力學(xué)基本問題（全彩版）

目錄
前言
引言 001
0.1 循史：力學(xué)的引領(lǐng)式發(fā)展 001
0.2 前瞻：力學(xué)3.0的構(gòu)架 004
0.3 物質(zhì)世界的力學(xué) 006
力學(xué)基本問題01怎樣完整、清晰地定義力學(xué)的基本內(nèi)涵？
力學(xué)基本問題02如何多關(guān)聯(lián)地體現(xiàn)跨層次、跨介質(zhì)的過渡？
0.4 精神世界的力學(xué) 008
**篇 基礎(chǔ)力學(xué)
第1章 確定性與不確定性 015
1.1 從牛頓力學(xué)到可知論到機(jī)械唯物論 015
力學(xué)基本問題03區(qū)別不同的宏觀與微觀場(chǎng)景（包括宏微觀關(guān)聯(lián)），如何表示力學(xué)量和力學(xué)過程內(nèi)在的確定性和不確定性？我們可以精確地模擬宏觀和微觀世界嗎？
1.2 理性力學(xué)與公理化體系 016
1.3 本原不確定性：海森堡原理 018
1.4 隨機(jī)與統(tǒng)計(jì)：薛定諤方程的演變 019
力學(xué)基本問題04量子不確定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?
1.5 自然法則的不確定性：對(duì)因果律的爭論 020
力學(xué)基本問題05為什么可以超距實(shí)現(xiàn)量子信息的糾纏，它對(duì)應(yīng)于什么樣的信息糾纏力？
1.6 數(shù)學(xué)不確定性：非線性、分叉、混沌與奇怪吸引子 022
力學(xué)基本問題06我們是否能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)災(zāi)害性事件（海嘯、颶風(fēng)、地震）？
1.7 信息不確定性：模糊力學(xué) 024
1.8 宏觀不確定性 025
力學(xué)基本問題07有可能預(yù)知未來嗎？
第2章 連續(xù)與離散 030
2.1 稠密性與連續(xù)性 030
2.2 連續(xù)與離散的跨層次交替 032
2.3 泡利不相容原理 033
2.4 量子化：能量、空間與時(shí)間 035
力學(xué)基本問題08時(shí)空的*小尺度是多少？
2.5 符號(hào)主義：數(shù)理邏輯與算符演繹 036
第3章 因果與關(guān)聯(lián) 038
3.1 力學(xué)基本規(guī)律的因果陳述：從墨子到亞里士多德到牛頓 038
3.2 因果表達(dá)的對(duì)稱性與美感 042
力學(xué)基本問題09宏觀世界的因果表達(dá)為什么具有對(duì)稱性？
3.3 從還原論到歸納法 044
3.4 唯象理論：從現(xiàn)象關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) 045
3.5 人工智能的三個(gè)來源 046
3.6 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù) 047
3.7 關(guān)聯(lián)度空間與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 048
力學(xué)基本問題10數(shù)據(jù)會(huì)主動(dòng)地進(jìn)行關(guān)聯(lián)嗎？數(shù)據(jù)什么時(shí)候會(huì)產(chǎn)生思想？它能否成為一種新的科學(xué)范式？
3.8 因果律與關(guān)聯(lián)律的互鑒049
第4章 時(shí)間的指向與時(shí)空觀052
4.1 時(shí)間指向與記憶衰減原理 052
力學(xué)基本問題11為什么時(shí)間似乎只朝一個(gè)方向流動(dòng)？
力學(xué)基本問題12為什么力學(xué)定解方程的不同部分有不同的時(shí)間箭頭作
用？逆時(shí)演化或多路徑演化可能嗎？
4.2 老化與回復(fù) 053
4.3 熵增原理與不可逆過程 054
4.4 量子態(tài)的時(shí)空觀 057
力學(xué)基本問題13量子多體糾纏比量子場(chǎng)更為基本嗎？
4.5 物質(zhì)態(tài)的光速不可逾越與量子信息態(tài)的瞬時(shí)改變 058
力學(xué)基本問題14為什么真空光速為定值？我們能以光速行駛嗎？
力學(xué)基本問題15我們*多可以將粒子加速到多快？
4.6 時(shí)間的*小步長 060
第5章 質(zhì)量的起源與表象 062
5.1 牛頓質(zhì)量：物質(zhì)的含量 062
5.2 質(zhì)量與速度：愛因斯坦的質(zhì)能公式 063
力學(xué)基本問題16質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，能量可以凝聚為質(zhì)量嗎？
5.3 質(zhì)量與時(shí)空的交織：廣義相對(duì)論與引力波 064
力學(xué)基本問題17什么是引力？
力學(xué)基本問題18愛因斯坦的廣義相對(duì)論是正確的嗎？
5.4 費(fèi)米子與玻色子 067
力學(xué)基本問題19什么是物質(zhì)的*小組成部分？
5.5 中微子的質(zhì)量與中微子振蕩 068
5.6 楊米爾斯場(chǎng)與質(zhì)量的缺失 071
力學(xué)基本問題20質(zhì)量的起源是什么？
5.7 質(zhì)量賦予機(jī)制：希格斯理論 073
5.8 質(zhì)量描述：自發(fā)對(duì)稱性的破缺 075
力學(xué)基本問題21會(huì)有“萬有理論”嗎？
力學(xué)基本問題22能找到宇宙中所有未呈現(xiàn)的物質(zhì)嗎？
第6章 NS方程與湍流 081
6.1 千禧年的七大數(shù)學(xué)問題 081
6.2 NS方程解的存在性與光滑性 082
力學(xué)基本問題23NS問題會(huì)得到解決嗎？
力學(xué)基本問題24NS方程、玻爾茲曼方程和薛定諤方程三者之間有何聯(lián)系？
6.3 從機(jī)翼繞流看渦街和湍流的形成 086
6.4 湍流的統(tǒng)計(jì)理論 088
6.5 湍流層次律 090
力學(xué)基本問題25湍流的*終統(tǒng)計(jì)不變性是什么？
力學(xué)基本問題26湍流的能量級(jí)聯(lián)與氣體連續(xù)變化的分子自由程有關(guān)嗎？
6.6 湍流的場(chǎng)平均與模式理論 093
力學(xué)基本問題27如何利用AI來封閉NS方程的平均場(chǎng)計(jì)算？
6.7 湍流的結(jié)構(gòu)理論 095
6.8 湍流的能量級(jí)聯(lián) 098
力學(xué)基本問題28如何融匯湍流的結(jié)構(gòu)理論和統(tǒng)計(jì)理論？
6.9 NS方程的計(jì)算 100
第7章 渦的物質(zhì)與時(shí)空描述 105
7.1 渦動(dòng)力學(xué) 105
7.2 無黏流體的渦面守恒律 108
力學(xué)基本問題29渦面有物質(zhì)（或類物質(zhì)）的描述嗎？
7.3 物質(zhì)面的拉格朗日描述 109
7.4 渦面場(chǎng)演化的跟蹤 109
力學(xué)基本問題30對(duì)渦結(jié)構(gòu)有幾何（或流形）描述嗎？
7.5 渦面場(chǎng)的三參數(shù)表征理論 112
第8章 分子自由程：從稀薄氣體到非牛頓流體 117
8.1 分子自由程與結(jié)構(gòu)特征尺度 117
力學(xué)基本問題31如何量化流體性質(zhì)與分子自由程的關(guān)系？
8.2 玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)理論 118
8.3 格子玻爾茲曼方法 120
8.4 玻爾茲曼方程的矩統(tǒng)計(jì) 121
8.5 稀薄氣體力學(xué)的四種表征形態(tài) 121
8.6 高階矩統(tǒng)計(jì) 123
8.7 非牛頓流體 124
第9章 阻力與升力的極致構(gòu)象 128
9.1 普朗特機(jī)翼理論 129
9.2 布拉修斯層流邊界層解 132
9.3 轉(zhuǎn)捩與二次擾動(dòng) 133
9.4 湍流邊界層 136
9.5 阻力與升力的計(jì)算 137
力學(xué)基本問題32阻力存在極小值嗎？存在全域超滑行為嗎？
力學(xué)基本問題33如何找到自適應(yīng)的*大升力構(gòu)形？
9.6 高速列車與極低軌空天飛行器理論 138
第10章 燃燒與爆轟 143
10.1 熱傳導(dǎo)與輻射 143
力學(xué)基本問題34物質(zhì)傳熱的極限是什么？
10.2 強(qiáng)對(duì)流 146
10.3 多相流 146
10.4 PDF方法 148
10.5 湍流燃燒 149
力學(xué)基本問題35什么樣的湍流燃燒可以達(dá)到*充分的或*快的燃燒？
10.6 火焰穩(wěn)定性 152
力學(xué)基本問題36可實(shí)現(xiàn)火焰穩(wěn)定性的*高超燃馬赫數(shù)是多少？
10.7 爆轟波 153
第11章 理想強(qiáng)度與理想硬度 161
11.1 Frenkel理想強(qiáng)度 161
11.2 Griffith缺陷理論 162
力學(xué)基本問題37理想強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)嗎？
力學(xué)基本問題38理想硬度可以實(shí)現(xiàn)嗎？
11.3 Lindemann理論 165
11.4 Born的晶格穩(wěn)定性理論 165
11.5 強(qiáng)硬固體的探求 166
11.6 理想硬度：缺陷移動(dòng)的密集防御 167
11.7 理想強(qiáng)度：消除臨界尺寸以上的缺陷 169
11.8 調(diào)控塑性：重塑能帶的輸運(yùn)行為 173
力學(xué)基本問題39施加應(yīng)變可以改變固體的輸運(yùn)性質(zhì)嗎？
力學(xué)基本問題40壓力誘導(dǎo)的高溫超導(dǎo)的微觀機(jī)理是什么？
第12章 納米尺度下的極端力學(xué) 179
12.1 低維固體 179
力學(xué)基本問題41低維固體可以在何種價(jià)鍵結(jié)構(gòu)下形成？
12.2 Rayleigh不穩(wěn)定性——EUV原理 183
12.3 從粉筆到珍珠貝 184
力學(xué)基本問題42能夠產(chǎn)生仿生命過程的神奇固體行為嗎？
12.4 高熵合金的應(yīng)變?nèi)刍?186
力學(xué)基本問題43室溫下單純施加應(yīng)變可以使固體直接熔化嗎？
12.5 納米冰單晶纖維的極致彈性 191
12.6 原子精度制造 195
第13章 模量的可控性與輸運(yùn)性能 200
13.1 光、電、磁、聲、力的基本方程與斗篷理論 200
13.2 變換效應(yīng) 202
力學(xué)基本問題44何種物理場(chǎng)（或耦合場(chǎng)）下的斗篷*難實(shí)現(xiàn)？
13.3 五模材料 203
13.4 超材料與輸運(yùn)性能的調(diào)制 206
力學(xué)基本問題45可以制作出真人大小的隱形斗篷嗎？
13.5 能帶設(shè)計(jì)與能帶工程 208
第14章 缺陷運(yùn)行的極限速度 214
14.1 Eshelby的位錯(cuò)運(yùn)行極限速度 214
14.2 裂紋運(yùn)行速度的禁區(qū) 215
14.3 跨聲速分層理論 215
14.4 地震中的超剪切與激波 216
14.5 超聲速擴(kuò)展裂紋 218
14.6 超聲速位錯(cuò)運(yùn)行 220
14.7 高能流引致的缺陷演化 222
力學(xué)基本問題46缺陷傳播的極限速度是什么？是波速、光速、還是超距？
第15章 可編程固體 227
15.1 多物理場(chǎng)下的固體變形 227
15.2 傳感/致動(dòng)/控制與可編程 228
力學(xué)基本問題47實(shí)現(xiàn)可編程固體的主要瓶頸是什么？
15.3 3D打印技術(shù) 230
15.4 4D打印技術(shù)與時(shí)空設(shè)計(jì) 231
15.5 從智柔體到生命體 234
力學(xué)基本問題48如何在智柔體中注入生命元素？
力學(xué)基本問題49物質(zhì)如何被編碼而成為生命材料？
力學(xué)基本問題50為什么生命需要手性？
第四篇 交叉力學(xué)
第16章 介質(zhì)交叉 239
16.1 流固介質(zhì)交叉：廣義軟物質(zhì) 239
力學(xué)基本問題51廣義軟物質(zhì)的力學(xué)框架是什么？
16.2 軟物質(zhì)力學(xué) 241
16.3 可轉(zhuǎn)變性與可控制性 243
16.4 智柔體力學(xué) 243
16.5 生命力學(xué) 247
力學(xué)基本問題52人體組織或器官可以完全再生嗎？
第17章 層次交叉 255
17.1 層次交叉的三種路線 255
力學(xué)基本問題53如何開展互動(dòng)式層次交叉？
力學(xué)基本問題54集體運(yùn)動(dòng)的基本原理是什么？
力學(xué)基本問題55群體智能是如何出現(xiàn)的？
17. 2跨層次實(shí)驗(yàn)觀察 257
力學(xué)基本問題56如何在微觀層面測(cè)量界面現(xiàn)象？
17.3 跨層次模擬計(jì)算 259
力學(xué)基本問題57能實(shí)現(xiàn)全宇宙（63個(gè)量級(jí)）的宏微觀跨層次模擬嗎？
17.4 跨層次信號(hào)感知 262
17.5 跨層次失效控制 263
力學(xué)基本問題58如何（主動(dòng)或被動(dòng)地）實(shí)現(xiàn)跨層次失效控制？
17.6 跨層次多物理耦聯(lián) 265
第18章 剛?cè)峤徊?269
18.1 剛?cè)釀?dòng)力學(xué) 269
18.2 剛?cè)峤M合體的控制——達(dá) 芬奇手術(shù)機(jī)器人 271
18.3 剛?cè)釁f(xié)同控制 272
18.4 高機(jī)動(dòng)性足式機(jī)器人：本征動(dòng)力學(xué) 274
力學(xué)基本問題59足式機(jī)器人能達(dá)到或超越足式動(dòng)物的機(jī)動(dòng)性嗎？
18.5 足式機(jī)器人的步態(tài)轉(zhuǎn)換與地形適應(yīng) 279
18.6 極高靜水壓力下的剛?cè)峤M合體 281
力學(xué)基本問題60極高靜水壓下工作的剛?cè)峤M合體要遵循什么樣的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？
第19章 質(zhì)智交叉 286
19.1 物理/生命/信息三元世界 286
力學(xué)基本問題61在物理/生命/信息三元世界中，有什么