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工程上的理论瓶颈在于基础理论本身必须理想化

已有 3149 次阅读 2017-1-5 16:54 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记|关键词:学者

 

       在很多学科,有一句笑谈:对象是复杂的,理论是理想的。理论本身是就理想化条件来构造的,对不同的对象,有不同的理想化。

       例如,研究地震波理论。

基本的理论是弹性波动理论,假定介质为线性理想弹性介质。不考虑温度效应、也不考虑初始应力(应变)效应、也不考虑孔隙效应,等等,把所有这类影响因素全部归入到有效弹性参数的变化(不同)之下,这样,理论就理想化了。

但是,工程实测量就不同了。在实测地点,射线路径上的初始应力(应变)、孔隙要表现为传播路径效应,从而,与理想化的理论结果并不一致(大概的还是一致的)。

       理论界很高兴,在所作的假设条件下,理论是精确的,与实测结果一致。当然的,由于实际介质与理想化介质有差别,因而,一定的误差还是存在的。搞理论的认为,我的事办完了。

       搞工程的就不一样了,他是想把射线路径上的变化信息反演解释为相应射线路径上的初始应力(应变),或是孔隙几何。

       如果他想反演初始应力,他就要研究:含有初始应力的弹性波动方程。但是,很快的他就发现,普通教科书层次的书上没有这样的理论。专著上的理论有是有,但是看不太懂,也不完全相信。抽象层次的书上是一般化表述,论证详细,但是难于转化为工程描述,因为那里有的抽象量(为简化数学公式而约定的表述)是理想化的。工程上没有对应的可测量量。中看,不中用。

       那就自己想办法。从而,退回到经典理论形式,在物性参数上引入经验关系。很高兴的,问题解决了。但是,很快的就没法高兴了,没有普遍性。此类经验关系没有普遍性。下一步?活还得干呢!看文献,看看还有没有类似情况下的研究,他们的经验关系为何。越看越高兴,有很多的这方面的研究。试一试这个办法,啊,效果不错;试一试那个办法,效果也不错。可行!

       好,投入未知初始应力的实际应用,就发现:坏了!不同的办法给出不同的结果,而且,各结果之间还是相互矛盾的!

       那个结果是对的呢?没有判据!就这个吧,它很顺眼。

       3方评价:问几个令人目瞪口呆的问题。是否所提取的信息为射线路径上的孔隙引起的?是否为路径上的空间不均匀性引起的?如何证明是初始应力引起的?好嘛!既然任何一个问题都是主观回答,那么该研究的结论就无论如何是不可靠的!

       理想理论进行理想化的逻辑前提是:等效性,就是其它因素的影响可以等效为某类现象。从而,由现象反推:该效应就是某个因素引起的是不成立的。

       在数学上就是,你的经验关系满足必要条件(有这个关系,一定有这类现象)。但是,不满足充分条件(有这类现象就一定是这个经验关系在起作用)。

       换句话说,你的理论不封闭。而如果理论要想封闭,你还得搞理想化。这就是工程上的理论复杂性。

换句话说,理想理论是封闭的。但是,你在引入一堆经验关系后,所实际采用的理论是不封闭的。

       不封闭的理论是单行道。封闭的理论是双行道。

       结果就是:要解决工程实际问题,就得使用理想化成分尽可能少的理论,从而也就是抽象理论。一般是用多个理论的综合来部分的解决理论的封闭性问题。这类办法:既要求有深厚的理论基础,又要求有深厚的实践基础(经验基础)。

       结果是,就此类具体问题而言,工程师(指的是工程研究者,而不是职称)的理论水平要求是很高的,要远远超越泛泛理论研究的理论家。

       因此,工程师的理论是深度理论(但是难于封闭);理论家的理论是理想化理论,绝对封闭(但是离具体工程实际太远)。

       工程师的理论不封闭,有创新,但是没有普遍性。理论家的理论高度概括工程师的创新(正确部分),把理论进一步复杂化(当然是为了解决工程上的不封闭问题)。

       工程师,如果不关心此类复杂理论,那就只能是:一批研究者、一批研究者的重复下去,而瓶颈问题依然是瓶颈问题。

       这个现象表现为发表论文的堆积、堆积、再堆积,但问题依旧。只到出现抽象的概括性理论,从而取得一定的进展。尔后就是,论文堆积、堆积、再堆积。

       工程师不需要有多高理论水平的说法是对职称而言正确,对解决实际技术瓶颈不正确的流行观点。

       

 



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1 陈楷翰

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