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基础科学工程应用的现代模式

已有 2719 次阅读 2016-3-4 11:09 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

水、土、大气形成一个动力学系统,无论是污染(产业),还是生态(如污染物、病毒传播)的管理,都无法回避这个动力学系统的支配性地位。这样,环境控制的基本工具就是水、土、大气系统的动力学解。

就介质而言,大气是多组分混合连续介质,介质内部存在粉尘、水、气的化学化合(或分解)作用,大气压力、温度、湿度是描述介质内部物理环境的基本要素(凝聚态物理)。因此,就大气介质的力学描述而言,是一个:化学、物理学、力学的基础理论问题。

就所涉及的基础科学理论问题而言,那就更为复杂了。

就大尺度力学现象而言,高空表现为平流,低空表现为湍流,在中空的动力学行为是介于这两个极端之间。为流体力学问题。

就小尺度力学现象而言,介质(如粉尘雾霾气团几何形态而言,表现为扩散性连续变形,或是富集性收缩性变形)是大变形力学问题。

在微小尺度意义上(大变形粉尘雾霾气团内部)是离散介质扩散问题、热传导问题。可归纳为微尺度介质流变问题。

而在大分子尺度上,则是电磁场与极性物质(如带电粉尘、水分子)的相互作用问题。归结为宏观上的物性参数演化问题。

因此,其动力学方程是多组运动方程的联立。

就定解问题而言,大尺度力学现象的下边界条件是地理、上边界条件是气象(大气环流),是近球面流形上定解问题。这就要求使用流形上的运动方程,也就是俗称的张量方程。

大尺度的动力学行为与小尺度的动力学行为是存在相互作用的,从而各类不同尺度的现象的边界条件是动力学解所决定的,是无法预给的。这就要求使用流形场形式的时变空变边界条件。这是数学求解上的基础理论问题。目前的超代数计算理论是必须使用的。因而,用超代数计算理论对复杂动力学方程上的求解是应用数学和基础数学的基本问题。

就定解条件而言,各地面、空中、及遥感的各类局部(点)观测数据(时变)都需要在不同程度上转化为求解所需的物性或力学数据,而且,地理、建筑、植被等也必须转化为相应的几何数据。这就涉及到大地测量学基础理论问题及工程测量问题。

就求定解问题的数值解而言,也就是对整个处理系统而言,在大小为若干个数量级差别意义上,几何边界是任意的,物性参数是任意的,求解尺度是任意的,从而,整套处理软件是以变参数为条件编写和集成的,存在计算上的数据流结构稳定性、计算稳定性,以及其它软硬件问题,是计算机科学的基础理论问题。

就用户选择输入数据和使用输出数据而言,是一个具体工程应用目标的反演解释问题。以及利用输出数据进行后续的解释或反演处理的专业理论及技术问题。这就涉及到五花八门的专业了。

显然,这样的一个“水、土、大气动力学数据处理系统”是对水、土、大气动力系统进行管理的基本环节。是所有国家都希望拥有的。但是,目前的“大气动力学数据处理系统”只能在大尺度上使用,它略去了中小尺度的动力学行为;目前的“海洋动力学数据处理系统”还处于试用和开发阶段,而“水文动力学数据处理系统”还只是在原理试验状态,至于“粉尘雾霾大气动力学数据处理系统”可能还在设想阶段。

在抽象的动力学系统意义上,所有这类系统的基本理论是以流形表达的复杂介质连续介质力学理论,也就是现代流形上的张量语言表达的力学理论,其低阶线性近似就是经典的连续介质理论,而其在具体工程应用学科的低阶线性近似就是具体的经验方程。

我们面对的客观事实是:具体工程应用学科用具体的经验方程获得了成功。我们问的问题是,能否把它们的成就“集成”为低阶线性近似就是经典的连续介质理论下的“集成系统”呢?这是我国流行的“集成”项目科研模式,所谓的大项目。但是,要获得成功,其本质是要实现基础理论本质的统一。因而,总师就必须基础理论的高手。然而,即便是在经典的连续介质理论下集成了,其效果是不理想的,因为各线性近似间的协调性(互相容纳性、无矛盾性、稳定性等)是在自身层此解决不了的问题。从而,只能是有限的成功,离符合实际相去太远,从而是低水平的(落后的)。

高水平的总师是基于目前的最新理论(以流形表达的复杂介质连续介质力学理论)来实现“集成”的。它也只能是有限的成功,但是,在当代,与实际最为接近。为最高水平的集成。

总之,“集成”研究的水平及产品的产业化,完全的是基于相应的基础理论科学水平。这样的人才应置于总师的地位

不少大项目的“集成”违背了这个逻辑性的原则,只是把相关学科的人才捆绑在一起,从而,在国有大型软件系统及其联带的工程应用(涉及五花八门的专业)上没有实质性进展,集成也就在本质意义上失败了。

我有时在想,如果开发“水、土、大气动力学处理系统”,水、土、大气下的子学科及子子学科的学者云聚一堂,听总师用流形上的力学理论作大项目原理论证和提出子课题分解设计的话,有没有人服气?没有,这个总师绝对的会被批为外行、空谈者而被清理出项目领导地位(而多数沦为傀儡,有时他们也愿意当傀儡)。尔后,在一番热闹的讨价和炫耀后,各学科分别推出自身的总师,形成几个总师的联席领导小组。事实上,没有本质意义上的总师。

就我对学界的了解而言,就是在作为低阶线性近似的经典连续介质理论下,这样的总师也不能上位。风气如此。

因此,在几个不同学科总师的联席领导小组的领导下,完成了就现象(表象)意义下的集成,各类本质上独立的、五花八门的子课题成果打成一包。这类成果显然的没有实质意义上的进展,从而搞出一个没有实际作用的“水、土、大气动力学处理系统”。但是,问题依然是问题。这类科研可能没有那个国家会满意的(项目参与者本身也极为不满,从而由开始的热血沸腾的合作,变为结题时的冷眼相向)。而产业化就是空谈。

总而言之。到现阶段,基础科学人才及对基础科学地位的定位问题就已经开始明确显现它对我国社会发展的瓶颈性限定。

而很多学者对基础科学地位的藐视也注定了他们只能是在产业化方面的失望(因为集成不到大行业的一般技术、或关键技术中)。

      玩人才集成,或表象性集成将是长期的现象。玩基于学科理论上的集成还没有上位(总师没上位)。

 

 



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