简易材料论──事物观与方法论

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.04.001 第17卷第4期 北京科技大学学报 Vol.17 No.4 19958Journal of University of Science and Technology Beijing Ag.195_ ·专论· 简易材料论 一事物观与方法论 肖纪美 北京科技大学材料物理系，北京100083 摘要材料是在“变易”的，并有“不易”的道理，本文尝试陈述材料学中简易的、不易的、变 易原则山，提炼作者50余年在材料学海浮沉漫游的体会2-.全文分3部分共10节.引论3 节：1个定义一材料；2个框图一微观和宏观材料问题；3条推理途径一演绎、归纳和类比.分 论5节：1个符号一性能；1个方程一结构：4个对待一环境；3条原理一过程：8个分析一能 量.结论2节：5点事物观；通才的2种方法.全文论述了10个命题，提出了30个观点或方 法；从物出发，涉及到人和事；也可命名为“事物观和方法论”· 关键词材料，材料学，性能，结构，环境，过程，能量，方法论，事物观 中图分类号TB3,C03 Concise Discussion on Material Xiao Jimei Department of Materials Physics,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT Material has been changing,and there are unchanged laws about thesechanges.These simple and unchanged laws about the changes of material were real- ized during Authors past 51 years study on materialogy after graduation from the university and will be discussed in this paper.It is divided into three parts with ten sections.The first part is discussion which consists of 3 sections:one definition on material;two dia- grams about the micro-and macro-problems of material;and three methods of rea- soning.The second part is discussion which consists of 5 sections:one symbol for property;one equation for structure;four ways to deal with environment;three princi- ples of natural process;and eight methods for energetical analysis.The third part is conclusion which consists of 2 sections:five points of view on things and two methods of reasoning for the generalist.Altogether,in this paper,ten topics are discussed and thir- ty view points or methods are presented about material,people and thing."Outlook on thing and Methodology"could be another title of this article. KEY WORDS material,materialogy,property,structure,environment,process,energy, methodology,outlook on thing 1995-02-10收稿第一作者男70岁教授中国科学院院士

第 17 卷 第 4 期 北 京 科 技 大 学 学 报 1臾巧 年 8 月 oJ u r n a l o f U ~ iyt o f s ~ a nd Te d m o of yg Be ijngi V川 。 17 N 公 。 4 A呢 . 1臾巧 · 专论 · 简易材料论 事 物观 与方法 论 肖纪 美 北京科技大学材料物理系 , 北京 1创) 〕83 摘要 材料是在 “ 变 易 ” 的 , 并有 “ 不易 ” 的道理 . 本文尝试陈述 材料学中简易 的 、 不 易的 、 变 易原则 川 , 提炼作 者 50 余 年在 材料 学海 浮 沉漫游 的体会 f Z 一 ’ 2 } . 全文分 3 部 分共 10 节 . 引论 3 节 : 1个定义一 材料 ; 2 个框 图一 微观和宏观材 料问题 ; 3 条 推理途径一 演绎 、 归 纳和类 比 . 分 论 5 节 : 1 个符 号一 性 能; 1个方程一 结构 ; 4 个对待一 环境 ; 3 条原理一 过程; 8 个分析一 能 量 . 结 论 2 节 : 5 点事 物观 ; 通 才 的 2 种方 法 . 全 文 论述 了 10 个 命题 , 提 出了 30 个观 点或 方 法; 从物 出发 , 涉及到人和 事 ; 也可命名 为 “ 事物观 和方法论 ” . 关挂词 材料 , 材料学 , 性能 , 结构 , 环境 , 过程 , 能量 , 方法论 , 事物观 中图分类号 1卫 3 , C 03 C o n C is C D is C U旧S i o n o n M a et ir a l 苏 口口 iJ 爪滋 众p alt n 丫” t of M at ier alS P h州cs , U S T B , 氏对i飞 】侧】犯3 , P R C A B S r R A C T M a t e r i a l h a s b e e n e h a n g i n g , a n d t h e r e a r e u n c h a n g e d l a ws a b o u t t h es e e h a n g es . T h e s e s im P l e a n d u n e h a n g e d l a ws a b o u t t h e c h a n g es o f ma t e r i a l w e er er a l - iez d d u r i n g nA hot r包P a s t 5 1 y e a sr s t u d y o n ma t e r i a l o g y a ft e r g r a d u a t i o n fr o m t h e u n i v e sr it y a n d w ill b e d i s c u s s e d i n t h i s P a P e r . I t 1 5 d i v id e d i n t o t h r e e P a rt s w it h t e n s e e t i o n s . T h e if sr t P a rt 1 5 d i s e u s s i o n w h i e h co n s i s t s o f 3 s e e t i o n s : o n e d e if n it i o n o n ma t e r i a l ; t wo d i a - g r a srn a b o u t t h e 而e r o 一 a n d ma e r o 一 P r o b l e ms o f ma t e r i a l; a n d t h r e e me t h o d s o f r ea - s o n i n g . T h e s e co n d P a r t 1 5 d i s e u s s i o n w h i e h co n s i s st o f 5 s e e t i o n s : o n e s y m b o l fo r P or P e rt y ; o n e e q u a t i o n fo r s t r u e t u r e ; fo u r w a y s t o d e a l w it h e n v i r o n me n t ; t h r e e P ir n e i - P les o f n a t u r a l P r o ces s ; a n d e i g h t me t h o d s fo r e n e r g e t ica l a n a l y s i s . T h e t h idr P a rt 1 5 co n cl u s i o n w h i e h co n s i s t s o f 2 s e e t i o n s : if v e P o i n t s o f v i e w o n t h i n g s a n d t wo me t h o d s o f er a s o n i n g fo r t h e g e n e r a li s t . lA t o g e t h e r , i n t h i s P a P e r , t e n t o P i cs a er d i s e u s s ed a n d t h i r - t y v i e w Po i n t s o r m e t h o d s a r e P er s e n t e d a b o u t arn t e r i a l , P e o P l e a n d t h i n g . “ o u t l o o k o n t h i n g a n d M e t h o d o l o g y ” co u ld b e a n o t h e r t it l e o f t h i s a rt icl e . K E Y WO R D S anr t e r i a l , ma t e r i a l o g y , P r o P e r t y , s t r u e t u r e , e n v i r o n me n t , P or ces s , en e r g y , 脱ht o d o l o g y , o u t l o o k o n t h i n g 1卯5 一 02 一 10 收稿 第一作者 男 70 岁 教授 中国 科学院院士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 04. 001

·304· 北京科技大学学报 1995年No.4 1引论 111个定义一材料 顾名思义：“研究材料的学科，叫作材料学，”以研究对象来定义学科，得到内涵少、 外延广的定义，).采用逻辑学中“属+种差”这种真实定义的方法，“材料”属于“物 质”，用下述定义中的定语表示材料这种物质与其它“种”物质之间的“差”异，即“种 差”： “材料是人类社会所能接受地、经济地制造有用器件（或物品）的物质.” (1) 一般用“器件”；若包括“物品”，则含义更广，可包含缓蚀剂、催化剂、含能材料（炸药 等)、涂料等·从“种差”可导出材料的5个判据8.： (1)资源、能源、环保这3个战略性判据反映了“人类社会所能接受地”这个状语； (2)经济这个判据反映了“经济地”这个状语； (3)质量这个判据反映了“制造有用器件（或物品的）”这个定语，也就是广义的性 能，其中“制造”及“有用”分别指“工艺性能”及“使用性能”· 战时，上述的资源和能源有供应问题；在和平年代，环保有伦理道德含义，对于文明国 家，这3个战略性判据通过法律，都可转化为经济判据，因此，材料的5个判据便可简化为 “价廉物美”，分别满足“经济”和“质量”判据. 122个框图一材料问题 框图是系统模型化的1种方法，它形象地表示系统中组元（或要素，Element))以及组 元之间的关系，即系统的结构， ⑤ @ @新结构 环 境 9结构②过程 孕 恤控制子@ ②性能 1 ⑧ 能量 ⑦ 计算 国：外因 内因→变化→结果 图1示出材料5个微观问题一性能、结构、环境、过程，能量之间的关系 (1)各种环境（力学的、热学的、化学的等）作用于结构①，发生过程②，导致结果 ③，或产生新结构④，或表现为性能⑤；新结构又返回到原结构⑥；某些性能如韧性、铁 损等又是能量参量⑦；过程的结果也会影响环境⑧；环境与结构之间又可交换能量©， (2)能量结构的稳定性@和过程的进行①，运用各类基础科学，可从结构计算能量@[ (3)从哲学角度来看③：过程是变化；环境是变化的外因，是变化的条件；结构是变化 的内因，是变化的根据；外因通过内因而起作用)，新结构或性能都是变化的结果.·

北 京 科 技 大 学 学 报 1卯5 年 N b . 4 1 引论 L l l 个定 义一 材料 顾名 思义 : “ 研究材 料的学 科 , 叫 作材料 学 . ” 以 研究对象来定 义 学科 , 得 到 内涵 少 、 外 延广 的定 义 { ’ ` , ’ 2] . 采用 逻辑学 中 “ 属 + 种差 ” 这 种 真 实 定 义 的方 法 , “ 材 料 ” 属 于 “ 物 质 ” , 用 下 述 定义 中的 定 语 表 示 材 料 这种 物 质与其它 “ 种 ” 物 质之 间 的 “ 差 ” 异 , 即 “ 种 差 ” : “ 材料是人类社会 所能接受 地 、 经 济地 制造 有 用器件 (或物 品 ) 的 物质 . ” ( l) 一 般用 “ 器件 ” ; 若包括 “ 物品 ” , 则含义更广 , 可 包含 缓蚀剂 、 催化剂 、 含 能 材 料 ( 炸药 等 ) 、 涂料等 . 从 “ 种差 ” 可导 出材 料 的 5 个判 据 .8[ ’ :l] ( l) 资源 、 能 源 、 环保这 3 个 战略性判据反 映 了 “ 人类社会所能接 受地 ” 这个 状语 ; (2) 经济 这个判 据反 映 了 “ 经济 地 ” 这个状语 ; ( 3) 质量这个判 据反 映 了 “ 制 造 有 用 器件 (或物 品 的 ) ” 这 个定 语 , 也 就 是 广 义 的 性 能 , 其 中 “ 制造 ” 及 “ 有用 ” 分别指 “ 工 艺性能 ” 及 “ 使用 性能 ” 战时 , 上 述的资源和 能 源有 供应 问题 ; 在 和平 年代 , 环 保有 伦理 道 德含 义 . 对于文 明 国 家 , 这 3 个战略 性判 据通过法 律 , 都可 转化为经 济判 据 . 因此 , 材 料 的 5 个 判据便可简 化为 “ 价廉物美 ” , 分别满足 “ 经济 ” 和 “ 质量 ” 判据 . 12 2 个框 图一 材料问题 框 图是 系 统模型 化的 1 种 方 法 , 元之 间 的关系 , 即 系统 的结构 . 它 形 象地表 示 系 统 中组 元 (或 要 素 , E l日匡屹n t ) 以 及 组 新结 构 环 境 过 程 性 能 力 热 化 电 磁 其 学 学 学 学 学 它 外 因 内因 结 果 圈 1 示出材料 5 个徽观 问皿一 性能 、 结构 、 环境 、 过程 、 能. 之间的关系 ( l) 各种环 境 (力 学 的 、 热 学 的 、 化 学 的等) 作 用于结构① , 发 生过程 ② , 导致 结 果 ③ , 或产 生新结构④ , 或表 现为 性能 ⑤ ; 新 结构又 返 回到 原 结构 ⑥ ; 某 些性 能如 韧性 、 铁 损等又是 能量 参量 ⑦ ; 过程 的结果也 会影 响环境⑧ ; 环境 与结构之间又 可交换能量⑨ . ( 2) 能量结构 的稳定 性 L 和过 程 的进行 @ , 运用各类基 础 科学 , 可 从结 构计算能量 @ .le] ( 3) 从哲学 角度 来 看 L: 过 程是 变化 ; 环 境是 变化 的外 因 , 是 变化 的 条件; 结构是 变 化 的 内因 , 是变 化的根 据; 外 因通 过 内因而起作 用 [ ’ 3] , 新结构 或性 能都是变 化 的结果

Vol.17 No.4 肖纪美：简易材料论一事物观与方法论 .305. (4)©和⑧的反馈以及®的交换，都是指出过程的复杂性， 第2部分的分论中2.1至2.5，将分别简论性能、结构、环境、过程和能量. 从宏观考虑，材料问题也有5个环节.在市场经济的开放系统中的，“市场”便是材料 “系统”的环境（见图2）：通过在市场中销售和“应用”产品而引导材料的生产，即性 能←产品一工艺；另一方面，市场又提供先进的“设备”和改进后的生产“工艺”，从而优化 “产品”，提高“性能”，扩大“应用”，这两条思路分别如图2中实线和虚线所示.对于这 类问题，从宏观调控考虑，应该是： “抓两头，带中间” (2) 即抓住产品“应用”及“设备”改进这两头环节，带动“性能”、“产品”、“工艺”3个中 间环节， 应用上性能-产品F工艺一设备 图2材料宏观5个问题与市场之间关系 在材料科学中，也会出现： “中央开花” (3) 的局面.即发现奇异的“产品结构”，例如非晶态金属、纳米晶体、低维物质等，然后向 左测定“性能”，寻求“应用”，向右稳定“工艺”及建立“设备”，只有“物美价廉”，能 在市场有利润销售，才能由物质转化为材料， 133条途径一推理 表1从推理方式、结论的可靠性和创造性 表13种推理方法 3个方面，比较了3种推理方法.在教学上，一 方法 方 式 结论创造性 般采用演绎法，如几何学、热力学、统计物理、 演绎 一般→特殊 必然 发展发现 量子力学等，但是，推理的前提都是从归纳法 归纳 特殊+一般 或 发现 类比 一般·一般 或然 发现 获得的，例如几何学的公理，热力学三定律，统 特殊·特殊 计物理中质量守衡、能量守衡，量子力学的薛 定谔方程等，门德列夫周期表是用用归纳法建 人才 立的，应用它，在化学中，可演绎地说明大量问 材 题.类比法在科学家发现科学规律的过程中， 物了事 理 可起重要作用（参见第2.7节）， 既然有3种推理方法，必然会有传统的 特殊丁 一般特殊 3种推理途径·我曾将包括图1所示的“五 归纳 论”总结为“材料论”，然后将它与具有一 般性的“系统论”类比，则材料论只是系 类比 统论的特例；既是特例，则它属于系统论， 图3推理途径 又有其特性·因为它属于系统论，则可将材

I O V . 7 1 N b . 4 肖纪美 简 易 材 料 论 : — 事 物观 与 方法 论 · 5 扣 . ( 4 ⑥ 和 ⑧ 的反 馈以 及⑨ 的交换 ) , 都是指 出过程 的复杂 性 . 第 2 部分的分论 中 2 . 1 至 .2 5 , 将分别简论性能 、 结构 、 环境 、 过程和 能量 . 从宏 观考 虑 , 材料 问题也有 5 个环 节 . 在市 场 经济 的 开放 系 统 中 的 , “ 市 场 ” 便是 材 料 “ 系 统 ” 的环境 (见 图 2) : 通 过 在 市 场 中销 售 和 “ 应用 ” 产 品而 引 导材 料 的生 产 , 即 性 能~ 产品~ 工 艺 ; 另一 方面 , 市 场又 提供先进的 “ 设备 ” 和改 进后的生产 “ 工艺 ” , 从而优化 “ 产品 ” , 提 高 “ 性 能 ” , 扩大 “ 应用 ” . 这两条思 路分别如 图 2 中实 线 和虚 线所示 . 对于 这 类问题 , 从宏 观调控 考虑 , 应该 是 : “ 抓两 头 , 带中 间 犷 ( 2) 即抓住 产 品 “ 应用 ” 及 “ 设备 ” 改进这两 头 环节 , 带动 “ 性 能 ” 、 “ 产 品 ” 、 “ 工 艺 ” 3 个 中 间环节 . 应 用 卜亡 一 1性 能 性甲一 1产 品 卜犷 一 1 工 艺卜丁 一 I设 备 区虱 - - - - - - - 一 ’ 圈 2 材料宏观 5 个问魔与市场之间关系 在材 料科学 中 , 也会 出现 : “ 中央 开花 ” ( 3 ) 的 局 面 . 即发 现 奇 异 的 “ 产品 结 构 ” , 例如 非 晶态金 属 、 纳米 晶 体 、 低维 物质等 , 然后 向 左 测定 “ 性能 ” , 寻 求 “ 应 用 ” , 向右稳 定 “ 工艺 ” 及建 立 “ 设备 ” , 只 有 “ 物 美 价 廉 ” , 能 在市场有 利润 销售 , 才能 由物 质 转化 为材料 . 13 3 条途径一 推理 表 1 从推理 方式 、 结论的可 靠性和创 造性 3 个方 面 , 比较 了 3 种 推理方法 . 在 教 学上 , 一 般采用演绎法 , 如 几何学 、 热 力 学 、 统计物理 、 量 子力学 等 . 但是 , 推理 的前提都是从归 纳法 获得 的 , 例 如几何学 的公理 , 热力学三 定 律 , 统 计物理中质量守衡 、 能量 守衡 , 量子力 学 的 薛 定愕方 程等 . 门德列 夫周 期表 是 用用 归纳 法建 立 的 , 应用 它 , 在化学 中 , 可 演绎地说明大量 问 题 . 类 上匕去在科学 家发 现科 学规律 的过 程 中 , 可起 重要作 用 (参见 第 .2 7节 ) . 既 然 有 3 种推 理 方 法 , 必 然 会 有传统的 3 种推理 途 径 . 我 曾 将包 括 图 1 所 示 的 “ 五 论 ” 总 结 为 “ 材 料论 ” , 然 后 将 它 与 具 有 一 般 性 的 “ 系 统论 ” 类 比 l` 4] , 则材 料 论只 是 系 统 论 的 特 例 ; 既 是 特 例 , 则 它属 于 系统论 , 又 有 其 特 性 . 因 为 它 属 于 系 统 论 , 则可 将材 表 1 3 种推理方法 方 法 方 式 结 论 创 造 性 演绎 归纳 类 比 一般 ~ 特殊 特殊 ~ 一般 一般 ~ 一般 特殊 ~ 特殊 必然 或然 或然 材 . 管 料 理 理 特 殊 特殊 归 纳 类 比 图 3 推理途径

·306 北京科技大学学报 1995年No.4 料论的方法推广到“人”或“事”「1；因为它有特性，例如它有“能量论”，则可补充具有 一般性的“系统论”，并外延到其它的特殊系统，如人与事，这些推理途径示于图3. 人是一种物，且为万物之灵，人有“意”有“情”；人与物既构成“事”，又构成 “景”，有诗表述人·物·事·景·情·意之间关系： 触景因事而生情，借诗怀旧又展新. 人物事景相通处，字里行间情意深， 2分论 2.11个符号一性能 “材料的性能是1种参量，用于表征材料在给定外界条件下的行为”. (4) 这个定义陈述了材料性能的内涵，参考图4，可用参量 反射 “P”表达，还可用P来划分性能.当i及j为1,2,3,4,5,6 吸收(2) 转换才 ) 及7时，分别对应于力学，声学，热学，光学，电学，磁学 材料 及化学信息；i为输人，为输出一反射、吸收、传导、转换. 输人 传导0) U3) 当i=方，则有反射、吸收、传导共3×7=21种性能； 图4倍息的输入和输出 当i≠方则有7×6=42类转换性能，如Ps为光电性， P5为热电性，P亦为热电性等. 若用I及J分别表示输入量及输出量，S为材料的结构，e及t分别为环境及时间，则性 能分析方法可用下列方程表示(P=P,=): 黑箱法：J=P·1 (5) 相关法： P=6(S) (6) 过程法：P=F(e,S) (7) 环境法：P=Φ(e,t) (8) 人才的才能和事物的功能可类比于材料的性能，进行分析4，) 2.21个方程一结构 “系统的结构是它的组元及组元间关系的总和” (9) 若组元的集合、关系的集合及系统的结构分别用E(Element)R(Relationship)及S(Structure) 表示，则： S=(E,R} (10) 我曾定义材料的结构： “材料的结构是它的组元及其排列和运动方式” (11) “组元”则依层次不同而分别有基本粒子、质子、中子、电子、原子、几何学组元（空位、 位错、晶界、相界、表面等)、分子、相、裂纹、缺口等；“关系”则包括排列方式及运动 方式，后者包括原子振动所导致的声子，电子平移运动引起的布里渊区、费米球、禁区等以 及电子自旋导致的磁子等， 结构的测定实质上是采用(5)式的黑箱法，例如，输人的X射线波长为1，输出的衍

· 互巧 · 北 京 科 技 大 学 学 报 l男5 年 N o . 4 料 论的方法 推广到 “ 人 ” 或 “ 事 ” 〔” ]; 因为它 有特 性 , 例如 它有 “ 能量论 ” , 则可 补充具有 一般性 的 “ 系 统论 ” , 并外延到 其它的特 殊 系统 , 如人 与事 . 这些 推理途 径 示于 图 .3 人 是 一 种 物 , 且 为 万物 之 灵 , 人 有 “ 意 ” 有 “ 情 ” ; 人 与 物 既 构 成 “ 事 ” , 又 构 成 “ 景 ” . 有 诗表述 人 · 物 · 事 · 景 · 情 · 意 之 间关系 : 触景 因事而 生 情 , 借诗怀旧 又展 新 . 人物 事景 相 通处 , 字里行 间情意深 . 2 分论 .2 1 1 个符号一 性能 “ 材料 的性能是 1 种参量 , 用 于表 征材 料在 给定外 界条 件下 的行 为 ” . ( 4) 这 个定 义陈述 了材 料 性 能 的 内涵 . 参考 图 4 , 可 用参量 “ 尸 ij ” 表 达 , 还 可用 只 , 来划分性 能 · 当 i 及 j 为 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 及 7 时 , 分别 对应于力 学 , 声 学 , 热学 , 光 学 , 电学 , 磁 学 及化 学信息 ; i 为 输人 , j 为 输出 一 反 射 、 吸 收 、 传导 、 转 换 . 当 i 二 j, 则 有 反 射 、 吸 收 、 传 导 共 3 x 7 = 21 种 性能 ; 当 i羊 j, 则有 7 只 6二 42 类转换性能 , 如 凡 为 光 电性 , 鬃 吸 收 仃 2 ) 材 料 传 导 仃 3 ) 势 输人 (j 3 ) 图 4 信息的输入和输 出 尸35 为热电性 , 尸。 亦 为热电性 等 . 若用 I 及 J 分别表示 输入 量及 输 出量 , S 为材 料 的结 构 , e 及 t 分 别为 环境 及 时 间 , 则 性 能分析方 法 可用 下列 方程表示 ( p = 只j , i = j) : 黑箱 法 : J = 尸 · I ( 5) 相 关法 : 尸= 关( )S ( 6) 过程 法 : P = F ( e , S ) ( 7 ) 环境 法 : P = 小 ( e , r ) ( 8 ) 人 才的才能 和事物 的功 能可 类比于材 料的性 能 , 进行分析 「’ .4 ’ 5] . .2 2 1 个方程一 结构 “ 系统 的结构是它 的组 元及 组元 间 关系 的总和 . ” ( 9) 若组元的集 合 、 关 系 的集合及 系 统 的结 构 分别 用 (E E 1 。 江` n t ) R ( R 血iot ns ihP )及 S (s it u ct u er ) 表示 , 则 : S = { E , R } ( 10 ) 我 曾定义 材 料 的结构 : “ 材料 的结构是它 的组 元及 其排列和 运 动方式 ” ( n ) “ 组元 ” 则 依层次不 同而分别有 基 本粒子 、 质子 、 中子 、 电子 、 原 子 、 几何 学 组 元 (空 位 、 位错 、 晶界 、 相 界 、 表面等 ) 、 分子 、 相 、 裂 纹 、 缺 口 等 ; “ 关 系 ” 则 包 括 排 列 方式 及 运 动 方式 , 后 者 包括原 子振 动所 导致 的声子 , 电子平 移运 动引起 的布 里 渊 区 、 费米球 、 禁 区等以 及电子 自旋导致 的磁子 等 . 结构 的测定 实 质上 是采 用 ( 5) 式 的黑箱 法 . 例如 , 输 人 的 X 射 线 波 长 为 又 , 输 出 的衍

Vol.17 No.4 肖纪美：简易材料论一事物观与方法论 .307. 射角为日，则依据布喇格方程： nA=2dsine (12) 可以计算未知的结构参量d. 结构是一个用途很广的概念，除物以外，还用于人、财、事人一人体结、细包结构、 阶级结构等；财一金融结构、投资结构、成本结构等；事一社会结构、政府组织、学 校结构、教育结构、科研结构、诗词结构等， 234个对待一环境 时势造英雄？英雄造时势？争论难休·时势便是环境，可以采取4个方面措施，正 确地对等环境， ()适应一经济是基础。当经济体制改变了，为了适应这个大环境，上层建筑必须随 者改变；生物进化以及大自然选择生物品种，遵循着“生存竞争，适者生存”的生物学原理： 人境问俗，也是为了适应环境等等· (2)改变一水溶液中加人缓蚀剂及排除氧气，金属表面覆盖防蚀涂层，都是为了降低腐 蚀而改变化学环境；为了加速和增加化学反应而加入的催化剂，也是改变化学环境；材料表 面引人残余压应力，从而改变力学环境；电磁波屏蔽、热阻挡层及声吸收层分别是改变电磁 热学及声学环境；孟母三迁其居，为的是改变学习环境，使孟轲能勤学；人才分流的目的之 一，便是改变人才的使用环境，使人能尽其才等等， (3)利用一化学环境可以腐蚀金属材料，又可以利用腐蚀，列如，金相试样的浸蚀，电 解抛光，电化学加工，利用奥氏体不锈钢的晶间腐蚀制备粉末，电化学保护的牺牲阳极等， 都是在利用化学环境.氢脆、氢致开裂使人们认识到氢这个环境的有害作用，但材料工业 中，将氢作为合金元素或有用元素来应用的事例也是不少的，利用耗散结构理论来增进材料 的性能，也是利用材料与环境的交互作用).社会现象利用环境的事也是不少的，国与国之 间的间谍、不法商人等，都在利用金钱的腐蚀作用，改变工作环境而获暴利· (4)学习一观察环境，向环境学习，可以受到启示·例如，向环境中的生物功能学习， 出现了仿生学及仿生材料；人们到埃及旅游，看到木乃伊与金字塔，应分别在防腐技术及工 程建筑方面有所借鉴.1980年春，我自重庆沿长江东下，从长江轮的航行，佐证了我提出 的自然过程三原理（见2.4节）· (5)保护一人类既是一类动物，容易大发兽性，对自然环境进行自私而贪得无厌地掠夺， 导致大地千孔百疮，蓝天昏暗；大自然必将对人类进行更无情的报复·为了人类群体和子 孙万代，通过教化和刑罚，文明人重视了环境的保护，材料的5个现代判据中，资源、能源 和环保便是涉及到环境的3个战略性判据，汽车给人类带来了方便和舒适，但所排出尾气的 成分，文明杜会已严加限制；钢厂的污染问题不能解决，则被迫关闭，从积极方面考虑， “三废”的妥善处理，化害为利，已形成巨大产业，降低整个生产的成本，重视保护自然环 境，社会幸甚，子孙万代甚幸！ 以诗一首，总结本节5观点： 英雄时势谁主造？千年纷争从未停， 诸法因缘起，系统临环境：

Vo l . 17 N b . 4 肖纪美 : 简 易 材 料 论 — 事 物观 与方法 论 . 刃 7 · 射角 为 0 , 则依据布喇格方 程 : n 又= Z d s in o ( 12 ) 可 以 计算未 知 的结构参量 .d 结构 是一个用途很广 的概念 , 除物 以 外 , 还 用于人 、 财 、 事 人 一 人体 结 、 细包 结构 、 阶级 结构等 ; 财一 金融 结 构 、 投 资结 构 、 成 本结 构 等 ; 事 一 社 会 结 构 、 政 府 组 织 、 学 校结构 、 教育 结构 、 科研结 构 、 诗词结 构等 . 2 3 4 个对待一 环 境 时势造英雄? 英 雄造 时势? 争论难休 . 时 势便是 环 境 , 可 以 采 取 4 个 方 面 措施 , 正 确地对等环境 . ( l) 适 应 一 经 济 是基 础 . 当经 济 体制 改 变 了 , 为 了适 应这 个 大 环 境 , 上 层 建筑 必 须 随 者改变 ; 生物进 化 以及 大 自然 选择 生物 品种 , 遵 循 着 “ 生存竞争 , 适 者 生 存 ” 的 生 物学 原 理 ; 人境 问俗 , 也是 为 了适应环 境等 等 . ( 2) 改 变一 水溶 液 中加 人缓蚀剂 及 排除 氧气 , 金 属表 面覆 盖 防蚀涂层 , 都是为 了降低腐 蚀 而 改变化学 环境 ; 为 了加 速和增 加化学反 应 而加人 的催化剂 , 也是改 变化 学环境; 材 料 表 面引 人残余压应力 , 从而改 变力 学 环境 ; 电磁 波 屏 蔽 、 热 阻 挡 层 及 声 吸 收层 分别 是 改 变 电磁 热学及 声学环 境 ; 孟母 三迁 其居 , 为的是 改 变学 习环境 , 使孟柯能勤 学 ; 人 才分流的 目的之 一 , 便是 改变人 才 的使用环 境 , 使人能尽 其才等等 . ( 3) 利用一 化 学环 境 可 以 腐蚀金属 材料 , 又 可 以 利用腐蚀 , 列 如 , 金相试 样 的浸 蚀 , 电 解抛 光 , 电化学 加工 , 利 用 奥 氏体不 锈钢 的 晶间腐蚀制 备粉 末 , 电化 学 保护 的牺 牲 阳极 等 , 都是 在利用 化学 环境 . 氢 脆 、 氢 致开 裂使 人 们 认 识 到 氢 这 个 环境 的有 害 作 用 , 但 材 料 工 业 中 , 将氢作 为合 金元素或 有 用元素来 应用 的事 例也 是 不少 的 . 利 用耗散结构 理论来增 进材料 的性 能 , 也是 利 用材料 与环境 的交互 作用 8[] . 社 会现象 利用 环境 的事 也 是 不 少 的 . 国 与 国 之 间的 间谍 、 不 法 商人等 , 都在 利 用金 钱 的腐蚀作用 , 改 变工 作环 境而 获暴利 . ( 4) 学 习一 观察环境 , 向环 境学 习 , 可 以 受到启示 . 例如 , 向环境 中的 生物功 能学 习 , 出现 了仿生学 及仿生材 料 ; 人 们 到埃及 旅 游 , 看到 木乃 伊与金字 塔 , 应分 别在 防腐技术 及工 程建 筑方 面有 所借鉴 . 1 9 80 年春 , 我 自重 庆 沿 长 江 东 下 , 从 长江 轮 的航 行 , 佐 证 了 我提 出 的 自然过程三 原理 (见 .2 4 节 ) . ( 5) 保护一 人类 既是 一 类动 物 , 容 易大 发兽性 , 对 自然 环境 进行 自私 而贪得 无厌地掠夺 , 导致 大地千孔 百 疮 , 蓝天 昏暗 ; 大 自然必 将 对人 类进 行 更 无 情 的 报复 . 为 了人 类群 体和子 孙 万代 , 通过教 化 和刑 罚 , 文 明人 重视 了环境 的保 护 . 材料 的 5 个现代判 据 中 , 资源 、 能 源 和环保便 是涉及 到 环境 的 3 个 战略性 判据 . 汽车 给人类带 来了方 便和舒适 , 但 所排 出尾 气的 成 分 , 文 明社 会 已 严加 限 制 ; 钢 厂 的 污染 问题不 能 解 决 , 则 被 迫 关 闭 . 从积极 方 面 考 虑 , “ 三废 ” 的妥 善处理 , 化害为 利 , 已形 成 巨 大产 业 , 降低 整个生 产 的成 本 . 重视保护 自然环 境 , 社 会幸甚 , 子孙 万代甚 幸 ! 以诗一首 , 总 结本节 5 观 点 : 英雄 时势谁主造 ? 千 年 纷争 从未 停 . 诸法 因缘起 , 系 统 临环境 :

·308 北京科技大学学报 1995年No.4 适应求生存；改变更长命； 学习获启示；利用争优胜！ 掠夺无厌显兽性，环境人类互依存， 天地厚人类，回报何无情？ 千孔又百疮，蓝天已昏沉； 人类有后代，环保减报应！ 2.43条原理一过程 “自然过程总是朝着能量降低的方向、遵循阻力最小的路线进行的，其结果是适者生 存” (13) 应用演绎法、归纳法及类比法可以分别证明这3条过程原理· (1)方向一能量下降，从热力学第二定律可以导出不同限制条件下的不同能量判据(U 为内能，H为焓，F为亥姆荷兹自由能，G为吉布斯自由能)： 绝热恒容：(dU)S,V0 (18) (2)过程失稳一求能量极大值所对应的结构·同(16)及（17)式，仅(18) 式的验证条件改为： f"<0 (19)

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 N 5 b 1 . 4 适 应求 生存 改变 更长 命 ; ; 学 习获启示 利用 争优胜 ! ; 掠夺无 厌显兽性 , 环境 人类 互依存 . 天地厚 人类 , 回报何无 情? 千 孔又 百疮 , 蓝天 已 昏沉; 人类有 后代 , 环保减报应! 2 .4 3 条原 理一 过程 “ 自然过程总是朝 着 能量 降低的 方 向 、 遵 循 阻力 最小 的路 线 进 行 的 , 其 结 果 是适 者 生 存 . ” ( 1 3 ) 应用 演绎法 、 归 纳法及 类 比法 可 以分 别 证明这 3 条 过程 原理 . ( l) 方 向一 能量 下 降 . 从热 力学第二定 律 可 以 导 出不 同限制条件下 的不 同能 量 判 据 ( U 为 内能 , H 为 焙 , F 为 亥姆荷兹 自由能 , G 为吉布 斯 自由能 ) : 绝热 恒容 : d( )U S , V 0 ( 18 ) ( 2) 过 程 失 稳 一 求 能 量 极 大 值 所 对 应 的 结 构 . 同 ( 1 6) 及 ( 17) 式 , 仅 ( 18 ) 式 的 验证 条件 改 为 : f " < 0 ( 19 )

Vol.17 No.4 肖纪美：简易材料论一事物观与方法论 309. 以形核理论及断裂力学的裂纹扩展为例，则X。分别是临界晶核尺寸及临界裂纹长度· (3)过程方向一△Y<0(过程第一原理). (4)过程选择一|△Y最大（过程第三原理）. (5)过程速度一从过程激活能计算化学反应速度V及扩散系数D: V=Voexp(-Qc/RT) (20) D=Do exp(-2p /RT) (21) (6)过程类型一从2。可以判断扩散的类；从c可判断化学反应的类型· (7)过程进度一从化学反应的标准吉布斯自由能变化可计算平衡常数K: △Gg=-RTnK (22) 对于化学反应： aA+bB+…+lL+mM+… (23) 从K的定义 K= a,ag·） (24) a8·a%·…平青 从所计算的K值及反应物的活度(aa,aa,……)可计算反应产物的活度(a,aw, ……),从而可知道(23)式化学反应过程进行的程度. (8)性能参量一材料的韧性是材料的强度和塑性的综合表现；表面光滑、缺口及裂 纹试样所测定的韧性，都可换算为能量参量.磁性材料的磁回曲线，由矫顽力(Hc)及剩 余磁感(B)所界定，它所包含的面积一磁能，是1种性能：软件磁材料要求这个面积小 而瘦长，则铁损小而磁感高；硬磁材料则要求这个面积肥大，则贮能大· 由于能量与过程在分析材料的性能与结 构时的重要作用，我在70年代后期提出一 (1)Y,的重要性 绪论 些观点及图1)；考虑到能量独特作用，提 出了如图5所示的合金能量学一能量的关 (2)Y,T,P)=0 关系 系、计算和应用体系(1：书中第2章为热力学， 讨论能量的关系；第3章至第6章讨论热 3)S [4H 计算 (5)E. (6) 力学函数与结构之间的关系，分别应用统计 应用 物理、固体物理、弹塑性力学及表面科学， 从结构计算熵(S)、焓(H)、应变能 (7)Y,与相图 (E。)及界面能(Y.),并讨论这些能量 应用 在分析材料问题时的应用；第7章处理相图 (8)能量分析方法 的分析与合成，阐明相界线与热力学函数 之间的关系；第8章便是本节介绍的能量分 图5合金能量学体系（图中数字为章序） 析方法· 3结论 3.15点一事物观 我在材料学海浮沉漫游50余年，对材料形成了一些看法一材料观：

vo l . 17 N b . 4 肖纪美 : 简 易 材 料 论 — 事物观 与方 法论 . 引刃 以形 核理论及 断裂力 学 的裂纹 扩 展为 例 , 则 X 。 分 别是 临界 晶核 尺寸及 临界裂纹长度 . ( 3) 过程方 向一 △ Y < 0( 过程 第 一原理 ) . ( 4) 过程 选择一 }△ lY 最大 (过 程第三 原理 ) . ( 5) 过程 速度一 从过程 激 活能计算化学 反应速 度 V 及 扩散系 数 :D V = Vo ex P ( 一 Q e R/ 乃 ( 2 0 ) D = D 。 ex P ( 一 Q n /R 乃 ( 2 1) ( 6) 过程 类型一 从 Q D 可 以 判 断扩 散 的类 ; 从 Q C 可 判 断化学反 应 的类型 . ( 7) 过程进 度一 从化学 反 应 的标 准 吉布 斯 自由能变化可计算平衡常数 :K △ G 攀= 一 R 刀 n K ( 2 2 ) 对于 化学 反应 : a A + b B + … ~ IL + m M 十 … ( 2 3) 从 K 的定 义 / 。 , , . a : · … 、 人 三 l , 寸 ,一一一分一一一一 l 、 “ 又 . “ 云 二 ’ . , 军 ` 、 厂, ” / . , . ( 2 4 ) 从 所 计 算 的 K 值及 反 应 物 的 活 度 ( a 、 , % , ” 一 ) 可 计 算 反 应 产 物 的 活 度 ( 气 , a M , … … ) , 从而 可知道 ( 23 ) 式化 学反 应过 程进行 的程度 . ( 8 ) 性 能参量一 材料 的韧性 是 材料 的 强 度 和 塑 性 的 综 合表 现 ; 表 面 光 滑 、 缺 口 及 裂 纹试样所测定 的韧性 , 都可换算为能量 参量 4[] . 磁 性材 料 的磁 回曲线 , 由矫顽力 ( cH ) 及剩 余磁感 (Br ) 所界 定 , 它所包含 的面积一 磁能 , 是 1 种 性 能 : 软件磁 材料 要 求这 个 面 积 小 而 瘦 长 , 则 铁损小而 磁感高; 硬 磁材 料则要 求这个 面积 肥大 , 则贮 能大 . 由于能 量 与过程在分析材 料 的性 能与 结 构时的重要 作用 , 我在 70 年代后期提 出一 些 观点 及 图 1 ’ 7] ; 考虑到 能 量 独 特作 用 , 提 出 了如 图 5 所示 的合金 能量 学一 能 量 的关 系 、 计算和 应 用体 系 [6 :] 书中第 2 章 为 热 力 学 , 讨论能量 的关 系 ; 第 3 章 至第 6 章讨论热 力学 函数 与结构 之 间 的关系 , 分别 应 用统计 物理 、 固体物理 、 弹 塑性 力 学及 表 面科 学 , 从 结 构 计 算 嫡 ( )S 、 焙 ( H ) 、 应 变 能 (E 。 ) 及 界 面能 ( 儿 , ), 并讨论这些 能量 在分析材料 问题时 的应用 ; 第 7章处理相 图 的分 析 与合成 , 阐 明相 界 线 与 热 力 学 函 数 之间的关 系 ; 第 8 章 便 是本节介 绍 的能量 分 析方法 . ( 1 ) Y : 的重要性 绪 论 ( 2 )只 Y . , T , P ) = O 关 系 ( 3 ) S 甲 ( 5 ) E 。 ( 6 ) 下 : , 计 算 应 用 ( 7) Y ` 与相 图 应 用 ( 8 ) 能量分析方法 圈 5 合金能 . 学体 系 ’Il ( 图中数字为章序 ) 3 结 论 1 1 5 点一 事物 观 我在材料 学海浮 沉漫 游 50 余年 , 对材 料 形成 了一 些看 法一 材料 观 【6 :]

·310 北京科技大学学报 1995年No.4 “我们面临的是有缺陷的材料，它们在形成过程中，由于相互竞争过程的结果，留给我 们的，又是适于环境而生存的各种亚稳相.我们应该从结构不均匀概念和动力学观点，用 以能量为控制因素的过程三原理，去理解和控制材料的现象一结构和性能” (25) 将材料观扩展，获得下面5点事物观， (1)沧桑是正道一“天若有情天亦老，人间正道是沦桑”)字宙形成，地壳风化， 社会变迁，国家兴衰，生老病死，……，这种发展和变迁的观点，也正是佛教四法印的 “诸行无常”的观点（见赵朴初著。佛教常识问答） (2)诸法因缘起一事物如何变化？图1示出变化的内因和外因，分别是结构和环境.佛 教四法印的“诸法无我”所引伸的“诸法因缘起”也是这个意思：“因”是关系，是结 构，是内因；“缘”是条件，是环境，是外因.亚里士多德认为)：对一种过程的解释，应 该详细地说明因果关系的所有4个方面： ①形式因一发生变化的条件，这是外因；②原料因一发生变化的物质，这是内因； ③作用因一发生了什么变化？这是过程；④目的因一为什么发生变化？这是动机· 前三者回答“如何”(How)?也是外因如何通过内因而发生过程；而目的因则要回答“为什 么”(Why)?今天看来，对于无生物，应该是能量下降. (3)实践是第一一《实践论》[]指出：“真理的标准只能是社会的实践，实践的观点 是辩证唯物论的认识论之第一和基本的观点”， 针对科研和教学的需要，我在实践中，积累有价值的资料，不断地建立和修改学术体 系，才能有自己的看法.这是在“实践是第一”观点指引下，整理资料，著书立说[2~山的一种 有效途径，文献[25]所述的“材料观”，也是长期实践的的收获，得之不易， (4)事物无绝对一材料是有缺陷的.将材料中各种原子型和电子型缺陷作为材料中的 成分，是近代材料学中的重要概念.绝对完整的事物是没有的.空位和杂质，由于组态熵的 作用，它们的浓度不可能为零，因此，绝对纯的事物也是没有的，高纯度的硅也含有杂质， 并且利用“掺杂”来达到其形成p型或n型的半导体作用. 事物的好坏也是相对的，以水为例： “君，舟也；人，水也·水能载舟，亦能覆舟”(《贞观政要》政体篇). “天下莫柔弱于水，而攻坚强者莫之能胜，”(《老子》第7章)， 金钱亦然，唐张说187字的“钱本草”说得很透： “钱，味甘，大热，有毒.…善疗饥，解困厄之患立验·能利邦国，污贤达，畏清 廉.…如积而不散，则有水火盗贼之灾生；如散而不积，则有饥寒困厄之患至，…” 好事坏事之间可转化，《老子》第8章提出忠告：“祸兮，福之所倚，福兮，祸之所伏.” (5)系统需开放一材料的生产和使用，都是在开放系统中进行，从中国历来看：春秋 战国，争夺人才，十分激烈.西方小秦，善于开放门户，引进人才，从而一统天下。我国强 盛的汉唐两代，也是大开放的系统.近年来，我国强调“改革开放”，1994年提出的“20 字”大局： “抓住机遇，深化改革，扩大开放，促进发展，保持稳定”这20字不仅是1994年、 1995年，而且是以后一个长时期都是坚定不移地遵循的总方针，我曾论述了稀土科技事业 的机遇·改革·开放·发展·稳定；对于开放系统，要正确适应、改变、利用、学习

北 京 科 技 大 学 学 报 l男 5年 N b “ 我们面 临的是有 缺陷的 材料 , 它们在形 成过程 中 , 由于相 互 竞争 过程 的结 果 , 留给 我 们的 , 又 是适于环 境而生存的各种 亚稳相 . 我们应该从结构不 均 匀 概念 和 动 力 学 观 点 , 用 以能量 为控制 因素的 过程三原理 , 去理解和控制材 料 的现象一 结构和 性能 . ” ( 2 5) 将材料观扩 展 , 获得下 面 5 点事物 观 . ( l) 沧 桑是正 道一 “ 天 若有情天亦 老 , 人间正 道 是沦桑 . ” 11,] 宇 宙形 成 , 地 壳风 化 , 社会 变迁 , 国家 兴衰 , 生老病 死 , “ · … , 这种 发展 和 变迁 的观 点 , 也 正 是 佛 教 四 法 印的 “ 诸行无常 ” 的观点 ( 见赵朴初著 . 佛教常识 问答 ) . ( 2) 诸法 因缘起一 事物如何变化? 图 1 示 出变化 的 内因和 外 因 , 分别是结构和 环境 . 佛 教四 法 印 的 “ 诸法无我 ” 所引 伸的 “ 诸 法 因 缘起 ” 也 是 这 个意 思 : “ 因 ” 是 关 系 , 是 结 构 , 是 内因 ; “ 缘 ” 是条件 , 是环 境 , 是 外 因 . 亚 里士 多德认为 [ l8] : 对一 种 过程的解释 , 应 该详细地 说明 因果 关 系 的所有 4 个方 面: ① 形 式 因一 发生 变 化 的条件 , 这 是 外 因; ② 原料 因一 发生 变化 的物质 , 这是 内 因; ③ 作 用 因一 发 生 了什么变 化? 这是 过程 ; ④ 目的因一 为什么发 生 变化? 这 是动 机 . 前 三者 回答 “ 如何 ” ( H o w ) ? 也是外 因如 何 通过内因而 发生过程; 而 目的 因则 要 回答 “ 为什 么 ” ( w h y ) ? 今天 看来 , 对于 无生 物 , 应 该是 能量 下降 . ( 3) 实践是第一 一 《实 践论》 〔 ’ 31 指 出: “ 真理 的标准 只能是社 会的 实践 , 实践的观点 是辩证唯物 论的认识论之第一 和基本的观 点 ” . 针 对科 研和 教 学 的需要 , 我在 实 践 中 , 积累 有 价 值 的资料 , 不 断地建立 和 修改 学 术 体 系 , 才 能有 自己 的看 法 . 这是在 “ 实 践是第 一 ” 观 点指 引下 , 整 理 资 料 , 著 书 立 说「2 一 川 的 一种 有效途径 . 文献 【25 ] 所述 的 “ 材料 观 ” , 也 是 长期实践 的的收获 , 得 之不易 . ( 4) 事 物 无绝 对一 材 料是 有缺 陷的 . 将 材料 中各 种原子 型 和电子 型缺 陷 作 为 材料 中 的 成分 , 是近 代材料学 中的重 要概 念 . 绝对完整 的事 物是 没有 的 . 空 位和 杂质 , 由于 组态嫡的 作用 , 它们的浓度不 可 能为零 , 因此 , 绝 对 纯的事 物也 是没有 的 . 高 纯 度 的 硅也 含 有 杂 质 , 并且利 用 “ 掺杂 ” 来达到 其 形 成 p 型或 n 型 的半 导体作用 . 事物的好坏也是相 对的 , 以 水为例: “ 君 , 舟也 ; 人 , 水也 . 水能载 舟 , 亦能 覆舟 . ” ( 贞观政要 》 政 体篇 ) . “ 天下 莫柔 弱 于水 , 而 攻坚 强者 莫之 能胜 . ” ( 老子 》 第 7 章 ) . 金钱亦然 , 唐张说 18 7 字 的 “ 钱本草 ” 说 得很透 : “ 钱 , 味甘 , 大 热 , 有 毒 . … 善 疗饥 , 解 困厄 之 患 立 验 . 能 利 邦 国 , 污 贤达 , 畏 清 廉 … 如 积而 不 散 , 则 有水火 盗 贼 之 灾 生 ; 如 散 而 不 积 , 则有 饥 寒困厄 之患 至 . 好事 坏事 之 间可转化 , 《 老 子》 第 58 章提 出忠告 : “ 祸兮 , 福之所倚 , 福兮 , 祸之所伏 . ” ( 5) 系 统需 开放一 材 料的 生产 和使用 , 都 是 在开放 系 统 中进 行 . 从 中国 历来看 : 春 秋 战国 , 争夺人才 , 十分激 烈 . 西 方小秦 , 善于 开放门户 , 引进 人才 , 从而一 统天下 . 我 国强 盛 的 汉唐两 代 , 也 是 大 开 放 的 系 统 . 近年 来 , 我 国 强 调 “ 改 革 开 放 ” , 19 4 年 提 出 的 “ 20 字 ” 大局 : “ 抓住 机遇 , 深化 改 革 , 扩 大 开 放 , 促 进 发 展 , 保持 稳 定 19 9 5 年 , 的机遇 · 而且是 以后 一 个长 时期都是 坚定 不移 地 遵 循 的 总方 针 厂 这 20 字 不 仅是 19 94 年 、 . 我 曾论述 了稀 土科技 事业 改 革 · 开 放 · 发展 · 稳定【划 ; 对于 开放 系 统 , 要 正 确 适 应 、 改 变 、 利 用 、 学 习

Vol.17 No.4 肖纪美：简易材料论一事物观与方法论 311. 环境（参考2.3）. 以五言诗概括上述的5点事物观： 诸行皆无常，正道是沧桑； 因缘起诸法，系统需开放； 实践是第一，创思胜幻想； 事物无绝对，合金更飘香， 3.2两种方法一通才 仿效“材料”的定义（式(1）)，可以定义“中国的人才”： “中国的人才是能为中国社会高效地作出有用贡献的知识分子，” (26) 这是一个德才兼备的定义.对于“才”，有专家与通才之争.什么是专家？一个饶有风趣的 定义21： “专家是对于愈来愈少的事物知道得愈来愈少的人·” (27) 专家需要在工作实践中长期成长而成，在大学期间培养的“专家”难于适应未来变化的 情况，易于落后，因此： “大学不适宜培养易于落后的专家，而应培养能够适应变化情况的通才.” (28) 邓小平指出西： “教育要面向现代化，面向世界，面向未来，” 为了教育的3个面向，我认为1，高校在智育方面要加强3个方面：基础、方法、外语.基 础是未来的潜力；方法是为了培养能力；外语是为了面向世界， 以诗二首，总结上述人景和情意： 人间正道是沧桑，专家落后正茫茫· 环境巨变需通才，新园异花分外香， 米 三个面向是目标：坚实基础最重要； 面向世界需外语；掌握方法傲明朝！ 科学方法很多，本文1.1及1.3节，分别示例地介绍了确定内涵的定义方法及比较了3 种推理方法；12节则示例地阐明了系统分析中模型化的图解法，在“山穷水复疑无路” 时，我很赞赏通才们采用的类比法及交叉法： 支离破碎曾满意，壮年反复审纠纷· 继续深入疑无路，类比交叉又一村· 下面，简介类比法及交叉法· (1)类比法 在形式逻辑中，类比法是这样定义的测： “我们观察到两个或两类事物在许多属性上都是相同，便推出它们在其它属性上也相 同，这就是类比法.” (29) 一般却采用更广的含义： “对比两类事物，从它们的属性，特别是内部关系的属性（即结构）的相同或相似

b V l . N b 1 7 . 肖纪美 简 易 材 料 论 4 : — 事 物观 与方 法论 ( 环境 参考 2 . ) 3 . 以五 言诗概括 上述的 点事 物观 5 : 诸行 皆无 常 , 正道是 沧 桑 ; 因缘起诸法 , 系统需 开 放 ; 实践是第一 , 创思 胜幻 想 ; 事物 无绝 对 , 合金更飘香 . 3 2 两种方法一 通才 仿效 “ 材 料 ” 的定 义 (式 ( l) ) , 可 以 定义 “ 中 国的人才 ” : “ 中国的人才是能为 中国社会高效地作 出有用贡 献的知识分子 . ” ( 2 6) 这 是一个德才兼备的定 义 . 对于 “ 才 ” , 有 专家与 通才之 争 . 什 么是 专家 ? 一 个饶有 风趣 的 定 义 【刹 : “ 专家是 对于 愈来愈少 的事 物知道 得 愈来愈 少 的人 . ” ( 2 7) 专家需要 在工作 实 践中长期 成长 而成 , 在大 学期 间培养的 “ 专家 ” 难于 适应未来变化的 情况 , 易于落后 . 因此: “ 大 学不 适宜培养易于 落后 的专家 , 而 应培养能够 适应变化情 况 的通才 . ” ( 2 8) 邓小平 指 出I 劝 二 “ 教 育要 面 向现代化 , 面 向世界 , 面 向未来 . ” 为 了教育 的 3 个面 向 , 我 认为 【l5] , 高校在 智育方面要 加 强 3 个方 面 : 基 础 、 方法 、 外 语 . 基 础是未来的潜力; 方法 是 为了培养能力 ; 外语是 为 了面 向世界 . 以 诗二首 , 总结上述人景和 情意 : 人间正道是 沧桑 , 专家落后 正茫茫 . 环境巨 变需 通 才 , 新 园异花 分外香 . * * * * * 三个 面 向是 目标 : 坚实基 础 最重要 ; 面 向世界 需外 语 ; 掌握方 法傲 明朝 ! 科学 方法 很多 , 本文 1 . 1 及 1 . 3 节 , 分别 示 例地 介 绍 了确 定 内 涵 的定 义 方 法及 比较 了 3 种推理方法 ; 1 . 2 节 则示 例地 阐 明了 系 统 分析 中模型 化 的 图解 法 . 在 “ 山 穷水复疑 无 路 ” 时 , 我很赞赏 通才 们采用 的类 比法及交叉法 : 支离 破碎曾满意 , 壮 年反 复 审纠纷 . 继续 深人疑 无 路 , 类 比交 叉 又一村 . 下面 , 简介类 比法 及交叉 法 . ( l) 类 比法 在形 式逻辑 中 , 类 比法 是 这样 定义 的 【川 : “ 我们观察到 两个或两类事物 在 许多 属 性 上 都是 相 同 , 便 推 出 它 们在 其它 属 性 上 也相 同 . 这就 是类 比法 . ” ( 2 9) 一般 却采 用更广的含义 : “ 对 比两 类事 物 , 从它们 的属 性 , 特别 是 内 部 关 系 的 属 性 ( 即 结 构 ) 的 相 同 或 相 似

·312 北京科技大学学报 1995年No.4 获得借鉴的思考方法，叫作类比法，” (30) 在物理学史上，1924年德布洛伊(de Broglie)作了一个非常勇敢的类比.当时，人们 只知道物质是粒子性的，他用类比法提出电子具有粒子性及波动性的双象性： “自然爱好对称， 因此，物质与能量必须互相对称， 若（辐射）能是波动的和/或粒子的， 那么，物质必须是粒子的和/或波动的，” 这个假说导致1926年薛定谔提出物质的波动方程，由于随后Bom,Heisenbrg,Dirac等的补 充，发展成为今天的量子力学，在实验上，Davidson-Gerwer于1927年用镍单晶证实了电 子波的存在. 高可靠性的类比是“关系”（结构）相同的类比： 表明物质扩散的菲克定律：ac/t=Da2c/x2 表明导热的傅立叶定律： 0T/dt=a02T/0x2 关系是完全相同的偏微分方程，最宜类比，它们在数理方法中，有相同的解法·电 模拟也有相似的情况· “聪明”形象地是指“耳聪”、“眼明”.号称万物之灵的人，在听觉和视觉方面，反而 不如有些动物，但是，人类可类比和模仿其它生物的奇异功能，创建仿生学， 生物是有生命的，人类有着高级智慧；材料又是无生命的，它们之间差异很大，它们 是区别很大的“系统”，既然它们都是系统，则抓住系统的共性，可相互类比借鉴，图6便 是图1的简化和外延.我曾尝试遵循图3所示的推理途径，从材料学的“物理”去认识 “人理”和“事理”) 此外，古今中外的传世寓言和比喻，如我国的《战国策》、《庄子》，希腊的《伊索寓言》， 印度的《痴华梦》，中古的《天方夜谭》等，都有一些有益的类比， (2)交叉法 如图7所示，“交叉”是两种概念A及B之间的1种逻辑关系.图中影线区便是交叉地带， 它既是A的一部分，又是B的一部分；如A和B是两个学科，则图中影线区便是交叉学科· 生 物 人 才 材料 环境 输人 系 统 输出→功能 工程结构 学校 经济体制 图6系统功能 图7交叉 作为科学方法来考虑，交叉的概念已扩大： ①图7的概念包含“交叉”、“渗透”、“化合”、“结合”；②接近相切的“边缘”；③未接触的 “感应”、“借用”、“横展”、“综合

· 3 1 2 · 北 京 科 技 大 学 学6 报 1 男5 年 N . 4 获得 借鉴 的思 考方 法 , 叫作类 比法 . ” ( 30) 在物理学史 上 , 19 24 年 德布 洛伊 (de B m g lj e ) 作了一个非 常勇敢 的类 比 . 当时 , 人们 只知 道物 质是粒子 性 的 , 他用 类 比法提出 电子具有粒子性 及波 动性 的双 象性 阴:] “ 自然 爱好对称 , 因此 , 物质与 能量必须互相 对称 . 若 (辐射 ) 能是波动 的 和 / 或粒子 的 , 那 么 , 物 质必须是粒子 的和 / 或波 动 的 . ” 这个假说导致 19 26 年薛定 愕提 出物 质 的波动 方程 , 由于 随后 oB m , H ~ b gr , D lar c 等的补 充 , 发展成为今天 的量子 力学 . 在 实验 上 , L冶访由o n 一 〔记r “ 吧r 于 19 27 年 用镍 单 晶证实 了 电 子波的存在 . 高 可 靠 性 的 类 比 是 “ 关 系 ” ( 结 构 ) 相 同 的类 比 : 表 明 物 质扩 散 的 菲 克 定 律 : 九 /山 = D 小 c 户 x Z 表 明 导热 的 傅立 叶 定 律 : 刁T/ 氏 = : 护 T/ a x ’ 关 系 是 完 全 相 同 的偏 微 分方 程 , 最 宜 类 比 , 它 们 在 数 理 方 法 中 , 有 相 同 的 解 法 . 电 模拟 也 有 相 似 的 情 况 . “ 聪 明 ” 形 象地是 指 “ 耳聪 ” 、 “ 眼 明 ” . 号称万物 之灵 的人 , 在 听 觉 和 视 觉 方 面 , 反 而 不如有些 动物 . 但是 , 人类可类 比和模仿其它生 物的奇异功 能 , 创建仿生学 . 生 物是有生 命的 , 人类有着 高级智慧; 材料又 是 无生命 的 , 它 们 之 间 差 异 很大 . 它 们 是 区别很大 的 “ 系 统 ” . 既 然它 们都是 系统 , 则抓住 系统 的共性 , 可相 互类 比借鉴 . 图 6 便 是 图 1 的 简化 和 外 延 . 我 曾尝 试遵 循 图 3 所示 的推理 途 径 , 从材 料 学 的 “ 物理 ” 去 认 识 “ 人理 ” 和 “ 事 理 , 125] . 此外 , 古今 中外 的传世 寓言 和 比喻 , 如我 国的 《战 国策》 、 《 庄子 》 , 希腊 的 《伊索 寓言 ), 印度 的 《痴 华梦》 , 中古的 《 天方夜谭》 等 , 都有一 些有 益 的类 比 . ( 2) 交 叉法 如 图 7 所示 , “ 交 叉 ” 是 两种概念 A 及 B 之 间的 1 种 逻辑关系 . 图 中影线区 便是交叉地带 , 它既是 A 的一 部分 , 又 是 B 的一部分 ; 如 A 和 B 是两 个学 科 , 则 图中影 线 区便 是 交叉学科 . 环 境 }一叫 输 人 生 物 人 才 材 料 系 统 工程结构 学 校 经济体制 输 出卜叫 功 能 图 6 系统功 能 作为科学 方 法来考虑 , 交叉 的概念 已扩 大 : ① 图 7 的概念 包 含 “ 交叉 ” 、 “ 渗透 ” 、 “ 化合 ” 、 “ 感应 ” 、 “ 借用 ” 、 “ 横展 ” 、 “ 综 合 ” . 图 , 交叉 “ 结合 ” ; ② 接 近相 切 的 “ 边缘 ” ; ③ 未 接 触 的