Anmerkung des Herausgebers: In gewisser Weise wird das Leben so klein wie ein Mensch, so groß wie eine Nation und Nation oder sogar die Zukunft unserer gesamten Menschheit und die Zukunft des gesamten Universums von unsichtbaren Gesetzen bestimmt, es handelt sich also tatsächlich um ein mathematisches Problem . Ist es mit der richtigen Antwort möglich, Erfolge zu erzielen? Wenn Sie eine falsche Antwort geben, werden Sie mit verschiedenen Strafen bestraft. Mathematik ist die Grundlage der modernen Wissenschaft und eng mit unserem täglichen Leben und unseren produktiven Aktivitäten verbunden. Zahlreiche Wissenschaftler widmen sich der mathematischen Forschung und sind eifrig auf der Suche nach der Wahrheit, auch wenn es ihnen möglicherweise nicht gelingt, den Durchbruch zu erzielen. So wie der Science-Fiction-Autor He Xi in seinem Werk „Sad Heart“ sagte: „Es sollte etwas geben, das nicht überbelohnt werden sollte, und man sollte sie nicht bitten, schöne Blätter und Blüten wachsen zu lassen, weil sie Wurzel sind.“ Mathematik ist die Wurzel des Blume der Wissenschaft. Die Gesellschaft ist jedoch realistisch. Forschung braucht Belohnungen. Einfache theoretische Forschung ist oft „nutzlos“ und nicht nachhaltig. Daher ist es weiterhin notwendig, Forschung auf der Grundlage von Produktions- und Lebenspraktiken durchzuführen. Professor Zhu Peicheng, School of Science an der Shanghai University und Institute of Materials Genome Engineering, widmet sich seit langem der Lehre und Forschung auf dem Gebiet der Mathematik und besteht auf disziplinübergreifender Innovation. Dieses Gesetz ist in entwickelten Ländern wie den Vereinigten Staaten und Deutschland tief und fest verankert. Dies wird eine wohlwollende Interaktion und gegenseitige Förderung zwischen wissenschaftlicher Forschung und Ingenieurwesen und Technologie ermöglichen und so die internationale Gemeinschaft langfristig und umfassend voranbringen. In unserem Land gibt es einen solchen Forscher, der den Stil der wissenschaftlichen Forschung erkennt und hart arbeitet. Er ist Professor Zhu Peicheng vom Shanghai Institute of Science and Materials Genome Engineering. Er widmet sich seit langem dem Unterrichten angewandter Mathematik mit starkem industriellem Hintergrund. Und die wissenschaftliche Forschung auf dem Gebiet der Materialwissenschaften hat eine Reihe fruchtbarer Ergebnisse erbracht.

Zhu Peicheng, Professor für angesehene Professoren, Shanghai „Tausend-Jahres-Plan“. Er hatte Positionen in mehreren Ländern inne und ist in Europa tätig. Nach innovativer Forschung wurden erfolgreich zwei Phasenfeldmodelle etabliert, die strukturelle Phasenübergänge in intelligenten Materialien wie Formgedächtnislegierungen beschreiben. Für das Abflussproblem komprimierbarer Navier-Stokes-Gleichungen in der Fluiddynamik wird erstmals die nichtlineare Wellenklassifizierung durchgeführt und die asymptotische Stabilität mehrerer Wellenarten nachgewiesen. Die Etablierung von A-priori-Schätzungen der Feinheit hat über mehrere Jahrzehnte hinweg die offenen Probleme der thermoviskoelastischen Gleichungen wie Formgedächtnislegierungen und festkörperähnliche Materialien gelöst.

Von Mathematik besessen, illusorisch

Was ist Mathematik? Man kann sagen, dass die Mathematik eine der ältesten, seit langem etablierten Disziplinen ist, die zwar viele Krisen erlebte, aber immer wieder überwunden und gewachsen ist. Bislang kann selbst ein Mathematiker den Mathematikzweig außerhalb seines Fachgebiets nicht vollständig verstehen, und oft hat man das Gefühl, sich über Berge hinweg zu verflechten.

Das Idol von Ju Pei-cheng war ein Junge namens Hua-Geng Geng, der als „Vater der modernen chinesischen Mathematik“ bekannt ist. Hua Luogeng ist ein international bekannter Mathematik-Guru. Er gründete die chinesische Mathematikschule und leitete mehrere Bereiche, um Weltklasseniveau zu erreichen. All dies hinterließ einen tiefen Eindruck im jungen Geist von Zhu Peicheng.

Aufgrund der Verehrung von Hua Luogeng entwickelte Zhu Peicheng ein starkes Interesse an Mathematik. Interesse ist der beste Lehrer, ist die größte treibende Kraft für die Forschung, mit außergewöhnlichem Talent, er war auf dem Weg zum Mathematiklernen, das nicht erreicht werden kann, von der Mittelschule bis zum Doktortitel, Zhu Peicheng hat diesen Bereich nie verlassen.

„Zuerst war die Disziplin Mathematik sehr heilig. Damals war es keine Propaganda, dass „wir Mathematik gut lernen und keine Angst davor haben sollten, in die ganze Welt zu reisen.“ „Aber das Lernen zu lernen und die Verwirrung kam.“ Mit der Vertiefung der Forschung stellte Zhu Peicheng nach und nach fest, dass das, was er gelernt hatte – Mathematik – für die gesamte wissenschaftliche Förderung, den gesellschaftlichen Aufstieg und die wirtschaftliche Entwicklung nicht von Bedeutung zu sein schien, gleichzeitig aber Mathematik eine Grunddisziplin ist , andere Disziplinen und sogar die Linguistik (wie die Stimmanalyse) werden mehr oder weniger auf die Mathematik als unverzichtbares Werkzeug für die Entwicklung anderer Disziplinen angewendet, wie Marx sagte: „Jedes Fach kann nur dann eine echte Wissenschaft werden, wenn es vollständig ist.“ auf die Mathematik angewendet, „so dass der Wert des Mathematikberufs nicht unterschätzt werden darf.“ Eine durch menschliches reines Denken geschaffene Disziplin kann die objektive Welt genau beschreiben. Die Entwicklung hat eine so große Rolle gespielt, vom Mikro zum Makro, von den Naturwissenschaften über die Ingenieurwissenschaften bis hin zu den Sozialwissenschaften, viele der Gesetze sind in mathematischen Gleichungen niedergeschrieben , das ist wie magisch! Dieses Verständnis, also hat er sich einmal verheddert, am Ende weiter in die Bedeutung des großen Großen eintauchen? Wie kann man als Hauptfach Mathematik lernen und es nutzen, um eine „Bodengasdisziplin“ zu werden, die wirklich Probleme lösen und eng mit dem täglichen Leben der Menschen verbunden sein kann?

Dieser Knoten öffnete sich nicht vollständig, bis Zhu Peicheng seine Postdoktorandenforschung in China abschloss. Er erinnerte sich, dass sein Idol, Herr Hua Luogeng, für weitere Studien nach Europa und in die Vereinigten Staaten gereist war und eine Schlüsselrolle in seiner wissenschaftlichen Forschung gespielt hatte. Er dachte auch an Chinas altes Sprichwort, dass „Tausende von Büchern zu lesen und Tausende von Meilen zu reisen“ Zhu Peichen dazu veranlasste, sich auf die Suche nach der Antwort zu machen, die Welt aus einer anderen Perspektive zu betrachten, einander aus einem anderen Blickwinkel zu betrachten. Infolgedessen eröffnete er bis zu 15 Jahre Auslandsstudium und Berufsleben, die erste Station ist die Kyushu-Universität in Japan, wo die Japan Society for the Promotion of Science als Sonderforscher für Ausländer eingestellt wird. Zhu Peicheng erinnerte sich behutsam an den ersten Schritt, als er den ersten Schritt tat, und scherzte, er habe großes Glück gehabt und viele gute Lehrer getroffen, wie zum Beispiel „Lu Jeder ihrer Schritte ist sehr solide.

Während dieser zehn Jahre lehrte und forschte er an der international renommierten Kyushu-Universität in Japan, der Technischen Universität Darmstadt in Deutschland, der Basque Applied Math Middle School in Spanien und im Mutterland Baskenland sowie an Mathematikinstituten wie dem Humboldt Universität in Berlin, Deutschland, Bonn University Mathematics Institute, Kyoto University Institute of Mathematics and Mathematics, Poland Banach Centre for Mathematical Studies und andere weltbekannte Institute of Mathematics, die Möglichkeit, sich mit internationalen Mathematikmeistern (wie J. Ball , PLLions usw.) zu lernen, wodurch Zhu Peicheng nach und nach über eine sehr hohe internationale Perspektive verfügt, eine enge Zusammenarbeit mit international renommierten Forschungszentren pflegt und somit ein genaueres Verständnis für die Richtung der internationalen Mainstream-Entwicklung hat.

Diese Erfahrungen ließen Zhu Peicheng auch persönlich die unterschiedliche wissenschaftliche Forschungskultur verstehen, ihm die Augen öffnen und viel frische Luft einatmen, die sich völlig von der heimischen unterscheidet. Er stellte beispielsweise fest, dass die Qualität des Aufsatzes wichtiger ist als die Quantität, anstatt sich auf die Anzahl der Aufsätze zu verlassen, um hier Ihr Niveau zu beweisen. Eine entspannte Forschungsumgebung regt hier eher das Potenzial zum freien Denken an; Und diese Lockerung ist nicht dasselbe wie keine Ordnungslockerung, in Deutschland sollte ein Satzzeichen in den Forschungsarbeiten am Ende ein Komma oder ein Punkt sein, die mathematische Formel hinter der strikten Umsetzung des Leerzeichens muss dabei gut berücksichtigt werden Strenge wissenschaftliche Haltung, so dass Zhu Peicheng atemberaubend und profitiert.

In einem solchen Umfeld kann Zhu Peicheng freier über verschiedene Arten von Problemen nachdenken. Da beispielsweise die wissenschaftliche Entwicklung immer weiter voranschreitet, sind die Disziplinen sehr klein und die Grenzen zwischen den Disziplinen verschwimmen immer mehr. , Wohin geht die Wissenschaft? Welche wissenschaftlichen Leistungen sollten Wissenschaftler vorweisen? Welchen Wert hat wissenschaftliche Theorie? Und er erkannte auch nach und nach, dass vor der Wissenschaft alle gleich sind und selbst die Meister der Naturwissenschaften manchmal Fehler machen. Das Wirkliche Der Meister schämt sich nicht für Unrecht, sondern findet die falsche Ergänzung oder die grundlegende Wiederherstellung einer neuen Theorie, sodass das wissenschaftliche Verständnis eine Spirale ist. Was die Fehler betrifft, ist die Kluft zwischen Ost und West groß. Er erkennt auch, dass wir nur dann von uns behaupten können, Wissenschaftler im wahrsten Sinne des Wortes zu sein, wenn wir unsere eigenen Gedanken haben und unser eigenes ideologisches System bilden, und dass wissenschaftliche Theorien letztendlich zu Menschen selbst werden, was den Wert ihrer Existenz ausmacht. Wenn die Theorie praktische Probleme nicht lösen kann, ist sie kompliziert und nutzlos.

Zhu Peicheng erkennt, dass Mathematik ein ganz besonderes Fach ist. Im Gegensatz zu anderen Natur- und Sozialwissenschaften gibt es kein objektives Phänomen, um es zu testen. Logisch gesehen ist es richtig, in dem Sinne, dass Mathematik nicht einmal eine Wissenschaft ist. Aber die Mathematik, auch die reine Mathematik, ist zweifellos nützlich, sie ist die Sprache der Naturwissenschaften und der Sozialwissenschaften. Stellen Sie sich vor: Ohne Mathematik hat die Newtonsche Mechanik keine präzise Grundlage und keine moderne Wissenschaft. Fast dreihundert Jahre später, im 20. Jahrhundert, in dem die physikalischen Wissenschaften rasch Fortschritte machten, baute Einstein die Newtonsche Mechanik auf und begründete die Relativitätstheorie auf der Grundlage partieller Differentialgleichungen. Das Aufkommen der Quantenmechanik führte uns zur Entwicklung eines unendlichdimensionalen Raums, der wiederum eine solide theoretische Grundlage für die Quantenmechanik darstellt. Darüber hinaus ist die Informatik stärker mit der Mathematik verbunden. Viele Phänomene in der Materialwissenschaft können durch Evolutionsgleichungen beschrieben werden, und einige nutzen sogar die Gruppentheorie als Zweig der reinen Mathematik. . Auch in den Sozialwissenschaften findet die Mathematik immer mehr Anwendung. Ohne Mathematik als Werkzeug ist es schwierig, präzise zu sein und sich davon zu lösen. Zum Beispiel das demografische Modell, das Optionspreismodell und die Spieltheorie, Differentialgleichungen, Operations Research usw. Einige Errungenschaften wurden mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Daher erkannte Zhu Peicheng, dass die Mathematik so weit von unserer Intuition entfernt ist, die Welt aber gut beschreibt. Als mathematische Widerspiegelung einer ungefähren abstrakten Welt ist die Mathematik, die aus einigen reinen Denkleistungen besteht, eine wahre Beschreibung unserer komplexen irdischen Welt, die scheinbar unregelmäßig erscheint, aber rational erkannt werden kann. Viele scheinbar völlig unterschiedliche Phänomene können durch dieselbe Differentialgleichung usw. usw. beschrieben werden, was das größte Wunder der Mathematik und die größte Errungenschaft des menschlichen rationalen Denkens darstellt. Mathematik ist für andere Disziplinen sehr nützlich. Im Gegenteil, wenn sie nicht eng mit anderen Disziplinen integriert wird, wird die Leistungsfähigkeit der Mathematik unweigerlich stark reduziert, und möglicherweise ist dies eine Hauptquelle für mathematische Unnötigkeit. und wenn die Mathematik die anderen Disziplinen verlassen würde, würde sie die Richtung der Entwicklung verlieren, ihr Blut mit gesundem Wachstum verlieren! Sie beeinflussen sich gegenseitig und fördern sich gegenseitig.

Um die Mathematik besser mit der Realität zu verknüpfen, hat Zhu Peicheng viele Modellierungstechniken im Ausland studiert, und es gibt kaum ein inländisches Engagement auf diesem Gebiet. Neben den Hauptfächern Mathematik beherrschte er auch viele interdisziplinäre Kenntnisse der Festkörperphysik, der Kristallographie und der materialwissenschaftlichen Grundlagen für die Modellierung. Doch auch die Richtung, in die er sein Hauptfach Mathematik gedrängt hatte, fand nach und nach Antworten in seinen Auslandserfahrungen, erlangte ein tieferes Verständnis für die verschiedenen Arten von Modellen, denen er zuvor begegnet war, und Zhu Peicheng etablierte seine eigene wissenschaftliche Philosophie: Es ist klar, dass Angewandte Mathematik ist nur dann aussagekräftiger und kann zu aussagekräftigen Ergebnissen führen, wenn sie eng mit anderen wissenschaftlichen Bereichen verknüpft ist. Deshalb entwarf er für sich selbst eine detaillierte Roadmap für die wissenschaftliche Forschung: Wählen Sie zunächst die physikalischen Phänomene von großer Bedeutung aus und erstellen Sie mathematische Modelle. Führen Sie dann eine theoretische Analyse dieser Modelle und Computersimulationen durch und vergleichen Sie sie dann mit den experimentellen Ergebnissen, um die Vor- und Nachteile des Modells zu ermitteln. Abschließend werden auf Basis des validierten Modells verschiedene numerische Simulationen durchgeführt. Diese numerischen Simulationen können verwendet werden, um die physikalischen Phänomene besser zu verstehen und die Anwendung zu steuern. Seiner Ansicht nach ist beispielsweise das Studium der Mathematik in den Materialwissenschaften ein vielversprechender Bereich, der die Entwicklung einer neuen Disziplin namens Solid Mathe gefördert hat.

Nachdem Zhu Peicheng dies erkannt hatte, wie es in dem alten Gedicht „Das helle und das fantastische Dorf“ beschrieben wird, befand er sich plötzlich am Fuße der Straße, wo er nicht wusste, wohin er gehen sollte, und wurde plötzlich fröhlich.

Memory Alloy, die neuen interdisziplinären Ergebnisse der Materialwissenschaften

Material und unsere menschliche Nahrung und Kleidung sind eng miteinander verbunden. Das moderne Leben unseres Lebens ist immer mehr von Menschenhand geschaffen und künstlich als je zuvor. Die Entdeckung, Erfindung und Verwendung dieser neuen Materialien haben die Art und Weise, wie moderne Menschen arbeiten und leben, stark verändert. Beispielsweise haben intelligente Materialien wie Formgedächtnislegierungen, die in Befestigungselementen für Kriegsschiffe verwendet werden, erfolgreich Millionen von Ersatzteilen angesammelt und Ölverschmutzungen erfolgreich verhindert. Alle möglichen neuen Materialien werden im Airbus A380 verwendet, diesem Luftgiganten, einem supergroßen Flugzeug, das bis zu doppelt so viele Passagiere wie das größte Flugzeug befördern kann, aber das Maschinengewicht, die Spannweite, der Treibstoffverbrauch usw. sind viel weniger als doppelt so hoch Originalvolumen des größten Flugzeugs, damit wir komfortabler und günstiger reisen können. Ohne neue Materialien sind Smartphones unmöglich. Auch die Lebensmittel, die wir täglich zu uns nehmen, entstehen ständig in neuen Varianten. Ein weiteres Beispiel ist die Superlegierung, da das Land nicht in der Lage war, Motoren für Flugzeuge (insbesondere Zivilflugzeuge) zu produzieren, hochtemperaturoxidationsbeständige Hochtemperaturlegierungen, unsere Motoren und großen Flugzeuge können nur in den westlichen Ländern gekauft werden. Daher sind Forschung und Entwicklung erforderlich Hochtemperaturlegierung als großes nationales Projekt. Kurz gesagt, für ein Land sind neue Materialien von entscheidender Bedeutung, um die wirtschaftliche Sicherheit, die nationale Sicherheit und die Aufrechterhaltung eines wohlhabenden menschlichen Lebens zu gewährleisten.

Anders als in der Antike, die im Wesentlichen nur natürliche Materialien verwendete, stellen und verwenden wir heutzutage mehr künstliche Materialien als jemals zuvor in der Geschichte, und die Erfindung dieser neuen Materialien hat die Art und Weise, wie moderne Menschen leben und arbeiten, stark verändert. Daher ist die Materialwissenschaft als neue Wissenschaft zum heißesten Spitzenforschungsgebiet des 21. Jahrhunderts geworden.

Die Entwicklung neuer Materialien, die unseren Bedürfnissen entsprechen, ist eine zentrale Aufgabe in der Materialwissenschaft, insbesondere im aufstrebenden Programm zur Materialgenomik. Zhu Peicheng sagte, dass es neben der Mathematik auch Disziplinen wie Mechanik, Physik und Informatik umfasst. Es handelt sich um eine interdisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsplattform mit zahlreichen Erfolgen. Mathematische Modelle spielen in diesem Bereich eine äußerst wichtige Rolle.

Ein wichtiges Ausgangsmaterial für Zhu Peicheng ist eine Formgedächtnislegierung. Zum ersten Mal wurde 1932 der schwedische Auland-„Memory“-Effekt bei Gold-Cadmium-Legierungen beobachtet, das heißt, nachdem die Form der Legierung geändert wurde, kann sie beim Erhitzen auf eine bestimmte kritische Temperatur auf magische Weise in ihre ursprüngliche Form zurückkehren , Die Legierung mit dieser besonderen Funktion wird im Volksmund als Formgedächtnislegierung bezeichnet. Die Entwicklung von Memory-Legierungen ist zwar schon mehr als 80 Jahre her, aber aufgrund ihrer Anwendung in verschiedenen Spezialeffektbereichen erregt sie weltweit große Aufmerksamkeit und wird als „Magie funktioneller Materialien“ bezeichnet.

Zhu Peicheng beschäftigte sich schon früh während seiner Doktorarbeit mit Formgedächtnislegierungen. studieren, weil seine Rolle zu weit gefasst und zu mächtig ist. Es gibt viele erfolgreiche Beispiele für den Einsatz von Memory-Legierungen im Luft- und Raumfahrtbereich. Riesige Satellitenantennen können aus einer Memory-Legierung bestehen. Vor dem Start des Satelliten wird die Parabolantenne in den Satellitenkörper eingeklappt. Nachdem die Rakete den Satelliten auf eine vorgegebene Umlaufbahn gebracht hat, muss er lediglich erwärmt werden und die gefaltete Satellitenantenne dehnt sich aufgrund ihrer „Memory“-Funktion auf natürliche Weise aus, um die parabolische Form wiederherzustellen. Memory-Legierungen finden auch im klinischen Bereich ein breites Anwendungsspektrum, etwa bei künstlichen Knochen, Fersenbeinkompressoren, verschiedenen Arten von endoluminalen Stents, Embolisatoren, Herzprothesen, Thrombusfiltern, chirurgischem Nahtmaterial und dergleichen. Die moderne medizinische Versorgung spielt eine unersetzliche Rolle ; und Erinnerungen, die sich mit unserem täglichen Leben verbinden, sind gleichermaßen relevant. Als Beispiel dient beispielsweise eine Feder aus einer Memory-Legierung. Die Quelle wird in heißes Wasser gelegt und die Länge der Quelle wird sofort verlängert. Die Quelle wird in kaltes Wasser zurückgeführt und nimmt sofort wieder ihre ursprüngliche Form an. Die Feder aus diesem Material steuert die Wassertemperatur der Badezimmerleitungen und reguliert oder schaltet die Leitungen durch die „Memory“-Funktion ab, wenn die Warmwassertemperatur zu hoch ist, um Verbrühungen zu vermeiden. Kann auch zu Brandmeldegeräten und Sicherheitsgeräten für elektrische Geräte verarbeitet werden. Wenn ein Brand auftritt, wird die Feder aus der Memory-Legierung verformt und das Feuermeldergerät wird aktiviert, um den Alarmzweck zu erreichen. Es ist auch möglich, eine Feder aus einer Memory-Legierung in ein Warmluftventil einzubauen, um die Temperatur im Wintergarten aufrechtzuerhalten und das Heizventil automatisch ein- oder auszuschalten, wenn die Temperatur zu niedrig oder zu hoch ist.

Als neue Klasse von Funktionsmaterialien werden viele neue Einsatzmöglichkeiten für Memory-Legierungen entwickelt, die über die Vorstellungskraft vieler Menschen hinausgehen. „Beispiel