Ghi chú của biên tập viên: Ở một khía cạnh nào đó, cuộc sống nhỏ bé như một con người, lớn như một quốc gia, dân tộc hay thậm chí là tương lai của toàn thể nhân loại chúng ta, và tương lai của toàn bộ vũ trụ đều bị chi phối bởi những quy luật vô hình nên thực chất chúng là một bài toán . Đưa ra câu trả lời đúng liệu có thể gặt hái được những thành công; trả lời sai sẽ phải chịu nhiều hình phạt khác nhau. Toán học là nền tảng của khoa học hiện đại và gắn liền với đời sống hàng ngày cũng như hoạt động sản xuất của chúng ta. Nhiều nhà khoa học đam mê nghiên cứu toán học và siêng năng tìm kiếm sự thật, mặc dù họ có thể không đạt được bước đột phá. Đúng như nhà văn khoa học viễn tưởng He Xi đã nói trong tác phẩm Sad Heart: “Có cái gì đó không nên khen thưởng quá đáng, cũng không nên yêu cầu họ trồng lá hoa đẹp vì chúng là gốc rễ”. hoa khoa học Tuy nhiên, xã hội này rất thực tế. Nghiên cứu cần phần thưởng. Nghiên cứu lý thuyết đơn giản thường “vô ích” và không bền vững. Vì vậy, việc nghiên cứu dựa trên thực tiễn sản xuất và sinh hoạt vẫn là cần thiết. Giáo sư Zhu Peichen, Trường Khoa học tại Đại học Thượng Hải và Viện Kỹ thuật bộ gen Vật liệu, từ lâu đã cống hiến cho việc giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực toán học và nhấn mạnh vào sự đổi mới liên ngành. Luật này đã được ghi nhận sâu sắc và vững chắc ở các nước phát triển như Hoa Kỳ và Đức. Điều này sẽ tạo điều kiện cho sự tương tác lành mạnh và thúc đẩy lẫn nhau giữa nghiên cứu khoa học với kỹ thuật và công nghệ, từ đó dẫn dắt cộng đồng quốc tế một cách lâu dài và toàn diện. Ở nước ta có một nhà nghiên cứu nhận ra phong cách nghiên cứu khoa học và làm việc chăm chỉ như vậy. Ông là Giáo sư Zhu Peichen của Viện Khoa học và Kỹ thuật bộ gen Vật liệu Thượng Hải. Ông từ lâu đã cống hiến cho việc giảng dạy toán ứng dụng với nền tảng công nghiệp vững chắc. Và nghiên cứu khoa học, trong lĩnh vực khoa học vật liệu đã đạt được hàng loạt kết quả tốt đẹp.

Chu Bội Thành, Giáo sư danh dự, "Kế hoạch ngàn năm" Thượng Hải. Ông đã giữ chức vụ ở một số quốc gia và nắm giữ chức vụ ở Châu Âu. Sau nghiên cứu đổi mới, đã thiết lập thành công mô hình trường hai pha mô tả sự chuyển pha cấu trúc trong các vật liệu thông minh như hợp kim nhớ hình. Đối với bài toán dòng chảy ra của phương trình Navier-Stokes có thể nén được trong động lực học chất lỏng, việc phân loại sóng phi tuyến là phương pháp đầu tiên được thực hiện và tính ổn định tiệm cận của một số loại sóng đã được chứng minh. Việc thiết lập các ước tính tiên nghiệm về độ mịn đã giải quyết được các vấn đề còn tồn tại của các phương trình nhiệt nhớt đàn hồi như hợp kim nhớ hình và vật liệu dạng rắn trong nhiều thập kỷ.

Bị ám ảnh bởi toán học, ảo tưởng

Toán học là gì? Toán học có thể nói là một trong những môn học lâu đời nhất, có lịch sử lâu đời, tuy trải qua nhiều khủng hoảng nhưng vẫn luôn vượt qua và phát triển. Đến nay, ngay cả toán học cũng chưa thể hiểu hết được ngành toán ngoài lĩnh vực chuyên môn của mình và thường xuyên có cảm giác núi non trùng điệp.

Thần tượng của Ju Pei-Cheng là cậu bé tên Hua-Geng Geng, được mệnh danh là "cha đẻ của toán học hiện đại Trung Quốc". Hua Luogeng là một bậc thầy toán học nổi tiếng quốc tế, ông đã thành lập trường toán học Trung Quốc và lãnh đạo một số lĩnh vực để đạt được trình độ đẳng cấp thế giới. Tất cả những điều này đã để lại ấn tượng sâu sắc trong tâm hồn trẻ thơ của Zhu Peichen.

Do tôn thờ Hoa Lạc Cang nên Chu Bội Thành bắt đầu có niềm yêu thích sâu sắc với toán học. Sở thích là giáo viên giỏi nhất, là động lực nghiên cứu lớn nhất, với tài năng phi thường, ông đã đi trên con đường học toán không thể đạt được, từ cấp hai đến tiến sĩ, Zhu Peichen chưa bao giờ rời khỏi khu vực này.

“Lúc đầu môn toán rất thiêng liêng, lúc đó chưa phải là tuyên truyền rằng “chúng ta phải học giỏi toán, không ngại đi khắp thế giới”. "Nhưng việc học cách học và sự nhầm lẫn đã đến." Với việc nghiên cứu sâu hơn, Zhu Peichen dần dần nhận ra rằng những gì anh đã học-toán-dường như không có ý nghĩa gì đối với toàn bộ quá trình thúc đẩy khoa học, tiến bộ xã hội và phát triển kinh tế, nhưng đồng thời, Toán học là một môn học cơ bản. , các bộ môn khác và thậm chí cả ngôn ngữ học (như phân tích giọng nói), ít nhiều sẽ được ứng dụng vào toán học, như một công cụ không thể thiếu cho sự phát triển của các bộ môn khác, như Marx đã nói “bất cứ môn học nào cũng chỉ có thể trở thành một môn khoa học thực sự nếu nó được thực hiện đầy đủ”. áp dụng vào toán học” để không thể đánh giá thấp giá trị của nghề toán. Một bộ môn được tạo ra bởi tư duy thuần túy của con người có thể mô tả chính xác thế giới khách quan, Sự phát triển đã đóng một vai trò to lớn, từ vi mô đến vĩ mô, từ khoa học tự nhiên đến kỹ thuật đến khoa học xã hội, nhiều định luật được viết bằng phương trình toán học , thật kỳ diệu làm sao! Sự hiểu biết này, cho nên hắn từng vướng vào rối rắm, Cuối cùng lại tiếp tục đi sâu tìm hiểu ý nghĩa của đại sự? Ngành toán học làm thế nào để nghiên cứu và sử dụng nó để trở thành một “Bộ môn khí đất, thực sự có thể giải quyết các vấn đề và công việc liên quan mật thiết đến đời sống hằng ngày của con người?

Nút thắt này cho đến khi Chu Bội Thành hoàn thành nghiên cứu sau tiến sĩ ở Trung Quốc vẫn chưa hoàn toàn mở ra. Anh nhớ rằng thần tượng của mình, ông Hua Luogeng đã đến Châu Âu và Hoa Kỳ để nghiên cứu sâu hơn và đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học của anh. Anh cũng nghĩ đến câu nói xưa của Trung Quốc rằng “đọc vạn cuốn sách và đi vạn dặm” đã khiến Zhu Peichen quyết tâm ra ngoài tìm câu trả lời, nhìn thế giới từ một góc độ khác, nhìn nhau từ một góc độ. Kết quả là anh đã mở ra cuộc sống học tập và làm việc ở nước ngoài tới 15 năm, điểm dừng chân đầu tiên là Đại học Kyushu ở Nhật Bản, được Hiệp hội Xúc tiến Khoa học Nhật Bản làm nhà nghiên cứu đặc biệt dành cho người nước ngoài. Nhớ lại bước đi đầu tiên một cách thận trọng khi bước đi đầu tiên, Zhu Peichen nói đùa rằng anh ấy rất may mắn, gặp được rất nhiều giáo viên giỏi, như "Lỗ Tấn đã gặp cùng một thầy Fujino", họ đã dành cho mình rất nhiều sự quan tâm và tự tin để thực hiện. mỗi bước đi của mình Đi thật vững chắc.

Trong mười năm này, ông đã giảng dạy và nghiên cứu tại Đại học Kyushu nổi tiếng quốc tế ở Nhật Bản, Đại học Công nghệ Darmstadt ở Đức, Trường Trung học Toán Ứng dụng Basque ở Tây Ban Nha và quê hương xứ Basque, cũng như tại các học viện toán học như Humboldt. Đại học ở Berlin, Đức, Viện Toán Đại học Bonn, Viện Toán và Toán Đại học Kyoto, Trung tâm Nghiên cứu Toán học Banach của Ba Lan và Viện Toán học nổi tiếng thế giới khác, cơ hội giáp mặt với các thạc sĩ toán học quốc tế (như J. Ball , PLLions, v.v.) để học hỏi, khiến Zhu Peichen dần dần có tầm nhìn quốc tế rất cao, duy trì sự hợp tác chặt chẽ với các trung tâm nghiên cứu nổi tiếng quốc tế và do đó nắm bắt chính xác hơn hướng phát triển chủ đạo quốc tế.

Những trải nghiệm này cũng giúp bản thân Zhu Peichen hiểu được nền văn hóa nghiên cứu khoa học khác biệt, giúp anh được mở rộng tầm mắt và hít thở nhiều không khí trong lành hoàn toàn khác với trong nước. Ví dụ, anh nhận thấy rằng thay vì dựa vào số lượng bài viết để chứng minh trình độ của bạn ở đây, chất lượng của bài luận quan trọng hơn số lượng; một môi trường nghiên cứu thoải mái ở đây có nhiều khả năng kích thích tiềm năng tư duy tự do của một người; và sự nới lỏng này không giống như không có sự nới lỏng trật tự, ở Đức, dấu câu trong các tài liệu nghiên cứu cuối cùng phải là dấu phẩy hoặc dấu chấm, công thức toán học đằng sau việc thực hiện nghiêm ngặt khoảng trắng phải được xem xét kỹ lưỡng, điều này thái độ học bổng khắt khe để Zhu Peichen ngoạn mục và được hưởng lợi.

Trong môi trường như vậy, Chu Bội Thành có thể suy nghĩ thoải mái hơn về nhiều loại vấn đề. Ví dụ, khi khoa học ngày càng phát triển, các ngành học ngày càng thu hẹp và ranh giới giữa các ngành học ngày càng mờ nhạt. , Khoa học đang đi về đâu? Các nhà khoa học nên có những thành tựu khoa học nào? Giá trị của lý thuyết khoa học là gì? Và ông cũng dần nhận ra rằng mọi người đều bình đẳng trước khoa học, ngay cả những bậc thầy về khoa học cũng có lúc mắc sai lầm. Bậc thầy thực sự, thay vì xấu hổ vì sai lầm, lại tìm ra sự sửa đổi sai lầm hoặc sự tái lập cơ bản của một lý thuyết mới, vì vậy sự hiểu biết khoa học là một vòng xoáy. Về những sai lầm, khoảng cách giữa đông và tây là rất lớn. Ông cũng nhận ra rằng chỉ khi chúng ta có suy nghĩ riêng và hình thành nên hệ thống tư tưởng của riêng mình thì chúng ta mới có thể khẳng định là nhà khoa học theo đúng nghĩa của từ này, và các lý thuyết khoa học cuối cùng mới là con người, đó là giá trị tồn tại của nó. Nếu lý thuyết không giải quyết được vấn đề thực tế thì phức tạp Cũng vô ích.

Chu Bội Thành nhận ra toán học là một môn học rất đặc biệt. Không giống như các khoa học tự nhiên và khoa học xã hội khác, nó không có hiện tượng khách quan để kiểm chứng. Về mặt logic thì nó đúng, theo nghĩa toán học thậm chí không phải là một khoa học. Nhưng toán học, ngay cả toán học thuần túy, chắc chắn là có ích, là ngôn ngữ của khoa học tự nhiên, khoa học xã hội. Hãy tưởng tượng: Không có toán học, cơ học Newton không có cơ sở chính xác và không có khoa học hiện đại. Gần ba trăm năm sau, vào thế kỷ 20 khi khoa học vật lý phát triển nhanh chóng, Einstein đã xây dựng cơ học Newton và thiết lập thuyết tương đối, dựa trên các phương trình vi phân từng phần. Sự ra đời của cơ học lượng tử, dẫn chúng ta đến việc phát triển không gian vô hạn chiều, từ đó cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc cho cơ học lượng tử. Ngoài ra, khoa học máy tính được kết nối nhiều hơn với toán học. Nhiều hiện tượng trong khoa học vật liệu có thể được mô tả bằng các phương trình tiến hóa, và một số thậm chí còn sử dụng lý thuyết nhóm như một nhánh của toán học thuần túy. . Ngay cả trong các ngành khoa học xã hội, toán học ngày càng được ứng dụng nhiều hơn. Nếu không có toán học làm công cụ thì khó có thể chính xác và khó bỏ được. Ví dụ, mô hình nhân khẩu học, mô hình định giá quyền chọn và lý thuyết trò chơi là phương trình vi phân, nghiên cứu hoạt động, v.v., một số thành tựu đã đoạt giải Nobel.

Vì vậy, Chu Bội Thành nhận ra rằng toán học rất xa với trực giác của chúng ta nhưng lại mô tả thế giới rất tốt. Là sự phản ánh toán học của một thế giới trừu tượng gần đúng, toán học được hình thành bởi một số thành tựu tư duy thuần túy. Nó mô tả thực sự thế giới trần gian phức tạp của chúng ta tưởng chừng như không đều nhưng có thể được công nhận một cách hợp lý. Nhiều hiện tượng tưởng chừng như hoàn toàn khác nhau lại có thể được mô tả bằng cùng một phương trình vi phân, v.v., v.v., đó là Kỳ quan vĩ đại nhất của toán học khi là thành tựu vĩ đại nhất về tư duy lý trí của con người. Toán học rất hữu ích cho các bộ môn khác, ngược lại, nếu không tích hợp chặt chẽ với các bộ môn khác thì sức mạnh của toán học chắc chắn sẽ bị giảm sút rất nhiều, và có lẽ đây là nguồn tài nguyên toán học lớn không cần thiết; và nếu toán học rời bỏ các môn học khác, Nó sẽ mất đi phương hướng phát triển, mất đi máu lửa phát triển lành mạnh! Họ có ảnh hưởng lẫn nhau, thúc đẩy lẫn nhau theo hình xoắn ốc.

Để liên kết toán học với thực tế tốt hơn, Chu Bội Thành đã nghiên cứu rất nhiều kỹ thuật mô hình hóa ở nước ngoài và hầu như không có sự tham gia nào trong nước vào lĩnh vực này. Ngoài chuyên ngành toán, anh còn nắm vững nhiều kiến ​​thức liên ngành về vật lý chất rắn, tinh thể học và nền tảng khoa học vật liệu cho mô hình hóa. Tuy nhiên, hướng đi mà anh gặp khó khăn trong chuyên ngành toán cũng dần dần tìm ra câu trả lời trong kinh nghiệm ở nước ngoài, hiểu sâu hơn về các loại mô hình khác nhau mà anh đã gặp trước đây, và Zhu Peichen đã thiết lập triết lý khoa học của riêng mình, rõ ràng là toán ứng dụng có ý nghĩa hơn và chỉ có thể mang lại kết quả quan trọng khi nó được tích hợp chặt chẽ với các lĩnh vực khoa học khác. Vì vậy, ông đã xây dựng cho mình một lộ trình nghiên cứu khoa học chi tiết: Thứ nhất, lựa chọn những hiện tượng vật lý có ý nghĩa lớn, xây dựng các mô hình toán học; sau đó phân tích lý thuyết các mô hình này và mô phỏng trên máy tính, sau đó so sánh với kết quả thực nghiệm để xác định ưu, nhược điểm của mô hình; Cuối cùng Dựa trên mô hình đã được xác thực, nhiều mô phỏng số khác nhau sẽ được thực hiện. Những mô phỏng số này có thể được sử dụng để hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý và hướng dẫn ứng dụng. Ví dụ, theo quan điểm của ông, nghiên cứu toán học trong khoa học vật liệu là một lĩnh vực đầy hứa hẹn đã thúc đẩy sự phát triển của một ngành học mới gọi là toán học vững chắc.

Sau khi nhận ra điều này, như được mô tả trong bài thơ cổ "Ngôi làng tươi sáng và kỳ diệu", Zhu Peichen đột nhiên thấy mình đang ở cuối con đường không biết đi về đâu và đột nhiên trở nên vui vẻ.

Hợp kim bộ nhớ, kết quả khoa học vật liệu liên ngành mới

Vật chất và thực phẩm và quần áo của con người chúng ta có liên quan chặt chẽ với nhau. Cuộc sống hiện đại của chúng ta ngày càng nhân tạo và nhân tạo hơn bao giờ hết. Việc khám phá, phát minh và sử dụng những vật liệu mới này đã thay đổi đáng kể cách sống và làm việc của con người hiện đại. Ví dụ, các vật liệu thông minh như hợp kim nhớ hình, được sử dụng trong ốc vít tàu chiến, đã tích lũy thành công hàng triệu phụ tùng thay thế đã thành công không còn xảy ra sự cố tràn dầu; Tất cả các loại vật liệu mới được sử dụng trong chiếc Airbus A380, chiếc máy bay khổng lồ, siêu lớn này, cho phép số hành khách chở lên tới gấp đôi số hành khách chở chiếc máy bay lớn nhất, nhưng trọng lượng máy, sải cánh, mức tiêu thụ nhiên liệu, v.v. lại ít hơn hai lần so với khối lượng ban đầu của máy bay lớn nhất, để chúng ta có thể đi lại thoải mái hơn và rẻ hơn. Không có vật liệu mới, điện thoại thông minh là không thể. Những thực phẩm chúng ta ăn hàng ngày cũng không ngừng sáng tạo ra những chủng loại mới. Một ví dụ khác là siêu hợp kim, vì nước này chưa sản xuất được động cơ máy bay (đặc biệt là máy bay dân dụng), động cơ đã qua sử dụng, hợp kim chịu nhiệt độ cao, chống oxy hóa ở nhiệt độ cao, động cơ và máy bay cỡ lớn của chúng ta chỉ có thể mua được từ các nước phương Tây. hợp kim nhiệt độ cao như một dự án lớn của quốc gia. Tóm lại, đối với một quốc gia, vật liệu mới có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an ninh kinh tế, an ninh quốc gia và duy trì cuộc sống thịnh vượng của con người.

Không giống như người xưa, về cơ bản chỉ sử dụng vật liệu tự nhiên, ngày nay chúng ta chế tạo và sử dụng nhiều vật liệu nhân tạo hơn bất kỳ thời điểm nào trong lịch sử, và việc phát minh ra những vật liệu mới này đã thay đổi đáng kể cách sống và làm việc của con người hiện đại. Vì vậy, khoa học vật liệu với tư cách là một ngành khoa học mới đã trở thành lĩnh vực nghiên cứu tiên tiến nhất trong thế kỷ 21.

Làm thế nào để thiết kế các vật liệu mới nhằm đáp ứng nhu cầu của chúng ta là nhiệm vụ trọng tâm của khoa học vật liệu, đặc biệt là trong chương trình gen vật liệu nâng cao. Ngoài toán học, Zhu Peichen cho biết nó còn liên quan đến các ngành như cơ học, vật lý và khoa học máy tính. Đây là một nền tảng nghiên cứu và phát triển liên ngành với nhiều thành tựu. Các mô hình toán học đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực này.

Nguyên liệu ban đầu quan trọng của Zhu Peichen là hợp kim ghi nhớ hình dạng. Lần đầu tiên vào năm 1932, hiệu ứng "bộ nhớ" Aulandian của Thụy Điển được quan sát thấy trong hợp kim vàng-cadmium, nghĩa là sau khi hình dạng của hợp kim bị thay đổi, nó có thể trở lại hình dạng ban đầu một cách thần kỳ khi nung đến một nhiệt độ tới hạn nhất định. Người ta gọi hợp kim có chức năng đặc biệt này là hợp kim nhớ hình. Tuy nhiên, sự phát triển của hợp kim bộ nhớ cho đến nay đã hơn 80 năm nhưng do ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực hiệu ứng đặc biệt nên đã thu hút được sự chú ý rộng rãi trên toàn thế giới, được gọi là "sự kỳ diệu của vật liệu chức năng".

Zhu Peichen đã sớm nghiên cứu các hợp kim ghi nhớ hình dạng trong thời gian làm luận án tiến sĩ. nghiên cứu vì vai trò của nó quá rộng và quá mạnh mẽ. Có rất nhiều ví dụ thành công về việc sử dụng hợp kim bộ nhớ trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Ăng-ten khổng lồ trên vệ tinh có thể được làm bằng hợp kim nhớ. Trước khi phóng vệ tinh, ăng-ten parabol được gấp vào thân vệ tinh. Sau khi tên lửa phóng vệ tinh lên quỹ đạo xác định trước, nó chỉ cần sưởi ấm và ăng-ten vệ tinh gấp lại sẽ giãn ra một cách tự nhiên để khôi phục lại hình dạng parabol vì chức năng "bộ nhớ" của nó. Hợp kim ghi nhớ cũng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực lâm sàng, chẳng hạn như xương nhân tạo, máy nén xương gót, các loại stent nội soi, chất gây tắc mạch, tim giả, bộ lọc huyết khối, chỉ khâu phẫu thuật, v.v., Chăm sóc y tế hiện đại đang đóng một vai trò không thể thay thế ; và hợp kim bộ nhớ với cuộc sống hàng ngày của chúng ta đều có liên quan như nhau. Ví dụ, một lò xo làm bằng hợp kim nhớ được sử dụng làm ví dụ. Cho lò xo vào nước nóng thì chiều dài của lò xo ngay lập tức được kéo dài ra. Con suối được đưa trở lại nước lạnh và nó ngay lập tức lấy lại hình dạng ban đầu. Lò xo của vật liệu này kiểm soát nhiệt độ nước của hệ thống ống nước trong phòng tắm và điều chỉnh hoặc tắt hệ thống ống nước thông qua chức năng “bộ nhớ” khi nhiệt độ nước nóng quá cao, tránh bị bỏng. Cũng có thể được chế tạo thành thiết bị báo cháy và thiết bị an ninh thiết bị điện. Khi xảy ra hỏa hoạn, lò xo làm bằng hợp kim nhớ bị biến dạng và thiết bị báo cháy được kích hoạt để đạt được mục đích báo động. Cũng có thể đặt một lò xo làm bằng hợp kim nhớ trong van khí ấm để duy trì nhiệt độ của nhà kính và tự động bật hoặc tắt van sưởi khi nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao.

Là một loại vật liệu chức năng mới, nhiều ứng dụng mới của hợp kim bộ nhớ đang được phát triển thậm chí ngoài sức tưởng tượng của nhiều người. "ví dụ