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负泊松系数

已有 7719 次阅读 2015-6-9 17:44 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

      一个长条样品,沿长度方向拉长,则其横向面积缩小。描述这种缩小特征的力学参数就是泊松系数。对弹性固体,它是正的。几乎所有的力学理论都认为如此。如果谈论有负泊松系数的材料,那是很令人吃惊的。但近十来年,此类研究论文在数量上有增加的趋势,有原来的理论假想过渡到现在的“实验证实”。

      负泊松系数意味着:样品拉长,其截面面积是增大的,这显然违反常识。但是,在学术上却并非如此。对连续介质而言,负泊松系数意味着:在各向同性压力下介质是膨胀的,而在各向同性负压下是收缩的。

      这类材料如果存在,则对开关类设备控制而言是福音。

      事实上,很早的时候,就有力学家论述到,在增量变形意义下,泊松系数可以是负的。而在实验上,花岗岩在高压下表现为膨胀,从而证实了增量变形意义下有泊松系数为负的介质。但是,此类研究被看成是没有普遍性,因为花岗岩在低压下的泊松系数是正的。

      但是,增量变形意义下的负泊松系数还是引起了学界某类研究者的关注。实验上,无论是高压下的材料内部断裂,还是拉力下的材料内部断裂,就宏观表现而言,包含裂纹本身的微元体变形在理论描述上只能是看成膨胀性的。但是,在撤消外力后,总可以用裂纹邻近物质的收缩来解释裂纹,从而人们忽视了负泊松系数的学术意义:它是对应于反常变形的。而局部的反常变形的确普遍存在于常见的变形现象之中。

      对这个问题,有的力学理论家提出的理论是:宏观尺度变形可以代表次级尺度结构变形看来是不成立的。这个观点直接挑战了最基本的概念“连续介质”的无限可分性。但是,不仅是现代科学理论上,还是现代实验科学,本身就对传统的连续介质概念构成挑战,而多数此类研究的目的恰恰是在这类问题上寻求突破。

      作为其对立面的理论提出的是尺度律,认为在某个尺度上正确的理论肯定对比例缩小或扩大的尺度也是正确的。持这类观点的学者特别的热衷于引入无量纲量(或归一化量纲量)。

      这种尺度律观点是非常的普遍被学界接受的。例如,第一代的原子模型就是太阳系行星模型的翻版。

      但是,在近半个世纪,反对尺度律的理论研究者把介观理论引入了科学界,公然的声称尺度律是不成立的。而作为以种变通的术语:凝聚态物质,也就充当了这样一个角色。对凝聚态物质,负泊松系数是完全可以存在的。

      科学理论的这类多理论并存状态是现代科学的常态。

      很多的学者对此类区别几乎无视,总是出于常识来作出非常“正确”的判断。这实际上是不珍重实验事实的,相反,他们使用的论据恰恰是实验事实。唯一的问题是:他们口中的实验事实是特定条件下的,并不能无限的扩大其有效性的尺度或缩小其有效性的尺度。

      而一旦把尺度纳入科学理论,作为可以等价于物质演化的参数,那么唯一的办法就是接受现代抽象理论(流形及其演化)的几何代数理论描述。对此,几乎整个学术界都表示非常的不满。为何?因为需要再学习!人们无论如何是反感回到起点的。也正因为如此,理论科学的进展总是不受学界欢迎的。

      由于这个客观的原因,负泊松系数的理论研究者及实验研究者是被鄙视的。




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