Nota do Editor: Em certo sentido, a vida tão pequena quanto uma pessoa, tão grande quanto uma nação e nação ou mesmo o futuro de toda a nossa humanidade, e o futuro de todo o universo são governados por leis invisíveis, então eles são na verdade Um problema de matemática . Dada a resposta correta, é possível colher os sucessos; dar a resposta errada aceitará várias punições. A matemática é a base da ciência moderna e está intimamente ligada à nossa vida diária e às atividades produtivas. Numerosos cientistas dedicam-se à investigação matemática e são diligentes quanto à verdade, embora possam não ser capazes de alcançar a descoberta. Assim como o escritor de ficção científica He Xi disse em sua obra Sad Heart: "Deve haver algo que não deveria ser excessivamente recompensado, e você não deve pedir-lhes que cultivem lindas folhas e flores porque são raízes. "A matemática é a raiz do flor da ciência. No entanto, a sociedade é realista. A pesquisa precisa de recompensas. A simples pesquisa teórica é muitas vezes “inútil” e insustentável. Portanto, ainda é necessário fazer pesquisas baseadas na produção e nas práticas de vida. O professor Zhu Peicheng, da Escola de Ciências da Universidade de Xangai e do Instituto de Engenharia do Genoma de Materiais, há muito se dedica ao ensino e à pesquisa no campo da matemática e insiste na inovação interdisciplinar. Esta lei foi profunda e firmemente consagrada nos países desenvolvidos, como os Estados Unidos e a Alemanha. Isto permitirá a interacção benigna e a promoção mútua entre a investigação científica e a engenharia e tecnologia, liderando assim a comunidade internacional de uma forma abrangente e de longo prazo. Em nosso país existe um pesquisador que reconhece o estilo da pesquisa científica e trabalha muito. Ele é o professor Zhu Peicheng do Instituto de Ciência e Engenharia do Genoma de Materiais de Xangai. Há muito tempo ele se dedica ao ensino de matemática aplicada com forte formação industrial. E a pesquisa científica, no campo da ciência dos materiais, produziu uma série de resultados frutíferos.

Zhu Peicheng, Professor Emérito, Shanghai "Plano Milenar". Ele ocupou cargos em vários países e possui mandato na Europa. Após pesquisas inovadoras, estabeleceu com sucesso modelos de campo de duas fases que descrevem transições de fase estruturais em materiais inteligentes, como ligas com memória de forma. Para o problema de escoamento das equações compressíveis de Navier-Stokes em dinâmica de fluidos, a classificação de ondas não lineares é a primeira a ser realizada, e a estabilidade assintótica de vários tipos de ondas é comprovada. O estabelecimento de estimativas a priori de finura resolveu os problemas pendentes das equações termo-viscoelásticas, como ligas com memória de forma e materiais semelhantes a sólidos, durante várias décadas.

Obcecado por matemática, ilusório

O que é matemática? Pode-se dizer que a matemática é uma das disciplinas mais antigas, consolidada há muito tempo, embora tenha passado por muitas crises, mas sempre supera e cresce. A partir de agora, mesmo os matemáticos não conseguem compreender completamente o ramo da matemática fora de sua área de especialização, e muitas vezes há a sensação de estar entrelaçado entre montanhas.

O ídolo de Ju Pei-cheng era um menino chamado Hua-Geng Geng, conhecido como o "pai da matemática chinesa moderna". Hua Luogeng é um guru da matemática de renome internacional, fundou a escola chinesa de matemática e liderou diversas áreas para atingir um nível de classe mundial. Tudo isso deixou uma profunda impressão na mente jovem de Zhu Peicheng.

Devido à adoração de Hua Luogeng, Zhu Peicheng começou a ter um grande interesse pela matemática. O interesse é o melhor professor, é o maior impulsionador da pesquisa, com talento extraordinário, ele estava no caminho para o aprendizado da matemática não pode ser alcançado, do ensino médio ao doutorado, Zhu Peicheng nunca saiu dessa área.

“No início, a disciplina da matemática era muito sagrada. Naquela época, não era uma propaganda de que “devíamos aprender bem a matemática e não ter medo de viajar pelo mundo”. "Mas aprender a aprender e veio a confusão." Com o aprofundamento da pesquisa, Zhu Peicheng descobriu gradualmente que o que havia aprendido - matemática - não parecia ser significativo para toda a promoção científica, avanço social e desenvolvimento econômico, mas, ao mesmo tempo, a matemática é uma disciplina básica , outras disciplinas e até mesmo a linguística (como a análise de voz), serão mais ou menos aplicadas à matemática, como uma ferramenta indispensável para o desenvolvimento de outras disciplinas, como disse Marx "qualquer O assunto só pode se tornar uma ciência real se for plenamente aplicado à matemática, "para que o valor da profissão matemática não possa ser subestimado. Uma disciplina criada pelo pensamento humano puro pode descrever com precisão o mundo objetivo. O desenvolvimento desempenhou um papel tão importante, do micro ao macro, das ciências naturais à engenharia e às ciências sociais, muitas das leis são escritas em equações matemáticas , que é tão mágico! Esse entendimento, então ele uma vez preso em um emaranhado, Continua a se aprofundar no significado do grande grande no final? Graduados em matemática como estudá-lo e usá-lo para se tornar uma "disciplina de gás terrestre, pode realmente resolver problemas e trabalhar intimamente relacionados ao dia a dia das pessoas?

Este nó, até Zhu Peicheng concluir a pesquisa de pós-doutorado na China, não foi totalmente aberto. Ele lembrou que seu ídolo, Sr. Hua Luogeng, havia viajado para a Europa e os Estados Unidos para estudos adicionais e desempenhou um papel fundamental em sua pesquisa científica. Ele também pensou no velho ditado chinês de que “ler milhares de livros e viajar milhares de quilômetros” fez com que Zhu Peichen estivesse determinado a sair. Saia para encontrar a resposta, olhe para o mundo de outra perspectiva, olhe uns para os outros de um ângulo. Como resultado, ele abriu até 15 anos de estudo e vida profissional no exterior, a primeira parada é a Universidade de Kyushu, no Japão, e obteve a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência como pesquisador especial para estrangeiros. Relembrando o primeiro passo com cautela quando deu o primeiro passo, Zhu Peicheng brincou que teve muita sorte, conheceu muitos bons professores, como “Lu Xun conheceu o mesmo Sr. Fujino”, eles se deram muito cuidado e confiança para fazer cada passo deles Vá muito sólido.

Durante estes dez anos, ele tem ensinado e pesquisado na Universidade de Kyushu, de renome internacional, no Japão, na Universidade de Tecnologia de Darmstadt, na Alemanha, na Basque Applied Math Middle School, na Espanha e na pátria do País Basco, bem como em institutos de matemática como o Humboldt. Universidade de Berlim, Alemanha, Instituto de Matemática da Universidade de Bonn, Instituto de Matemática e Matemática da Universidade de Kyoto, Centro Banach de Estudos Matemáticos da Polônia e outro Instituto de Matemática de renome mundial, a oportunidade de enfrentar mestres de matemática internacionais (como J. Ball , PLLions, etc.) para aprender, fazendo com que Zhu Peicheng tenha gradualmente uma perspectiva internacional muito elevada, mantém uma estreita cooperação com centros de pesquisa de renome internacional e, portanto, tem uma compreensão mais precisa da direção do desenvolvimento internacional dominante.

Essas experiências também permitiram que Zhu Peicheng compreendesse pessoalmente as diferentes culturas da pesquisa científica, permitindo-lhe abrir os olhos e respirar muito ar fresco que é completamente diferente do ar doméstico. Por exemplo, ele descobriu que, em vez de confiar no número de artigos para comprovar o seu nível aqui, a qualidade do ensaio é mais importante do que a quantidade; um ambiente de pesquisa descontraído aqui tem mais probabilidade de estimular o potencial de pensamento livre; e essa flexibilização não é o mesmo que não haver flexibilização da ordem, na Alemanha, uma pontuação nos trabalhos de pesquisa no final deve ser uma vírgula ou um ponto final, a fórmula matemática por trás da implementação estrita do espaço deve ser bem considerada, isso atitude acadêmica rigorosa para que Zhu Peicheng de tirar o fôlego e se beneficiou.

Nesse ambiente, Zhu Peicheng pode pensar com mais liberdade sobre vários tipos de problemas. Por exemplo, à medida que o desenvolvimento científico se desenvolve cada vez mais, as disciplinas são muito pequenas e as fronteiras entre as disciplinas tornam-se cada vez mais confusas. , Para onde vai a ciência? Que tipo de realizações científicas os cientistas deveriam ter? Qual é o valor da teoria científica? E ele também percebeu gradualmente que todos são iguais perante a ciência, e até mesmo os mestres da ciência às vezes cometem erros. O verdadeiro O mestre, em vez de se envergonhar do errado, encontra a emenda errada ou o restabelecimento fundamental de uma nova teoria, portanto a compreensão científica é uma espiral. No que diz respeito aos erros, o fosso entre o Oriente e o Ocidente é grande. Ele também percebe que só quando temos os nossos próprios pensamentos e formamos o nosso próprio sistema ideológico podemos reivindicar cientistas no verdadeiro sentido da palavra, e as teorias científicas acabam por se tornarem eles próprios seres humanos, que é o valor da sua existência. Se a teoria não consegue resolver problemas práticos, então ela é complicada e também inútil.

Zhu Peicheng percebe que a matemática é uma disciplina muito especial. Ao contrário de outras ciências naturais e ciências sociais, não possui um fenômeno objetivo para testá-lo. Logicamente correto, está certo, no sentido de que a matemática nem sequer é uma ciência. Mas a matemática, mesmo a matemática pura, sem dúvida útil, é a linguagem das ciências naturais, das ciências sociais. Imagine: sem a matemática, a mecânica newtoniana não tem base precisa e nem ciência moderna. Quase trezentos anos depois, no século XX, em que a ciência física avançava rapidamente, Einstein construiu a mecânica newtoniana e estabeleceu a teoria da relatividade, baseada em equações diferenciais parciais. O advento da mecânica quântica, levando-nos a desenvolver o espaço dimensional infinito, que por sua vez fornece uma base teórica sólida para a mecânica quântica. Além disso, a ciência da computação está mais ligada à matemática. Muitos fenômenos na ciência dos materiais podem ser descritos por equações de evolução, e alguns até usam a teoria dos grupos como um ramo da matemática pura. . Mesmo nas ciências sociais, a matemática é cada vez mais aplicada. Sem a matemática como ferramenta, é difícil ser preciso e difícil fugir dela. Por exemplo, o modelo demográfico, o modelo de precificação de opções e a teoria dos jogos são equações diferenciais, pesquisa operacional, etc., algumas conquistas ganharam o Prêmio Nobel.

Portanto, Zhu Peicheng percebeu que a matemática está muito longe da nossa intuição, mas descreve bem o mundo. Como um reflexo matemático de um mundo abstrato aproximado, a matemática formada por algumas realizações do pensamento puro é. Ela descreve verdadeiramente o nosso complexo mundo terreno que parece aparentemente irregular, mas pode ser reconhecido racionalmente. Muitos fenômenos aparentemente totalmente diferentes podem ser descritos pela mesma equação diferencial, etc., e assim por diante, que é a maior maravilha da matemática como a maior conquista do pensamento racional humano. A matemática é muito útil para outras disciplinas, pelo contrário, se não for estreitamente integrada com outras disciplinas, o poder da matemática será inevitavelmente reduzido, e talvez esta seja uma importante fonte de matemática desnecessária; e se a matemática abandonasse as outras disciplinas, perderá o rumo do desenvolvimento, perderá o sangue com o crescimento saudável! Eles são mutuamente influentes, em espiral promovem-se mutuamente.

A fim de melhor vincular a matemática à realidade, Zhu Peicheng estudou muitas técnicas de modelagem no exterior e quase não há envolvimento nacional nesta área. Além de especializações em matemática, ele também dominou muitos conhecimentos interdisciplinares de física do estado sólido, cristalografia e fundamentos da ciência dos materiais para modelagem. No entanto, a direção que ele havia perturbado em seu curso de matemática também gradualmente encontrou respostas em sua experiência no exterior, ganhou uma compreensão mais profunda dos vários tipos de modelos que havia encontrado anteriormente, e Zhu Peicheng estabeleceu sua própria filosofia científica, que é É claro que a matemática aplicada é mais significativa e só pode produzir resultados significativos quando está intimamente integrada com outros campos científicos. Portanto, ele projetou para si mesmo um roteiro detalhado de pesquisa científica: primeiro, selecione os fenômenos físicos de grande importância, o estabelecimento de modelos matemáticos; e então fazer análise teórica desses modelos e simulação computacional, e então comparar com os resultados experimentais para determinar os prós e contras do modelo; Finalmente Com base no modelo validado, são realizadas diversas simulações numéricas. Essas simulações numéricas podem ser utilizadas para compreender melhor os fenômenos físicos e orientar a aplicação. Por exemplo, na sua opinião, o estudo da matemática na ciência dos materiais é uma área promissora que promoveu o desenvolvimento de uma nova disciplina chamada matemática sólida.

Depois de perceber isso, conforme descrito no antigo poema “A Aldeia Brilhante e Fantástica”, Zhu Peicheng de repente se viu ao pé da estrada onde não sabia para onde ir e de repente ficou alegre.

Liga de memória, os novos resultados interdisciplinares da ciência dos materiais

O material e nossa alimentação e roupas humanas estão intimamente relacionados. A vida moderna da nossa vida é cada vez mais feita pelo homem e artificial do que nunca. A descoberta, invenção e utilização destes novos materiais mudaram enormemente a forma como as pessoas modernas trabalham e vivem. Por exemplo, materiais inteligentes, como ligas com memória de forma, usados ​​​​nos fixadores de navios de guerra, acumularam com sucesso milhões de peças sobressalentes e não aconteceram mais derramamentos de óleo; todos os tipos de novos materiais utilizados no Airbus A380, esta aeronave gigante do ar, super Large, permite aos ocupantes até o dobro do número de passageiros transportando a aeronave maior, mas o peso da máquina, envergadura, consumo de combustível, etc. volume original da maior aeronave, para que possamos viajar mais confortáveis ​​e baratos. Sem novos materiais, os smartphones são impossíveis. Os alimentos que comemos todos os dias também estão constantemente criando novas variedades. Outro exemplo é a superliga, como o país não tem sido capaz de produzir motores de aeronaves (especialmente aeronaves civis), ligas resistentes à oxidação de alta temperatura, nossos motores e aeronaves de grande porte só podem comprar os países ocidentais, portanto, pesquisa e desenvolvimento de liga de alta temperatura como um grande projeto nacional. Em suma, para um país, novos materiais são cruciais para garantir a segurança económica, a segurança nacional e manter uma vida humana próspera.

Ao contrário dos antigos, que basicamente utilizavam apenas materiais naturais, hoje em dia fabricamos e utilizamos mais materiais artificiais do que em qualquer outra época da história, e a invenção destes novos materiais mudou enormemente a forma como as pessoas modernas vivem e trabalham. Portanto, a ciência dos materiais como uma nova ciência tornou-se o campo de pesquisa de ponta mais quente do século XXI.

Como projetar novos materiais para atender às nossas necessidades é uma tarefa central na ciência dos materiais, especialmente no programa ascendente de genômica de materiais. Além da matemática, Zhu Peicheng disse que envolve disciplinas como mecânica, física e ciência da computação. É uma plataforma interdisciplinar de pesquisa e desenvolvimento com inúmeras conquistas. Os modelos matemáticos desempenham um papel extremamente importante neste campo.

Um importante material de partida para Zhu Peicheng é a liga com memória de forma. Pela primeira vez em 1932, o efeito de "memória" sueco Aulandiano foi observado em ligas de ouro-cádmio, ou seja, após a alteração da forma da liga, ela pode retornar magicamente à sua forma original ao ser aquecida a uma determinada temperatura crítica. , As pessoas chamam a liga com esta função especial de liga com memória de forma. O desenvolvimento da liga de memória até agora, no entanto, há mais de 80 anos, mas devido à sua aplicação em vários campos de efeitos especiais, atraiu amplamente a atenção mundial, conhecida como a "magia dos materiais funcionais".

Zhu Peicheng estudou ligas com memória de forma no início de seu doutorado. estudo por causa de seu papel muito amplo e poderoso. Existem muitos exemplos de sucesso do uso de ligas com memória no campo aeroespacial. Uma enorme antena de satélite pode ser feita de liga de memória. Antes de lançar o satélite, a antena parabólica é dobrada no corpo do satélite. Depois que o foguete lança o satélite para uma órbita predeterminada, ele simplesmente precisa de aquecimento e a antena do satélite dobrada se expande naturalmente para restaurar a forma parabólica devido à sua função de “memória”. As ligas de memória também têm uma ampla gama de aplicações no campo clínico, como ossos artificiais, compressores de calcâneo, vários tipos de stents endoluminais, embolizadores, próteses cardíacas, filtros de trombos, suturas cirúrgicas e similares. ; e a ligação da memória com a nossa vida diária são igualmente relevantes. Por exemplo, uma mola feita de uma liga de memória é usada como exemplo. A nascente é colocada em água quente e o comprimento da nascente é imediatamente estendido. A nascente volta à água fria e recupera imediatamente a sua forma original. A mola deste material controla a temperatura da água do encanamento do banheiro e regula ou desliga o encanamento através da função “memória” quando a temperatura da água quente está muito alta, evitando queimaduras. Também pode ser transformado em equipamentos de alarme de incêndio e dispositivos de segurança de equipamentos elétricos. Quando ocorre um incêndio, a mola feita de liga de memória é deformada e o dispositivo de alarme de incêndio é ativado para atingir a finalidade do alarme. Também é possível colocar uma mola feita de liga de memória em uma válvula de ar quente para manter a temperatura do conservatório e ligar ou desligar automaticamente a válvula de aquecimento quando a temperatura estiver muito baixa ou muito alta.

Como uma nova classe de materiais funcionais, muitos novos usos de ligas com memória estão sendo desenvolvidos além da imaginação de muitas pessoas. "exemplo