本書中所列出的問題并不是一張完整的清單。它們是具有根本性的問題，不是當(dāng)今知識的簡單結(jié)合或應(yīng)用，而是應(yīng)該在今后力學(xué)的發(fā)展中起到樞紐性作用的新知識點，是尚未認清的問題。本書旨在探究若干個力學(xué)基本問題的起源與基礎(chǔ)，闡述力學(xué)作為連接工程與科學(xué)的橋梁，在引領(lǐng)和主導(dǎo)科學(xué)發(fā)展方面的基礎(chǔ)作用。
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
第一篇 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 隨機與統(tǒng)計：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：對因果律的爭論 020
力學(xué)基本問題05為什么可以超距實現(xiàn)量子信息的糾纏，它對應(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我們是否能夠更準確地預(yù)測災(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、空間與時間 035
力學(xué)基本問題08時空的最小尺度是多少？
2.5 符號主義：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 因果表達的對稱性與美感 042
力學(xué)基本問題09宏觀世界的因果表達為什么具有對稱性？
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 048
力學(xué)基本問題10數(shù)據(jù)會主動地進行關(guān)聯(lián)嗎？數(shù)據(jù)什么時候會產(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 時間的指向與時空觀052
4.1 時間指向與記憶衰減原理 052
力學(xué)基本問題11為什么時間似乎只朝一個方向流動？
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間箭頭作
用？逆時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)的時空觀 057
力學(xué)基本問題13量子多體糾纏比量子場更為基本嗎？
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我們最多可以將粒子加速到多快？
4.6 時間的最小步長 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)量與時空的交織：廣義相對論與引力波 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論是正確的嗎？
5.4 費米子與玻色子 067
力學(xué)基本問題19什么是物質(zhì)的最小組成部分？
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)量賦予機制：希格斯理論 073
5.8 質(zhì)量描述：自發(fā)對稱性的破缺 075
力學(xué)基本問題21會有“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 從機翼繞流看渦街和湍流的形成 086
6.4 湍流的統(tǒng)計理論 088
6.5 湍流層次律 090
力學(xué)基本問題25湍流的最終統(tǒng)計不變性是什么？
力學(xué)基本問題26湍流的能量級聯(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方程的平均場計算？
6.7 湍流的結(jié)構(gòu)理論 095
6.8 湍流的能量級聯(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)計理論？
6.9 NS方程的計算 100
第7章 渦的物質(zhì)與時空描述 105
7.1 渦動力學(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 渦面場演化的跟蹤 109
力學(xué)基本問題30對渦結(jié)構(gòu)有幾何（或流形）描述嗎？
7.5 渦面場的三參數(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 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 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 133
9.4 湍流邊界層 136
9.5 阻力與升力的計算 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)的最大升力構(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 強對流 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到最充分的或最快的燃燒？
10.6 火焰穩(wěn)定性 152
力學(xué)基本問題36可實現(xiàn)火焰穩(wěn)定性的最高超燃馬赫數(shù)是多少？
10.7 爆轟波 153
第11章 理想強度與理想硬度 161
11.1 Frenkel理想強度 161
11.2 Griffith缺陷理論 162
力學(xué)基本問題37理想強度可以實現(xiàn)嗎？
力學(xué)基本問題38理想硬度可以實現(xiàn)嗎？
11.3 Lindemann理論 165
11.4 Born的晶格穩(wěn)定性理論 165
11.5 強硬固體的探求 166
11.6 理想硬度：缺陷移動的密集防御 167
11.7 理想強度：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（或耦合場）下的斗篷最難實現(xiàn)？
13.3 五模材料 203
13.4 超材料與輸運性能的調(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)計與能帶工程 208
第14章 缺陷運行的極限速度 214
14.1 Eshelby的位錯運行極限速度 214
14.2 裂紋運行速度的禁區(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 超聲速擴展裂紋 218
14.6 超聲速位錯運行 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 多物理場下的固體變形 227
15.2 傳感/致動/控制與可編程 228
力學(xué)基本問題47實現(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)與時空設(shè)計 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如何開展互動式層次交叉？
力學(xué)基本問題54集體運動的基本原理是什么？
力學(xué)基本問題55群體智能是如何出現(xiàn)的？
17. 2跨層次實驗觀察 257
力學(xué)基本問題56如何在微觀層面測量界面現(xiàn)象？
17.3 跨層次模擬計算 259
力學(xué)基本問題57能實現(xiàn)全宇宙（63個量級）的宏微觀跨層次模擬嗎？
17.4 跨層次信號感知 262
17.5 跨層次失效控制 263
力學(xué)基本問題58如何（主動或被動地）實現(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)釀恿W(xué) 269
18.2 剛?cè)峤M合體的控制——達·芬奇手術(shù)機器人 271
18.3 剛?cè)釁f(xié)同控制 272
18.4 高機動性足式機器人：本征動力學(xué) 274
力學(xué)基本問題59足式機器人能達到或超越足式動物的機動性嗎？
18.5 足式機器人的步態(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)計準則？
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，有什么類型的力？
19.2 生命力的體現(xiàn) 287
力學(xué)基本問題62意識存在于何處？
力學(xué)基本問題63我們可以阻止自己衰老嗎？
19.3 信息力的體現(xiàn) 289
19.4 數(shù)字孿生與阿凡達模擬范式 291
力學(xué)基本問題64是否有可能創(chuàng)建有感知力的機器人？
力學(xué)基本問題65能否數(shù)字化地存儲、操控和移植人類記憶？
19.5 數(shù)智能力向?qū)嵸|(zhì)物體的遷移 293
力學(xué)基本問題66我們可以和計算機結(jié)合以形成人機混合物種嗎？
19.6 通用人工智能 294
力學(xué)基本問題67量子人工智能可以模仿人腦嗎？
力學(xué)基本問題68機器人或AI可以具有人類創(chuàng)造力嗎？
力學(xué)基本問題69人工智能會取代人類嗎？
結(jié)束語 298
1.宏微觀結(jié)合的力學(xué) 298
力學(xué)基本問題70空間中有多少個維度？
2.多物理場共融的力學(xué) 300
3.有形與無跡之間的力學(xué) 300
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