從航空界泰鬥到“生物力學之父”,47歲,他在科學領域華麗轉身

帶上信仰

去尋找屬於你自己的國吧

哪怕窮盡一生

…

1966年，47歲的他離開了舉世聞名的加州理工大學航空係

來到了剛成立不久的聖迭戈分校

47歲，應該是知天命的年紀

對於大多數人來說，或許在公司裏安安分分當著自己的小領導

或許在家裏過著老婆孩子熱炕頭的生活

可對於他來說，新的生活才剛剛拉開了帷幕

他是《 Theory of Aero－elasticity 》（《空氣彈性力學》，氣動—彈性力學領域的經典）的作者

曾經世界上最優秀的航天航空研究者之一

更是開啟現代力學研究之門的“生物力學之父”

他的華麗轉身被許多科學家稱作“最完美的轉身”

轉身前是國際知名航天專家

轉身後卻成了生物力學學科創始人

他，就是馮元楨，六院院士

美國國家科學院院士

美國國家工程院院士

美國國家醫學院院士

中國科學院外籍院士

中國工程院外籍院士

台灣中央研究院院士

一位充滿了傳奇色彩的科學家

1919年，馮元楨出生於江蘇常州的一個書香門第

他的父親是一位畫家，從小便鼓勵他學習工科知識

那是個戰火紛飛的年代

軍閥混戰、日寇侵華…馮元楨的少年時代被籠罩在戰爭的陰影之下

1937年，他高中畢業，隻身一人來到上海參加大學入學統考

而這一年的7月7日，正是盧溝橋事變的日子

和無數的熱血青年一樣，馮元楨希望能學習到更先進的知識，還擊入侵者

一張寫著新增中央大學航空學係的布告吸引了他的目光，他毫不猶豫的報了這個係，成為了中國第一批航空係的學生

1944年，美國提供了一份獎學金，資助20名中國學子赴美留學

此時已是航空工程學碩士的馮元楨憑借著優異的成績拿到了獎學金

他興衝衝的告別了父母，遠渡重洋

可1945年“二戰”結束，他隻能乘船前往美國

由於海途延誤，等他來到加州理工大學，已經是第二年的一月份

校方遺憾的告訴馮元楨，已經把他的獎學金轉贈他人

高昂的學習及生活費用給了馮元楨很大的壓力

眼看著留學的希望就要落空

幸好一位航空係的教授給了他一個實驗室助理的職位

在這位教授的幫助下，他順利完成了學業

兩年後，他拿到了加州理工大學航空工程與數學的博士學位

成績優異的他，留在了加州理工大學任教

1940年11月7日，剛建成4個多月的塔科馬海峽吊橋斷裂倒塌，舉世震驚

馮元楨對此現象感到無比的好奇

風是如何將一座如此堅固的吊橋在那麼短的時間內摧毀的？

在沒有人支持的情況下

馮元楨利用學校裏一個閑置的風洞做起了實驗

1955年，他出版了專著《 Theory of Aero－elasticity 》

一舉成為了航天航空領域的佼佼者

這一年，他36歲

這時候的馮元楨是航空領域的知名學者，加州理工大學教授，還有賢惠的妻子和可愛的孩子，如果照現在的說法，他已經可以說是人生贏家了。

可就在他38歲的那一年，一件事情改變了他的整個學術生涯

1957年，馮元楨來到德國哥廷根大學休假

這是個十分自由的學術聖地，以數量豐富的藏書聞名世界

就在馮元楨沉浸於哥廷根大學的知識海洋中的時候

一個不幸的消息傳來

他遠在國內的母親生病了

遠在異國他鄉的馮元楨十分擔心母親的病情

他整天泡在哥廷根大學的生理學圖書館中閱讀生理學著作

還把查閱到的資料寄給了國內給母親治病的大夫

他說，“希望自己在母親生病的時候能提供一些正確的建議給她”

他希望自己的研究可以對母親有所幫助

在閱讀生理學著作的過程中

馮元楨看到了一般生理學家沒看到的那些東西

他想，在人體運動、血液循環這些生理活動的過程中，力的作用都是不可或缺的

那是否能通過對生物體內的力學研究來分析疾病的產生機製，從而為疾病的預測和治療提供幫助呢？

這，是個從未有人涉足過的領域，就像可可西裏的無人區，神秘而充滿了吸引力

回到加州理工大學的馮元楨，決心要將力學與生物學研究結合在一起，開辟出一條新的道路

而此時他已近中年

在此之前，馮元楨對生理學完全一竅不通

他不知道人體的解剖結構，不知道生理現象，不知道醫生對什麼問題感興趣

周圍的人知道了他的想法，也不禁說到，“這樣的研究有什麼價值和意義呢”

可在馮元楨看來，年齡並不是太大問題，興趣才是支持他研究下去的動力

既然沒有基礎，那麼找個學生理學的好朋友一起學習或許是最好的方法

幸運的他找到了兩個好搭檔，Sobin和Zewifach，他們是十分優秀的生理學家

馮元楨一邊向他們請教生理學知識，一邊學習解剖實驗的做法

漸入佳境的馮元楨驚喜的發現

一些常見的生理學問題都繞不開力學的分析

比如血管硬化，就是因為血液在病變部位的流動發生了紊亂

對血液流動動力學的規律的研究可以幫助解決很多問題

可當馮元楨想進一步開展實驗時，另一個繞不開的問題又來了——科研經費

任何研究的深入都需要大量的經費支持，不然是無法進行下去的

這時，已經47歲的馮元楨做出了一個令所有人瞠目結舌的決定

從加州理工大學航空係辭職

成為了第一個也是唯一一個從這個係離開並轉行的人

他來到了剛剛創建的加州大學聖迭戈分校

這裏給了他更自由的科研空間

接下來的日子裏，馮元楨全心全意投入了生理學與力學的交叉領域的研究

他每天工作十幾個小時，經常淩晨2點多就起床工作

他的好友，中國爆炸學家鄭哲敏說，“他是很勤奮的，經常看到他在家裏哪怕一隻手抱著孩子，另一隻手也拿著資料在看”

每到周六，他和同事都早早的起床

摸黑開著車前往離家幾百公裏的醫院聽病例討論會

他說，“隻有了解醫生們發現的實際問題，才能知道研究應該從何處入手”

馮元楨最初的研究是從血液流動動力學入手

在他的實驗室中，掛著一張人體肺部血管圖，這是他最得意的作品

在沒有這張圖之前，醫生們並不知道人體肺部的血管分布情況

人體內的循環可以分成體循環和肺循環

肺循環在機體內所占的空間很小，但其血流量與體循環基本相同

肺循環中的毛細血管分布十分廣泛，微動脈呈多向分布，形成多個肺泡毛細血管片

通過傳統的解剖學手法，很難將肺部血管的分布弄清楚

可是肺部血管受力異常，可能會引起一種極為嚴重的疾病——肺動脈高壓

肺動脈高壓是一種極度嚴重的疾病。75%的患者集中於20～40歲年齡段，15%的患者年齡在20歲以下。肺動脈高壓的症狀包括：唿吸短促、易於疲勞、暈厥、胸痛以及腿部和踝部水腫。診斷後中位生存期僅為2～3年。

馮元楨通過建立肺毛細血流片層流動（Sheet flow）模型

研究出了肺血流動力學的規律

從而建立了肺部血管的分布情況圖

肺毛細血流片層流動模型：

在肺循環中，小動脈與小靜脈之間的毛細血管位於肺泡間隔膜的中間，形成非常密集的血管網。

在這種毛細血管中流動的血液可以視為由兩彈性薄膜所限定的血液薄片，當血壓增大時，薄膜會鼓起來，薄片的厚度也將增大。這些毛細片的長度與橫向尺寸幾乎是同一數量級。

與體循環不同的是，體循環的毛細血管由於被周圍組織所包圍，可認為是剛性的，而肺循環的毛細片的上、下兩壁與肺泡相鄰，則富有彈性。

而事實證明，這張肺部血管分布圖為臨床疾病的診斷與治療提供了極大的幫助，這讓馮元楨感到十分的欣慰

當幾乎人都不看好他的時候，他走出了一條新路

他用力學的方法來研究生物組織，從此創立了一門新的學科——生物力學

接下來的幾十年裏，他收獲了無數的獎項

1975年，國際微循環學會的Landis獎

1976年，美國土木工程學會的von Karman 獎

1978年，美國機械工程師學會的 Lissner 獎

1981年，“百年大獎“

1984年，Worcester Reed Warner 獎

1986年，國際生物流變學會的 Poiseuille獎

1989年，美國生物醫學工程學會的ALZA獎

1992年，Timoshenko 獎

1994年，Melville 獎

1998年，美國工程院“奠基者獎“ (Founders Award)獎

2000年，美國科學最高榮譽美國科學獎，並由克林頓總統在白宮頒獎。他是第一位獲此獎章的生物學家，也是當時唯一的獲獎的工程師。

2007年，“拉斯獎”（Russ prize）（學術地位堪比諾貝爾獎）。以表彰他“鑒別與確定人體組織的結構與功能，使之有助於創傷的預防及減輕”的貢獻。

雖遠離故土幾十年，可馮元楨從未忘記過自己的祖國

他十分關心祖國科學技術的發展

自70年代中美關係解凍後，他是最早來華訪問的學者之一

他曾多次在國際學術會議的講壇上自豪的說，“我是中國人”

如今，距離他做出那個重要的決定已經過去了半個多世紀

現已近百高齡的他仍會去到學校為他保留的實驗室做研究

他未曾想過會有今天這樣的成就

這位“生物力學之父”隻信仰一個教條

聽從自己內心的聲音

永不放棄對未知的探索

生命不息

奮鬥不止

原文發布時間為：2016-10-04

本文來自雲棲社區合作夥伴“大數據文摘”，了解相關信息可以關注“BigDataDigest”微信公眾號