ملاحظة المحرر: بمعنى ما، الحياة صغيرة مثل شخص، كبيرة مثل أمة وأمة أو حتى مستقبل البشرية بأكملها، ومستقبل الكون بأكمله تحكمه قوانين غير مرئية، لذا فهي في الواقع مسألة رياضية . وبالإجابة الصحيحة، هل من الممكن جني النجاحات؛ إن إعطاء إجابة خاطئة سيقبل عقوبات مختلفة. الرياضيات هي أساس العلم الحديث وترتبط ارتباطًا وثيقًا بحياتنا اليومية وأنشطتنا الإنتاجية. ينغمس العديد من العلماء في الأبحاث الرياضية ويجتهدون في الوصول إلى الحقيقة، على الرغم من أنهم قد لا يتمكنون من تحقيق هذا الإنجاز. وكما قال كاتب الخيال العلمي هي شي في عمله "القلب الحزين": "يجب أن يكون هناك شيء لا ينبغي المبالغة في مكافأته، ولا ينبغي أن تطلب منهم زراعة أوراق وأزهار جميلة لأنها جذر" "الرياضيات هي جذر زهرة العلم . لكن المجتمع واقعي. البحث يحتاج إلى مكافآت. غالبًا ما يكون البحث النظري البسيط "عديم الفائدة" وغير مستدام. ولذلك، لا يزال من الضروري إجراء البحوث على أساس ممارسات الإنتاج والمعيشة. لقد كرس البروفيسور تشو بيتشنغ، كلية العلوم بجامعة شنغهاي ومعهد هندسة الجينوم للمواد، منذ فترة طويلة للتدريس والبحث في مجال الرياضيات وأصر على الابتكار متعدد التخصصات. لقد تم تكريس هذا القانون بعمق وحزم في الدول المتقدمة مثل الولايات المتحدة وألمانيا. وهذا سيمكن من التفاعل الحميد والتعزيز المتبادل بين البحث العلمي والهندسة والتكنولوجيا، وبالتالي قيادة المجتمع الدولي بطريقة طويلة الأجل وشاملة. يوجد في بلادنا مثل هذا الباحث الذي يعرف أسلوب البحث العلمي ويعمل بجد. وهو البروفيسور تشو بيتشنغ من معهد شنغهاي للعلوم وهندسة الجينوم المواد. لقد كرس منذ فترة طويلة لتدريس الرياضيات التطبيقية بخلفية صناعية قوية. وقد حقق البحث العلمي في مجال علم المواد سلسلة من النتائج المثمرة.

تشو بيتشنغ، أستاذ الأستاذ المتميز، شنغهاي "خطة الألف عام". وقد شغل مناصب في العديد من البلدان ويشغل منصبًا في أوروبا. بعد إجراء بحث مبتكر، نجحنا في إنشاء نماذج ميدانية ثنائية الطور تصف تحولات الطور الهيكلي في المواد الذكية مثل السبائك ذات ذاكرة الشكل. بالنسبة لمشكلة التدفق الخارجي لمعادلات نافير-ستوكس القابلة للضغط في ديناميكيات الموائع، فإن تصنيف الموجات غير الخطية هو أول ما يتم إجراؤه، وتم إثبات الاستقرار التقاربي لعدة أنواع من الموجات. لقد أدى إنشاء تقديرات مسبقة للنقاء إلى حل المشكلات العالقة للمعادلات الحرارية اللزجة مثل سبائك ذاكرة الشكل والمواد الصلبة لعدة عقود.

مهووس بالرياضيات، وهمي

ما هي الرياضيات؟ يمكن القول أن الرياضيات من أقدم التخصصات، عريقة، رغم أنها شهدت أزمات عديدة، إلا أنها تتغلب عليها وتنمو دائمًا. حتى الآن، حتى الرياضيات لا تستطيع فهم فرع الرياضيات بشكل كامل خارج مجال خبرته، وغالبًا ما يكون هناك شعور بالتشابك عبر الجبال.

كان معبود جو باي تشينج صبيًا يُدعى هوا جينج جينج، المعروف باسم "أبو الرياضيات الصينية الحديثة". هوا لوجينج هو معلم رياضيات مشهور عالميًا، أسس مدرسة الرياضيات الصينية وقاد العديد من المجالات للوصول إلى مستوى عالمي. كل هذا ترك انطباعًا عميقًا في عقل Zhu Peicheng الشاب.

بسبب عبادة Hua Luogeng، بدأ Zhu Peicheng لديه اهتمام قوي بالرياضيات. الاهتمام هو أفضل معلم، وهو أكبر قوة دافعة للبحث، مع موهبة غير عادية، كان على الطريق إلى تعلم الرياضيات لا يمكن تحقيقه، من المدرسة المتوسطة إلى الدكتوراه، تشو بيتشنغ لم يغادر هذا المجال أبدًا.

"في البداية، كان تخصص الرياضيات مقدسًا للغاية. في ذلك الوقت، لم تكن هناك دعاية تقول "يجب علينا أن نتعلم الرياضيات جيدًا وألا نخاف من الذهاب إلى جميع أنحاء العالم". "لكن تعلم التعلم وجاء الارتباك." مع تعميق البحث، اكتشف Zhu Peicheng تدريجيًا أن ما تعلمه -الرياضيات- لا يبدو مهمًا للتقدم العلمي بأكمله، والتقدم الاجتماعي، والتنمية الاقتصادية، ولكن في الوقت نفسه، الرياضيات هي نظام أساسي ، والتخصصات الأخرى وحتى اللغويات (مثل تحليل الصوت)، سيتم تطبيقها بشكل أو بآخر على الرياضيات، كأداة لا غنى عنها لتطوير التخصصات الأخرى، كما قال ماركس "أي موضوع لا يمكن أن يصبح علما حقيقيا إلا إذا تم بشكل كامل تطبيقها على الرياضيات، "حتى لا يمكن التقليل من قيمة مهنة الرياضيات. يمكن للنظام الذي أنشأه التفكير البشري الخالص أن يصف العالم الموضوعي بدقة، وقد لعب التطور دورًا كبيرًا، من الجزئي إلى الكلي، ومن العلوم الطبيعية إلى الهندسة إلى العلوم الاجتماعية، والعديد من القوانين مكتوبة في معادلات رياضية. ، وهو كم هو سحري! هذا الفهم، لذلك وقع في تشابك ذات مرة، هل تواصل الخوض في معنى الكبير الكبير في النهاية؟ التخصصات الرياضية كيفية دراستها واستخدامها لتصبح "الانضباط الغاز الأرضي، ويمكن حقا أن تحل المشاكل والعمل بشكل وثيق مع حياة الناس اليومية؟

هذه العقدة، حتى أكمل Zhu Peicheng أبحاث ما بعد الدكتوراه في الصين، لم تكن مفتوحة بالكامل. وتذكر أن مثله الأعلى السيد هوا لو قينغ ​​قد ذهب إلى أوروبا والولايات المتحدة لإجراء مزيد من الدراسات ولعب دورًا رئيسيًا في بحثه العلمي. لقد فكر أيضًا في المثل الصيني القديم القائل بأن "قراءة آلاف الكتب والسفر آلاف الأميال" جعل Zhu Peichen مصممًا على الخروج للعثور على الإجابة، والنظر إلى العالم من منظور آخر، والنظر إلى بعضنا البعض من زاوية. ونتيجة لذلك، فتح ما يصل إلى 15 عامًا من الدراسة والحياة العملية في الخارج، وكانت المحطة الأولى هي جامعة كيوشو في اليابان، وحصلت على الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم كباحث خاص للأجانب. يتذكر Zhu Peicheng الخطوة الأولى بحذر شديد عندما اتخذ الخطوة الأولى، وقال إنه كان محظوظًا جدًا، والتقى بالكثير من المعلمين الجيدين، مثل "Lu Xun التقى بنفس السيد Fujino،" لقد أعطوا أنفسهم الكثير من الاهتمام والثقة للقيام بذلك كل خطوة خاصة بهم تذهب بقوة شديدة.

خلال هذه السنوات العشر، كان يقوم بالتدريس والبحث في جامعة كيوشو المشهورة عالميًا في اليابان، وجامعة دارمشتات للتكنولوجيا في ألمانيا، ومدرسة الباسك المتوسطة للرياضيات التطبيقية في إسبانيا وموطن إقليم الباسك، وكذلك في معاهد الرياضيات مثل جامعة هومبولت. جامعة في برلين، ألمانيا، معهد الرياضيات بجامعة بون، معهد جامعة كيوتو للرياضيات والرياضيات، بولندا مركز باناخ للدراسات الرياضية وغيره من معاهد الرياضيات ذات الشهرة العالمية، فرصة مواجهة وجه أساتذة الرياضيات الدوليين (مثل جيه بول) ، PLLions، وما إلى ذلك) للتعلم، مما يجعل Zhu Peicheng يتمتع تدريجيًا بمنظور دولي عالٍ للغاية، ويحافظ على تعاون وثيق مع مراكز الأبحاث المشهورة عالميًا، وبالتالي لديه فهم أكثر دقة لاتجاه التنمية السائدة الدولية.

تتيح هذه التجارب أيضًا لـ Zhu Peicheng أن يفهم شخصيًا ثقافة البحث العلمي المختلفة، وتسمح له بفتح عينيه واستنشاق الكثير من الهواء النقي الذي يختلف تمامًا عن الهواء المحلي. على سبيل المثال، وجد أنه بدلاً من الاعتماد على عدد الأوراق لإثبات مستواك هنا، فإن جودة المقال أكثر أهمية من الكمية؛ من المرجح أن تحفز بيئة البحث المريحة هنا إمكانات الفرد للتفكير الحر؛ وهذا التخفيف ليس هو نفسه عدم وجود ترتيب استرخاء، في ألمانيا، يجب أن تكون علامة الترقيم في الأوراق البحثية في النهاية فاصلة أو نقطة، ويجب النظر جيدًا في الصيغة الرياضية وراء التنفيذ الصارم للمسافة، هذا موقف المنح الدراسية الصارمة حتى يتسنى لتشو Peicheng لالتقاط الأنفاس، واستفاد منها.

في مثل هذه البيئة، يستطيع Zhu Peicheng التفكير بحرية أكبر في أنواع مختلفة من المشكلات. على سبيل المثال، مع تقدم التطور العلمي أكثر فأكثر، أصبحت التخصصات صغيرة جدًا وأصبحت الحدود بين التخصصات غير واضحة أكثر فأكثر. ، إلى أين يتجه العلم؟ ما نوع الإنجازات العلمية التي يجب أن يمتلكها العلماء؟ ما هي قيمة النظرية العلمية؟ كما أدرك تدريجيًا أن الجميع متساوون أمام العلم، وحتى أساتذة العلوم يخطئون أحيانًا. الحقيقي إن المعلم، بدلاً من أن يخجل من الخطأ، يجد التعديل الخاطئ أو إعادة التأسيس الأساسية لنظرية جديدة، وبالتالي فإن الفهم العلمي هو دوامة. أما فيما يتعلق بالأخطاء، فالفجوة بين الشرق والغرب كبيرة. ويدرك أيضًا أنه فقط عندما تكون لدينا أفكارنا الخاصة ونشكل نظامنا الأيديولوجي الخاص بنا يمكننا أن ندعي علماء بالمعنى الحقيقي للكلمة، وينتهي الأمر بالنظريات العلمية كبشر أنفسهم، وهي قيمة وجودها. إذا لم تتمكن النظرية من حل المشكلات العملية، فهي معقدة وغير مجدية أيضًا.

يدرك Zhu Peicheng أن الرياضيات موضوع خاص جدًا. وبخلاف العلوم الطبيعية والاجتماعية الأخرى، ليس لديها ظاهرة موضوعية لاختبارها. هذا صحيح منطقيًا، بمعنى أن الرياضيات ليست حتى علمًا. لكن الرياضيات، وحتى الرياضيات البحتة، مفيدة بلا شك، فهي لغة العلوم الطبيعية، العلوم الاجتماعية. تخيل: بدون الرياضيات، ليس للميكانيكا النيوتونية أساس دقيق ولا علم حديث. وبعد ما يقرب من ثلاثمائة عام، في القرن العشرين الذي كانت فيه العلوم الفيزيائية تتقدم بسرعة، بنى أينشتاين الميكانيكا النيوتونية وأنشأ النظرية النسبية، بناءً على المعادلات التفاضلية الجزئية. إن ظهور ميكانيكا الكم قادنا إلى تطوير الفضاء اللانهائي الأبعاد، والذي بدوره يوفر أساسًا نظريًا متينًا لميكانيكا الكم. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط علوم الكمبيوتر بالرياضيات بشكل أكبر. يمكن وصف العديد من الظواهر في علم المواد بمعادلات التطور، بل إن البعض يستخدم نظرية المجموعة كفرع من الرياضيات البحتة. . وحتى في العلوم الاجتماعية، يتم تطبيق الرياضيات أكثر فأكثر. بدون الرياضيات كأداة، من الصعب أن تكون دقيقًا ويصعب الابتعاد عنها. على سبيل المثال، النموذج الديموغرافي ونموذج تسعير الخيارات ونظرية اللعبة عبارة عن معادلات تفاضلية وأبحاث العمليات وما إلى ذلك، وقد فازت بعض الإنجازات بجائزة نوبل.

لذلك، أدرك Zhu Peicheng أن الرياضيات بعيدة جدًا عن حدسنا، ولكنها تصف العالم جيدًا. باعتبارها انعكاسًا رياضيًا لعالم تجريدي تقريبي، فإن الرياضيات التي شكلتها بعض إنجازات التفكير الخالص هي تصف حقًا عالمنا الأرضي المعقد الذي يبدو غير منتظم على ما يبدو ولكن يمكن التعرف عليه عقلانيًا. العديد من الظواهر التي تبدو مختلفة تمامًا يمكن وصفها بنفس المعادلة التفاضلية، وما إلى ذلك، وما إلى ذلك، وهي أعظم أعجوبة الرياضيات باعتبارها أعظم إنجاز للتفكير العقلاني البشري. الرياضيات مفيدة جدًا للتخصصات الأخرى، على العكس من ذلك، إذا لم يتم دمجها بشكل وثيق مع التخصصات الأخرى، فإن قوة الرياضيات ستتقلص حتماً بشكل كبير، وربما يكون هذا مصدرًا رئيسيًا للرياضيات غير الضرورية؛ وإذا تركت الرياضيات التخصصات الأخرى، فسوف تفقد اتجاه التطور، وتفقد دمها بالنمو السليم! إنهم مؤثرون بشكل متبادل، ويعززون بعضهم البعض.

من أجل ربط الرياضيات بالواقع بشكل أفضل، درس Zhu Peicheng الكثير من تقنيات النمذجة في الخارج، ولا يكاد يكون هناك أي مشاركة محلية في هذا المجال. بالإضافة إلى تخصصات الرياضيات، أتقن أيضًا العديد من المعرفة متعددة التخصصات في فيزياء الحالة الصلبة وعلم البلورات وأسس علم المواد للنمذجة. ومع ذلك، فإن الاتجاه الذي أزعج تخصصه في الرياضيات وجد أيضًا إجابات تدريجية في تجربته الخارجية، واكتسب فهمًا أعمق لأنواع مختلفة من النماذج التي واجهها سابقًا، وأسس Zhu Peicheng فلسفته العلمية الخاصة، والتي من الواضح أن تعتبر الرياضيات التطبيقية ذات معنى أكبر ولا يمكن أن تسفر عن نتائج مهمة إلا عندما يتم دمجها بشكل وثيق مع المجالات العلمية الأخرى. لذلك، صمم لنفسه خارطة طريق بحثية علمية مفصلة: أولاً، اختيار الظواهر الفيزيائية ذات الأهمية الكبرى، وإنشاء النماذج الرياضية؛ ومن ثم إجراء التحليل النظري لهذه النماذج والمحاكاة الحاسوبية، ومن ثم مقارنتها مع النتائج التجريبية لتحديد إيجابيات وسلبيات النموذج؛ وأخيرا استنادا إلى النموذج المعتمد، تم إجراء عمليات محاكاة عددية مختلفة. يمكن استخدام هذه المحاكاة العددية لفهم الظواهر الفيزيائية بشكل أفضل وتوجيه التطبيق. على سبيل المثال، من وجهة نظره، تعد دراسة الرياضيات في علم المواد مجالًا واعدًا شجع على تطوير نظام جديد يسمى الرياضيات الصلبة.

بعد إدراك ذلك، كما هو موصوف في القصيدة القديمة "القرية المشرقة والرائعة"، وجد Zhu Peicheng نفسه فجأة عند سفح الطريق حيث لم يكن يعرف إلى أين يتجه وأصبح مبتهجًا فجأة.

سبائك الذاكرة، نتائج علوم المواد الجديدة متعددة التخصصات

ترتبط المواد وطعامنا البشري وملابسنا ارتباطًا وثيقًا. إن الحياة الحديثة في حياتنا أصبحت من صنع الإنسان ومصطنعة أكثر فأكثر من أي وقت مضى. لقد أدى اكتشاف هذه المواد الجديدة واختراعها واستخدامها إلى تغيير كبير في الطريقة التي يعمل بها ويعيش بها الأشخاص المعاصرون. على سبيل المثال، المواد الذكية مثل سبيكة ذاكرة الشكل، المستخدمة في مثبتات السفن الحربية، نجحت في تجميع الملايين من قطع الغيار ولم تعد تحدث تسربًا للنفط بنجاح؛ جميع أنواع المواد الجديدة المستخدمة في طائرة إيرباص A380 هذه هي الطائرة العملاقة، فائقة الضخامة، مما يتيح للركاب ما يصل إلى ضعف عدد الركاب الذين يحملون أكبر طائرة، ولكن وزن الماكينة، وطول جناحيها، واستهلاك الوقود، وما إلى ذلك أقل بكثير من ضعفي الحجم الأصلي لأكبر الطائرات، حتى نتمكن من السفر براحة أكبر وأرخص. بدون مواد جديدة، الهواتف الذكية مستحيلة. كما أن الطعام الذي نتناوله كل يوم يخلق باستمرار أصنافًا جديدة. مثال آخر هو السبائك الفائقة، حيث أن البلاد لم تكن قادرة على إنتاج محركات الطائرات (خاصة الطائرات المدنية)، والسبائك المقاومة لدرجات الحرارة العالية والأكسدة، ومحركاتنا والطائرات الكبيرة لا يمكن شراؤها إلا من الدول الغربية، لذلك، البحث والتطوير سبيكة ذات درجة حرارة عالية كمشروع وطني كبير. باختصار، تعتبر المواد الجديدة ضرورية لأي بلد لضمان الأمن الاقتصادي والأمن القومي والحفاظ على حياة إنسانية مزدهرة.

على عكس القدماء، الذين استخدموا المواد الطبيعية فقط، فإننا في الوقت الحاضر نصنع ونستخدم المزيد من المواد التي من صنع الإنسان أكثر من أي وقت آخر في التاريخ، وقد أدى اختراع هذه المواد الجديدة إلى تغيير كبير في الطريقة التي يعيش بها الناس المعاصرون ويعملون. لذلك، أصبح علم المواد كعلم جديد من أهم مجالات البحث المتطورة في القرن الحادي والعشرين.

تعد كيفية تصميم مواد جديدة لتلبية احتياجاتنا مهمة مركزية في علم المواد، وخاصة في برنامج علم جينوم المواد الصاعد. وبالإضافة إلى الرياضيات، قال تشو بيتشينغ إنها تشمل تخصصات مثل الميكانيكا والفيزياء وعلوم الكمبيوتر. إنها منصة بحث وتطوير متعددة التخصصات مع العديد من الإنجازات. تلعب النماذج الرياضية دورًا مهمًا للغاية في هذا المجال.

من المواد الأولية المهمة لـ Zhu Peicheng هي سبيكة ذاكرة الشكل. لأول مرة في عام 1932، لوحظ تأثير "الذاكرة" السويدي الأسترالي في سبائك الذهب والكادميوم، أي أنه بعد تغيير شكل السبيكة، يمكن أن تعود بطريقة سحرية إلى شكلها الأصلي عند تسخينها إلى درجة حرارة حرجة معينة. ، أطلق الناس على السبائك ذات هذه الوظيفة الخاصة اسم سبيكة ذاكرة الشكل. تطوير سبائك الذاكرة حتى الآن، ومع ذلك، أكثر من 80 عاما، ولكن بسبب تطبيقه في مختلف مجالات المؤثرات الخاصة، يجذب الاهتمام العالمي على نطاق واسع، والمعروف باسم "سحر المواد الوظيفية".

درس Zhu Peicheng سبائك ذاكرة الشكل في وقت مبكر خلال فترة الدكتوراه. الدراسة بسبب دورها واسع جدًا وقوي جدًا. هناك العديد من الأمثلة الناجحة لاستخدام سبائك الذاكرة في مجال الطيران. يمكن تصنيع هوائي ضخم للقمر الصناعي من سبيكة الذاكرة. قبل إطلاق القمر الصناعي، يتم طي الهوائي المكافئ داخل جسم القمر الصناعي. بعد أن يطلق الصاروخ القمر الصناعي إلى مدار محدد مسبقًا، فإنه يحتاج ببساطة إلى التدفئة ويتوسع هوائي القمر الصناعي المطوي بشكل طبيعي لاستعادة الشكل المكافئ بسبب وظيفة "الذاكرة" الخاصة به. تتمتع سبائك الذاكرة أيضًا بمجموعة واسعة من التطبيقات في المجال السريري، مثل العظام الاصطناعية، والضواغط العظمية، وأنواع مختلفة من الدعامات الداخلية اللمعية، والمصمات، والأطراف الاصطناعية للقلب، ومرشحات الخثرة، والغرز الجراحية وما شابه ذلك، وتلعب الرعاية الطبية الحديثة دورًا لا يمكن الاستغناء عنه. ; والذاكرة المرتبطة بحياتنا اليومية لها نفس القدر من الأهمية. على سبيل المثال، يتم استخدام زنبرك مصنوع من سبيكة الذاكرة كمثال. يتم وضع الزنبرك في الماء الساخن ويتم تمديد طول الزنبرك على الفور. يتم إرجاع الينبوع إلى الماء البارد ويستعيد شكله الأصلي على الفور. يتحكم زنبرك هذه المادة في درجة حرارة الماء في سباكة الحمام وينظم أو يغلق السباكة من خلال وظيفة "الذاكرة" عندما تكون درجة حرارة الماء الساخن مرتفعة جدًا، مما يمنع الحروق. يمكن أيضًا تصنيعها في معدات إنذار الحريق وأجهزة أمان المعدات الكهربائية. عند حدوث حريق، يتشوه الزنبرك المصنوع من سبيكة الذاكرة ويتم تنشيط جهاز إنذار الحريق لتحقيق غرض الإنذار. من الممكن أيضًا وضع زنبرك مصنوع من سبيكة ذاكرة في صمام الهواء الدافئ للحفاظ على درجة حرارة الحديقة الشتوية وتشغيل صمام التسخين أو إيقاف تشغيله تلقائيًا عندما تكون درجة الحرارة منخفضة جدًا أو مرتفعة جدًا.

باعتبارها فئة جديدة من المواد الوظيفية، يتم تطوير العديد من الاستخدامات الجديدة لسبائك الذاكرة حتى بما يتجاوز خيال الكثير من الناس. "مثال