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标 题: 力学与其它现代前沿学科怎样交叉.(越是时髦的现代物�
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月27日10:28:10 星期二), 站内信件
标题：力学与其它现代前沿学科怎样交叉.(越是时髦的现代物理越贴近力学)
by aeroplan @simwe.com
力学与其它学科的交叉
在力学2000年的会上,数力学部白以龙理事提到了量子力学,电动力学,相对论力学
也是由借助力学学科的发展成果
而形成和发展的问题.本文以为到今天这些学科的发展还离不开力学.它们是不是还属于力
学范畴,力学家可以如是说,物理学家一般认为自己已经独立了,其实边界是十分模糊的.
力学中的交叉学科的分类本身就是一门科学,他有各种不同的方法,一种说法是按照钱
学森的系统工程方法学科交叉来分,另一种说法由三部分组成，第一部分由力学学科内部不
同分支学科所组成，第二部分由力学与其他学科交叉组成。前者如流体弹性力学，后者如
物理力学，化学流体力学等。第三部分则兼有前两者的特点，如爆炸力学、物理化学渗流
、材料力学性质、生物力学等。交叉(分支)学科，并非两个学科或分支学科的简单加合，
它基于其源学科但又有区别.
诚然,20世纪力学与其它学科交叉对推动科学和工业的发展起了巨大的作用。这种交叉
不仅不会结束，而且其广度和深度还一定会不断增加。 这里只强调提出其他几个愚以为将
在21世纪对人类对世界的认识有重大影响的交叉领域，它们是力学与量子力学的交叉,力学
与电动力学的交叉,力学与生命科学的交叉，力学与地学的交叉，以及物理力学。
先从熟悉并且关心的地震话题开始,从力学角度讨论地球形状与稳定性的问题有很长的
历史。后来，弹性波的理论又与地震波的研究有密切的关系。现在越来越明确地震孕育本
身是一个稳定性问题,而地幔是粘弹性的流体.这样无论是板块移动的剪切流稳定性还是热
对流稳定性都会和地震的预报有关,尤其这种剪切流动从二维到三维的发展,以及前期信号
的测量和判定的建模将更引起力学家的关注,说来说去会导致力学家头疼的老问题,稳定和
转捩,它的随机性和复杂性也不亚于地震力学,也许力学研究者可以联合起来在这方面利用
共同的语言,共同的方法
这就是说流体转捩判定的研究不仅是航天飞船,飞机舰设计时力争减小湍流阻力的
问题,也是地震预报枰牧?然而经典力学家多年来关心的只是从稳定性看转捩,比如所
用的EXP(N)方法,说白了就是把扰动信号放大率随空间积分,到了一定大小就算转捩发生了
.其实这是一种和直接测量几乎没有什么不同的"方法".工程上近似处理一般都是引入位移
厚度,动量厚度雷诺数等一大堆无量纲量来进行近似计算,只有到了21世纪,人们才从新的试
验和理论基础上更加关心稳定性理论和实际的判别方法,首先观察到的是漩涡的失去稳定,
那些漩涡会部分的抬起头来,像头发卡子一样被拉长.为了说明这个结果,直接数值模拟,新
的湍流模型计算也好安波动理论进行三维稳定性分析也好,都拿不出圆满的结果.百无聊赖
之际发现附面层底层的漩涡和剪切流方程和固体的杆件受扭曲的方程和边界条件都是一样
的,人们不得不把希望的眼光投向力学学科的内部.以期望从固体杆的扭转失稳得到漩涡失
稳的规律.直到1998年,细长杆件的失稳的解才姗姗而来.
流体力学研究者如获至宝.现在正忙着欣赏和应用.其实扭转失稳我们拧衣服打结,拧绳子打
结每天都见到,谁去建立过方程.那想到有一天地震预报有没有报出来竟然和他有关.
其实拧绳子的事情才开了一个头,热聚变加速器的卡托马克设计者说我们的电磁场
也打结,能否用下拧绳子理论解决问题,西德原子科学院的卡托马克没法子用大而粗的铁块
顶着等离子体的电磁场,打开以后给我们看,铁块都烧流了.看来电磁漩涡强度和分布也是力
学的一盘菜,这些问题不解决否则我国的聚变加速器将和西德的一样,最后还是一对废铁放
到哪里.地上的热聚变需要的理论,天上太阳电磁场物理也一样需要,黑子就是扭转失稳打出
来的一个结.所以经典力学也可以和行星物理交叉起来.而太阳物理活动的每一项预报,又和
我们地球上的气候,地震,农业丰欠,病毒流行息息相关.
拧绳子的理论还可以拧到DNA的双螺旋结构原理,帮助我们建立基因链的新数学模型
.使得力学与生命科学的交叉起来。更不要说人们关心生命，从力学角度研究生命现象如
骨骼肌收缩原理,生物力学，生物反应器，以规模生产有生物活性的物质等探索了.
除了人所共知的一些工程和医疗学科以外,人们最关心的是力学与现代物理学的进
一步交叉。力学家的任务是认识宏观世界的物质运动规律。需要从原是物理学家研究的微
观世界运动规律中吸取知识。关于此问题已经大量文章提及.现在要说的是另一头,力学家
独立又发展了的理论应当也是物理学家的一个资源.
电磁场方程当年是麦克斯韦尔从流体力学借了三个方程,又补充了一个猜想搞出来的
论,新的时空理论,非线性量子力学应运而生.
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每个人都掌握一把开启天堂之门的钥匙，这把钥匙同样也可打开地狱之门。
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