《校友通讯》

生物力学之父冯元桢的故事

发布时间:2009年11月16日来源:校友总会浏览次数:2345

   2000年12月1日,美国总统克林顿在白宫椭圆形办公室向12位科学家颁发国家最高科学奖——国家科学奖章,祝贺他们在社会方针政策、神经科学、生物学、化学、生物工程学、数学、物理学和地球与环保科学等领域开拓了新的方向。
  冯元桢教授是获奖的12位科学家之一。他是美国国家科学院、医学院及工程院院士,也是我国科学院外籍院士,中央研究院院士。他于1948年在加州理工学院获博士学位,为该院航空学教授。1966年他从加州理工学院转到加州大学(圣地牙哥),从航空学转到生物工程。他结合力学方法和生物学方法,研究不同层次生命体结构和功能的定量关系,创立了生物力学,被誉为生物力学之父。
  冯于1919年出生于江苏省常州市一个书香之家。父亲是中国古典文学学者、音乐家、美术家、诗人。冯自幼聪颖好学,并富于艺术细胞。学理工,但也爱好文艺,特别喜爱陶渊明的诗文。还精于雕刻,在他的英文著作《生物力学》扉页后空白页上,印有他雕刻的十枚图章:“贵阳易家训”、“少小同游”、“一生知已”、“陶陶然”、“甘苦与共”、“喻娴士”(冯夫人)及子女名。
  他的少年时代处于军阀混战,日寇侵华,抗日战争,生活笼罩在战争的阴影中。1937年从江苏苏州中学高中部毕业之际,卢沟桥事变,抗日战争爆发。他到上海参加大学入学统考,见报名处墙上贴着一张布告,写着中央大学新增航空学系。他激动地报了这个系,想要学好本领,还击入侵者。他考取了。中央大学从南京迁到大后方重庆沙坪坝。那里的条件十分艰苦,但有着一流的师资和浓厚的学习氛围。
  1994年,一个10余人的美国教授访华团来到中国。一位教授问中国教育部长:“以前,我们有中国研究生,可是近年来不再见到,为什么?”教育部长解释说,那是由于战争,政府无力派送留学生出国。教授又问:“如果我们能弄得到奖学金,你们让他们去吗?”回答当然是肯定的。第二年,该访华团竟从美国各地学校获得了40多份奖学金。于是中国教育部举行了全国范围内的统考,选拔人才。冯说,他很幸运地被选中了由加州理工学院所提供的位置。
  冯于1946年1月到达加州理工学院。当他向赛克勒教授报到时,教授婉惜地说:“你来晚了两年,奖学金已经给了别人。”冯在出国前未获悉此事。不过冯十分幸运。这位航空学教授非常和善,接受冯做他的助手。冯说,他得到了世界上最好的机会,教授允许他旁听任何课程,有足够自信时还可参加考试。教授说:“如果你考试及格,我们就为你记录在案。”冯就此取得了博士学位的初步条件。
  冯是在中央大学获航空学硕士学位的。那时国内有些教授用英语讲课,冯的英语很好,所以到了美国马上就能听懂讲课,并能参加考试。头9个月他旁听和参加考试。到秋季开学,便着手准备论文研究。他的论文是有关对飞机设计十分重要的气动弹性理论的新领域。冯研究飞机和导弹的空气动力学和结构弹性力学结合的基本原理。他1946年到加州,经过短短两年的时间,于1948年就获得博士学位,成为航空学教授。但后来,他的兴趣转移到生物学和生理学,离开了航空学领域。
  冯对生物医学发生兴趣最初是出于个人原因。1957年他带着戈根汉基金学术奖金去德国一年。得知他母亲患上了严重的青光眼。焦虑中他查阅了不少有关青光眼的美国文献,每周寄去一些译文或择要。他对母亲说:“如果你不会使用,就把资料交给你的外科医生。”十几年后,1973年,冯回到中国。母亲的手术很成功,她的外科医生很感谢冯。
  在德国度假时,他所在的航空动力研究院的街对面是哥廷根生理研究院。冯非常欣赏那里的图书馆和设施。那里激起了他对生物医学领域的兴趣。他发觉生物学的知识十分宽广,充满着有趣的非线性问题,是个十分吸引人的领域。
  从德国回到加州,他开始研究生理学。几年后他觉得需要用百分之百的时间研究它,不愿让别的工作影响它削弱它。这就是他1966年转到加州大学(圣地牙哥)的原因。他要在加州大学从零开始建立全新的生物工程。他用数学分析方法及工程实验来研究生理学。首先研究血液循环、血管、血管弹性和血细胞的力学。他的合作者有他的同事、著名的微循环生理学家本杰明·兹韦费克,有加州理工学院校友1963年博士马可斯·英塔格利塔,等等。
  接着,冯研究和阐明肺的血液循环。他和同事锡德·索宾、颜荣次,及几个学生一道提出、测试和建立了肺的薄片流理论。这个理论认可这么一个真相,即肺的毛细血管根本不像一片管子,倒象是具有柔韧的屋顶和支柱的“地下车库”。冯说,当这个理论应用到肺的各个部分,它可以解释和预测许多临床观察现象,包括肺的血流、水肿、高血压等。它可以解释为什么汽车的汽袋碰撞到肺,引起超音速的震动,会给肺,特别是幼儿的肺,造成威胁。
  冯又扩充范围,研究心脏、肠、高血压、迫于压力重新塑造的组织、组织工程,等等。他用力学分析方法来研究生物组织,在生物力学的领域中提出新的概念。他的研究结果有助于解决重要的生物医学问题。冯说:“我相信我们大家付出的辛勤努力是会造福人类的。”
  82岁高龄的冯元桢年老不服老。2001年他又制定了一个下五年的研究计划,已经得到科学基金的支持。同年他又出版了两本书。一为《生物工程引论》,另一为《传统的和计算的固体力学》。前者讲今日之事,后者是他35年前出版的《固体力学的基础》一书的再版。这样,他的十几本著作都提升到今日的面貌了。冯自嘲说:“免去已成古董之讥。”
  美国国家科学奖章第一次于1962年颁给西奥多·冯·卡曼。四十年来全国已有386名科学家荣获此奖。此次冯元桢是偕同夫人喻娴士前去领奖的。他们带着与克林顿总统的合影愉快地走出椭圆形办公室。
注:一、本文主要根据以下材料编译:
  1美国电子电工学会历史组组长里克·尼贝克尔访问冯元桢的谈话记录。
  2加州理工学院校刊2000年第34卷第4期。
  3中国科学院力学研究所《力学进展》2001年第31卷第3期。
二、中央研究院在台湾省,于1927年创始于北京。第一届包括姜立夫、华罗庚、吴有训、李四光、秉志、冯友兰、胡适、柳诒徵、顾颉刚、赵元任、郭沫若、马寅初等。