徐國彬以創(chuàng)新思維完善牛頓經(jīng)典力學(xué)

牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學(xué)體系對近代科學(xué)的發(fā)展起到了積極的推動作用。北京交通大學(xué)徐國彬教授從長期從事的結(jié)構(gòu)研究出發(fā)，在深入探索力學(xué)與數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，提出了《多維變形體力學(xué)》。這項深具原創(chuàng)性的理論發(fā)現(xiàn)，是對牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的顛覆與創(chuàng)新，必將推動一系列的技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造，具有廣闊的應(yīng)用前景。在采訪過程中，徐國彬教授跳躍式的思維及豐富的知識面讓記者深感震撼。

1938年出生于北京市，籍貫廣東中山的徐國彬長期以來以其多產(chǎn)的創(chuàng)新經(jīng)歷有效的詮釋了創(chuàng)新的意義與內(nèi)涵。他先后共主持國家自然基金委、鐵道部、民航公司等十多項科研課題并獲得鐵道部工程總公司科技進步一等獎、鐵道部科技進步四等獎、北京市科技進步三等獎、冶金部科技進步二等獎、教育部科論文二等獎、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技成果三等獎等10多項相關(guān)科技獎勵。由徐國彬首次提出的新型結(jié)構(gòu)近10余種，研制成測試儀表4種 ，著譯作20多冊。獲國家發(fā)明專利12項，專利成果轉(zhuǎn)化率高達80%，目前尚有8項發(fā)明專利正在審批中。研制的專利“系列化萬向承載、萬向轉(zhuǎn)動、抗震、減振球形鋼支座、水下抗腐蝕支座、高精度可調(diào)支座，已用于北京首都四機位機庫、上海虹橋機庫、上海浦東機庫、九運會廣州體育館、深圳市民中心、北京國家大劇院、北京五環(huán)路高架橋、天津海河大橋、重慶奧體中心、廣安體育館、全國各地的連廊工程等近100余項國家重點工程中?！靶滦退魍薪Y(jié)構(gòu)”曾獲得世界發(fā)明專利最高獎——尤里卡世界發(fā)明金獎。并已在國家三項大型重點工程中實現(xiàn):1、鞍山體育中心、大型體育館;2、湖南省政府大樓;3、奧運配套工程北京曲滾球館。其用鋼量僅為普通結(jié)構(gòu)(桁架、網(wǎng)架、拱殼等用鋼量的1/4)，且安全系數(shù)提高一倍。世界上第一個“新型勁柔索張拉結(jié)構(gòu)”也已在鞍山體育中心訓(xùn)練館建成四年，其用鋼量為普通結(jié)構(gòu)用鋼量的1/5，受力合理，節(jié)約了資源、能源、人力、環(huán)保，可推廣使用，國外的評估單位其無形資產(chǎn)為2342萬美金(約合人民幣2億)，這是國外單位評估，我方并未申請讓他們評估。徐認為理論創(chuàng)新是第一位的，遺憾地是有些理論創(chuàng)新并未受到重視如:“彎矩減少理論”“索托原理”“預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用注意事項”“勁性-柔性索的應(yīng)用原理”等理論性論文。

目前，已經(jīng)退體的徐國彬教授卻比過去更為忙碌，他一邊從事著技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化推廣工作，一邊進行一項原創(chuàng)性理論——《多維變形體力學(xué)》的研究，完善原傳統(tǒng)的力學(xué)體系。

多維變形體力學(xué)

牛頓力學(xué)實質(zhì)上是一種二維的剛體力學(xué)，建立在二維空間及剛體的基礎(chǔ)之上，徐國彬所提出的《多維變形體力學(xué)》，主要針對的就是牛頓力學(xué)的最基本原理。徐國彬?qū)εｎD力學(xué)進行了深入的剖析:牛頓力學(xué)中只有兩個力素:一維空間的力和二維空間的力偶距。當力作用在一個物體上，兩個力大小相等，方向相反，作用在同一直線上時，才能實現(xiàn)力的平衡。當力不平衡時，物體將發(fā)生移動(F=ma。)而如果兩個力大小相等，方向相反，不作用在同一直線上，就滿足不了二力平衡條件，形成了一個力偶矩，單一力偶矩是不平衡的，將會引起物體的轉(zhuǎn)動。要平衡還必須要有另一個力偶矩，大小相等、方向相反、作用在同一平面上，才能實現(xiàn)平衡，這就是二維剛體力學(xué)，牛頓力學(xué)解決的就是這個一維、和二維空間中的力素問題。當兩個力偶矩不作用在同一平面上時，牛頓將三維問題簡化為兩個二維問題近似解決?，F(xiàn)實生活中，二維物體和剛體是不可能存在的。這種簡化只是一種近似。

徐國彬是學(xué)結(jié)構(gòu)出身的，結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是力學(xué)，力學(xué)的基礎(chǔ)在于數(shù)學(xué)。他費了大量的時間學(xué)習(xí)研究了結(jié)構(gòu)、力學(xué)、數(shù)學(xué)整個體系。在多年的高校工作生涯中，他不僅教過四門結(jié)構(gòu)課，也曾教過工程力學(xué)(理力、材力、結(jié)力、彈力隨機振動等)。在結(jié)構(gòu)工程工作實踐中，徐國彬研發(fā)了三維空間的《矩偶》這個新概念，并不斷加深認識。他告訴《中國科技財富》:矩偶的發(fā)現(xiàn)，能引發(fā)一系列工程技術(shù)創(chuàng)新。他在矩偶這個概念上、并經(jīng)過不斷深入、擴展，又申請了幾個專利。比如，自行車在冰上或汽車在雨雪天氣時容易失控，這個現(xiàn)象徐國彬給予了很好地解釋并發(fā)明了相應(yīng)的防失控裝置。輪船泰坦尼克號在遠處看到冰山時，就是躲不開，因為輪船設(shè)計沒有很好地利用“矩偶”這個力素。即使現(xiàn)在的飛機也要用長長的跑道起飛、降落。，而魚類，盡管體形龐大的鯨魚油酥很快，是不會撞冰山的。鳥類從來不用跑道，專門停留在樹梢、山頂、屋脊上。鳥類要捕捉塊速奔跑、靈活飛翔的小鳥和昆蟲，還要躲避大鳥、老鷹的捕食。都是因為能更好的利用三維矩偶這一力素的結(jié)果。仔細研究鳥類的骨骼、肌肉、神經(jīng)控制系統(tǒng)后，徐發(fā)現(xiàn)鳥類的骨骼構(gòu)造、肌肉系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)能夠控制每一根羽毛的運動，故兩翼可以可以得到靈活控制，產(chǎn)生需要的力、力偶矩、和矩偶，使得鳥的身體可以快速飛翔，靈活轉(zhuǎn)動。這是經(jīng)過數(shù)億年殘酷的生存競爭、自然淘汰的結(jié)果。人類制造蒸汽機、內(nèi)燃機、自行車、汽車、輪船、飛艇、飛機的歷史只有幾百年，比起魚類、鳥類在時間上只是一瞬間。經(jīng)過三百年才認識到三維空間中的“矩偶”力素。矩偶在輪船、戰(zhàn)艦、戰(zhàn)斗機、導(dǎo)彈等方面以及未來的智能化開發(fā)應(yīng)用具有廣闊的前景。

在多維變形體力學(xué)理論中，徐國彬指出牛頓關(guān)于力是物體間的機械作用這一定義不夠準確，全面。力的定義應(yīng)是:力是物體間的相互機械作用(力的實質(zhì))，作用結(jié)果使得物體的運動狀態(tài)(外效應(yīng))以及幾何形態(tài)發(fā)生變化(內(nèi)效應(yīng))。有力必定有幾何形變，有幾何形變，肯定有力，此外，牛頓闡述力，用的是矢量，在三維空間里，矢量不夠用了，所以徐教授采用張量和矩陣表示，并提出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式。

這套新的多維變形體力學(xué)，改變了原來牛頓力學(xué)中關(guān)于力的定義、力的要素、表達方式、力的平衡概念等，還討論了物體運動時必定用到時間這一參變量，牛頓將時間看作三個幾何坐標(X、Y、Z;即笛卡爾坐標)的函數(shù)，這樣就產(chǎn)生函數(shù)關(guān)系與坐標關(guān)系的區(qū)別何在的問題。只有時間和幾何空間是絕對的，才能近似地應(yīng)用。否則時間和空間都應(yīng)該是相對的，當速度接近光速時，這一差距就很大了。據(jù)了解，徐教授正在編寫一部有關(guān)《多維變形體力學(xué)》的書，相信不久之后，這套新的理論體系就會以完整的面貌呈現(xiàn)在大眾面前。

漢字改革

徐國彬并不是那種關(guān)在象牙塔里搞科研的人，他善于研究與思考周邊的事情，在很多方面都有著獨到的見解與理念。

奧運鳥巢工程進行到一半，有段時間停工了，原因在于屋蓋的用鋼量已超過5.7萬噸，但抗震還是不夠。當時，08辦想看看有沒有更好的辦法，就找徐國彬去、介紹他的另一種方案(建筑結(jié)構(gòu)可以有多種方案)。徐國彬的提出的設(shè)計方案為索結(jié)構(gòu)，用鋼量僅五千噸。相關(guān)評審專家聽完后，國外專家就立刻表態(tài)，說設(shè)計新穎合理，節(jié)約鋼材。08辦三周后給了徐國彬一封回函，稱北京交大徐國彬教授的方案很有創(chuàng)意，而且節(jié)約資源;但因這么大跨度的工程，從未實踐過，建議在其他場館使用，以實現(xiàn)科技奧運。

徐國彬長期以來還一直主張漢字改革。他說中國的語言、文字是不掛鉤的，從信息學(xué)的角度看，是兩套信號系統(tǒng)，為什么不能變成一套信號系統(tǒng)呢?而且漢字符號太多，英語26個字符，俄文33個字符，日語50音圖，漢字，即使新華小字典就有幾十萬單字，難學(xué)易忘，而且各地發(fā)音還不盡相同，要推廣到國際上，幾乎不可能。他曾給領(lǐng)導(dǎo)寫過一封信，要求漢字拼音化(漢語拼音已有基礎(chǔ))，把兩套信號系統(tǒng)變成一套系統(tǒng)。利于學(xué)習(xí)、易學(xué)不忘。語言文字作為信息交流、存儲的工具就應(yīng)該越簡單越好。最好傻瓜化，現(xiàn)代的工具如電視機、電冰箱、洗衣機、電飯煲、計算機等等，都已傻瓜化。徐認為:美國比爾#8226;蓋茨的最大貢獻就在于將計算機的操作系統(tǒng)由DOS系統(tǒng)改為WENDOWS系統(tǒng)，不需要記憶任何命令、語句，都是視窗系統(tǒng)、下拉菜單，不像DOS系統(tǒng)那樣，即使記錯一個字符，系統(tǒng)也不反應(yīng)。無法操作?，F(xiàn)在人人可以應(yīng)用計算機。功不可沒。計算機已經(jīng)成為萬能工具。各行各業(yè)都在應(yīng)用計算機。徐給文字改革委員會去信，說明漢字改革對子孫后代的好處，后來文字改革委員會給徐教授回信了，說你提的意見很好，但國家主張漢字先穩(wěn)定一段時間，你的提議我們將作為資料存檔。

關(guān)于創(chuàng)新

提起創(chuàng)新，徐國彬有著一套獨特的理解與認識。他指出:創(chuàng)新最重要的是理念和思維，表現(xiàn)形式可以是科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，也可以是技術(shù)上的發(fā)明。科學(xué)發(fā)現(xiàn)是認知客觀世界的，總結(jié)出規(guī)律，技術(shù)發(fā)明是改造客觀世界的。而發(fā)明是建立在發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上的，所以可以說最難的是理論創(chuàng)新，也就是對客觀規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。要掌握的不是一事一物，而是對所有事物的總的規(guī)律。根據(jù)規(guī)律才能做出合理的、經(jīng)濟的創(chuàng)新。

創(chuàng)新主要是一種思維，在一個領(lǐng)域有創(chuàng)新思維，必然能轉(zhuǎn)移到其他方面去。也就是說一個有創(chuàng)新思維的人，在任何領(lǐng)域，只要他有扎實的基礎(chǔ)，肯動腦筋，就能做出創(chuàng)新性的成果出來。真正創(chuàng)新的人，一定得有比較廣闊的知識面，要隨時隨地的考慮問題，要發(fā)現(xiàn)、保留問題的優(yōu)點，改進其缺點，這才是真正的創(chuàng)新。所以，專利不但要有三性(創(chuàng)新性、新穎性、實用性)還應(yīng)該有“合理性、經(jīng)濟性。”專利才能實現(xiàn)，才能產(chǎn)業(yè)化。目前我國專利的實現(xiàn)率為什么那么低，原因就在于缺少了后面談到的兩性。

我國專利要求新穎性、創(chuàng)造性與實用性，現(xiàn)在專利產(chǎn)業(yè)化率低的問題就在于合理性與經(jīng)濟性考慮不夠。創(chuàng)新必須是新穎的，必須要比以往的事物要好，經(jīng)濟性要強。怎么實現(xiàn)，發(fā)明人自已得有一套辦法。這應(yīng)該就是徐國彬?qū)＠晒D(zhuǎn)化率高的根本原因吧。