声振论坛

 找回密码
 我要加入

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 1899|回复: 1

[其他相关] 大师手笔,非同凡响——钱学森先生大作剖析

[复制链接]
发表于 2018-8-10 16:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?我要加入

x
  本文中,作为范文,剖析钱学森先生54年前发表在“Advances in Applied Mechanics”上的review article:“Poincaré-Lighthill-Kuo method”。


  写作背景
  1950年,钱学森先生遭到美国麦卡锡主义迫害,一度入狱,保释之后的五年间,一直处于“监视居住”的状态,失去了行动自由。幸亏有夫人蒋英照料,在家里的卫生间里安排了差强人意的科研环境(参看2010-9-15的博文)。在此期间,钱学森被迫与军事科研“绝缘”,先后进行了工程控制论、星际航行、物理力学和应用数学等基础研究。“Poincaré-Lighthill-Kuo method”(《邦加来-赖特希尔-郭永怀方法》,以下简称为《PLK方法》)就是那一时期的产物。钱学森先生在《写在郭永怀文集的后面》中说:“1953年冬,他(郭永怀)和李佩同志到加州理工学院。他讲学;我也有机会向他学习奇异摄动法。”尽管钱先生当时的心情很坏,还是在短时间里掌握了PLK方法的精髓,并写出了他在美国发表的51篇科学论文中这篇唯一的应用数学论文。

  论文内容
  学过渐近分析的人都知道,PLK方法,亦称为变形坐标法,是一种简捷有效的奇异摄动法。发端于1886年Poincaré在《天体力学新方法》,经Lighthill(1949)和郭永怀(1953)的二度创造,形成了目前的形式,在力学、物理学和其它领域中得到了非常广泛的应用。

  钱学森的论文的译文可见原文链接(我于去年译出,校者是我的师兄陈允明研究员;定稿本可参看本月即将出版的《钱学森文集》),目录如下:
1.png

  写作剖析
  下面就这一论文的构思铺陈特点作概略描述。

  总体来说,该论文充分体现了钱学森先生的科技论文写作风格。这就是:

  1、重视应用背景,善于从实际应用中提炼问题,分析问题,解决问题,阐明问题。在阐述数学方法时,非常注意其可用性,经常站在工程师的立场,考虑能否被他们接受并运用;


  2、采用归纳手法,由浅入深,由简入繁,引人入胜地描绘了这一应用数学方法,使得有一般数学基础的理工科学人就能读懂;


  3、结构严谨,层次清晰,文字优美,行文流畅,使得读者在不知不觉中领略了PLK方法的特色与精髓。

  这里,就该论文的具体写法,对上述各点稍加展开。

  关于引言(第一节):全文的中译本共57页,引言约5页,占全文篇幅9%。引言中,概述了PLK方法的发展简史:Poincaré的创见;Lighthill的发展;郭永怀的贡献;方法命名的由来。接着,举了一个非常简单的一阶常微分方程的例子(我在讲授渐近分析课程时称之为“钱学森例子”),说明用PLK方法居然得到了问题的精确解,这就一下子吊起了读者的胃口;随后,趁热打铁,阐述了此法的特点:简捷,有效,灵活,“傻瓜”,当然,文中没有用“傻瓜”一词,却的确说了方法很容易为工程师们接受和运用。这是钱学森所有著述的一个“共性”:他始终惦记者工程师们,想方设法把深奥的理论和原理讲得工程师们也能弄明白。

  以下各段,我们套用上文中的“八股”术语。

  关于“起股”(第二节):钱学森熟练地运用归纳推理的过程,从分析有代表性的实例入手,引用了与他同时代的数学家Wasow提出的模型方程进行解剖,讲明:求解此方程时应用经典摄动法时遇到的奇性困难;采用PLK方法如何使问题迎刃而解;对三类情况进行了细致的余项估计(误差估计);然后,用PLK方法求解了一个较为简单的空气动力学问题(即Lighthill例子);是为起股中的“头股”。随后,作者话锋一转,谈到PLK方法遇到的“边界层困难”,即方法的局部失效,并讲了一个粘性气体汇流的实例(即吴耀祖例子),说明PLK方法应与边界层方法结合,为后来讲述郭永怀的贡献做了铺垫,是为起股中的“二股”。

  关于“中股”(第三、四节):这是全文的核心,这两节可视作“前后双股”。钱学森仍用一个简单的例子说明用摄动法求解双曲型方程的“远场困难”,并指出,这是由于问题线性化之后的特征线变形造成的,因此,必须用PLK方法进行特征线变形,恢复事物的本来面目;在分析过程中,与前一节的常微分方程情形进行了类比;通过细致的讨论,使人们对此法的认识渐入佳境,并顺水推舟地求解一个球面爆炸波的问题,让大家感受此法的魅力;进入第四节,作者又“泼了一盆冷水”,指明PLK方法求解薄翼问题失效,对椭圆型方程似乎难以发挥其功效,再次为郭永怀的创造做了铺垫。

  关于“后股”(第五节):专门叙述郭永怀的工作。还是从最简单的不可压缩流体的平板边界层流动谈起,简介了边界层理论,然后指出了用PLK方法求高阶解时遇到的奇性困难;然后叙述郭永怀如何把Lighthill的方法与边界层方法结合起来,求得了较为理想的解。钱学森特别指出,两者的有机结合是一种“乘法”,而非“加法”,所作的阐释令人信服;最后,简要地说明了郭已将PLK方法用于更为复杂的可压缩流动中激波与边界层的干扰问题。

  关于“束股”(第六节)。在结束语中,指明两点:一是PLK方法是一种非常简捷有效的渐近方法;二是,关于PLK方法的有效性分析还有很多工作要做,它在数学上有一些不确定性,但是,这并不妨碍它的实际使用,只要用心检验结果就行了。全文结束时,作者引用著名的应用数学家、运算微积的发明者亥维赛(Heaviside)的话:“我难道要因为不完全了解消化过程而拒绝进餐吗?”这是画龙点睛之笔,为这篇长文增添了最后一道亮色。这实际上也代表了钱学森先生对发展应用数学方法的态度。

  以上就个人体会,从科技论文写作的角度对钱学森先生这篇长文做了初步分析。数学基础较好的博友能全部看懂,建议各位能浏览一下原文,我们一起做一些进一步探讨;数学基础稍差的博友也能了解一些梗概,希望对他们也有助益。

  平心而论,在钱学森先生的所有科学论文中,本文所剖析的“Poincaré-Lighthill-Kuo method”不能说是创造性最强的,但从中我们已经可以看到这位大师非同凡响的智慧。我认为,在科技领域,他是一位文武双全的勇士。我们应该用心地向他学习。

  来源:科学网戴世强博客、应用数学和力学公众号

回复
分享到:

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 我要加入

本版积分规则

QQ|小黑屋|Archiver|手机版|联系我们|声振论坛

GMT+8, 2024-12-23 16:28 , Processed in 0.081159 second(s), 21 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表