“力学奥林匹亚”讲座掠影
2019年10月22日上午10:15，由力学技术研究院主办的“力学奥林匹亚”（第四讲）之“量纲分析和LaTex使用”在IMT办公室举行。本期讲座的主讲人为力学技术研究院院长、首席科学家孙博华院士。IMT部分教师代表、全体研究生，校内外其他感兴趣的师生共同参加了本次讲座。
奥林匹亚取自于爱因斯坦的奥林匹亚学院，本系列讲座聚焦力学方向，故取名力学奥林匹亚。IMT师生会在“力学奥林匹亚”讲座中分享自己的学术成果、科研心得，传授新技能、新方法，以此加强IMT成员间的学术交流，提升师生的综合实力。
量纲分析（dimensional analysis）是20世纪初提出的物理领域中建立数学模型的一种方法。量纲分析的力量来源于其简洁，在量纲法则的原则下，仅需直接对物理现象或问题所涉及物理量的属性进行分析，就可以探求物理现象规律背后的因果关系。
本次讲座孙博华院士详细的讲授了量纲分析这一科学领域中的普适方法。孙院士首先援引了1991年诺贝尔物理奖得主P. G. de Gennes的重要论述，“在描述物理现象中，要将全部细节融为一体，但经常是既无望又无用。我们需要的正是一种简单的标度公式，其中的系数可取用单个实验点来加以调整。那样一种公式极其优美的价值是使我们能简单理解：何谓过程？何谓根本因素？我真的希望，这种精神将会扩散至以理解敏锐著称的中国公众。”自然现象和工程问题都可通过一系列物理量结合试验、理论、模拟等进行定量描述，科学家们执着于追求和探索物理现象本质的普适规律。之后，详细介绍了1941年A.N Kolmogorov的湍流、1941年G.I Taylor，John von Neumann和1946年L. I. Sedov（1946）的原子弹点源爆炸、1991年诺贝尔物理奖获得者P.G de Gennes软物质、中国科学技术最高奖获得者郑哲敏院士从数量级和量纲分析看煤与瓦斯突出的机理等著名的量纲分析研究工作。通过这些著名的科学实例验证了，在追求物理现象背后标度率本质规律中，量纲分析是一种强有力的科学研究方法。
随后，孙院士介绍了量纲分析的理论和方法。量纲是基本物理量的度量单位，任何物理量都有量纲或单位。量纲分为基本量纲和导出量纲。国际单位制（SI）规定了七个基本物理量，相对应的是七个基本量纲；其他任何物理量的量纲均可以通过这些基本量纲导出，称为导出量纲。物理量纲满足幂次定律，即任何物理量的量纲公式都是基本量纲的幂次单项式的形式，和量纲一致性定律，即每个在公式中相加的量其量纲必须一致。特别的，1914年Buckingham发表的π定理工作，成为量纲分析方法的基础。但是π定理的表述复杂，使人感觉量纲分析很困难。孙院士给出了量纲分析的6步法，使得量纲分析可以流程化。这一流程化操作使得初识量纲分析的学生就可以实现对管内液体流动的摩擦阻力、炮弹的水平距离、小球在黏性液体中运动的速度等物理问题的量纲分析处理。
孙院士接着介绍了自己在量纲分析领域的进展，包括生物游动力学、液滴引致薄膜褶皱问题、可压缩湍流标度率、三体和多体Kepler周期律、折纸弹簧等多学科方向的新进展。量纲分析在应用中需要反复实践练习，更需要对物理现象有深刻洞察力，这使得量纲分析研究具有了一定“艺术性”。孙院士通过采用量纲分析工具另辟蹊径，研究并得到了三体和多体的广义Kepler周期律，这是对“天文学千古之谜——三体和多体运动”的重要推进。
针对学生科研遇到的论文编辑排版困难，孙院士推荐了科研专业排版软件LaTex，就软件操作和使用进行了现场演示，对学生的困惑进行了解答。
随后，与会师生展开了热烈的讨论，纷纷表示力学奥林匹亚系列讲座传授的学术精华让自己受益匪浅，会后将进一步学习及消化讲座内容，积淀科研养分，促进团队和自身的共同成长。
注：孙博华院士将于本学期开授硕士研究生课程《量纲分析》（11-18周，周五上午1-2节，南阶教室402），欢迎各位同学选课及旁听。
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