罗德尼·j·克利夫顿2000年季莫申科奖章获奖感言

2000年11月9日

首先，我要向应用力学司的成员表示感谢，他们以某种方式得出结论，认为我应该获得季莫申科奖章。我还要感谢所有写信或通过其他方式给予支持的人，他们为我获得这样一个享有盛誉的奖项做出了贡献。我希望每个人都明白，实验研究需要团队的努力，所以这个奖项应该被视为由我有幸指导的许多优秀研究生分享。他们和非常支持他们的技术人员一起，为这个奖项所认可的研究做了实验。

自从我打开那封祝贺我当选的信以来，我一直处于震惊之中。我完全惊呆了。自从两年半前担任布朗大学工程学院院长以来，我的大部分思想和精力都集中在工程学院的需求上。从应用力学界获得如此高的荣誉的可能性甚至不在我的雷达屏幕上。即使在我忙于行政工作之前，我也从未想过自己会成为季莫申科奖章的可能人选。只要看一眼之前的获奖者名单，就足以让我们所有人，当然也包括我，感到羞愧。我深表感激——我想在委员会决定重新考虑其选择之前离开!

季莫申科奖牌获得者在应用力学晚宴上的演讲是我们作为一个社区聚集在一起反思我们学科的挑战和机遇的为数不多的机会之一。这个传统与我在内布拉斯加州大学读本科时第一次遇到的传统有些相似。我是一个社会兄弟会的成员，在会议结束时，我们有一段时间，我们称之为“为兄弟会的利益发言”。有些谈话真的很好，有些很有趣——所有的谈话都是出于好意。我记得一位特别有才华的英语专业学生写的一篇文章，他慷慨激昂地呼吁购买粉红色的卫生纸，以此敦促我们更多地关注生活的美好品质，而不是把运营成本降到最低这样的世俗问题。虽然大多数谈话都不那么令人难忘，但我仍然记得那次谈话的良好精神和良好意图。

我今晚的演讲也是本着同样的精神，可以被认为是“为应用力学界的利益而发表的评论”。我相信我们社区的许多成员都觉得应用力学已经走到了一个十字路口。当他们回首往事时，他们看到了坚实的成就记录。展望未来，他们发现学生对我们这门学科的兴趣正在下降，尤其是研究生和美国学生。当我们这些接近退休年龄的人回首往事时，我们会发现在60年代，我们在大学、企业研究中心和国家实验室都有很多机会找到好工作。当我们的一些年轻成员展望未来时，他们担心找不到好工作，而那些即将进入学术职位的人则担心获得研究项目的资金支持。

那么，我们是怎么理解的呢?首先，我们应该为应用力学对我们所生活的技术社会的贡献感到高兴。在新千年的头一年，许多专业学会确定了过去一个世纪的杰出贡献。在几乎所有这些列表中，我们都可以看到应用力学的支持。例如，美国国家工程院(National Academy of Engineering)列出了20世纪最伟大的20项工程成就。其中，大约三分之一与应用力学有直接联系(例如汽车，飞机，农业机械化，航天器，家用电器和高性能材料)，甚至更多的通过应用力学在制造和确保所制造产品可靠性中的作用有间接联系。

仅仅提到这些在很大程度上得益于应用力学的经济部门，并不能公平地反映我们这个领域在过去四十年中——选择从我第一次成为研究生开始算起——所取得的巨大进步。在这段时间里，我们的领域发生了翻天覆地的变化，计算能力的增长几乎是不可思议的，我们所有人都可以使用它。虽然我们要感谢其他人为计算机的发展做出贡献，但我们已经尽了自己的一份力量，开发了软件，使设计师能够使用计算机为飞机、汽车、航天器和其他各种结构和机械系统提供合理、安全、经济的设计。例如，在实验方面，我们受益于激光和数字电子技术的进步，但在这里，我们也开发了技术，这些技术将这些工具变成了测量和理解流体流动、固体变形和破坏的有力辅助工具----，由此出现了新的、更好的设计。

如果我们对自己过去的贡献如此自信，为什么对我们的未来却有如此多的绝望呢?我们已经尽我们所能了吗?力学定律被废除了吗?它们已经失去了重要性吗?其他领域变得更重要了吗?如果是这样，这些领域不需要机制吗?不，我们既没有学会所有需要知道的东西，力学定律也没有过时。我们的问题不在于我们的纪律，而在于当我们决定留在熟悉和舒适的地方，而不是处理不熟悉和有风险的事情时，我们给它施加的限制。我们正站在力学中最激动人心的时刻的门槛上，因为经典力学在近一个世纪前随着量子力学的发展而失去了一些光彩。

今天，我们正在进入一个生物学的新时代，一种被称为纳米技术的全新技术似乎正在兴起。这两个领域都需要力学界的新认识。在生物学中，最令人兴奋的是在细胞、分子和基因的水平上。生物系统中这一层次的力学显然还处于起步阶段。我们社区的成员开始关注细胞膜的力学，甚至是单个分子的力学。这些研究可能为了解如何对抗病毒以及如何在需要的地方注射药物和基因提供基础。虽然在电子显微镜下确定DNA分子的结构可能是一个问题，但理解DNA分子的运作是一个力学问题——就像蛋白质折叠这一尚未解决的重大问题一样。这就是我所说的不熟悉且有风险的问题——但可能是获得巨大回报的关键。此外，从我在布朗大学生物医学工程项目重组中的工作经验来看，我相信生物界是接受的，甚至是渴望的，那些能够进行测量和计算机模拟的人的参与，这将有助于他们理解发生在细胞和分子水平上的过程。

在新兴的纳米技术世界中，我们将使用比我们肉眼所能看到的还要小的设备甚至机器，即使借助光学显微镜也是如此。变形和运动需要在纳米尺度上描述，即在3-4个原子间距的尺度上。需要什么样的力学来描述这个尺度上的力和运动?谁最有能力做出如此规模的贡献?显然，物理学家有很多贡献，但主要背景是应用力学的研究人员也有很多贡献。对我来说，分子动力学和晶格动力学的一个令人兴奋的结果是建立了连续介质力学的描述非常好，小到令人惊讶的尺度，比如两个原子间距。边界值问题需要解决，谁比开发了有限元方法的力学界更擅长解决这类问题呢?

我们需要知道什么才能为这些引人注目的机会领域做出贡献?当然，我们应该学习一些生物学和量子力学。如果我们要理解文献并与其他学科的研究人员互动，我们需要了解我们正在考虑的问题类型的语言和核心结果。进展经常发生在领域之间的接口上，我们需要跨越这些接口来获得双方的观点。我们在布朗大学固体力学组聘请的最后四位新教员都是物理学家。一个是软物质物理学家，并将注意力转向细胞和分子生物学的问题。到目前为止，这四个人似乎都能同样自如地进行计算物理的从头计算或计算固体力学的有限应变计算。对我来说，这是我们需要在力学中看到更多的视角。20年前，当我在斯坦福大学休假时，我旁听了应用物理一年级的课程。这些课程包括量子力学、电动力学和统计力学——这些都是我以前没有学过的。 All were truly exciting. All now seem indispensable for the challenges that I have been describing as opportunities for an applied mechanics community with a lively, stimulating intellectual curiosity.

如果我就此打住，我会给人留下这样的印象:我们所有的机会都在于生物力学和纳米技术。这就好比说所有的阳光都在佛罗里达。我们对社会的研究需求和应用力学的潜在贡献都有不同的看法。从我的角度来看，合金的计算设计是材料科学的圣杯，随着计算能力的不断提高，我们更好地学习如何在数值模拟中包括化学和微观结构的演变，合金的计算设计可能是可以实现的。在薄膜和功能梯度材料的力学方面显然有需求和机会。更好地理解规则结构的自组装是一个令人兴奋的研究领域，对许多应用有很大的贡献潜力。在电气和光学设备的开发中更多地涉及力学是一个有吸引力的方向——特别是当机械变形场和电光响应之间存在强耦合时，例如，在量子阱的应变效应中。显然，力学研究的新领域和发展领域的清单很长。同样，我也没有试图评论流体力学研究的激动人心的方向。从我在水力压裂方面的工作中，我知道需要了解更多关于非经典流体流动的知识，例如，在泥浆中，非中性浮力的颗粒由粘弹性流体携带，甚至可能是泡沫流体。 From our most recent hire in fluid mechanics, a faculty member who works in microfluidics, I have learned of the challenges of trying to understand flows through micron and sub-micron openings.

我并不是要给力学研究的未来方向一个全面的清单。我也不是说我们的传统研究领域没有很多有吸引力的研究方向。当然，这次会议以及其他类似会议的讨论将继续提供有趣和有价值的新见解。相反，我想举几个例子来说明力学有令人兴奋的机会，但这些机会通常要求我们进入不熟悉的领域，做功课，这样我们才能利用在其他学科中发展起来的理解。

为了简单介绍一下我自己在与其他学科交叉领域寻找机会的经历，我想指出我在70年代初所做的职业调整。1971年至1972年，我在英国南安普顿的声音与振动研究所的听力学部休了一个公假。那是我的第一次休假，我在寻找新的研究方向，但方向可以让我继续我对波的兴趣。在南安普顿，我研究了一个内耳波的数学模型。与此同时，我在布朗大学建造了一个气枪，用于研究材料在非常高的变形率下的剪切和断裂抗力。内耳的工作是令人满意的，因为所述的波导问题得到了解决，并且从力学的角度获得了有趣的见解。然而，这个模型最终被放弃了，因为当我试图将它应用于从蝙蝠到大象等各种大小的动物时，它没有给出正确的缩放定律。气体枪带来了新的平板撞击实验，从固体力学的角度设计，但利用了冲击波物理学家为研究高压状态方程而开发的技术。基本上一夜之间，我们把实验的时间尺度缩短了三个数量级——从微秒缩短到纳秒。我们有一个宏伟的愿景:将机械测试扩展到比现有方法高两到三个数量级的加载率，同时通过使用平面波加载简化实验的解释。 Those were exciting times, as I believe my former students will attest. We thought of problem after problem to which we could apply our new found capability: plastic flow and fracture of metals; rheology of lubricants; micro-cracking of ceramics; shearing resistance of compacted powders; failure waves in glasses; friction; and martensitic phase transformations. And, we could study these phenomena at the high strain rates that occur in such difficult-to-study applications as ballistic impact, high speed machining, and elastohydrodynamic lubrication.

事实证明，关于内耳波的倡议并没有取得多少成果，但研究材料力学行为的新板冲击试验对我们的研究受到的关注产生了不可估量的影响。我的遗憾不是一个倡议没有很成功，而是我没有抓住更多的机会来扩大力学的范围。

机制的潜在影响范围无疑是非常广泛的。即使是现在，力学也使我们能够了解我们的物质世界，并对世界上人们的许多物质需求作出反应。从美学上讲，这一主题很有吸引力，因为如果实践得当，它体现了真、美和有用。力学是一门学科，我们可以自豪地成为其中的一部分，并渴望与他人分享。如果我们不让自己的关注点过于狭隘，这门学科就会保持活力和活力。
在这一点上，我想再次感谢应用力学部给予我这一非凡的荣誉，并感谢你们所有人对我的发言的关注。

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