2023年10月25日下午，《名师导学》课程系列讲座第五讲在学院国生厅如期举行。本次讲座邀请到中国科学院院士、南京航空航天大学教授、博士生导师、国际前沿科学研究院院长郭万林老师，讲座题目为《力学的新疆界：从空天安全到水伏智能》。

 郭院士以力学理论的发展历程为线索展开话题：从牛顿首次用严格的数学来描述人类发现的自然规律而引发了第一次工业革命，到相对论与量子力学对力学概念进行拓展从而开启核能革命等科技浪潮，力学一直在以不同的形式引导人类的探索。以航空领域为例，固体结构、流体、电磁介质和量子领域的不同理论在飞行器上均有应用，实现了“材料-结构-功能”一体化。

 接下来，郭院士介绍了自己在三维断裂理论研究方面的工作。从上世纪50年代开始至今，三代师生在从一维理论拓展到三维理论的不断探索路上做出了各自的贡献，其中郭院士开创性地引入“郭因子”参数来简化描述材料应力的四阶非线性偏微分方程，成功建立了三维疲劳断裂理论。相关成果在某型号飞机长寿命疲劳和损伤容限实验中取得圆满验证，并在助力长征5号运载火箭复飞中做出重要贡献。

 随后，郭院士介绍了纳智能材料器件。纳智能材料是一个学科交叉的研究方法，利用量子力学、牛顿定律等将宏观和微观联系起来，通过建立纳尺度物理力学，实现多学科交叉融合。微观尺度下，粒子将呈现不同于宏观物体的量子效应，因此为发展新概念与新技术提供了契机。

 航天技术的变革也是郭院士重点提及的部分。当代航天领域在新兴科技加持下不断追求耐久性、可靠性、经济性，即减少每公斤物质发射成本、最大化火箭回收效益等。未来空天发展将向建成空天地海一体化网络迈进，中国的北斗卫星导航系统与美国的星链卫星都是人类在这条路上做出的有益探索。

 随着科技的快速发展，人类也越来越意识到自己的生存与可持续发展正面临重大挑战，水资源短缺、全球变暖、能源短缺等严峻问题迫使我们不断探索自身的出路。郭院士强调解决能源问题“必须利用太阳能”。他提到太阳对地球的辐射能大多数都被地球上的水体吸收，造就了地球水循环，那么类似光伏效应利用自然水循环来发电，即“水伏效应”，就成为了可能。水伏效应是一种全新的可持续发展方案。

 郭院士还提到了承载材料和信息功能材料，以及相关的量子力学效应如量子霍尔效应等。人脑也具有类似的信息处理功能，据此也发展了大量有关神经元电信号传递的学说，但至今人们对于大脑运行的底层逻辑是什么还并不清楚。郭院士介绍到，大脑中含有大量的水，神经元内70%都是水，是否可以猜测之前提到的水伏效应在大脑中也有某种体现？据此，郭院士提到了建立水伏学。水伏生态、水伏能源、水伏智能、水伏材料都是21世纪以来全新的研究方向，同时也面临着许多重大基础科学问题，如多相、多场耦合复杂性，跨越十多个时空、能量尺度和非平衡动态性等。从牛顿力学到量子力学，再到现在的智能介质力学，人类一直在探索新的力学理论与方法，在技术科学与自然科学之间融会贯通。郭院士也勉励同学们努力学好基础课程，将来在某一领域中做出自己的贡献。

 讲座结束之后，同学们踊跃向郭院士提问。第一位同学问到如何把多学科领域知识融会贯通，创新出全新的理论体系。郭院士认为要抓住机会努力多做点事情，导师要对前沿敏锐，发现其中的乐趣，带着学生掌握未来可能要解决的问题以及知识。第二位同学想了解阻碍水伏能源的因素有哪些以及如何指导以后的研究。郭院士从两个方面进行了回答：从技术层面，把蒸发发电的输出功率提升一至二个量级在实验室里能够小幅度应用，但在普遍应用上还有一定困难；在基础理论层面，之前提到的基础科学问题还没有解决，如水分子中的离子等推动外界固体中分子的耦合关系没有建立起新的理论，有待进一步的研究。接下来有同学问到当下轻质化航空航天新材料的隐患和存在缺陷有哪些。郭院士以火箭发动机为例，认为当前的轻质化材料（如钛合金）耐高温能力还不够，作为发动机喷口容易烧融，因此需要寻找耐高温、高韧性、高强度的新型材料。最后一个问题是量子力学在材料力学、工程力学上有哪些应用。郭院士授认为量子力学在几乎所有前沿领域上都有应用，例如可以用量子效应来寻找新型材料等。

 这次讲座为大家提供了一个学习和交流的平台，让同学们深入了解了力学在材料工程和基础科学领域的广泛应用，极大的拓宽了同学们的科学视野，给同学们带来思维的碰撞与灵感，进一步激发了师生们的学术热情。

 （文：王佳欣刘海垚 / 审核：董昊）