孙尉翔(Weixiang Sun)
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polymer physics, rheology, colloid
随便写的

在 1960 年代,大家普遍相信:对某一特定化学物种的高分子链,“无扰尺寸”(unperturbed dimension)是唯一的,等效高斯链段长度与链段数这些参数应该是固定不变的;因此用任何实验手段测出来的无扰尺寸都应该一致。 那个年代最常用的路线是稀溶液粘度法;而从理论上讲,无扰尺寸主要受键角与内旋转受限性影响,所以配合 旋转异构态(RIS)理论 计算就可以做出预测。…
随便写的
在 1960 年代,大家普遍相信:对某一特定化学物种的高分子链,“无扰尺寸”(unperturbed dimension)是唯一的,等效高斯链段长度与链段数这些参数应该是固定不变的;因此用任何实验手段测出来的无扰尺寸都应该一致。 那个年代最常用的路线是稀溶液粘度法;而从理论上讲,无扰尺寸主要受键角与内旋转受限性影响,所以配合 旋转异构态(RIS)理论 计算就可以做出预测。 但是到大约1970年前后,越来越多现象提示:即使把溶剂调到theta条件,溶液粘度测到的“无扰尺寸”仍可能随溶剂而变,这等于在提醒我们——溶剂并非只是把排斥体积效应“关掉”,它还可能通过影响链的内旋转势能分布而改变构象统计。 那么问题就变成:所谓“无扰”究竟应该以什么状态来定义?如果回到RIS计算的出发点——单链统计——去定义一种“理想的无扰状态”,但这种状态在原则上未必对应任何现实中可直接制备的试样,因为高分子没有气态。 在这种背景下,Flory相信熔体中的链可能最接近他所说的无扰链,因此当小角中子散射(SANS)技术刚出现时,他很积极地推动大家去做高分子熔体实验,用来检验他在书中与论文里给出的预测。 这类实验的关键技巧之一,是把少量氘化链掺到未氘化的基体中,利用氢/氘在中子散射截面上的巨大差异,从而在“结构上几乎不改变体系”的前提下把单链信号“显影”出来,进而提取均方回转半径等量。 在没有SANS之前,确实缺少这样直接、干净地在凝聚相里看单链统计尺寸的办法。 但实验并没有把事情简单化:某些极性聚合物的熔体结果与理论预测差得很远,甚至也与 theta 溶液的结果差很远。 这类现象被称为“凝聚相效应”(condensed phase effect):链间相互作用会让熔体中的链构象势能分布不同于“孤立单链”的分布。 也正因如此,把单链理论直接搬到多链熔体上,有时只能算是一种 phantom chain / polymer gas 的近似。 Flory在斯坦福之后更集中地做链构象统计。他大量做 RIS 计算大概主要在1970年之前。他的重要著作《Statistical Mechanics of Chain Molecules》在1969年出版,这本书里很多推导与结果带有“手算时代”的痕迹,因此对更高阶相关的处理会受到限制;后来大家转向电子计算,很多动力来自于想把高阶相关系统化算出来。在20世纪60年代末至70年代初,他利用斯坦福大学的IBM大型计算机中心(该中心因美国登月计划的需求而兴起民用),成为首批将电子计算机用于科学研究的研究者之一。RIS计算需要关于不同构形下侧基-侧基相互作用势的输入,手算的话,只能把沿链太远的相互作用忽略掉,大概只有二阶相关的结果;使用计算机就是为了算高阶相关,后来发现这对极性高分子来说是不可忽略的。原子间的相互作用势数据,原本也是半经验估算的;再往后,量子化学第一性原理方法逐渐成熟,才使得“相互作用势从头算”成为可能,这是Flory当年未必来得及亲眼看到的演进。 弗洛里将高分子链统计物理这条研究路线一直推动到他1985年去世。这条路线与后来皮埃尔-吉勒·德热纳(Pierre-Gilles de Gennes)发展的标度理论是并行的、不同的路径。许多场合人们喜欢用一种话术叙述历史:“Flory预测A,但标度理论预测B,实验发现de Gennes对”,这会让不熟悉的人误以为是前者被后者全面推翻。在我看来,de Gennes与 Edwards等人在很多关键问题上进入的是Flory当时没有覆盖、或者当时社区还没意识到必须更新物理机制regime——尤其是多体相互作用不可忽略、凝聚态效应不可忽略的情形,例如半浓溶液等。 而且de Gennes的一些关键直觉与机制,和欧洲液体物理的发展脉络关系很深;他当然把这些东西带进了高分子,但把这段来源抹平之后,就容易被讲成“完全原创、凭标度技巧平地起高楼”。Edwards早年在Gee的影响下从橡胶弹性问题进入高分子界,最初的动机之一与解释Mooney–Rivlin形式里某些参数(例如常被称作 C2 的那一项)为何不为零有关。 后来围绕“约束”的语言体系逐渐丰富:缠结只是约束的一种,局域约束还会引出更一般的非均匀性/异质性(heterogeneity)表述;而Flory自己更愿意维护他与Erman关于“交联点运动受限”的解释路径,并不轻易在语言与框架上向后来那套液体物理/相变理论化的表述让步。这算是Flory直接对“下一个范式”的有什么直接反应的仅有记录了。
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January 28, 2026 at 12:51 PM
《神曲:炼狱篇》中的凝胶化

1970年的一场会议ACS Symposium on Highly Cross-Linked Polymer Networks, held in Chicago, Illinois, September 14-15, 1970的论文册:A. Chompff & S. Newman (eds.), Polymer Networks: Structure and Mechanical Properties, Springer, 1971。每篇论文后面都记录了提问情况。第一篇论文是英国埃塞克斯大学(University of Essex)的M.…
《神曲:炼狱篇》中的凝胶化
1970年的一场会议ACS Symposium on Highly Cross-Linked Polymer Networks, held in Chicago, Illinois, September 14-15, 1970的论文册:A. Chompff & S. Newman (eds.), Polymer Networks: Structure and Mechanical Properties, Springer, 1971。每篇论文后面都记录了提问情况。第一篇论文是英国埃塞克斯大学(University of Essex)的M. Gordon和同事报告,是关于交联网络的临界凝胶点前后粘度和模量变化的。其中Gordon特别提到了,处于临界凝胶点的体系(临界凝胶)在生物当中的扮演特殊角色,甚至讲了一句:Life occurs in this state of matter。他的主要意思是,恰处临界凝胶点的物质,平衡了物质的可扩散性的弹性体的构形稳定性。比如受精卵的分裂发育就需要这样的一种外界环境,蛋清的粘弹性质就恰好接近临界凝胶。这样的话卵黄可以依赖扩散从蛋清吸收和向蛋清排放物质,同时蛋清提供了足够的弹性来维持分裂时需要的重力方向稳定性。 论文集在论文正文后面附了提问记录。其中有人追问了这个关于生物的问题: Gordon提到了但丁《神曲:炼狱篇》的第二十五章也谈到了生命诞生和凝胶化的关系。我高中的时候就过田德望版的炼狱篇,虽然很受震撼,但这种细节当然是不记得的。我又找回了原文的第二十五章。原来,作者向维吉尔问道:“感觉不到营养的需者,何以会消瘦呢?”维吉尔叫斯塔提乌斯代为详细回答。斯塔提乌斯说: ……完美的血,有一部分后来未被干渴的血管吸收,而如同你从饭桌上撤去的食物一般残留下来,在心脏中获得形成人的一切肢体的能力正如另外一部分在血管中流动以滋养已民经形成的肢体一样……完美的血,有一部分后来未被干渴的血管吸收,而如同你从饭桌上撤去的食物一般残留下来,在心脏中获得形成人的一切肢体的能力正如另外一部分在血管中流动以滋养已民经形成的肢体一样为了彻底解决但丁提出的疑难问题,斯塔提乌斯从人的生殖过程讲起。他的讲述主要根据托马斯∙阿奎那斯所解释的亚里士多德的理论,内容概括起来有四点:首先讲述关于人的生殖方面的理论,胎儿的逐渐发育,人体能力即植物性灵魂和感性灵魂的逐渐发展;然后说明理性灵魂如何赋予人体;然后说明肉体死亡后,灵魂存在的方式;最后说明幽魂的来源和状态。“完美的血”:纳尔迪在《中世纪哲学研究》中指出,根据亚里士多德的学说,食物经过一系列的变化或消化(digestioni)才变成其所滋养的身体的养料,经过这些消化过程,食物不再是不同的(dissimile),而变成完全可以吸取的(assimilabile)。根据阿维森纳的理论,食物必须经过四个消化过程:第一个在胃和腹中完成;第二个在肝脏中完成,在那里乳糜(chilo=英语chyle)开始变成血;第三个在血管中完成,在那里从肝脏中排出的粗糙的、不完美的血被净化,去掉多余的水分,变成完美的血,汇合在心室中;第四个在各个肢体中完成,在那里,血的养料弥补损失,促进发育。“后来未被干渴的血管吸收”:意即后来未在血管中循环。诗人用“干渴”(assetate)来形容血管,因为血管必须用血来滋养身体的各部分。牟米利亚诺指出,“干渴的血管”使人感觉到由于血液循环而在人体中流动着的生命。从这个实例可以看到但丁如何把科学题材化为生动的诗。“如同你从饭桌上撤去的食物一般残留下来”:意即原封不动地留下来。“在心脏中获百形成人的一切肢体的能力”:意即这一部分不循环的、残余下来的完美的血,留在心脏中,获得使将出生的婴儿的肢体形成的能力,正如另一部完美的血在血管中循环来滋养人的已经形成的肢体一样。这里所说的这一部分完美的血指的是将变成精液使女人受孕的血。这部分完美的血经过再一次消化,就向下流入那个不指名比指名好的地方意即:这一部分完美的血再经过最后一个消化(即净化)过程,就变成精液,向下流入男人的生殖器官中去。;以后,它就从那里滴到天然的小容器中别人的血上“天然的小容器”:指子宫。“别人的血”:指月经。在那里,这一种血同那一种血聚在一起,一种天性是被动的,另一种天性是主动的,因为它是从完美的地方流出的意谓:精液和月经在子宫中汇合在一起,月经准备受胎,精液准备发挥其形成力,使女人受胎,因为它是从完次去厦门的地方,即从心脏中来的,在那里血液经过“消化”变成完美的血液后,被压出来,通过主动脉输送,成为精液。 “一种天性是被动的,另一种天性是主动的”:托马斯∙阿奎那斯说,“正如那位哲学家(指亚里士多德)所说,在通过性交生殖的完美的动物方面,主动力在男性的精液;但胚胎物质是由女性提供的”(见《神学大全》第一卷);又说,“在生殖中,行为有主动与被动之分。因此,全部主动力在男性方面,被动力在女性方面。”(见《神学大全》第三卷);它同那一种血结合后,开始活动,选起凝固作用,然后将生命赋予其使之凝固作为其材料之物“他同那一种血结合后”:意即精液同月结汇合后,开始发挥其主动性,先使月经凝固,然后赋予生命,使之成为接受它的主动力形成胚胎的材料。 “先起凝固作用”:纳尔迪在《中世纪哲学研究》中指出,“亚里士多德确实把男人的精液对女人的月经所起的作用比拟做凝乳酶对牛乳所起的作用。这种说法被阿维森纳接受并发展后,成为中世纪胚胎学的共同观念。”《佛罗伦萨无名氏注释》引用了这个比喻。…… 《神曲:炼狱篇》但丁著;田德望译.——北京:人民文学出版社,1997.4 这里只是节选了受精过程的凝胶化相关的描述,整段文字基本上用诗的语言把中世纪生理学的基本机理描述了一遍。但凡你亲自阅读就能赞叹“用诗写说明文”的无限可能性。尽管这些生理学知识跟现代科学相比是蒙昧的,但今天的知识在一千年以后(假如人类文明还存在的话)也必将是更加蒙昧的。这也不影响我们是否能在说明文字上进行文学发挥。值得注意的是,但丁并不注意自己是写诗,所以语言要怎样怎样。他并被被迫不保持一种对诗的某种刻板印象下的炫丽词藻。但丁的诗意——也是我这里所指的诗意——是一种带着童稚的、原仅为了直抒胸臆,却因笨拙而大胆得意外的语言。它不会歪曲科学事实的原貌,反而加强了它的冲击力。
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January 25, 2026 at 11:10 AM
高分子物理中的一些日本名字

日本的现代物理化学 水岛三一郎(Mizushima Sanichiro)在Annu. Rev. Phys. Chem.上介绍日本物理化学的历史,努力从日本文化解释,为什么日本研究的课题和对象跟西方不一样。他也提到了中国思想家怎么反思为什么中国没有产生现代科学。他引用了任鸿隽的文章,但有趣的是他好像误会了任是一位女士。我手头上有任鸿隽的文集,但是找不到单独的一篇文章表述了水岛三一朗引述的所有内容。大致上,按照水岛三一郎的引述,其中一个原因是中国的中世纪文化过于强调”what to do over what to…
高分子物理中的一些日本名字
日本的现代物理化学 水岛三一郎(Mizushima Sanichiro)在Annu. Rev. Phys. Chem.上介绍日本物理化学的历史,努力从日本文化解释,为什么日本研究的课题和对象跟西方不一样。他也提到了中国思想家怎么反思为什么中国没有产生现代科学。他引用了任鸿隽的文章,但有趣的是他好像误会了任是一位女士。我手头上有任鸿隽的文集,但是找不到单独的一篇文章表述了水岛三一朗引述的所有内容。大致上,按照水岛三一郎的引述,其中一个原因是中国的中世纪文化过于强调”what to do over what to know“。我觉得这个描述十分精确而且悲剧性地统治至今。任鸿隽确实在《建立学界论》中说: 国人向学之诚。自近世科学之术。愈益发达。凡人群所待以为用之智识。有条理伦脊可抽绎者。莫不列为专科。从事研究。明而政治经济。玄而哲理数术。大而建船筑路。细而日用服食。皆得于学校教育占一席焉。其教育之旨。多在致用。致用之极。于是有浅尝肤受。得一能自给。充然自以为足。而无复深造之想者。夫今之科学。其本能在求真。其旁能在致用。上治之国。其制度厘然。物质灿烂者。无非食科学之赐。致用之无害于科学。又何待言。顾无委心专志。发愤忘食之科学家。积其观察之勤。试验之劳。思辨之能。为之设立公例。启示大凡。令后人得循序渐刊以抵高明之域。则近世欧洲学界。仍如中世之黑暗可也。是故建立学界之元素。在少数为学而学。乐以终身之哲人。而不在多数为利而学。以学为市之华士。彼身事问学。心萦好爵。以学术为梯荣至显之具。得之则弃若敝屣。绝然不复反顾者。其不足与学问之事明矣。 水岛说,日本引入西方新思想的时候没有完全替换老思想。在明治维新的时候,知识分子圈就常说要“ Japanese spirit and Western technology”,颇似我国清末洋务运动时期的“中学为体、西学为用”。这跟我们的历史对明治维新“全盘西化”、推行“欧化主义”、“脱亚入欧”的评判相左。有说,《脱亚论》一文虽发表于明治十八年(1885),但此文自昭和26年(1951年)以后才在日本民间广泛流传,在此之前似乎并未对日本文化及明治维新的现代化带来巨大影响。但上述说法并非完全正确,《朝野新闻》在脱亚论一文发表后,针锋相对地发表了社论,希望中日两国能平等合作,批评了当时《时事新报》为代表的对清开战论。只是《朝野新闻》对“脱亚论”的反驳在当时很快便湮没在了蔑视中国、主张开战的强硬舆论声音之中。 日本高分子科学之父与维尼纶 桜田一郎被认为是日本高分子科学之父。1928年留学德国,先师从W. Ostwald,后来跟K. Hess。在这个年份正是Staudinger的大分子概念在争议中逐渐接受的节骨眼。Hess是低分子观点的坚持者。但桜田回国后却成了高分子科学的建设者。另一个日本高分子产业的先驱——倉敷絹織(现可乐丽)的友成九十九,也是Hess的学生。在低分子学说者那里学习,回来都成了高分子人。 日本的化纤工业很强大,很大程度是桜田一郎本人的研究积累和二十世纪历史的影响。1938年(昭和13年)10月27日,杜邦宣布“人造丝”(尼龙)产品。当时日本蚕丝对美出口量很大,是日本外汇主要来源。在军国主义“富国强兵”政策下,日本正急着从农业国转变为工业国,要靠蚕丝出口挣的外汇来买先进的机器、仪器乃至武器。因此尼龙的问世对日本的军事扩张冲击很大。 尼龙问世后,桜田虽马上做了一些尼龙X射线衍射分析其晶体结构的研究,但很快就转而研究聚乙烯醇为原料的纤维。这是因为这种高分子在日本已经有一定的研究积累。朝鲜的李升基当时在日本就研究过聚乙烯醇的皂化反应,当时原料聚乙烯醇在日本已实现试生产,且日本已掌握先进的湿法纺丝技术,因此聚乙烯醇潜在的水溶性使得它更适合当时的纤维产业现状。桜田与本升基还有川上博等人通过改良醛处理工艺,又改善了纺后的耐水性(所以其实是聚乙二醇缩醛)就在尼龙问世的一年后,聚乙烯醇纤维工艺由李升基在日本化学纤维研究所的研讨会上发表。当记者闻讯询问新纤维名称时,桜田当场命名为“合成一号”。而“维尼纶”其实是来自李升基回国后起的“维纳纶”名称。 1945年日本战败后,韩国知识分子陆续返国,李升基在战后担任首尔大学教授。由于韩国当时并不重视这种人工纤维的量产,加上李升基对美军军管首尔大学的做法十分反感,他在朝鲜战争爆发后于朝鲜人民军攻占汉城时接受了朝鲜的延揽,北上平壤。 朝鲜战争停火后,朝鲜开始进入重建阶段,李升基开始在朝鲜制造维尼纶。由于朝鲜的气候和土地面积不适合种植棉花和提供大量羊毛,加上苏联等社会主义国家也无法提供足够的棉花和羊毛,朝鲜政府对人造纤维的作用非常重视。1961年5月6日,2.8维尼纶联合企业所在咸兴市开工投产,这一成就被作为主体思想领导的典范而被广泛宣传,维尼纶由此被朝鲜称为“主体纤维”,除去用于生产衣物外,还用于生产鞋、绳索和被褥,在朝鲜获得了广泛应用。1983年,朝鲜又在顺川市建设了第二家大型维尼纶工厂。 其他国家的情况 美国大陆的高分子科学似乎以1951年Flory的经典教材的出版形成了一道“近代”与“现代”的分水岭。大约在1951年后,连续介质力学的理性化开始了。虽然Mooney在四十年代就给出了它的橡胶弹性公式,但是Rivlin在50年代作了数学形式的严格化。这种严格讨论的其中一个具象化结论就是:不可压缩材料只允许个别模式的形变。但是直到Ogden在70年代再次考虑这个问题之前,以Flory为主导的高分子化学界貌似一直没有重视这个层面,而仍然视Mooney--Rivlin模型为“现象学模型”、“缺乏明确的分子基础”。很遗憾,这种叫法,仍保留在我国当前最新版的高分子物理教材中!另一方面,四十年代末,现代非平衡统计开始发展,源自非理想气体的多体统计力学的方法学也逐渐成熟。这些基础理论成果很快被用于高分子问题。特别是60年代以后,这些新发展事实上已经成为现在软凝聚态物理的教科书内容,但在当年Flory充当的角色常常是旁观的、批判的;仅偶尔作一些跟踪的研究。 我国现行高分子物理教学体系对于Flory之后的新进展,似乎只重视法国的de Gennes的标度理论——这其实只是物理学的一种“玩法”,但从国内教科书的写法来看,似乎这些作者也没“玩”明白。若说de Gennes把链看作分形从而以临界现象的语言来描述结构;英国的Edwards则通过把链看作可求弧长(retifiable)的光滑流行,从而用变分法和路径积分的语言来描述结构。后者哺育了自洽场理论。那么美国的特点则是更加直接(straight-forward)的基于粒子的经典非平衡统计。 50年代始的日本高分子研究 日本的寺本英(Ei Teramoto),应该是最早把集团积分的方法引入高分子问题中的科学家。他在1951~1952年左右集中发表了真实链(体积排除效应)的统计力学理论方法。他带领山本三三三(Misazo Yamamoto)和松田博嗣(Matsuda Hirotsugu)做的工作,既包括格子统计,又包括连续空间的统计,基本上都发表在《物性论研究》杂志上。这些工作是领先世界的。 50年代,日本人在格子链的格子统计方面做了大量工作。早在1941年Bethe作了“准化学近似”工作的同年高木豊(Yutaka Takagi)就在日本数学物理学会记事第3期发表了相同的工作,因此日本人常称这个近似为“Bethe--高木近似”。至于3维格子链的各类非平均场近似,自30年代在Fowler、 Guggenheim和我国科学家张宗燧(见我之前的另一篇文章)以来,在40年代末50年代初,就是我国的杨振宁、李荫远和日本的藤代亮一(Ryoichi Funshiro)、石原明(Akira Isihara)、菊池良一(Ryoichi Kikuchi)、水谷宽(Hiroshi Mizutani)和寺本英的数学工作。寺本英带领的倉田道夫后来又独立地与横浜国立大学的亘理達郎(Tatsuro Watari)继续发表格子模型的更精确的近似。据倉田道夫回忆(译自日文): 将高分子研究引入田村研究室的,是首位毕业论文生岩崎浩一郎。临近毕业之际,他不知从何处弄来高分子样品开始测量固有粘度,在杂志会上介绍弗洛里排阻体积效应理论,并高呼“未来属于高分子时代”,随后便进入三菱化成公司任职。此事发生于1950年3月。 同年,由理学部的寺本英、工学部的稻垣博、农学部的藤田博等人发起的高分子研讨会成立,我也参与其中。该学会后来催生了寺本先生等人提出的排斥体积效应的微扰展开理论,以及山本三三三先生提出的聚合物粘弹性拟网格理论。我亦与亘理教授合作,运用团簇变分法发展了聚合物溶液理论。 山川裕巳(Hiromi Yamakawa)就是Modern Theory of Polymer Solutions一书的作者。他是桜田一郎的学生。上述这本书中溶液统计部分就是他的博士论文工作,而书中关于真实链统计的工作,其实是始于寺本英。他向寺本英和倉田道夫学习了的统计力学方法,结合了McMillan--Mayer巨正则系综,讨论溶液中的聚合物链统计。链统计的工作已经明确了非高斯假定下均方末端距和均方回转半径是关联弱化了的两回事。而在溶液中,链的扩张性来不是来自链本征排斥体积效应,而是溶剂链段相互作用的等效排斥体积效应,这又使得第二位力系数、 theta条件的特性粘数、无扰均方回转半径之间的关系也是弱化的。Zimm, Stockmayer和Fixman在1953年发表的工作,在简化势能参数$\beta$下,说明所有这些量都能表示为关于$z\sim\beta N^{1/2}$的展开,但他们只给出了一階近似。山川就链统计问题的均方末端距和回转半径给到了高階近似,就特性粘数的扩张比和Flory--Fox特性粘数公式的那个$\Phi$系数,Kirkwood--Riseman只给出了theta条件下的结果,山川给出了良溶剂下的一階近似。
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December 23, 2025 at 2:49 PM
高分子科学中的一些日本名字

日本的现代物理化学 水岛三一郎(Mizushima Sanichiro)在Annu. Rev. Phys. Chem.上介绍日本物理化学的历史,努力从日本文化解释,为什么日本研究的课题和对象跟西方不一样。他也提到了中国思想家怎么反思为什么中国没有产生现代科学。他引用了任鸿隽的文章,但有趣的是他好像误会了任是一位女士。我手头上有任鸿隽的文集,但是找不到单独的一篇文章表述了水岛三一朗引述的所有内容。大致上,按照水岛三一郎的引述,其中一个原因是中国的中世纪文化过于强调”what to do over what to…
高分子科学中的一些日本名字
日本的现代物理化学 水岛三一郎(Mizushima Sanichiro)在Annu. Rev. Phys. Chem.上介绍日本物理化学的历史,努力从日本文化解释,为什么日本研究的课题和对象跟西方不一样。他也提到了中国思想家怎么反思为什么中国没有产生现代科学。他引用了任鸿隽的文章,但有趣的是他好像误会了任是一位女士。我手头上有任鸿隽的文集,但是找不到单独的一篇文章表述了水岛三一朗引述的所有内容。大致上,按照水岛三一郎的引述,其中一个原因是中国的中世纪文化过于强调”what to do over what to know“。我觉得这个描述十分精确而且悲剧性地统治至今。任鸿隽确实在《建立学界论》中说: 国人向学之诚。自近世科学之术。愈益发达。凡人群所待以为用之智识。有条理伦脊可抽绎者。莫不列为专科。从事研究。明而政治经济。玄而哲理数术。大而建船筑路。细而日用服食。皆得于学校教育占一席焉。其教育之旨。多在致用。致用之极。于是有浅尝肤受。得一能自给。充然自以为足。而无复深造之想者。夫今之科学。其本能在求真。其旁能在致用。上治之国。其制度厘然。物质灿烂者。无非食科学之赐。致用之无害于科学。又何待言。顾无委心专志。发愤忘食之科学家。积其观察之勤。试验之劳。思辨之能。为之设立公例。启示大凡。令后人得循序渐刊以抵高明之域。则近世欧洲学界。仍如中世之黑暗可也。是故建立学界之元素。在少数为学而学。乐以终身之哲人。而不在多数为利而学。以学为市之华士。彼身事问学。心萦好爵。以学术为梯荣至显之具。得之则弃若敝屣。绝然不复反顾者。其不足与学问之事明矣。 水岛说,日本引入西方新思想的时候没有完全替换老思想。在明治维新的时候,知识分子圈就常说要“ Japanese spirit and Western technology”,颇似我国清末洋务运动时期的“中学为体、西学为用”。这跟我们的历史对明治维新“全盘西化”、推行“欧化主义”、“脱亚入欧”的评判相左。有说,《脱亚论》一文虽发表于明治十八年(1885),但此文自昭和26年(1951年)以后才在日本民间广泛流传,在此之前似乎并未对日本文化及明治维新的现代化带来巨大影响。但上述说法并非完全正确,《朝野新闻》在脱亚论一文发表后,针锋相对地发表了社论,希望中日两国能平等合作,批评了当时《时事新报》为代表的对清开战论。只是《朝野新闻》对“脱亚论”的反驳在当时很快便湮没在了蔑视中国、主张开战的强硬舆论声音之中。 日本高分子科学之父与维尼仑 桜田一郎被认为是日本高分子科学之父。1928年留学德国,先师从W. Ostwald,后来跟K. Hess。在这个年份正是Staudinger的大分子概念在争议中逐渐接受的节骨眼。Hess是低分子观点的坚持者。但桜田回国后却成了高分子科学的建设者。另一个日本高分子产业的先驱——倉敷絹織(现可乐丽)的友成九十九,也是Hess的学生。在低分子学说者那里学习,回来都成了高分子人。 日本的化纤工业很强大,很大程度是桜田一郎本人的研究积累和二十世纪历史的影响。1938年(昭和13年)10月27日,杜邦宣布”人造丝“(尼龙)产品。当时日本蚕丝对美出口量很大,是日本外汇主要来源。在军国主义”富国强兵“政策下,日本正急着从农业国转变为工业国,要靠蚕丝出口挣的外汇来买先进的机器、仪器乃至武器。因此尼龙的问世对日本的军事扩张冲击很大。 尼龙问世后,桜田虽马上做了一些尼龙X射线衍射分析其晶体结构的研究,但很快就转而研究聚乙烯醇为原料的纤维。这是因为这种高分子在日本已经有一定的研究积累。朝鲜的李升基当时在日本就研究过聚乙烯醇的皂化反应,当时原料聚乙烯醇在日本已实现试生产,且日本已掌握先进的湿法纺丝技术,因此聚乙烯醇潜在的水溶性使得它更适合当时的纤维产业现状。桜田与本升基还有川上博等人通过改良醛处理工艺,又改善了纺后的耐水性(所以其实是聚乙二醇缩醛)就在尼龙问世的一年后,聚乙烯醇纤维工艺由李升基在日本化学纤维研究所的研讨会上发表。当记者闻讯询问新纤维名称时,桜田当场命名为”合成一号“。而”维尼纶“其实是来自李升基回国后起的”维纳纶“名称。 1945年日本战败后,韩国知识分子陆续返国,李升基在战后担任首尔大学教授。由于韩国当时并不重视这种人工纤维的量产,加上李升基对美军军管首尔大学的做法十分反感,他在朝鲜战争爆发后于朝鲜人民军攻占汉城时接受了朝鲜的延揽,北上平壤。 朝鲜战争停火后,朝鲜开始进入重建阶段,李升基开始在朝鲜制造维尼纶。由于朝鲜的气候和土地面积不适合种植棉花和提供大量羊毛,加上苏联等社会主义国家也无法提供足够的棉花和羊毛,朝鲜政府对人造纤维的作用非常重视。1961年5月6日,2.8维尼纶联合企业所在咸兴市开工投产,这一成就被作为主体思想领导的典范而被广泛宣传,维尼纶由此被朝鲜称为“主体纤维”,除去用于生产衣物外,还用于生产鞋、绳索和被褥,在朝鲜获得了广泛应用。1983年,朝鲜又在顺川市建设了第二家大型维尼纶工厂。 其他国家的情况 美国大陆的高分子科学似乎以1951年Flory的经典教材的出版形成了一道“近代”与“现代”的分水岭。大约在1951年后,连续介质力学的理性化开始了。虽然Mooney在四十年代就给出了它的橡胶弹性公式,但是Rivlin在50年代作了数学形式的严格化。这种严格讨论的其中一个具象化结论就是:不可压缩材料只允许个别模式的形变。但是直到Ogden在70年代再次考虑这个问题之前,以Flory为主导的高分子化学界貌似一直没有重视这个层面,而仍然视Mooney--Rivlin模型为“现象学模型”、“缺乏明确的分子基础”。很遗憾,这种叫法,仍保留在我国当前最新版的高分子物理教材中!另一方面,四十年代末,现代非平衡统计开始发展,源自非理想气体的多体统计力学的方法学也逐渐成熟。这些基础理论成果很快被用于高分子问题。特别是60年代以后,这些新发展事实上已经成为现在软凝聚态物理的教科书内容,但在当年Flory充当的角色常常是旁观的、批判的;仅偶尔作一些跟踪的研究。 我国现行高分子物理教学体系对于Flory之后的新进展,似乎只重视法国的de Gennes的标度理论——这其实只是物理学的一种“玩法”,但从国内教科书的写法来看,似乎这些作者也没“玩”明白。若说de Gennes把链看作分形从而以临界现象的语言来描述结构;英国的Edwards则通过把链看作可求弧长(retifiable)的光滑流行,从而用变分法和路径积分的语言来描述结构。后者哺育了自洽场理论。那么美国的特点则是更加直接(straight-forward)的基于粒子的经典非平衡统计。 50年代始的日本高分子研究 日本的寺本英(Ei Teramoto),应该是最早把集团积分的方法引入高分子问题中的科学家。他在1951~1952年左右集中发表了真实链(体积排除效应)的统计力学理论方法。他带领山本三三三(Misazo Yamamoto)和松田博嗣(Matsuda Hirotsugu)做的工作,既包括格子统计,又包括连续空间的统计,基本上都发表在《物性论研究》杂志上。这些工作是领先世界的。 50年代,日本人在格子链的格子统计方面做了大量工作。早在1941年Bethe作了“准化学近似”工作的同年高木豊(Yutaka Takagi)就在日本数学物理学会记事第3期发表了相同的工作,因此日本人常称这个近似为“Bethe--高木近似”。至于3维格子链的各类非平均场近似,自30年代在Fowler、 Guggenheim和我国科学家张宗燧(见我之前的另一篇文章)以来,在40年代末50年代初,就是我国的杨振宁、李荫远和日本的藤代亮一(Ryoichi Funshiro)、石原明(Akira Isihara)、菊池良一(Ryoichi Kikuchi)、水谷宽(Hiroshi Mizutani)和寺本英的数学工作。寺本英带领的倉田道夫后来又独立地与横浜国立大学的亘理達郎(Tatsuro Watari)继续发表格子模型的更精确的近似。据倉田道夫回忆(译自日文): 将高分子研究引入田村研究室的,是首位毕业论文生岩崎浩一郎。临近毕业之际,他不知从何处弄来高分子样品开始测量固有粘度,在杂志会上介绍弗洛里排阻体积效应理论,并高呼“未来属于高分子时代”,随后便进入三菱化成公司任职。此事发生于1950年3月。 同年,由理学部的寺本英、工学部的稻垣博、农学部的藤田博等人发起的高分子研讨会成立,我也参与其中。该学会后来催生了寺本先生等人提出的排斥体积效应的微扰展开理论,以及山本三三三先生提出的聚合物粘弹性拟网格理论。我亦与亘理教授合作,运用团簇变分法发展了聚合物溶液理论。 山川裕巳(Hiromi Yamakawa)就是Modern Theory of Polymer Solutions一书的作者。他是桜田一郎的学生。上述这本书中溶液统计部分就是他的博士论文工作,而书中关于真实链统计的工作,其实是始于寺本英。他向寺本英和倉田道夫学习了的统计力学方法,结合了McMillan--Mayer巨正则系综,讨论溶液中的聚合物链统计。链统计的工作已经明确了非高斯假定下均方末端距和均方回转半径是关联弱化了的两回事。而在溶液中,链的扩张性来不是来自链本征排斥体积效应,而是溶剂链段相互作用的等效排斥体积效应,这又使得第二位力系数、 theta条件的特性粘数、无扰均方回转半径之间的关系也是弱化的。Zimm, Stockmayer和Fixman在1953年发表的工作,在简化势能参数$\beta$下,说明所有这些量都能表示为关于$z\sim\beta N^{1/2}$的展开,但他们只给出了一階近似。山川就链统计问题的均方末端距和回转半径给到了高階近似,就特性粘数的扩张比和Flory--Fox特性粘数公式的那个$\Phi$系数,Kirkwood--Riseman只给出了theta条件下的结果,山川给出了良溶剂下的一階近似。
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December 21, 2025 at 6:48 PM
1926年用材料的观点看生物组织

Edgar Wöhlisch(1890~1960)曾在早期的橡胶热弹性研究文献中出现过。他本是一名医生和生理学家。在1926年的关于生物组织的物理性质论文开头,他这样说: Verh. Phys. Med. Ges. Würzburg (N. F.), 1926, 51, 53 英文翻译:While engineers are usually very well acquainted with the physical properties of the materials they use, we today know astonishingly…
1926年用材料的观点看生物组织
Edgar Wöhlisch(1890~1960)曾在早期的橡胶热弹性研究文献中出现过。他本是一名医生和生理学家。在1926年的关于生物组织的物理性质论文开头,他这样说: Verh. Phys. Med. Ges. Würzburg (N. F.), 1926, 51, 53 英文翻译:While engineers are usually very well acquainted with the physical properties of the materials they use, we today know astonishingly little in this respect about the substances that make up the animal body. Helping to fill this gap is one of the aims of the investigations I would like to report on briefly here, which I have carried out in the course of recent times, in part jointly with Dr. du Mesnil. 这其实是一种以材料学的视角看待生物组织的观念。在1920年代,材料科学与工程学科还没有正式建立(以1974年的COSMAT报告为标志),所以更准确地说是以工程师的视角来看待生物组织。 也正是在各类动物肌肉、韧带的热弹性研究当中,Wöhlisch是最早报道溶胀软固体的负内能贡献的研究者了。这在50年代末,与研究理想交联网络的溶胀热力学的Flory--Rehner理论起了冲突。Flory本人也是很早就对生物大分子感兴趣,跑去研究弹力素(elastin)的凝胶。不知道为什么,Flory和他的门徒(Hoeve、Ceferri、还有James E. Mark)非常坚信高分子网络跟溶剂没有什么更多的贡献,他们一直挑别人在热力学分析上的毛病,比如忽略了恒容和恒压过程相差的pVT响应项,忽略了溶胀度的变化等等。这个争论前后搞了30年,传统高分子材料已经基本工业化,大家都对这些细节不太感兴趣了。最后只剩James E. Mark还在那里发表,再然后就不了了之了。倒是生物那边的人继续研究弹力素,发现它是个LCST体系,在水中有疏水作用。这种的,在今天已经知道会显示负的内能贡献的。 Wöhlisch是“劣迹科学家”。他于1937年5月1日加入纳粹党(党员编号5119936)并隶属“冲锋队”。1938年,他多次向纳粹当局举报其助手奥托·赫特(Otto Hett, 1913–1944),指控这名准医生骗取希特勒青年团(HJ)荣誉勋章、声称“将前往俄国”、保持可疑的海外关系、发表反对纳粹政权的言论。赫特随即被捕,并在住宅搜查中发现两封定罪信函副本。其一致时任国务枢机卿欧金尼奥·帕切利(Eugenio Pacelli,即后来的教皇庇护十二世),信中提及德国天主教徒的悲惨命运。其二致毕尔巴鄂德乌斯托高等研究学院(Colegio de Estudios Superiores Deusto),控诉其因宗教和政治立场在德国年轻医生群体中缺乏生存空间。1939年6月5日,班贝格特别法庭(Sondergericht)纳粹时期设立的特别法院,绕过正常司法程序快速审判“政治犯罪”,以严酷判决著称。以两项违反《恶意法案》(Heimtückegesetz)《恶意法案》(Heimtückegesetz):纳粹德国于1934年颁布的法律,旨在镇压任何批评政权或纳粹党的言论,成为政治迫害的工具。的罪名判处奥托·赫特14个月监禁。刑满后,他被关入达豪集中营(KZ Dachau),1941年12月8日转移至卢布林集中营(囚犯编号15)。1944年7月,赫特在集中营担任囚犯医生,因在难友中享有正直者与医者的声誉而遭杀害。 战后,维尔茨堡仲裁庭(Spruchkammer)与检察院展开调查。根据弗莱堡大学神经科诊所主任库尔特·贝林格(Kurt Beringer)及慕尼黑路德维希-马克西米利安大学精神病学与神经学正教授维尔纳·瓦格纳(Werner Wagner)出具的专家鉴定,结论认为埃德加·沃利施无需为其举报赫特的信件承担责任,因其当时暂时处于无行为能力状态。
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November 17, 2025 at 8:44 AM