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眾所周知，舉世聞名的諾貝爾獎是以瑞典著名化學(xué)家、硝化甘油炸藥的發(fā)明人阿爾弗雷德·諾貝爾的部分遺產(chǎn)（3100萬瑞典克朗）作為基金創(chuàng)立的。諾貝爾獎分設(shè)物理、化學(xué)、生理或醫(yī)學(xué)、和平、文學(xué)和經(jīng)濟(jì)6個獎項，以其基金每年的利息或投資收益，授予前一年世界上在這些領(lǐng)域?qū)θ祟愖龀鲋卮筘暙I(xiàn)的人。在眾多世界級科學(xué)獎勵中，諾貝爾獎被公認(rèn)為最高級別的獎項，它會為獲獎科學(xué)家?guī)碇粮邿o上的榮譽(yù)。 ( I; N# p& ^8 H8 [
但是令人遺憾的是諾貝爾獎中沒有設(shè)立與數(shù)學(xué)相關(guān)的獎項。有人猜測說諾貝爾的女友最終嫁給了一位數(shù)學(xué)家米塔-列夫勒，故而諾貝爾一直耿耿于懷，而在設(shè)立該獎時把數(shù)學(xué)排斥在外。實際上這種說法是經(jīng)不住考證的。從諾貝爾的科學(xué)觀來看，諾貝爾成為19世紀(jì)的著名發(fā)明家和實業(yè)家，其主要原因在于他擁有敏銳的直覺和非凡的創(chuàng)造力，不需要借助于深奧的高等數(shù)學(xué)知識。在諾貝爾所處的19世紀(jì)下半葉，化學(xué)領(lǐng)域的研究跟高等數(shù)學(xué)的結(jié)合并不緊密。因此諾貝爾本人根本無法預(yù)見或想象到數(shù)學(xué)在推動科學(xué)發(fā)展上所起的巨大作用，因此忽視了設(shè)立與純粹數(shù)學(xué)及應(yīng)用數(shù)學(xué)有關(guān)的獎項。* A9 U( h# ~( L$ x
這種結(jié)果導(dǎo)致了與數(shù)學(xué)密切相關(guān)的力學(xué)學(xué)科中的很多著名科學(xué)家都未能獲得諾貝爾獎。例如上個世紀(jì)的三大力學(xué)家普朗特、杰弗里·泰勒和馮·卡門都沒有得到諾貝爾評獎委員會的青睞。普朗特在邊界層理論、風(fēng)洞實驗技術(shù)、機(jī)翼理論、湍流理論等方面都作出了重要的貢獻(xiàn)，被稱作“空氣動力學(xué)之父”。杰弗里·泰勒的研究對流體和固體力學(xué)及它們在氣象學(xué)、海洋學(xué)、航空學(xué)、水力學(xué)、金屬物理學(xué)、機(jī)械工程和化學(xué)工程的應(yīng)用等方面都具有重要的價值。他是知名的實驗家和理論家，能夠憑直覺并運(yùn)用最簡單的方法發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。馮·卡門是20世紀(jì)最偉大的美國工程學(xué)家，開創(chuàng)了數(shù)學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)在航空航天和其他技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，被譽(yù)為“航空航天時代的科學(xué)奇才”。而當(dāng)今健在的哈佛大學(xué)教授賴斯（Rice）由于在斷裂力學(xué)和地震方面的貢獻(xiàn)也曾經(jīng)得到過諾貝爾獎提名。但是這幾位影響和改變了人類生活面貌的力學(xué)家并沒有得到諾貝爾獎，這確實令人扼腕嘆息。 力學(xué)家很難獲得諾貝爾獎的一個很大的原因是由其學(xué)科屬性所決定的。力學(xué)或者說應(yīng)用力學(xué)是建立在牛頓力學(xué)基礎(chǔ)上，研究宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動和變形的科學(xué)。它是物理學(xué)最早的一個分支，但是自從流體力學(xué)出現(xiàn)，它與傳統(tǒng)物理就分道揚(yáng)鑣了。此時的力學(xué)主要傾向于用應(yīng)用數(shù)學(xué)的理論去解決工程實際問題，而近代物理則更多地注重研究微觀粒子的規(guī)律。力學(xué)也被錢學(xué)森定義為“技術(shù)科學(xué)”，是銜接工程與數(shù)學(xué)、物理的橋梁；在西方，力學(xué)有時候也指應(yīng)用數(shù)學(xué)。故而與更多關(guān)注原創(chuàng)性成果的物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域相比，力學(xué)家更加關(guān)注應(yīng)用，因而與諾貝爾獎的初衷有所出入。值得慶幸的是，盡管諾貝爾獎中沒有數(shù)學(xué)獎或者力學(xué)獎，也有幾位力學(xué)家因為其開創(chuàng)性的研究獲得了諾貝爾獎。實際上，力學(xué)的邏輯和工程思維訓(xùn)練對于他們的獲獎也有很大益處。這些幸運(yùn)的力學(xué)家主要有以下幾位。 瑞利——諾貝爾物理獎得主 瑞利（Rayleigh，1842～1919）是英國物理學(xué)家，1873年被選為英國皇家學(xué)會會員，1879～1884年任卡文迪什實驗室主任，1905～1908年任英國皇家學(xué)會會長，1908年起任劍橋大學(xué)校長。他的研究工作幾乎遍及當(dāng)時經(jīng)典物理學(xué)和力學(xué)的各個領(lǐng)域，一生共發(fā)表了400多篇論文。瑞利在彈性動力學(xué)領(lǐng)域指出：在地震中應(yīng)當(dāng)存在一種沿自由表面?zhèn)鞑サ钠癫�，后被稱為瑞利波或者L波。瑞利也提出了直接求解變分問題的瑞利（Rayleigh）近似方法，并應(yīng)用于求解工程振動問題的固有頻率。在流體力學(xué)領(lǐng)域，他研究了液體在表面張力作用下的失穩(wěn)，稱之為瑞利失穩(wěn)。 盡管瑞利在力學(xué)上有諸多貢獻(xiàn)，但是他獲得諾貝爾獎卻是因為在1895年發(fā)現(xiàn)了氣體中的一個稀有元素——氬（Ar）。當(dāng)時他發(fā)現(xiàn)從液態(tài)空氣中分餾出來的氮，與從亞硝酸銨中分離出來的氮，有著極小的密度差異。但是他那經(jīng)過嚴(yán)格數(shù)學(xué)邏輯訓(xùn)練的大腦使他具備一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，不輕易把千分之幾的數(shù)據(jù)偏差歸結(jié)于實驗誤差，因而沒有與諾貝爾獎的桂冠失之交臂。 瑞利一生發(fā)表了許多學(xué)術(shù)論文，他文筆清雅暢達(dá)，所寫文章大多有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，定量十分準(zhǔn)確。后來，他把自己的論文整理為一部五卷本的論文集。論文集的開頭，他寫下了這樣的言詞：偉大精深啊/上帝造物之奇妙！/研究探索吧/求得世界奧秘/樂在其中矣！ 布里奇曼——諾貝爾物理獎得主 布里奇曼（Bridgman，1882～1961）是美國著名的實驗力學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家，是操作主義的創(chuàng)始人。他曾當(dāng)選為美國科學(xué)院院士和英國皇家學(xué)會會員，并于1942年擔(dān)任美國物理學(xué)會主席。布里奇曼因發(fā)明產(chǎn)生很高壓力的裝置及利用這一裝置在高壓物理領(lǐng)域內(nèi)所做出的貢獻(xiàn)，而獲得了1946年諾貝爾物理學(xué)獎。 一位美國學(xué)者評價布里奇曼的工作時說到：“幾乎沒有任何其他物理學(xué)領(lǐng)域能夠與高壓物理學(xué)相比，高壓物理學(xué)主要是一個人的工作�！睆�1905年開始，布里奇曼就研究了物質(zhì)在高壓下的力學(xué)性能。他創(chuàng)建了一種新的高壓裝置，可產(chǎn)生10 GPa（十億帕斯卡）的壓力。他利用該裝置，廣泛地研究了100多種化合物在高壓下的物理性能，如壓縮性、電導(dǎo)、熱導(dǎo)、拉伸強(qiáng)度和粘度等。在金屬材料的力學(xué)性能方面，他發(fā)現(xiàn)金屬的塑性變形與施加的靜水壓力關(guān)系不大，而受剪應(yīng)力的影響較大。這些結(jié)論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑性加工、機(jī)械、材料、土木、水利、航空航天等領(lǐng)域。 玻恩——諾貝爾物理獎得主 馬克斯·玻恩（Max Born，1882～1970）是德國猶太裔理論物理學(xué)家，是量子力學(xué)的奠基人之一。玻恩因?qū)α孔恿W(xué)的基礎(chǔ)性研究，尤其是對波函數(shù)的統(tǒng)計學(xué)詮釋，獲得了1954年的諾貝爾物理學(xué)獎。玻恩還和海森伯、約爾丹等人用矩陣這一數(shù)學(xué)工具研究原子系統(tǒng)的規(guī)律，創(chuàng)立了矩陣力學(xué)，這個理論解決了舊量子論不能解決的有關(guān)原子理論的問題。在他早期的科學(xué)生涯中，玻恩的興趣集中在點陣力學(xué)上，這是關(guān)于固體中原子怎樣結(jié)合在一起和如何振動的理論。玻恩曾與馮·卡門合作在1912年發(fā)表了關(guān)于晶體振動譜的論文。1925年玻恩寫了一本關(guān)于晶體理論的書，開創(chuàng)了晶格動力學(xué)這門全新的學(xué)科。1954年他和我國著名物理學(xué)家黃昆合著的《晶格動力學(xué)》一書，被國際學(xué)術(shù)界譽(yù)為該領(lǐng)域的經(jīng)典著作。 從應(yīng)用力學(xué)的角度來看，玻恩完全可以被認(rèn)為是一位力學(xué)家。他在哥廷根大學(xué)的博士論文研究的是彈性線（elastica）的穩(wěn)定性問題。這個問題源自于19世紀(jì)末瑞士的孟希太因大橋的桁架結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性失穩(wěn)而導(dǎo)致的破壞事故。玻恩對彈性線的方程不但進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，還自己設(shè)計了一個實驗去驗證他的結(jié)論。正如他自己所言“對一個科學(xué)家來說，當(dāng)他能用實驗（即使是別人做的實驗）來驗證他的理論時，那總是最心滿意足的時刻�！� 康托洛維奇——諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎得主 康托洛維奇（Kantorovich，1912～1986）是俄羅斯數(shù)學(xué)力學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家，是最優(yōu)化理論和計算數(shù)學(xué)的創(chuàng)始人之一，也是經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)的奠基人。他22歲就成為大學(xué)教授，23歲未經(jīng)論文答辯就被授予物理數(shù)學(xué)博士學(xué)位。1938年他將拉格朗日的乘子法應(yīng)用于解決經(jīng)濟(jì)學(xué)問題，如怎樣最充分地利用機(jī)器設(shè)備，如何最大限度地減少廢料、最有效地使用燃料，怎樣最合理地組織貨物運(yùn)輸、最適當(dāng)?shù)匕才呸r(nóng)作物布局等。他發(fā)現(xiàn)這一系列涉及到如何科學(xué)地組織和計劃生產(chǎn)的問題都屬于他所提出的線性規(guī)劃問題。1975年，63歲的康托羅維奇與美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家?guī)炱章构餐@得諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎。 康托洛維奇在應(yīng)用力學(xué)領(lǐng)域也建樹頗豐。他曾經(jīng)負(fù)責(zé)列寧格勒大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)研究所一個部的工作，并在1948年從事核武器的研制。從1958年起他主要開展計算數(shù)學(xué)和計算力學(xué)的研究工作。他在力學(xué)上的主要貢獻(xiàn)是提出了直接求解變分方程的近似法，這種方法是對瑞利方法的改進(jìn)，在力學(xué)上被稱為“康托洛維奇方法”。 康托洛維奇多才多藝，他不但是一位數(shù)學(xué)力學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家，還是一位詩人。同時，他也是一個發(fā)明家，曾經(jīng)獲得了一些雛形計算器的專利權(quán)。 希爾——諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主 希爾（Hill，1886～1977）是英國的生物力學(xué)和生物物理學(xué)家，與亥姆霍茲被公認(rèn)為是生物物理學(xué)的創(chuàng)始人。生物力學(xué)（biomechanics）是力學(xué)的一個分支，目的是運(yùn)用力學(xué)原理和方法對生物體中的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定量研究。生物力學(xué)的研究范圍從生物整體到系統(tǒng)、器官（包括血液、體液、臟器、骨胳等），從鳥飛、魚游、鞭毛和纖毛運(yùn)動到植物體液的輸運(yùn)等。 希爾對神經(jīng)、肌肉和心臟的物理特性進(jìn)行了大量測試工作。他由于在肌肉力量產(chǎn)生機(jī)理方面的研究而于1922年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。他還在運(yùn)動生物力學(xué)方面做了大量工作。例如在血紅素的氧氣攝入量方面，他推導(dǎo)出了著名的“希爾方程”。他還對運(yùn)動員的肌肉活動量進(jìn)行了實驗測試。1925年，他第一個畫出了跑步世界紀(jì)錄的速度與距離的關(guān)系。1928年，他研究了風(fēng)對于跑步的影響，也研究了人體肌肉產(chǎn)生的力與跑步速度的關(guān)系。這些研究工作對于今天我們?nèi)绾翁岣哌\(yùn)動員的訓(xùn)練成績?nèi)匀痪哂兄笇?dǎo)意義。
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發(fā)表于 2017-6-23 13:24:03
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