从航空界泰斗到“生物力学之父”,47岁,他在科学领域华丽转身

带上信仰

去寻找属于你自己的国吧

哪怕穷尽一生

…

1966年，47岁的他离开了举世闻名的加州理工大学航空系

来到了刚成立不久的圣迭戈分校

47岁，应该是知天命的年纪

对于大多数人来说，或许在公司里安安分分当着自己的小领导

或许在家里过着老婆孩子热炕头的生活

可对于他来说，新的生活才刚刚拉开了帷幕

他是《 Theory of Aero－elasticity 》（《空气弹性力学》，气动—弹性力学领域的经典）的作者

曾经世界上最优秀的航天航空研究者之一

更是开启现代力学研究之门的“生物力学之父”

他的华丽转身被许多科学家称作“最完美的转身”

转身前是国际知名航天专家

转身后却成了生物力学学科创始人

他，就是冯元桢，六院院士

美国国家科学院院士

美国国家工程院院士

美国国家医学院院士

中国科学院外籍院士

中国工程院外籍院士

台湾中央研究院院士

一位充满了传奇色彩的科学家

1919年，冯元桢出生于江苏常州的一个书香门第

他的父亲是一位画家，从小便鼓励他学习工科知识

那是个战火纷飞的年代

军阀混战、日寇侵华…冯元桢的少年时代被笼罩在战争的阴影之下

1937年，他高中毕业，只身一人来到上海参加大学入学统考

而这一年的7月7日，正是卢沟桥事变的日子

和无数的热血青年一样，冯元桢希望能学习到更先进的知识，还击入侵者

一张写着新增中央大学航空学系的布告吸引了他的目光，他毫不犹豫的报了这个系，成为了中国第一批航空系的学生

1944年，美国提供了一份奖学金，资助20名中国学子赴美留学

此时已是航空工程学硕士的冯元桢凭借着优异的成绩拿到了奖学金

他兴冲冲的告别了父母，远渡重洋

可1945年“二战”结束，他只能乘船前往美国

由于海途延误，等他来到加州理工大学，已经是第二年的一月份

校方遗憾的告诉冯元桢，已经把他的奖学金转赠他人

高昂的学习及生活费用给了冯元桢很大的压力

眼看着留学的希望就要落空

幸好一位航空系的教授给了他一个实验室助理的职位

在这位教授的帮助下，他顺利完成了学业

两年后，他拿到了加州理工大学航空工程与数学的博士学位

成绩优异的他，留在了加州理工大学任教

1940年11月7日，刚建成4个多月的塔科马海峡吊桥断裂倒塌，举世震惊

冯元桢对此现象感到无比的好奇

风是如何将一座如此坚固的吊桥在那么短的时间内摧毁的？

在没有人支持的情况下

冯元桢利用学校里一个闲置的风洞做起了实验

1955年，他出版了专着《 Theory of Aero－elasticity 》

一举成为了航天航空领域的佼佼者

这一年，他36岁

这时候的冯元桢是航空领域的知名学者，加州理工大学教授，还有贤惠的妻子和可爱的孩子，如果照现在的说法，他已经可以说是人生赢家了。

可就在他38岁的那一年，一件事情改变了他的整个学术生涯

1957年，冯元桢来到德国哥廷根大学休假

这是个十分自由的学术圣地，以数量丰富的藏书闻名世界

就在冯元桢沉浸于哥廷根大学的知识海洋中的时候

一个不幸的消息传来

他远在国内的母亲生病了

远在异国他乡的冯元桢十分担心母亲的病情

他整天泡在哥廷根大学的生理学图书馆中阅读生理学着作

还把查阅到的资料寄给了国内给母亲治病的大夫

他说，“希望自己在母亲生病的时候能提供一些正确的建议给她”

他希望自己的研究可以对母亲有所帮助

在阅读生理学着作的过程中

冯元桢看到了一般生理学家没看到的那些东西

他想，在人体运动、血液循环这些生理活动的过程中，力的作用都是不可或缺的

那是否能通过对生物体内的力学研究来分析疾病的产生机制，从而为疾病的预测和治疗提供帮助呢？

这，是个从未有人涉足过的领域，就像可可西里的无人区，神秘而充满了吸引力

回到加州理工大学的冯元桢，决心要将力学与生物学研究结合在一起，开辟出一条新的道路

而此时他已近中年

在此之前，冯元桢对生理学完全一窍不通

他不知道人体的解剖结构，不知道生理现象，不知道医生对什么问题感兴趣

周围的人知道了他的想法，也不禁说到，“这样的研究有什么价值和意义呢”

可在冯元桢看来，年龄并不是太大问题，兴趣才是支持他研究下去的动力

既然没有基础，那么找个学生理学的好朋友一起学习或许是最好的方法

幸运的他找到了两个好搭档，Sobin和Zewifach，他们是十分优秀的生理学家

冯元桢一边向他们请教生理学知识，一边学习解剖实验的做法

渐入佳境的冯元桢惊喜的发现

一些常见的生理学问题都绕不开力学的分析

比如血管硬化，就是因为血液在病变部位的流动发生了紊乱

对血液流动动力学的规律的研究可以帮助解决很多问题

可当冯元桢想进一步开展实验时，另一个绕不开的问题又来了——科研经费

任何研究的深入都需要大量的经费支持，不然是无法进行下去的

这时，已经47岁的冯元桢做出了一个令所有人瞠目结舌的决定

从加州理工大学航空系辞职

成为了第一个也是唯一一个从这个系离开并转行的人

他来到了刚刚创建的加州大学圣迭戈分校

这里给了他更自由的科研空间

接下来的日子里，冯元桢全心全意投入了生理学与力学的交叉领域的研究

他每天工作十几个小时，经常凌晨2点多就起床工作

他的好友，中国爆炸学家郑哲敏说，“他是很勤奋的，经常看到他在家里哪怕一只手抱着孩子，另一只手也拿着资料在看”

每到周六，他和同事都早早的起床

摸黑开着车前往离家几百公里的医院听病例讨论会

他说，“只有了解医生们发现的实际问题，才能知道研究应该从何处入手”

冯元桢最初的研究是从血液流动动力学入手

在他的实验室中，挂着一张人体肺部血管图，这是他最得意的作品

在没有这张图之前，医生们并不知道人体肺部的血管分布情况

人体内的循环可以分成体循环和肺循环

肺循环在机体内所占的空间很小，但其血流量与体循环基本相同

肺循环中的毛细血管分布十分广泛，微动脉呈多向分布，形成多个肺泡毛细血管片

通过传统的解剖学手法，很难将肺部血管的分布弄清楚

可是肺部血管受力异常，可能会引起一种极为严重的疾病——肺动脉高压

肺动脉高压是一种极度严重的疾病。75%的患者集中于20～40岁年龄段，15%的患者年龄在20岁以下。肺动脉高压的症状包括：呼吸短促、易于疲劳、晕厥、胸痛以及腿部和踝部水肿。诊断后中位生存期仅为2～3年。

冯元桢通过建立肺毛细血流片层流动（Sheet flow）模型

研究出了肺血流动力学的规律

从而建立了肺部血管的分布情况图

肺毛细血流片层流动模型：

在肺循环中，小动脉与小静脉之间的毛细血管位于肺泡间隔膜的中间，形成非常密集的血管网。

在这种毛细血管中流动的血液可以视为由两弹性薄膜所限定的血液薄片，当血压增大时，薄膜会鼓起来，薄片的厚度也将增大。这些毛细片的长度与横向尺寸几乎是同一数量级。

与体循环不同的是，体循环的毛细血管由于被周围组织所包围，可认为是刚性的，而肺循环的毛细片的上、下两壁与肺泡相邻，则富有弹性。

而事实证明，这张肺部血管分布图为临床疾病的诊断与治疗提供了极大的帮助，这让冯元桢感到十分的欣慰

当几乎人都不看好他的时候，他走出了一条新路

他用力学的方法来研究生物组织，从此创立了一门新的学科——生物力学

接下来的几十年里，他收获了无数的奖项

1975年，国际微循环学会的Landis奖

1976年，美国土木工程学会的von Karman 奖

1978年，美国机械工程师学会的 Lissner 奖

1981年，“百年大奖“

1984年，Worcester Reed Warner 奖

1986年，国际生物流变学会的 Poiseuille奖

1989年，美国生物医学工程学会的ALZA奖

1992年，Timoshenko 奖

1994年，Melville 奖

1998年，美国工程院“奠基者奖“ (Founders Award)奖

2000年，美国科学最高荣誉美国科学奖，并由克林顿总统在白宫颁奖。他是第一位获此奖章的生物学家，也是当时唯一的获奖的工程师。

2007年，“拉斯奖”（Russ prize）（学术地位堪比诺贝尔奖）。以表彰他“鉴别与确定人体组织的结构与功能，使之有助于创伤的预防及减轻”的贡献。

虽远离故土几十年，可冯元桢从未忘记过自己的祖国

他十分关心祖国科学技术的发展

自70年代中美关系解冻后，他是最早来华访问的学者之一

他曾多次在国际学术会议的讲坛上自豪的说，“我是中国人”

如今，距离他做出那个重要的决定已经过去了半个多世纪

现已近百高龄的他仍会去到学校为他保留的实验室做研究

他未曾想过会有今天这样的成就

这位“生物力学之父”只信仰一个教条

听从自己内心的声音

永不放弃对未知的探索

生命不息

奋斗不止

原文发布时间为：2016-10-04

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