化的问题。

地质力学用固体力学的理论，也就是弹性体和塑性体的理论，来解释地质学里的问题。这也可以说是由于地质学发展到现阶段，我们对地质的规律要求进一步的了解，能够更精确地预见到地壳将来的变化。如果通过这方面的发展我们将来能做到预报地震，那将是对国民经济有头等意义的贡献。物理力学的目的是用现代物理以及化学的成果来预见工程技术上用的材料和介质的性质，以大大减少寻找新材料和介质的困难。电磁流体力学是研究导电流体或气体的动力学的，导电气体就是高温电离气体，也就是几万度到几亿度的高温气体。这样的高温首先在洲际火箭再入空气时出现；要用可控制的热核反应来利用氢聚变，自然也需要这个新的边缘科学。

从这些边缘科学的内容我们可以看到，物理学是怎样地渗透到各个科学部门中去。这一方面固然是由于各个学科本身发展的需要，但是另一方面也是由于物理学本身的成长，成为一个比较成熟的基础科学。今天我们可以说：除了个别问题以外，我们对物质世界的一般规律是基本上了解的。怎样能了解得更深入、解决现在还不解决的问题，自然是物理学的研究方向。但是物理学本身的问题现在更突出地表现在“超大”的世界和“超小”的世界，也就是尺寸大小的两头。一头是有关整个宇宙演化的问题，一般相对论在这样大空间里还需要补充和进一步肯定。另一头的基本粒子物理还需要一个深入的理论，来澄清大量的实验资料。自然，最近由于原子能和平利用的要求，物理学家们是更多地注意了基本粒子物理的问题，它是物理学里最活跃的一个部门。

我们在前面还没有提到基础科学里面一个非常的部门，这就是数学。对于其他科学部门来说，数学是一个工具，是一个很有效的工具。如果没有数学，我们只好搬手指头，那我们就不可想象科学技术会有今天的成果。所以这样说来自然科学所要的是应用数学，向数学家要更好的数学分析和计算方法。但是数学本身的发展也就因此得到刺激和推动，而数学的每一个新结果也反过来推动自然科学的前进。今天数学里微分方程的理论研究就由于科学技术的需要，而另一方面数理统计和数理逻辑的成果也使得新兴学科像信号传递理论和自动控制理论能够建立起来。再说数学的发展也不只影响了自然科学的发展，在今天它也正在逐渐渗透到哲学和社会科学里面去：数理逻辑的一些一般结果对哲学也起了作用，在量的侧面把哲学推进一步。数理统计、概率论以及代数的某些成果也促成一门新学科——运筹学的形成，而运筹学对工程经济、工业经济、综合运输等规划问题给以极有力的计算方法。

三、新技术

一切科学的研究，最终目的是为了提高生产力，所以有了现代科学的飞跃发展，也必然给生产技术指出新方向，旧的生产方法得到改进，生产过程强度大大地提高了；另一方面以前不能实现的事今天变成可能了，像原子能的利用。而且从自然科学的研究到生产技术上的应用这一个过程一天天在加快着，今天是科学家实验室的结果，明天就可能在工程技术里找到应用。也就是因为这个缘故，科学和技术的关系越来越密切了，以致在某些问题上科学和技术的分界线已经不存在。我国物理学家钱三强很恰当地叫这为“技术的科学化”，而另一方面，科学研究在今天往往要求复杂庞大的设备，像物理学家的高能回转加速器、空气动力学家的超声速大风洞、植物生理学家的人工气候光照室等，这就是说科学家光靠自己还不能建造自己所要的研究设备，需要工程师们的帮助才行，因此科学研究本身也不能脱离技术。钱三强叫这为“科学的技术化”。这种科学和技术的相互关系是我们必须了解的。

今天工程技术里最突出的发展自然是原子能的利用、火箭和超高速飞行、半导体技术、生产过程自动化、高速电子计算技术、人工气象控制以及人造卫星和星际航行等，也可以说这些技术是起着带头作用的。也正是因为它们起着带头作用，由于它们的发展，许多其他技术部门也必需跟上去，随着向前大大地迈一步。冶金工业就是如此，由于原子能、半导体、火箭等的要求，冶金工业一定要找出新的合金，冶炼许多稀有金属。也有些技术它本身虽然没有参与到新技术的发展中去，但是新技术发展的成果可以应用到那里去，从而得到大改进。动力机械就是如此，由于高速飞行对发动机的需要，创造出涡轮喷气机，由于涡轮喷气发动机的要求高，制成了它就解决了一连串设计上的难题，也就对一切涡轮机和回转压气机的设计提出了改进的方案，这就使得汽轮机、燃气轮机、鼓风机等动力机械的技术能够得到提高。

原子能利用的最主要意义在于它给人类打开了几乎无穷尽的能源，我们知道今天能控制的原子核反应还限于裂变反应，也就是主要以铀235为中心的分裂重原子核的链式反应。从这儿开始，我们还可以逐渐扩大到利用铀238和钍。每千克的铀或钍在裂变的时候能产生相当于几百万千克的煤的热能。所以只要一块石头里含有一百万分之一的铀或钍，这块石头就含有和煤一样的热能。实际上地壳上正有大量含这样的铀或钍的石头，火成岩就是如此。这就表示裂变能源是如何丰富，问题在于如何从这样低品位的“矿”里提取铀和钍。

自然，现在苏联的科学家们在和平利用氢聚变的研究上遥遥领先，在不太久的将来一定能创造出控制重氢（也就是氘）熔合成氦的聚变反应。因为普通水里就含有微量的重氢，我们也知道如何从水里提取重氢的方法，只要一旦聚变反应控制成功，那么1千克普通水就能代替大约100千克的煤来用。那时候汪洋大海就是我们最好的能源，我们再也不必对煤的储量有限而发愁了。

我们必需注意到原子能的一个特点是它单位重量含能量要超过一切化学燃料（像煤）几百万倍，这一个特点对不动的动力站固然重要，对行动的动力站，像火车机车、船舶动力机械、飞机发动机、火箭发动机等尤其重要。这是因为行动的东西对本身的重量是很敏感的，本身重一点就要求用更大的动力，而更大的动力又把动力机械和燃料的重量加大了，这又加大了总重量。所以对行动的动力站，燃料重量的节省就往往能取得总重量上更大的节省。也就是因为这样的缘故，苏联建造了原子能的破冰船，也在设计原子能的火车机车和原子发动机的飞机。我们可以预见：在不太远的将来，原子能的火箭一定会设计出来，到那时候，超高速飞行和星际航行将得到更好的动力机械，速度可以再提高，航程可以更远。

无论是控制高速的飞行器也好，或者是制造复杂的高速电子计算机和人造卫星也好，都需要十分复杂的电子装备，而电子装备的中心是电子管。电子管是一个灯，灯就有灯丝，灯丝就要发热，而发热就要电能。所以电子管的电能消耗是不太小的，尤其是当我们考虑到一架复杂的电子计算装置里不是光有几个电子管，而是几千个电子管。再说电子管也太大，再超小型化也得像蚕豆那么大，几千粒蚕豆和它的附件也有不太小的体积。这就是为什么要发展半导体技术的缘故，因为用半导体所做的晶体管只有米粒那么大，而且里面没有灯丝，不需要热灯丝的电，因而耗电量大大减小。所以用晶体管来代替电子管，就能排除复杂电子装置和高速复杂电子计算机设计上的限制，使得这方面的技术能大大推进一步。

自然，半导体技术也能应用到把热能、光能、放射能直接转换成电能，也就有可能不需要庞大的锅炉、汽轮机和发电机来取得电能，这对将来的电力工业也有非常重要的意义。

新技术里对生产过程有革命意义的是自动化和人工气候控制。自动化对工业生产有革命的意义，而人工气候控制对农业生产有革命的意义。有人注意了生产过程自动化在节省人力的一面，而不够注意生产过程自动化在强化过程的一面，这就产生一种误解：以为自动化是为了少用人，忽略了自动化能以同样的投资而得到更高的产量。所以生产过程自动化在现在的意义是在于它的技术经济效果。自然我们也注意到在有些特殊工业，像原子能工业，因为劳动安全的要求根本不可能让人去操作，自动化就成为必需的了。从这样一个观点来看生产过程自动化，我们就能把自动化提到恰如其分的程度，不能要求一下子就做到全盘自动化，因而浪费了投资。当然，我们都知道生产过程自动化终究会逐渐把体力劳动和非创造性的脑力劳动减少，从而使更多的人能投入创造性的脑力劳动，实现共产主义社会的生产方法。

农业生产和工业生产区别之一就是，农业生产是在不可控制的环境下进行的，而工业生产是在控制的条件下进行的。农业生产环境的不能控制主要是因为自然的气候虽然大体上有一定的规律，四季和节气的演变是有规可循的，但是小范围的变化，像旱和涝、风暴和冻霜等灾害就无法消除，只有采取措施来和它们做斗争，尽量减少它们的恶果。现在我们的农业生产正在强化，争取丰产，投资也在增加。这就要求我们设法把生产的环境稳定下来，保证劳动的果实，“风调雨顺”就更加需要。这就是人工气候控制，就是要达到调节气候的目的，使环境最宜于农业生产。我们第一步的目标是消灭骤然的、小区域的灾害，如台风、冰雹，这是比较容易做到的。然后再在这个基础上研究大面积气候的控制，使我们能最后随我们的要求来改变自然环境，使农业生产也能在完全控制的条件下进行，使农业生产工业化。

四、结合我国情况发展科学技术

我们在前面所谈的是世界科学技术发展的主要方向，那么在我们国家里现在发展科学技术是不是就和人家一样呢？自然，像苏联这样的先进社会主义国家，他们建立社会主义有40年的经验，而现在在科学技术领域里又是全世界领先的，我们一定要以苏联为我们的榜样，向他们学习，吸取他们的先进经验；其他社会主义国家也有很多宝贵的东西，我们也要学习他们之所长。资本主义国家之中也有在科学技术方面先进的，他们的发展方向也值得我们研究并作为参考。但是尽管如此，我们国家也有我们的特点，我们是科学技术还比较落后的国家，工业的底子比较薄，科学技术力量弱。总的说来，我们落后于先进国家几十年。那么我们是不是就要从先进国家几十年前的科学技术水平出发，照着人家的旧道路来走呢？当然不能这样做。因为第一，现在的世界不是几十年前的世界，要求重演历史是不可能的。第二，现在的科学技术不是几十年前的科学技术，现在有原子能，有火箭和高速飞行，有电子计算机等，以前没有。第三，我们和苏联早年情况也大不相同，苏联当年是处在帝国主义国家的包围里，完全靠自己拼命地干；而我们现在是以苏联为首的社会主义阵营的一员，有苏联先进科学技术力量的无保留的帮助，又有其他社会主义国家的支援。所以我们的问题是如何充分利用一切条件，破除迷信，高瞻远瞩，鼓足干劲，力争上游。但是看得远也得从近处做起，必需结合我国具体情况，一切不考虑实际的好高骛远的做法也是错误的。

现在我国正处在全民大跃进的时期，农业和工业的战线上捷报频传，技术革新运动已经展开，6亿人民都在做试验，做研究。生物能利用试验成功了，砖砌的煤气发生炉也制造出来了，自动拉玻璃管的机器也造成了，一米水头的小型水力发电站也投入生产了，而农业丰产纪录天天都有。这都说明6亿人民都在开动脑筋，都在创造新东西，他们都是群众中间的科学技术的工作者，他们的实践经验是广泛的，远远比少数专业的科学家的要多得多。广大人民的经验和创造是十分宝贵的，在那里面就一定有科学技术新发展的苗芽。科学技术工作者一定要把这些经验创造总结出来，从中提取新研究的对象，去努力加工。这就是要求科学家们下马看花，到群众中去学习，把群众的经验提高到科学理论水平，使科学得到发展；同时又把科学带还给群众，使它更加推广。这样我们就能做到全民动员、全民搞科学技术，那么10年内在重要部门赶上世界最先进的水平，是完全有把握的。

展望十年——农业发展纲要实现以后(14)(15)

现在全国农业生产合作社的社员们正以排山倒海的英雄气概，改造自然。从前几百年、几千年才能做到的事，现在几个月内就能做到；许多从前做不到的事，现在都可以做到。10年后（或不需要10年），我国农村将出现一个崭新的面貌。

一、人工控制气候提上了工作日程

经过10年，农业发展纲要实现以后，大规模农田水利的任务完成了，普通的水旱灾害消失了。为了进一步控制或避免大的自然灾害，一门新兴的科学技术“人工气象控制”的研究，就提上了工作日程。

人工气象控制的主要措施是用少量固体的二氧化碳（也就是干冰）或碘化银的蒸气来控制水汽的凝聚过程，可以促进降雨，也可以防止降雨。又因为水汽凝成水时候放出相当大的热量，所以控制水汽的凝聚过程又可以控制大气里的热量释放。在关键点加热，或不加热，就能更改气象的演变。因此并不需要多少干冰或碘化银这样的控制剂，就能使一个大地区的气象都受到影响。我们可以预期：少量的控制剂就能避免像冰雹这样的灾害。我们也应该可以通过这种方法来改变台风的走向，使台风不至侵袭我国的沿海各省，免除这种巨大的自然灾害的威胁。

二、农业生产接近了工业生产的方法

把水利搞好，再加上人工气象的控制，这就使农业有了良好的生产环境。使农业生产摆脱了许多不可预测的因素。这样，农业生产就更主动了，就可以更好地按照自己的需要和意图去进行生产，更进一步接近工业生产的方式。农业生产各部门将有着更紧密的配合，肥料、农产品、动力等问题都安排得很确当。各方面无论在时间上、在数量上都安排得更有效率。具有高度的生产组织，前后上下都没有废料、废时。一个农场就像一个复杂的工厂一样，这就是农业生产工业化的体现。

三、动力是发展农业的心脏

在将来的农业生产中，动力问题是更加突出的一个问题。在将来的农业生产中，估计一共要有4亿马力的农业动力机器。按照我国现有的耕地面积来计算，差不多每亩地有1/4马力，这个数字是相当高的，比苏联现有的农业动力要多得多。这是因为我国人口多，耕地少，农业生产的强度高，要丰产就得深耕，深耕就要较大的动力，再加上抽水和排涝，因而每亩地所要的动力就要大一些，估计4亿马是需要的。假定机器的开动时间平均每年为2000小时，差不多是一年总时间的1/4，这样全部农业机器全年所需要的机械能就是8000亿马力小时。我们假定其中有3/4是从农场里的热力发动机得来的，还有1/4是从农场里的风车、农场附近的小型水电站以及地区电力网得来的。如果这1/4之中的一半，也就是1000亿马力小时是从地区电力网得来的，那么就等于说农村动力用电，要从地区电力网每年取得740亿度电力。风力不是什么地方都有，而且就是有也不能什么时候都有，因此估计在其余1000亿马力小时里，只有1/5是来自风车，800亿马力小时还是从小型水电站得来的。这样农村动力用电总量，每年就要达到1540亿度。根据毛鹤年、褚应璜两位人民代表在第一届全国人民代表大会第五次会议上的发言，他们说在1972年，我国的全国发电量可能达到2400亿度以上，所以我们所计划的农村动力用电就会占了一半以上。这是在电力系统的安排里必需注意研究的。

四、生物能的利用解决了燃料问题

前面假定，在总的8000亿马力小时里，有6000亿马力小时是从农场里的热力发动机得来的。这方面的问题又怎样解决呢？首先是燃料的问题。自然最方便的燃料是石油，但是6000亿马力小时的机械能，就得差不多1.5亿吨石油来供应。一年中要这么多的石油，在我国目前的情况下是有困难的。是不是可以用煤气发生炉和煤气机呢？当然可以，不过这就需要每年近3亿吨煤或焦煤。而另一方面，农场中每年有大量的作物秸秆、茎叶、人畜粪尿，还有大量的树叶、杂草等，把这些东西放在密封器里发酵，可以产生沼气和二氧化碳(16)。沼气是很好的点灯燃料和煤气机的燃料，如果把沼气压缩在高压气罐里，那就是拖拉机、联合收割机、运输汽车等的燃料。燃料沼气的发热量比汽油还高，估计6000亿马力小时所需要的沼气量只有1.2亿吨，再加上点灯等的需要，每年沼气的用量大约有2亿吨。2亿吨沼气要多少发酵原料呢？这我们还没有确切的资料，但估计湿料大约得100亿吨。发酵后的剩渣大约有90亿吨，又是很好的有机肥料。以16亿多亩耕地来计算，每亩可以施发酵后的残渣1万多斤，再加上化学肥料和其他杂肥，就能保证农作物的丰产。

那么，我们每年能不能聚集到100亿吨的发酵原料呢？因为人口会不断增加，我们姑且假定以7亿人口计算，其中5亿为农村人口，2亿为城市人口。每一农村人口如果能养一头猪，那就是5亿头猪，而每头猪每年产粪尿2.5吨，所以每年猪粪尿共有12.5亿吨。如果有一部分城市人粪尿可以下乡，以6亿人的粪尿计算，每人每年产0.35吨，每年共有2.1亿吨。因此光是人和猪的粪尿每年就有近15亿吨，再加上其他牲畜的粪尿，想来可以有20亿吨以上。如果全国16亿多亩地，除了牲畜饲料之外，每亩每年还能产2500斤茎叶、秸秆，每年就有约20亿吨。树叶、杂草假定是30亿吨。三样加起来一共有70亿吨，所以再找补上30亿吨的垃圾和污水，就可以满足沼气原料的全部要求。因此看来，我们的沼气计划是可以实现的。

我们也应当注意到沼气机和其他农业机械的润滑问题。每年生产6000亿马力小时的农业机器所需要的润滑油是不少的，估计每年润滑油总量在200万吨以上。这对我国石油工业的规模来讲将是一个不小的数字，在我们规划我国石油工业的时候必需做适当的安排。

五、养殖小球藻成了农村的新副业

在利用沼气的过程中，发酵气体里含有大量的二氧化碳，可以同沼气分离开来。也许我们可以把发酵的气体先压缩，然后在高压下用水洗。二氧化碳在高压下溶解到水里，而沼气溶解得少，就分离了。把压力减去，溶在水里的二氧化碳又重新释放出来。如果每年产生2亿吨的沼气，同时就产生5亿多吨的二氧化碳。所以我们也要考虑怎样利用这样多的二氧化碳。二氧化碳是植物光合作用的原料之一，二氧化碳也就可以说是一种肥料。把二氧化碳气体放到温室里，增加温室空气中的二氧化碳浓度，也就促进了温室里作物的生长，可以因而得到超越平常的产量。但是另一个利用二氧化碳的办法是养殖小球藻。小球藻是在水里繁殖的绿色微小的单细胞藻，它的光合能力很强，能够高效率地利用太阳光里的能量。如果我们把二氧化碳通进养殖小球藻的水里，更能促进它的生长，那就有可能每年在一亩地面积的水池里产生几万斤的小球藻。根据分析，小球藻是富于养分的，含有碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质和维生索，很像是大豆和菠菜的混合物，可以作为猪和其他家畜、家禽的精饲料。有了这种高产量的小球藻，就不怕养上面所说的那5亿头猪了。

六、工业支援农工

我们再来看一看4亿马力的农业机器是多大的规模。如果我们说每1马力的农业机器连一切辅助设备和作业机械在内要200公斤钢铁，那么4亿马力就要8000万吨钢铁。这些机器的平均寿命如果是10年，那就等于说每年得补充800万吨的机器，也就要每年供应大约1000万吨的钢铁。这也就说明了支援农业生产的冶金工业和机械工业规模是不小的。

此外，在农村中，煮饭、热水和冬季取暖所需的燃料也是数量很大的。我们既然把农村中可以做燃料的原料都收集去制造沼气了，而沼气主要是用来发动机器和点灯，只有少量可以用作家庭燃料，这就要我们从农村以外输入燃料，也就是用煤作为农村中家庭燃料。这样我们就有必要注意煤的综合利用。这就是把煤在直接用来燃烧之前，先经过干馏，提出煤气作为合成纤维厂和氮肥厂的原料，剩下来的焦炭，才用来燃烧。5亿农村人口估计每年要用2亿吨焦炭，这样大量的焦炭又需要相应大的煤炭工业来供应。自然，如果上面所讲的100亿吨沼气发酵料能产生更多的沼气，也许焦煤就可以大大地减少，或简直不需要。那么农村里也可以用沼气烧饭，那是更好了。

七、农业生产还远远没有碰顶

上面谈的，都是同农业生产有关的动力、燃料等问题，至于有关农业生产本身的情况又将是怎么样呢？就以今天各处试验田所取得的成绩来看，小面积丰产的单位年产量已经远远超过了农业发展纲要所规定的400斤、500斤、800斤的指标，一般是纲要指标的五六倍。今后通过农业劳动者的创造和农业科学工作者的努力，一定会突破今天的丰产成绩，从而达到更高的单位年产量。我们有这个信心，因为农业生产的最终极限决定于每年单位面积上的太阳光能，如果把这个光能换算农产品，要比现在的丰产量高很多倍，所以我们的生产还远远没有碰顶。

八、将来的农场

最后让我们来看一看将来的农场规模。我们用1万亩地的农场作为平均大小，这个农场大约有3000人，那么依照我们在前面所谈的，这个农场就有2500马力的农业机器。这2500马力中约有1900马力是用沼气机带动的。每天光是为了生产沼气就得用160吨的发酵原料，这些原料就得用一个几米直径和几米高的大罐子来装。如果发酵时间是20天，每天装一个罐子，清一个罐子，那就得20个这样大的罐子，而且一天就得搬运320吨的东西。这些设备，再加上气体压缩和洗涤等设备，就成了沼气工厂。所以将来的农场是包括了许多机械和动力设备的农业生产工厂，正和工业生产工厂一样。农场中除了行政管理人员之外，也得有总工程师、农作物技师、畜牧技师、机械技师以及技术员，他们负责规划和指导生产。此外在各个地区和全国范围内还得有人工气象控制的工程师，保证最好的农业生产环境。这就是农业生产的工业化了。

自然，我们在这里所描写的农业发展纲要40条实现后的农场只不过是一个轮廓，具体的设计方案还要复杂得多。实际上我们在现在也不可能就做好这个具体方案，因为许多事情还要等待深入研究才能得到确实的数据。但是我们现在就应该打开眼界，突破常规，为实现农业上的技术革命而努力；而通过科学技术的研究和试验，在不太远的将来实现我国农业生产的工业化，也就是我们的重大任务和方向。

谈宇宙航行的远景和从化学角度考虑农业工业化(17)(18)

从现在火箭技术的发展进度来看，解决太阳系行星间的星际航行将不是太远的事。有些苏联的科学家认为10年内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，并不等于说我们就解决了宇宙航行的问题。从地球到我们现在所知道的最近的一颗恒星——半人马座的α星，就约有40万亿千米。如果我们用原子反应堆的原子火箭，喷气速度可以达到每秒8千米，再加上多级火箭设计原理，最大速度就有可能达到每秒40千米。但即使这样，用每秒40千米的速度到离我们最近的一颗恒星去也得10000亿秒，也就是31700年！自然，一旦到了那颗恒星上去，我们就可以真地看一看宇宙的奇观：半人马座α星实际上是紧密靠近的三颗恒星，其中一颗比我们的太阳还要大些，其他两颗是光度较小的黄色以及发红的星。在天空中有三个不同颜色的太阳，岂非奇观。

因此到恒星上去的宇宙航行既不是化学燃料的火箭能解决的问题，也不是原子火箭能解决的问题，而是一个超高能燃料的问题。所谓超高能就是燃料释放的能，其所关联的质量要占燃料原来静质量的几分之一。只有用这样燃料的火箭才能达到接近于光的速度，才能用几年的时间达到另一颗恒星附近去，才能去发现新的太阳系。

我们现在所知道的核燃料离开这个要求还很远，裂变燃料所释放的能，其关联的质量还达不到燃料原来静质量的千分之一；就是能量较高的由氘聚变成氦的反应，这个相应数字也只是0.635%。虽说我们知道一个电子和一个正电子能生成一对光子，从而把电子和正电子的内在能量全部变成光能，在这一点上是合乎我们的要求的。但是，我们怎么能装一箱电子和装一箱正电子呢？因此用电子和正电子为火箭燃料还不现实。

我想以任务带学科的精神向物理学家们提出这么一个任务：创造能释放能量当量为静质量几分之一的超高能燃料，并提出利用这种超高能燃料的火箭设计原理。这项任务能带动什么学科呢？它能带动基本粒子的研究，因为看来只有在基本粒子中我们才能找到能量当量为静质量几分之一的反应。例如Ξ-粒子的静质量为电子的2585倍，它蜕变为一个∧°粒子及一个π-粒子。∧°粒子和π-粒子又继续蜕变。Ξ-粒子的最终产物是两个电子、一个质子，其他是静质量为零的微中子。所以最终产物的静质量是1838.1倍电子静质量，所以释放的能量、其关联的质量为静质量的28.9%。我们能不能从本来稳定的物质产生大量的Ξ-粒子，或其他不稳定的基本粒子呢？要解答这个问题我们必须掌握基本粒子的产生、相互作用、蜕变等规律，这也就是对基本粒子物理的研究了。

我们的党已经提出了农业工业化的口号。我想，农业工业化能不能从化学的角度来考虑呢？农业生产中的农、林、牧、副、渔基本上是生物化的过程；而公社中工农业并举中的工业，其中一大部分如综合利用、化肥、农药的生产基本上也是化工过程。所以我们的任务是巧妙地把生物体中的化学过程和机器中的化学过程结合起来，提高生产，强化生产。自然，要实现这样一个复杂交错生产的生产系统，里面有电气化、自动化的问题，但也有尖端的科学问题。如果农作物这样的高级植物也能像菌类一样直接利用有机物，岂不就突破了太阳光能量的限制，那么每亩年产量可以无限制地提高吗？这问题很值得研究。

农业中的力学问题(19)

这几年来，中国人民在党的建设社会主义总路线的光辉照耀下，精神振奋，意气风发，无论在工业战线上农业战线上了都取得了很大的成就，特别是1958年大跃进以来在同一设备条件和土地上，产量提高了许多倍。由于这种生产上飞跃的发展，也就出现了一连串新的科学技术问题，要求科学工作者去解决。我在这里想提出其中一个问题，就是农业高额丰产技术中的力学问题。

我们知道，力学是处理机械设计的问题的，是处理高速飞机设计问题的，是处理水流和气体流动问题的，为什么农业高额丰产里也会出现力学问题呢？

要说明这一点，我们得计算一下在我国平均纬度的地方，一年之中在每亩地上到底有多少太阳光能落在上面。这个能量可以用各种单位来表现。我们在这里选用从水和二氧化碳制造出碳水化合物的斤数来计算，这是因为植物的生长正是利用水和二氧化碳来制造淀粉和纤维这样碳水化合物的，我们算了一下，一年中落在一亩土地上的阳光，一共折合约94万斤碳水化合物。如果植物利用太阳光的效率真的是百分之百，那么单位面积干物质年产量就应该是这个数字：94万斤！自然，高等植物叶子利用太阳光的效率不可能是百分之百，估计最高也不过是1/6，这就是说，单位面积干物质的年产量大约是15.6万斤。但是植物生长中所积累的物质，只有一部分是粮食，像稻、麦这一类作物的谷粒重量，约占总重量的一半，所以照这样算来，单位面积的粮食的年产量应该是7.8万斤。这是说全年三百六十五天都得是晴天。如果因为阴天而损失25%，那么粮食的亩产量应该是5.85万斤。这是说，作物要在全年都生长，如果仅在暖季才长，也许要再打一个2/3的折扣，那么平均亩产量是3.9万斤了。

同样的计算也可以用来估计快速丰产林木的数字。这里相当于粮食的是木材量，也就是每年每亩地上的累积的木材重量。如果是常绿树，全年都长，每亩地的累积木材量是5.85万斤，如果是落叶树，就是3.9万斤，倘若木材属于轻质的，重量按每立方米900斤计算。那么全年都长的常绿树，每亩每年可以累积木材66立方米，而落叶树每亩每年可以累积木材43立方米。

前面所计算的单位面积年产量，无论是粮食或是木材都是理想的极限量。要接近这个指标，必须通过密植、套种等措施，使地面全年充满了足够的绿叶，充分利用太阳光能量。其他如水、肥、土、种、保等一切条件都要配合得十分理想。也就是由于这个缘故，在目前的农业实践中，还没有达到这样的高额丰产。可是我们从一些高额丰产试验田的情况来看，要真的接近这样的丰产极限，必须先解决一个农业中的新问题：通风问题。要实现超高额丰产，必须推行高度密植却带来了通风的困难。如果二氧化碳、空气都不流通，植物也就不能充分利用太阳光。农民科学研究员、陕西乾县烽火人民公社社长王保京搞的田间设计学，研究如何排列田间作物群体来解决通风透光问题，道理也就在这里。通风也是就是气体的流动和传输，尤其在植物茎叶茂密情况下的气体的流动和传输。这正是流体力学的一个好题目。虽然流体力学在近50年来有了非常迅速的发展，但那都是着重在高速气流一方面的。上面所说的，在茎叶间的气流速度却非常慢，而且气体通道曲折复杂，流体力学已有的理论不一定用得上，这是一个力学中的新问题。

1958年我国淡水养鱼技术也有了跃进，每亩水面，一年中产鱼量有高达一万多斤的。这是渔业里的密植。不过，鱼放得多了，鱼的呼吸所消耗的氧气也就多了，因此限制密养丰产的又是通气问题，只不过这里是水中通空气的通气问题，而不是上面所说的田间或林间的通风问题。但是从流体力学的角度来看，这两个问题有它们的相似地方，都是低速流动和气体传输问题，是一个类型的流体力学研究的新课题。

农业里的农、林、渔高额丰产技术，已经把这个新问题提出来了。我们力学工作者愿意和农业科学技术工作者、植物生理学工作者和动物学工作者一道，共同努力来解决这个问题。关于田间密植后的通风研究，已经由中国科学院植物生理研究所带头，开始进行了作物层中的气体浓度和流动速度的测定。现在我国科学领导机构正在组织各有关研究单位，对这些农业生产问题制订了一个全面研究计划，这里面当然也包括力学方面的研究。

我们回顾建国十年来已经取得的伟大成就，看到我们社会主义、共产主义大道上的光辉前景，因而更加信心百倍，阔步前进。我们力学工作者在伟大的中国共产党的领导下，从劳动人民的无穷智慧中吸取养分，得到启发。加上各门学科间的协作和自己的努力，有信心完成这一项研究任务，使高额稳定丰产的理想终于成为现实。

也谈谈“群体概念”(20)(21)

近来大家对在总结农业丰产经验中所提出的群体概念、反馈作用和自动调节问题讨论得很热烈，令人跃跃欲试。我也曾经和植物生理所殷宏章副所长谈过这个问题，自然仍是外行；但也因此要来谈谈自己的看法，以求教于专家们。

我想田中作物的生长可以用下面的方框图来表达各方面的关系（图1中的箭头表示影响的方向）。自然因素像日光、水、风、温度等，人为措施像农业“八字宪法”中所讲的那一全套，再加上群体本身所造成的生长环境，这三者一起给每一个群体中的个体以一定的生长条件。如果这三者结合得好，个体的生长控制得好，终于能给出最高的亩产量。而结合得好还是不好是靠人，是靠三者之中的人为措施。所以这里的群体概念和反馈作用一点也不意味着低估人的作用。相反，起决定性作用的是人；一部机器可以自动化，一条生产线可以自动化，甚而至于一个工厂可以自动化，但自动化的主人还是人。

如果我们搞稀植，每个个体离开其他个体那么远，不会受其他个体的影响，那么就说不上什么反馈作用。反馈作用是在密植条件下，是说个体总和所产生的群体能反过来对个体的生长环境起改变的作用，如改变光照强度、湿度、温度等。在极度密植情况下，群体生长所造成的反馈作用对个体生长来说会比自然因素和人为措施强得多，也就是说强到不管在什么自然因素和人为措施下，也救不活个体，秧苗必然死去。这种极度密植自然不是取得丰产的方法，丰产之道是适度密植。在适度密植条件下，群体的反馈作用仍然很重要，不能忽视，但它不能达到超越自然因素和人为措施的程度。这时该是发挥人的主观能动性，充分利用作物个体生长的规律（即个体生理）和群体反馈作用，在给定的自然因素下夺取丰产。机械化、水利化、化学化的程度越是高，人为措施的力量和幅度就越大，以至能压倒自然因素，在不论什么天时下取得丰产。但只要农业生产是在大田里进行，而不是在工厂里进行，我们的人为措施还是因天而设，自然因素还是要考虑的，方框图仍然是正确的。

如何才能找到效果最好的人为措施？除了总结农业生产经验之外，恐怕还得做大量的实验研究。过去曾经批评过“在花盆里”做实验的方法，那是说脱离了大田自然因素和群体反馈作用的实验，不可能解决农业实践的问题。我看如果现在把大田中作物生长的矛盾抓住了，也还可以回过头来考虑实验室的研究。例如大田中作物群体的反馈作用似乎主要在密闭，把个体关起来；那么为什么不能还是搞“花盆”？不过把花盆密闭起来，控制侧面的光照，控制散热和通风。这样我们可以用不太多的人力物力做大量的试验；又可以在密闭用的隔板上安装各种测量传感器，以及试验用的输气输水管道，实验做起来既方便而又精密。这比起大田试验似乎有它的优点，不知可行得通不？

自然，这种密闭式的花盆试验有点像化学中的试管试验；而且也同化学中的试管试验一样，它不过是大规模生产的第一步：密闭式的花盆试验的结果还是要在“中间工厂”即试验田扩大试验，而最后在大田中推广。所以提出实验室试验并不是不要试验田和大田试验，而是把它们衔接起来，搞成一整套农业科学技术的研究方法。

控制论是一门重要的学科(22)

1961年11月13日　致张鸿庆

张鸿庆同志：

10月25日来信收读，谨提下列三点供您参考：

（1）搞一门学问一定要联系实际；搞控制论而不联系自动化系统的设计问题是弄不出好结果的。在您的讨论班里有自动控制方面的工作者固然是好，但如果不考虑设计问题的需要而搞理论，也将失去生命力。

（2）соподовников的书，我没有看过，所以不能提出确切的意见，但从著书人的声望及书名，以及一般苏联书籍质量高这一点来看，我想从这本书读起也未始不可。反之，我们对von Neunmann及N. Wiener的书必须有所警惕，他们的著作中往往夹杂一些反面的看法。

（3）现在中国科学院数学研究所正在开展控制论的研究，您的讨论班应和他们取得联系。去信可以寄给该所关肇直副所长，他们会对您的讨论班给出帮助。

控制论是一门重要的学科，但要掌握它也不容易。希望您的讨论班能持之以恒努力下去，将来一定能取得成绩的。

此致

敬礼！

钱学森

1961.11.13

注：Von Neumann: John von Neumann，约翰·冯·诺伊曼（1903—1957），美国著明数学家，在纯粹教学和应用数学方面都有杰出的贡献。

N. Wiener: Norbeit wiener，诺伯特·维纳（1894—1964），美国数学家，控制论创始人，1948年出版了《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书。

科学技术支援农业的光辉前景(23)

在亚洲东部一个约占960万平方公里面积的国家中，生活着具有悠久历史的、属于许多个民族的6亿多人民。他们团结在一个伟大的马克思列宁主义政党的周围，在成立13年的短短期间，完成了民主革命的遗留任务，完成了社会主义革命，并向社会主义建设迈开了一大步。他们一直同美帝国主义的侵略政策进行着坚决的斗争，并且抵制了现代修正主义的逆流。这就是我们伟大的祖国。我们前进的道路是一条光辉灿烂的正确道路。

在社会主义建设中，科学技术工作者承担着光荣而艰难的任务：要尽快地从落后的地位，迎头赶上世界科学技术的先进水平。我们有充分信心来完成这个任务，而且我们将主要依靠我们自己的努力，加上国际的支援，来解决我国经济和国防建设中的科学技术问题。因为13年来，特别是在党的总路线、大跃进、人民公社三面红旗指引下，我国的科学技术事业有了很大的发展，已经开始改变旧日的落后面貌。尤其重要的是：我国科学技术工作者，通过广泛的实践，对现代科学技术多方面的内容，取得了进一步认识，走上了自力更生的道路，为今后更大的发展打下了基础。

同其他工作一样，我国科学技术工作当前也应该遵循党所制定的调整、巩固、充实、提高的方针，认真总结经验，发扬成绩，克服缺点，不断进步。我们要重申既定的正确方向：理论联系实际，科学技术为今天和明天的社会主义建设事业服务。只要这样做，我国的科学技术事业就一定能够高速前进。

在展望今后我国科学技术工作的时候，必须注意到农业的重要性。几年来，我国科学技术工作者，对毛泽东同志所提出的以农业为基础的指导思想是认识不足的。要知道，农业不但在今天是一个非常重要的现实问题，而且在将来也是一个重要问题。因此，我国科学技术工作者必须认真研究如何支援农业。不但要研究近期问题，使我国农业过关，较好地满足人民吃、穿、用的需要；而且也要为解决远期问题做好准备，研究将来能够保证全国人民丰衣足食、促进农业更好更大发展的科学技术途径。

从我国农业的特点来看，可以认为解决农业的科学技术问题是个很艰巨的课题。世界上没有一个像我国这样人口多、耕地少的大国已经解决了农业问题，我们几乎没有国际先例可循。农业又与地理条件密切关联，带有很大的地域特殊性，别国的经验也只能做个参考。所以我们必须自己努力，摸索出自己的道路。但从另一个角度来看，支援农业也就因此成为科学技术工作者发挥创造力的广阔天地。参加解决我国的农业问题，会推动我国的科学技术取得独特的成就，也因而会对世界的科学技术做出贡献。

我们解决科学技术支援农业的问题，具有优越的条件。首先是，我们有党的坚强领导。党的以农业为基础的指导思想正在越来越为广大的人民群众所领会、所掌握，形成巨大的物质力量。科学技术工作者在这项工作中，必定能得到各个方面的支持和帮助。

其次，我们必须看到，现代科学技术已经解决了利用原子能的问题，也解决了人进入星际空间的问题。这些极其困难的问题都已解决，难道还不能解决农业中的科学技术问题？农业问题是一个非常广泛的问题，它联系到科学技术的各个方面。只要做一番认真的研究，差不多每一个科学技术分支都会发现它在农业中的用处。不但如此，还要看到长期以来世界各国的科学技术，对农业问题很少注意，所以有很多科学技术上的成果，没有用到农业上去。这些现代科学技术的成果是现成的，正确地运用到农业方面，就能起重要的作用。例如由研究大气环流及太阳活动所形成的长期天气预报技术，对农作物耕种计划就能起指导作用。再如由石油开采所发展起来的多相渗流理论，也可以应用到地下水活动规律的研究，帮助解决农田水利的问题。此外，从长远来看，也有必要把现代科学技术的各个方面联合起来，研究把科学技术的全套“武艺”用到一个人民公社范围的生产上去的可能性，研究在农业充分现代化之后，农业生产又将达到怎样高的水平，它的经济效果又将如何。这样的研究将为我国农业生产技术指出正确的方向。

科学技术支援农业的又一个优越条件，是我国几千年以来积累了丰富的农业实践经验。实践是一切科学创造的泉源，实践经验的感性知识，一旦经过提炼成为理论，成为科学规律，就能指导实践，产生更大的作用。因此，总结我国农业经验是大有意义的。几年来，我国生物科学工作者，在党的号召下，参加了农业丰产经验的总结工作，取得了一定的成绩。但这只不过是工作的第一步。总结我国农业经验是一项艰巨的工作，必须经过较长时期的不懈努力才能完成；而且也不光是生物科学工作者单独能够完成的，还必须有其他方面的科学工作者，如数学、物理力学、化学、地学和电子学等学科的工作者参加。例如总结农业劳动模范的经验就是如此。因为农业劳动模范通过数十年的生产实践，形成了关于某种作物的一套耕作方法，而其核心是用眼、手、脚等感觉器官作为田间生产参数的测量工具，测量结果是决定适当措施的基础，这就是所谓“看苗施肥”等本领。但用人的感觉器官做测量的本领，就是有师傅教，也要有长期实践才能学到手；而且这样的测量也不能表达为具体数据，无法把经验总结成定量的规律。要突破这一关，就必须用科学仪器来代替眼、手和脚，这就需要物理、化学和电子学工作者来创造新仪器了。

由此看来，科学技术工作者支援农业不但是需要的，而且是可能的，是有广阔的前景的。建国以来，我国科学技术工作者已经在国民经济、国防建设和科学储备方面开展了多方面的工作，今后应该大力加强支援农业的工作，使我国科学技术更为全面地发展起来。更好地满足我国社会主义建设的近期和远期的需要。在欢庆我们伟大的新中国建国13周年的时候，让我们全国科学技术工作者，以实现这个伟大的目标来相互勉励吧！

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(1)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：59~61.

(2)　钱学森1954年出版《工程控制论》（英）原版序（译者何善堉，戴汝为）。

(3)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：227~230.

(4)　钱学森的专著《工程控制论》获得中国科学院1956年度科学奖金一等奖后撰写的文章，文章对这门新学科做了通俗的介绍。刊载于《科学大众》1957年5月号。

(5)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：236~238.

(6)　钱学森1957年6月在中国科学院学部第二次全体会议上的讲话。

(7)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：239~241.

(8)　刊载于《政协会刊》1957年第6期。

(9)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：287~290.

(10)　刊载于《人民日报》1958 年4月29日。

(11)　1958 年6月《农业科学》第12期。

(12)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：294~306.

(13)　刊载于《青年共产主义者丛刊》第7集：《人类征服自然界的新纪元》，中国青年出版社，1958年6月。

(14)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：307~313.

(15)　刊载于《科学大众》1958年6月号。

(16)　姜子钢，等．生物能的利用[J].科学大众，1958(4).

(17)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：333~334.

(18)　刊载于《科学通报》1959年第3期。

(19)　1959 年9月25日《知识就是力量》第8-9期合刊。

(20)　顾吉环，李明，涂元季编．钱学森文集（卷一）．国防工业出版社，2012：399~400.

(21)　刊载于《科学报》1961年7月21日。

(22)　涂元季主编．钱学森书信（一）．国防工业出版社，2007：68~69.

(23)　刊载于《红旗》1962年第19期。