05.25 你相信嗎?練“凌波微步”對取得科研成果有重要作用!

你相信嗎?練“凌波微步”對取得科研成果有重要作用!

段譽是金庸武俠小說《天龍八部》中的人物,大理國“鎮南王”段正淳的兒子。“凌波微步”“北冥神功”“六脈神劍”是段譽得以獨步天下的三門上層武學,成了《天龍八部》中義薄雲天的武林高手。我特別喜歡段譽這個人物,有時想想,段譽的品性倒有幾分頗似力學。

以“六脈神劍”而言,在涉及六脈神劍的描述裡,都強調一個重要基礎“內力”,書中描寫修煉六脈神劍至少要求達到四品一陽指的功力,而一陽指共分九品,一品為最高境界,可見其對“內力”要求之高。

套用在學習上,“內力”修為就等價於我們對基本理論和方法的學習。“外在的武術”(即實戰技巧與經驗),就是指將基本理論和方法應用於工程實際、解決實際問題的能力。在學習中,數學、幾何、物理、力學等基礎學科就是“內力”,具體到專業,如焊接、起重機械、工程機械、道路橋樑、機器人等等,就是 “實戰技巧與經驗”。

力學最大的特點就是不具體於某個工程問題或自然現象,而是將工程或自然中基本規律總結出來,加以研究和利用,可以說,

力學是專注於內力修煉的一門學問。如果內力修煉好了,其他的武功也會練得特別快。實際上,許多專業中的大家在力學方面也都有非常高的造詣,如我國鐵路專家詹天佑、橋樑專家茅以升、航空專家王俊奎等等。

然而......

很多人注意到力學不講具體工程,就說“學一堆理論,到了社會上啥也不會,學力學有什麼用?”持這一觀點的人實際上就是隻注重外在術的修煉,而忽視了內在功的修煉。力學和六脈神劍一樣,是一門需要深厚“內力”的學問。

力學和六脈神劍的相似還體現在實戰中的是否靈驗

一位在機床設計單位工作的力學專業本科畢業生曾和我聊他的工作心得,說剛開始到工作單位自己全傻眼了,別人說的術語都不懂,感覺自己的力學真的用不上。兩年後機會來了,單位要研發微米級加工精度的機床,研究生、博士生為研發主力,他只是負責打雜,在嘗試多種“標準設計”失敗後,他從力學分析、計算出發,突破“標準”給出了一套設計方案竟然達到了設計要求。

這應該可以算是藉助於力學的“內力”在“江湖”立足的一個案例。

北冥神功取自《莊子·逍遙遊》“窮北之地有冥海,天池也”。要求修煉者像冥海一樣,以積蓄內力為第一要義。學力學也要有“北冥神功”的氣量,不但要向數學、幾何、物理等基礎學科學習,同時還要向各類工程專業學習,兼容幷蓄,廣蓄內力才能真正發揮出力學的作用

你相信吗?练“凌波微步”对取得科研成果有重要作用!

再來看凌波微步,語出曹植《洛神賦》:“凌波微步,羅襪生塵。”這項武學的特點是,如果打不過對手,先以巧妙的步伐躲開強敵的攻勢,積蓄內力,再戰以勝敵。

如果我們將“猝遇強敵,以此保身,更積內力,再取敵命”視為凌波微步的武學要義,力學史上以“凌波微步”取得重大研究成果的大師比比皆是。

先說被譽為“近代力學之父”“現代科學之父”的伽利略,他著名的斜面實驗在我看來就是一招“凌波微步”。在伽利略之前,人們普遍認為天體運動和地上物體的運動是兩種截然不同的運動,天體的運動是一種“天然狀態”,天然的就在動;而地上物體是天然的不動,給物體施加作用力才能發生運動,這種觀點導致了人們對地面上物體運動的研究不是運動學本身,而成為一種探討物體運動“最後因”的研究。

伽利略很難接受這種神秘的猜測,他認為與其討論“小球為什麼要落向地面”,還不如描述清楚“小球是如何落向地面的”,即去尋找一種方法來描述小球的落體運動,例如小球落下需要的時間,運動速度如何。

然而在伽利略的時代,要完成這個工作是非常不容易的,首先記錄時間的鐘表還沒有出現;其次,小球的落體運動是一個非常快的過程,非常不利於觀察。伽利略採取了一種以退為進的方法,既然小球的自由下落很快,沒有辦法觀察,就不如把小球放在一個斜面上,讓小球緩慢下落,以便於觀察,這樣,伽利略就避開了不能直接觀察小球自由落體的難點。

從研究方法上看,伽利略面對自由落體問題採取了退而求其次的方法,先研究斜面上下落的小球。伽利略斜面的意義一方面使得觀察小球運動成為可能,另一方面如果將斜面逐漸豎起,傾斜角逼近90度時,斜面上小球的運動就會越來越接近於自由落體。這就是“更積內力,再取敵命”,通過斜面的逐漸逼近來解決小球的自由落體運動。

這種以退為進的例子在力學中舉不勝舉。例如結構分析中不計重力、動力學分析中忽略阻尼、聖維南忽略次要邊界的精確性等等,自然/工程給人類出了很多難以求解的問題,力學家總能踩著輕盈的步伐,通過變換不同方位來避難題之鋒芒,先在簡單、理想條件下將問題進行簡化求解,然後再逐漸考慮多因素情況,並最終達到解決問題的目的。

你相信吗?练“凌波微步”对取得科研成果有重要作用!

如果六脈神劍是段譽在江湖上“進”的手段,那麼凌波微步就是他得以“退”的法門。段譽的三門武學,北冥神功負責積蓄內力,六脈神劍是“進”,可建立奇功;而微步是“退”,可明哲保身。三門武學講了一個樸素道理:只要內力深厚,就可以做到進退有度,左右有局。

段譽與力學的相似還在於他們的出身,段譽有皇家血統,出身高貴。力學最初來源於天文學和幾何學,也是極為“高貴”的學科。比如過去在中國,天文學由皇家壟斷,普通老百姓是不允許私自研究的。

幾何學的“高貴”,在於學幾何“沒有用”。在希臘,人們從事科學研究主要有兩個原因:一是因為興趣,二就是因為高貴。數學家歐幾里得的老師柏拉圖就是獨尊理性思考哲學的典範。

其實,我們也沒必要都為了“用”而學習。如果大家都存著“有用才學”的思維,可能就會錯過太多的科技成就。

《中國科學報》(2018-05-18 第2版 博客)


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