李 夢(mèng) 戚 輝 丁星星 馮寶莉

(中原工學(xué)院理學(xué)院，河南 鄭州 450001)

回顧人類的發(fā)展過(guò)程，哲學(xué)先于科學(xué)發(fā)展，可以說(shuō)，哲學(xué)是科學(xué)的源頭和母親，科學(xué)只是哲學(xué)的一個(gè)支派。如何才能在自然科學(xué)發(fā)展的同時(shí)保持人類社會(huì)與自然的平衡，這需要哲學(xué)思想的指導(dǎo)。[1]

恩格斯曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“無(wú)論自然科學(xué)家采用什么樣的態(tài)度，他們還得受哲學(xué)的支配”[2]，對(duì)于物理學(xué)而言，研究自然界和人類社會(huì)生產(chǎn)和生活中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和發(fā)展規(guī)律，只是哲學(xué)中的一部分。

哲學(xué)提供了正確的世界觀和自然科學(xué)發(fā)展的指導(dǎo)思想?；乜次锢韺W(xué)發(fā)展歷史，出現(xiàn)了一系列的關(guān)于主體對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)出現(xiàn)偏差的情況，究其原因無(wú)不都是哲學(xué)思想出現(xiàn)了偏差。哲學(xué)作為方法論，在科研活動(dòng)過(guò)程中不斷指導(dǎo)科學(xué)家去進(jìn)行科研活動(dòng)。[3]

本文將結(jié)合經(jīng)歷的科研活動(dòng)本身，在研究和實(shí)踐活動(dòng)自己的一些哲學(xué)思考做歸納總結(jié)，這樣，能夠更好的指導(dǎo)更深層次科研活動(dòng)的展開(kāi)。

1 論文的選題始于問(wèn)題，來(lái)源于實(shí)踐，立足于各學(xué)科之間的接觸點(diǎn)

自然辯證法中講到科學(xué)研究要始于問(wèn)題，而問(wèn)題的來(lái)源是從實(shí)踐中得來(lái)的，離開(kāi)了客觀存在事實(shí)，脫離了實(shí)踐，也就無(wú)從引出問(wèn)題。經(jīng)過(guò)周密的調(diào)研，我發(fā)現(xiàn)：斷裂是材料或構(gòu)件中非常嚴(yán)重的失效方式，在非常多的情況下，都能造成災(zāi)難性的可怕后果。因此，我選定裂紋擴(kuò)展研究作為自己的研究方向，研究材料中斷裂的機(jī)理與規(guī)律，幫助工業(yè)工程師調(diào)控材料，從而減少斷裂事故的出現(xiàn)。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的調(diào)研，我發(fā)現(xiàn)：近幾年的研究結(jié)果表明，裂紋的前端是原子級(jí)的尖銳，因此新的研究方法需要建立在原子或分子尺度，這樣才能更好的發(fā)現(xiàn)材料斷裂問(wèn)題的微觀機(jī)理。

我選取的研究?jī)?nèi)容涉及了物理學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械工程、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、分子動(dòng)力學(xué)、計(jì)算軟件等多學(xué)科接觸的體系，這是近幾年新興的一個(gè)跨學(xué)科分支——“計(jì)算材料學(xué)”，而多學(xué)科之間相互接觸、融合正是適應(yīng)了現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展。在相互融洽的情況下,不同學(xué)科之間傳統(tǒng)的專業(yè)壁壘必將被人們所打破，使現(xiàn)代科學(xué)走上日益整體化的道路。

2 裂紋傳播與擴(kuò)展的分子動(dòng)力學(xué)研究中的哲學(xué)思考

2.1 構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型時(shí)，要遵循哲學(xué)指導(dǎo)思想下的物質(zhì)統(tǒng)一性原理

在構(gòu)建物理模型過(guò)程中，需要遵循哲學(xué)指導(dǎo)思想下的物質(zhì)統(tǒng)一性，就可以合理地模擬物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。因此在建模時(shí)，在空間中重復(fù)填充這些最基本單元，之后采用自然界共性所遵循的熵最大原理和能量最低原理，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)弛豫，直到達(dá)到平衡狀態(tài)，達(dá)到的平衡狀態(tài)就是單晶硅存在于自然界中的理想形態(tài)。

另一方面，作為研究主體的人類大腦和計(jì)算機(jī)運(yùn)算也具有物質(zhì)統(tǒng)一性。人類的大腦對(duì)外部的客觀實(shí)際進(jìn)行分析和總結(jié)概括，尋找事物的客觀規(guī)律；計(jì)算機(jī)通過(guò)人類的輸入建模獲得對(duì)客觀實(shí)物的認(rèn)識(shí)，而后按照預(yù)定的設(shè)計(jì)，模擬客觀事物的客觀規(guī)律，尋找規(guī)律性。因此，從功能上來(lái)講，計(jì)算機(jī)和人類大腦是統(tǒng)一的，都具備世界物質(zhì)的統(tǒng)一性。

2.2 裂紋擴(kuò)展過(guò)程中存在著矛盾的辯證關(guān)系

對(duì)于材料而言，強(qiáng)度和韌性之間存在著一定的內(nèi)在矛盾。提高大多數(shù)材料的強(qiáng)度時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致材料脆性的增加，現(xiàn)行的辦法是根據(jù)不同材料在不同場(chǎng)合下的使用，在強(qiáng)度和韌性之間尋求一個(gè)最佳的匹配值。

通常以能量分析的方法，來(lái)研究裂紋擴(kuò)展的能量變化，裂紋擴(kuò)展要消耗的能量主要用于生成兩個(gè)新表面的能量和用于消耗變形功，通常把這部分的能量稱之為裂紋擴(kuò)展的阻力，這是事物本質(zhì)的屬性，反映了材料本身不想被分開(kāi)的意愿。既然裂紋擴(kuò)展有阻力，那么只有當(dāng)外載提供足夠的動(dòng)力時(shí)，裂紋的擴(kuò)展才有可能，這里面，裂紋擴(kuò)展的阻力和裂紋擴(kuò)展動(dòng)力是一對(duì)矛盾，這是裂紋擴(kuò)展前期的主要矛盾。裂紋擴(kuò)展后，此時(shí)，存在的矛盾是諸因素對(duì)裂紋擴(kuò)展方向影響。

2.3 裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，存在量變與質(zhì)變的辯證關(guān)系

應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KⅠ的值隨著外載而變化，這是一種漸進(jìn)性的變化，反映了材料彈性的連續(xù)性。當(dāng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KⅠ的值達(dá)到KⅠC時(shí)，裂紋失穩(wěn)開(kāi)始擴(kuò)展，材料彈性的連續(xù)性遭到破壞。KⅠ和KⅠC的關(guān)系可以看成是量變和質(zhì)變的辯證關(guān)系，當(dāng)外載逐漸增加時(shí)，KⅠ隨之緩慢增加，裂紋擴(kuò)展的趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)，當(dāng)增加至KⅠC時(shí)，此時(shí)體系內(nèi)的矛盾的主要方面是裂紋擴(kuò)展，這是KⅠ緩慢增加的必然結(jié)果。

可見(jiàn)，任何質(zhì)變的發(fā)生都是始于量變，量變是質(zhì)變的必要籌備，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果，當(dāng)量變積累達(dá)到事物的度，質(zhì)變就出現(xiàn)了。

2.4 裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，存在著結(jié)構(gòu)與功能的辯證關(guān)系

唯物辯證法認(rèn)為，結(jié)構(gòu)是物質(zhì)形態(tài)的普遍屬性，反映了事物內(nèi)部各種要素相互聯(lián)系與組織方式，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著KⅠ緩慢增加，裂紋前端原子鍵開(kāi)始斷裂，為了抵制斷鍵影響，維持裂紋穩(wěn)定性，單晶硅材料自身通過(guò)原子鍵的旋轉(zhuǎn)和交換，形成了不同于原有六圓環(huán)結(jié)構(gòu)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。

在內(nèi)部和外部的關(guān)聯(lián)中，具備特定結(jié)構(gòu)的事物展現(xiàn)出來(lái)的配套能力稱為功能。我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，這些新的圓環(huán)結(jié)構(gòu)主要起到下面的作用：降低了裂紋前端的應(yīng)力集中，提升了裂紋擴(kuò)展的能量勢(shì)壘，延緩裂紋的擴(kuò)展。因此這些新的圓環(huán)結(jié)構(gòu)可以看成是材料自身所具備的自保護(hù)機(jī)制。

2.5 裂紋擴(kuò)展的分子動(dòng)力學(xué)模擬中體現(xiàn)著“原型”與“模型”之間的關(guān)系

我們的實(shí)驗(yàn)屬于模型實(shí)驗(yàn)中的物理模擬，因此，對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果必須要作出客觀的評(píng)價(jià)，校正、補(bǔ)充或篩選模型，多次模擬，加以驗(yàn)證，直到獲得最真實(shí)的，能夠反映原型本質(zhì)屬性的模型，然后將模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理地外推到原型中。

3 小結(jié)

綜上所述，在研究裂紋傳播的分子動(dòng)力學(xué)研究過(guò)程中，只有以馬克思主義哲學(xué)觀點(diǎn)為指導(dǎo)，才能夠揭示材料中斷裂的機(jī)理與規(guī)律，預(yù)測(cè)發(fā)展規(guī)律，幫助工業(yè)工程師調(diào)控材料，從而減少斷裂事故的出現(xiàn)。

[1]馬克思恩格斯全集:第一卷[M].121.

[2]恩格斯.自然辯證法[M].187.

[3]李文照.論馬克思主義哲學(xué)與自然科學(xué)的雙向轉(zhuǎn)移[J].廣東社會(huì)科學(xué),1993(5).