武際可：談有關(guān)北大工學(xué)院的一則新聞

　　偶然發(fā)現(xiàn)在北京大學(xué)新聞網(wǎng)上有一則新聞�，F(xiàn)完整地抄錄如下：

　　“北大工學(xué)院陳十一教授等拓展了通行150年的開爾文定理

　　日期：
2006-10-20 閱讀次數(shù)：
12715 供稿:北大工學(xué)院

　　1869年，19世紀(jì)偉大科學(xué)家William Thomson (Lord Kelvin) 發(fā)表了著名的速度環(huán)量守恒定律的論文。他的結(jié)果等同于19世紀(jì)另一位科學(xué)巨匠Hermann von Helmholtz在1858年證明的一個(gè)定理，這一結(jié)論現(xiàn)在稱為開爾文-赫姆霍茲定理，它被用來解釋很多重要的流體現(xiàn)象，如飛機(jī)升力的產(chǎn)生，湍流阻力和量子渦線在超流中的運(yùn)動。

　　近日，北京大學(xué)工學(xué)院陳十一教授和美國約翰霍普金斯大學(xué)以及洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在流體湍流中拓展了這個(gè)定理，有著150年歷史的Kelvin-Helmholtz定理在湍流中得到發(fā)展。

　　他們指出經(jīng)典的開爾文定理在流體湍流中將失效，從而必須采用他們的新理論。

　　速度環(huán)量定理很容易通過渦線的運(yùn)動來理解：旋轉(zhuǎn)的柱狀流體，如大氣中的龍卷風(fēng)或者浴缸下水口形成的漩渦都有渦束。開爾文-赫姆霍茲定理表明在流體粘性系數(shù)很小，或者說“粘性”可以忽略的情況下，渦線必須“和流體一起運(yùn)動”。換句話說，不管流體運(yùn)動多么復(fù)雜和多么混亂，最開始在流線上的流體質(zhì)點(diǎn)在以后還會一直在那根渦線上。吸煙產(chǎn)生的煙圈就是一個(gè)很好的說明。我們之所以能用肉眼看到煙圈，是因?yàn)橛袩焿m在里面。開爾文-赫姆霍茲定理的作用使得渦線上的煙塵顆粒會一直“系”在渦線上，而逃不出煙圈。只有經(jīng)過很長時(shí)間，煙才會消散掉，一方面是因?yàn)闊熑Φ臄U(kuò)大，另一方面是因?yàn)殚_爾文定理忽略了細(xì)微的擴(kuò)散作用。一般認(rèn)為，擴(kuò)散作用越小，開爾文定理就越準(zhǔn)確。

　　陳十一教授和他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這種預(yù)期是錯(cuò)的。開爾文定理在流體粘性系數(shù)趨近于零的情況下并不成立。在粘性系數(shù)很小的情況下，盡管分子運(yùn)動引起的渦量擴(kuò)散很小，但是湍流也會應(yīng)運(yùn)而生，流體速度場變化非常劇烈，并導(dǎo)致奇異性，從而破壞了開爾文定理中流場平滑的潛含假定。這時(shí)湍流和速度場的奇異性成為擴(kuò)散的主要因素。事實(shí)上，奇異性對守恒律的作用以前也有過類似的研究。1949年，耶魯大學(xué)的化學(xué)家 Lars Onsager發(fā)現(xiàn)，由于流體奇異性的存在，經(jīng)典的能量守恒定理在湍流中并不一定成立。Onsager的觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)并沒有被廣泛接受，但是后來他的發(fā)現(xiàn)被數(shù)學(xué)家證明。當(dāng)粘性系數(shù)趨近于零時(shí)，由于非線性動力學(xué)影響，流體能量會向小尺度傳遞，因此湍流中仍會有能量耗散，這和量子場論中的守恒律奇異相似。量子電動力學(xué)里的軸向奇異性可以讓介子蛻變成光子。

　　該成果預(yù)期將對工程、地球物理和天體物理中許多問題產(chǎn)生重大影響。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)和等離子物理中的阿爾芬定理和奇異量子現(xiàn)象，如超流中的耗散相滑移和基本粒子物理中的守恒奇異性等相關(guān)。他們的工作結(jié)果已發(fā)表在今年10月6日的《物理評論快報(bào)》：http://scitation.aip.org/getpdf/servlet/GetPDFServlet?filetype=pdf&id=PRLTAO000097000014144505000001&idtype=cvips

　　編輯：商偉”

　　看了之后，感覺到像報(bào)道把太陽從東方升起認(rèn)為是新發(fā)現(xiàn)一樣的可笑。

　　首先，環(huán)量守恒定理是連大學(xué)生都知道只適用于理想流體的定律。理想流體采用了無粘性假設(shè)，這只是一種近似的假設(shè)。陳十一卻“發(fā)現(xiàn)”了在實(shí)際的流體中不適用，任何有常識的人都知道實(shí)際的流體總是有粘性的。即使是在層流的條件下也是不適用的何況陳十一教授還要把它套在由于粘性所產(chǎn)生的復(fù)雜流動湍流上來使用。

　　其次，報(bào)道說：“陳十一教授和他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這種預(yù)期是錯(cuò)的。開爾文定理在流體粘性系數(shù)趨近于零的情況下并不成立”。按照陳教授的預(yù)期，似乎在粘性系數(shù)趨近于零時(shí)，理想流體的環(huán)量守恒就應(yīng)當(dāng)是它的極限。在這里，陳教授又犯了一個(gè)很初等的錯(cuò)誤，即一個(gè)函數(shù)在自變量趨于a時(shí)它的極限就應(yīng)當(dāng)是自變量a處的函數(shù)值。只要認(rèn)真學(xué)過微積分的人都不難判斷這種預(yù)期的錯(cuò)誤。在函數(shù)于a點(diǎn)間斷時(shí)，函數(shù)在a點(diǎn)的極限與函數(shù)在a點(diǎn)的值是兩回事。何況，在粘性等于零時(shí)，一般來說理想流體的控制方程要降階，它的解與描述粘性流體的納維－斯托克斯方程的解之間的關(guān)系是有許多學(xué)者討論過的。其近似是有條件的。陳教授根本不了解這些條件。把理想流體的模型到處亂用。是不會不碰壁的。

　　碰壁而又對力學(xué)已有成果的無知，反而欣喜地認(rèn)為是“經(jīng)典的開爾文定理在流體湍流中將失效，從而必須采用他們的新理論�！崩硐肓黧w模型不適用于真實(shí)流體，這是在100多年以前人們就已經(jīng)熟知的事實(shí)，陳十一既然是學(xué)力學(xué)出身，想必是知道的。他故意不談這些事實(shí)，并且還預(yù)期要“將對工程、地球物理和天體物理中許多問題產(chǎn)生重大影響”，其用意只能是混淆視聽借以達(dá)到欺世盜名的目的。

　　據(jù)云，陳教授乃北大工學(xué)院院長。這篇稿子要么出自陳十一教授之手，要么至少他是看過的。以上錯(cuò)誤是作為一個(gè)力學(xué)專業(yè)的合格大學(xué)生都不應(yīng)當(dāng)犯的，要是作為力學(xué)專業(yè)的教員競連這種起碼的知識也會犯錯(cuò)誤，恐怕要登上力學(xué)專業(yè)的講堂是有困難的，要是把這樣的人濫充教授，只會誤人子弟。如果對流體力學(xué)發(fā)展歷史是清楚的而又要那樣說，那么這樣的人，豈止不能為人師，其人格也會成問題。而現(xiàn)在的事實(shí)是，陳十一不但堂而皇之登上工學(xué)院的講堂，競還充任院長之職。我作為北大的一名退休教師為北大而感到害羞。

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