不怕学霸学习好，就怕学霸好学习

不怕学霸学习好，就怕学霸好学习

---- 记“生物力学之父”冯元桢先生学术生涯的华丽转身

冯元桢（Yuan-Cheng Fung，1919.9.15-2019.12.15），祖籍江苏武进，国际知名学者，生物力学开创者及奠基人，被誉为“生物力学之父”。生前为美国国家工程院院士(1979)，美国国家医学研究院院士(1991)，美国国家科学院院士(1992)，中国科学院外籍院士(1994)，中国工程院外籍院士(2005)及台湾“中央研究院”院士(1966)。

获得多项令人难以望其项背的奖项荣誉：1975年，国际微循环学会的最高奖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，美国机械工程师学会「百年大奖」；1984年，美国机械工程师学会的Worcester Reed Warner奖；1986年，国际生物流变学会的最高奖Poiseuille奖；1989年，美国生物医学工程学会的ALZA奖；1992年，全球应用力学界最高奖项Timoshenko奖；1994年，美国机械工程学会颁发的机械工程领域的最高论文奖Melville奖；1998年，美国工程院Founders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；2007年，美国国家工程院Russ奖（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”的卓越贡献。

1986年美国机械工程学会设置了“冯元桢青年研究工作者奖” 以表彰冯元桢对科学和科学教育的献身精神。2019年国际天文学联合会将一颗小行星命名为“冯元桢星”以表示对他的崇敬。

1．学霸的养成从小开始

1919 年，冯元桢出生于江苏常州的一个书香之家，冯元桢的父亲冯重光是当地知名的画家。冯元桢的童年在横林余巷村度过。

冯元桢家姊妹兄弟7人，他排行老二，是家里的大哥。在冯家人的回忆里，冯元桢自幼就十分好学、肯钻研。冯元桢大姐家的2个儿子高朋、高明回忆，从小母亲就让他们把舅舅看作学习的榜样去努力：“他在课堂上总是刨根问底，有时候把老师都难住了；生病发热一烧退马上学习，特别抓紧时间；夏天蚊子多，他把脚放到坛子里，坚持读书。”

冯元桢最小的妹妹冯玠尚在常州生活，她告诉记者：“我父亲还有弟兄两个，我哥哥出生，是三房唯一男孩，十分受宠爱。但是，他从小就很自觉、很勤奋、爱钻研。听我母亲说，哥哥在很小的时候可以把家里的钟定定心心拆开、再定定心心装回去。”

在余巷小学毕业后，冯元桢随在京工作的父亲进了北京四中读初一。而后，他又随父返乡，就读于常州武进县立初中，后在苏州高中读书。

2．学霸有志不在年高

1937年夏，冯元桢高中毕业，准备报考南京中央大学(南京大学前身)机械工程系。其时，日军侵略我国，日军飞机不时在头顶盘旋。国难当头，他当即改考中央大学新设的航空系。青少年时期的记忆让他深知中国生存最需要的就是飞机。冯元桢于1941年毕业于中央大学航空工程系，后留校任教，同时攻读研究生，于1943年获硕士学位。

1943 年他迎来人生的第一次转折，利用美国提供的研究生资助名额，冯元桢辞别父母、远渡重洋，开始异国深造之路。中间经历了路途延误与奖学金转赠他人等各种挫折与磨难，眼看留学希望落空。幸而他的导师——美国加州理工学院的Ernie Sechler教授慧眼识珠，为其提供了一份助理教授的工作，他们一起在飞机后掠翼设计、壳体屈曲、洲际弹道导弹基础硬化、火箭结构、燃油晃荡等多个方向有着密切的合作，奠定了冯元桢在航空学领域的坚实基础。

1948年他以非凡的毅力和优异的成绩获得加州理工学院航空工程与数学的博士学位，并留校任教。1955 年，他出版了力学与工程学专著《Theory of Aero-elasticity》，成为气动-弹性力学领域的经典著作，从而一举成为了航天航空领域的佼佼者，在航空领域的学术圈内有着崇高的地位。这一年，他 36 岁。1959年他任加州理工学院教授。

3．充满传奇色彩的转行之路

1966年以前，冯元桢主要从事航空工程和连续介质力学方面的研究并取得卓著成果。1966年以后致力于新兴交叉领域——生物力学的开拓，是圣迭戈加州大学生物工程学系的主要创办人之一，是举世公认的生物力学的开创者和奠基人，人称“生物力学之父”。在这一领域内，冯元桢和他的实验室取得了三个具有里程碑性质的成就，即生物软组织本构关系的研究、肺血流动力学规律的研究以及生物组织器官生长和应力关系的研究。

说起冯先生学术生涯的华丽转型，那就不得不提及这背后的传奇故事。

1957年，他带着戈根汉基金学术奖金去德国一年。而留在中国常州的母亲患上了严重的青光眼。正在德国讲学的冯元桢听说后十分焦虑，身为人子却不能侍奉床前，冯元桢的内心万分煎熬。为尽己所能，他开始研究生理学，希望自己能在母亲生病的时候提供一些正确的建议给她。他翻阅了不少有关青光眼的文献，并将译文邮寄给国内的医生。他对母亲说：“如果你不会使用，就把资料交给你的外科医生。”母亲的手术很成功，她的外科医生很感谢冯元桢。他在德国的航空动力研究院的街对面是哥廷根生理研究院。冯元桢非常欣赏那里的图书馆和设施。母亲手术的成功，也激起了冯元桢对生物医学领域的兴趣，开始了发奋自学。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。

科学家的眼光是敏锐且超前的，在阅读生理学著作的过程中，拥有工程力学知识背景的冯元桢看到了一般生理学家未曾注意的东西。他发现当人体血压变化时，血管会很快自我重塑。通常，血管的内壁会自动增厚，在两到三天内其厚度增加一倍。然后血管外壁随之变厚，约于10天内翻倍。此外，血管壁中的残余应力也会改变。他想，在人体运动和血液循环这些生理活动的过程中，内外力的作用都是不可或缺的，残余应力的施加是否会引起疾病的产生呢？冯元桢想要验证这个有趣的猜想。然而隔行如隔山，毫无人体生理学、解剖学、组织学背景的工学博士，要研究医学问题谈何容易？为更好地进行医学研究，他从加州理工学院航空系辞职，成为第一个、也是唯一一个离开这个系并转行的人；那时他已过不惑之年，年近半百。他转到圣迭戈加州大学从事生物力学相关的科学研究——从此开启了他“开挂”的人生。

1966年，冯元桢在加州大学从零开始，建立了全美也是国际上第一个生物工程系，采用数学分析方法及工程实验来研究生理学，用力学分析方法来研究生物组织。在身为名医的妻子喻娴才教授的支持与鼓励下，在两位杰出的生理学家Sobin和Zewifach的合作下，他和所有医学实习生一样，学习人体解剖，驱车几百公里到医院参加病例讨论会，一步步学习活组织、器官的生理和力学机理，了解医生认为无法解决或解决得不好的问题。研究最繁忙时，半夜两三点睡觉是常事。他一边阅读医学文献、一边照顾年幼的孩子是家常便饭。

冯元桢的刻苦学习和勤奋钻研取得了丰硕的回报成果。他在发现人体血球、血管、微循环方面取得了重大突破，发表了先驱性的“红细胞的零压力结构理论”，创立了著名的“冯氏毛细血管隧道理论”。 他研究发现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”。冯元桢说，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。他领导实验室取得了3个里程碑性质的科研成果：一是生物软组织本构关系的研究，使得人和其他动物的生理和病理可以用数学的形式及物理、化学的分析来表达；二是以肺毛细血流片层流动(Sheet flow)模型为核心的肺血流动力学规律的研究，得出肺部血管的分布图，对临床疾病的诊断和治疗提供了极大帮助，这是传统解剖学手法很难弄清楚的；三是生物组织器官生长和应力关系的研究，提出的 “冯元桢假说”，奠定了新兴的“组织工程学”基础。在冯元桢的领导下，圣迭戈加州大学的生物工程研究与教学声名卓著、成果丰硕，并为开创新的医学疗法和增进人类健康建树良多，赢得了国际公认的领导地位。1999年10月，该校将新建教学大楼的大礼堂冠名为“生物力学之父冯元桢”礼堂。

1981 年起，他相继出版了《生物力学—活组织的力学特性》、《生物力学—血液循环》和《生物力学—运动、流动、应力和生长》3 本生物力学经典专著并被译为多国文字，这套专著的问世是生物力学学科发展的里程碑。这些成就为临床疾病的诊断与治疗提供了极大的帮助，拯救了无数患者的宝贵生命。冯元桢是第一位将工程理论应用在医学诊断、治疗和预防的开拓者。随后带动了国内外大批科学工作者投身于生物力学的研究——当初的“星星之火”，现在已经发展为“燎原之势”！

当有人问冯元桢“您是一位已有建树的航空动力学家，为什么决定转入生物力学的研究呢？”时，他回答到：“有个时期我对生物工程学发生了兴趣，鸟飞鱼游、人体运动、血液循环、人工脏器等，都有力的作用在里面。那个时候学力学的人很少做生理研究，也没有生物工程系。从航空动力学的研究改到生物力学的研究是改行，改行就是换个方向做题目。人体也是一个工程，是比飞机系统稍为复杂一点的工程。人体工程研究的吸引力太大啦，超过了飞机对我的吸引，因此就决定转到生物力学的领域里。改行是危险的，因为你知道自己有兴趣，但并不知道是否会有结果；可是做学问，吸引力的作用更大，让你值得去花功夫。”

不怕学霸学习好，就怕学霸好学习。冯元桢这种顽强拼搏的意志品质，伴随了他的一生。从航空泰斗到“生物力学之父”，冯元桢跨越百年的传奇人生永不谢幕，他的精神必将照耀着“后浪”继续前行……

后记：生物力学（Biomechanics）研究生物与力学有关的问题。它的内容十分丰富，从鸟飞、鱼游到鞭毛和纤毛运动；从人的整体到各个器官，包括血液、体液、气体和水分的运动，以及植物体内水分的输运等——冯元桢语。学医的同学想必对此不会陌生，椎间盘退变、脊椎矫正、心脏辅助装置等与生物力学息息相关。对于普通百姓来说，日常生活中的行走坐卧都有生物力学的科学机理。更广泛地说，凡是有生命的地方都蕴含着丰富的生物力学问题。跟着我的微信公众号“医用生物力学”，一定会了解到更多身边的生物力学科普知识。或许某天您受到启发也来个华丽转身，跨界从事了生物力学的研究，一举成了“生物力学之母”或者“生物力学之子”也有可能——梦想还是要有的，万一实现了呢！