Sunday, June 28, 2015

欧拉转动以角速度(或转角)为几何运动量,引入惯性矩(或力矩)概念作为物里量。从而形成表象(几何运动)与本质(物理量)间的关系方程。由此而来的刚体力学是对牛顿质点力学在一维物体上的推广(对各微元长度力矩关于长度积分)。

从欧拉转动到局部转动(艰难的一步)
已有 1332 次阅读 2013-4-25 11:18 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记|关键词:的

      欧拉转动以角速度(或转角)为几何运动量,引入惯性矩(或力矩)概念作为物里量。从而形成表象(几何运动)与本质(物理量)间的关系方程。由此而来的刚体力学是对牛顿质点力学在一维物体上的推广(对各微元长度力矩关于长度积分)。
      其力矩的参考点是转动中心的不动点。在连续介质力学中,很多传统的教科书采用这个定义来建立转动矩(体矩)方程。一般地说是,左边的体内矩散度与右边的外力矩平衡。
      但是,很多力学家批判它,提出:对连续介质变形,整体的平移或转动对变形量没有贡献。而上面的引入不动点的方法把这个原则破坏了。
      Stokes 引入转动应变(反对称),并认为与切变模量相乘,得到的就是局部的体内转动矩。这个论点受到两个方面的批判:1)数学上,他引入的应变并不是真实的转动(而是微小转动的近似),后来由Study (德国数学家)给出了正确的转动形式;2)力学上,如果认可这种应变,则微元体是处于不稳定状态下的,从而,在固力学中被完全否定。但是,在流体力学中,在弹性动力学中,认可它的存在(以隐讳的方式,把矢量分解为有旋部分和无旋部分)。流体力学中的Navior-Stokes 方程可以看成是这种肯定。
      因而,力学处于一种本质上很矛盾的状态。
      理性力学家Truesdell, Synger 等人的方案是:把变形张量分解为一个转动和非转动张量的积,称为极分解定律。把非转动部分作为变形的应变度量(有多种定义),把转动看成是欧拉转动。这个概念被流体力学采用,形成涡量(旋度的张量形式)的几何定义。到目前为止,湍流的研究工作基本上是这个路数。
      -Stokes 分解是:把变形张量分解为对称部分与一个正交转动部分的直和。这就扩充了Stokes原来的:一个对称部分与一个反对称部分的直和。
      由于Stokes的一个对称部分与一个反对称部分的直和早就被理论物理学所广泛采用,因此,力学上的反对者几乎没有。但是,对陈-Stokes 分解的反对者却大有人在。这不能不说是个怪事。
      在直和分解下,转动所对应的方程就是欧拉方程在连续介质内的推广形式。
      现代物理也认识到:一个对称部分与一个反对称部分的直和分解必须改进,从而,也开始了相关的努力,也就是引入局部曲率(单位尺度上的转动角)。但是,物理学关心的是非变形体,而是大量离散质点运动的轨迹。因此,两者还是有很大差异的。由于运动的轨迹可能交叉结钮,因此,其几何问题更为复杂。
      与这种运动不同的是:连续介质力学出于连续性和紧致性的要求,对容许的局部转动角作了限定性,这样一来,直接搬运理论物理的那套数学理论就成问题了。这个问题的解决者是我国力学家陈至达教授所建立的有限变形几何理论,它是与Clifford几何代数协调的,但是,与黎曼几何不完全协调,而且还是两个Clifford几何代数的积(也就是混合张量理论,上标为一个几何,下标为另一个几何),这个概念的数学理论只不过是近几年才被数学界接受(并证明,但是即便是数学界知道者也不多,就更别说在力学界了),因此,陈-Stokes 分解受到长期以来的各种批判也就不足为奇了。
      由于大量的数学教科书(几何类的)还是否定混合张量的地位,物理、力学中也几乎是如此。与局部转动概念捆绑后,否定的声音也就更大了。
      一群对两个Clifford几何代数的积代数一无所知的审稿者审这类论文是很不费力的:连基本概念都不懂,否决!
      因而,也就可以理解:科学进展的缓慢在很大程度上与成名学者的不继续学习(关门主义)有关,尤其是对基础理论的学习。
      如果我国基础科学界不抓住采用Clifford几何代数后物理学、力学等相关基础科学理论表达方式(本质性的)所会发生的革命性变革,我们就会错失良机。
      机会从来都是给有准备的头脑的。

No comments:

Post a Comment