【正文】 ） 。當(dāng)然，現(xiàn)代物理學(xué)家們 把膠體歸為軟物質(zhì)中重要的一類(lèi)，自有他們的道理，在這個(gè)意義上如果我那點(diǎn)關(guān)于膠體動(dòng)力學(xué)的工作對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)家們研究軟物 質(zhì)時(shí)確 會(huì)有所幫助，我自然也是十分欣慰的。因?yàn)榈浆F(xiàn)在我還是不懂甚麼是軟物質(zhì)， 為甚麼膠體可以算作是軟物質(zhì)中重要的一類(lèi)。雖然我現(xiàn)在還不可能對(duì)之有更多的認(rèn)識(shí)，但我相信，在現(xiàn)代物理學(xué)家們的手中，人們對(duì)懸浮體對(duì)膠體的理解，必定會(huì)有一個(gè)更光輝的新飛躍，這一點(diǎn)則確定無(wú)疑。我無(wú)法談得更具體，這要由搞軟物質(zhì)的物理學(xué)家去講 。由此在國(guó)際物理學(xué)界掀起了一股新的熱潮，形成了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。不過(guò)這一次他們把這一研究對(duì)象改了個(gè)名字，既不叫懸浮體， 也不叫膠體，更不叫氣溶膠，水溶膠或液溶膠，而是叫“軟物質(zhì)（ Soft matter）”。 （注：最近這兩年，在為《 JCIS》 等國(guó)際膠體科學(xué)刊物審稿時(shí)發(fā)現(xiàn)， 直到現(xiàn)在國(guó)際膠體科學(xué)界 的朋友們還在引用我這本小書(shū)，這本小書(shū)在國(guó)際上經(jīng)歷了十一年的考驗(yàn)， 到現(xiàn)在還有它的應(yīng)用價(jià)值，這不能不使我感到非常高興。原來(lái)我的那本小書(shū)不僅對(duì)國(guó)際氣溶膠界起了作用，而且在國(guó)際膠體科學(xué)界也起了作用。著名的歐洲膠體科學(xué)家，《膠體動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論》一書(shū)的作者東特曾對(duì)我們的書(shū)講過(guò)以溫景嵩：創(chuàng)新話(huà)舊第 5 章 原 125146 頁(yè) 13 下一段話(huà)，他說(shuō)，當(dāng)代在這個(gè)領(lǐng)域中做得最好最出色的人是巴切勒 ,但 巴切勒 的著作有一個(gè)缺點(diǎn)，就是深?yuàn)W難懂。 1999 年韓國(guó)光州理工學(xué)院環(huán)境工程系教授李揆元邀我到他那里做報(bào)告，他對(duì)巴切勒的這一套很感興趣，在我報(bào)告后他對(duì)我講，這是從另一種途經(jīng)來(lái)探討氣溶膠問(wèn)題，有建立合作研究的必要。雖然售出的本數(shù)不多，這本小書(shū)不可能是暢銷(xiāo)書(shū)，但它能持續(xù)了九年，每年都有國(guó)際朋友在購(gòu)買(mǎi)，這使 我感到十分高興。時(shí)間不短，但它還有生命力。 以上是我的氣溶膠力學(xué)新書(shū)的五大部分簡(jiǎn)要介紹，從中可以看出，盡管我們對(duì)氣溶膠的實(shí)驗(yàn)研究，應(yīng)用研究與富克斯的書(shū)相比有很大差距，但從基礎(chǔ)研究領(lǐng)域看，我們的書(shū)較之富克斯的書(shū)卻更完整，反映出這一時(shí)期中的重要進(jìn)展。我們重點(diǎn)介紹了斯莫魯霍夫斯基 1916 年的布朗碰并粒子譜演變規(guī)律，弗瑞德蘭德 1960 年的相似理論，弗瑞德蘭德 1961－ 1969 的自維持理論，以及美籍教授，美國(guó)氣溶膠學(xué)會(huì)三個(gè)創(chuàng)始人之一的劉揚(yáng)暉和懷特比（ Whitby） 1968 年的穩(wěn)態(tài)自維持相似理論。但是它確是目前氣溶膠力學(xué)所關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。以上從粒子和介質(zhì)之間的相互關(guān)系把氣溶膠力學(xué)問(wèn)題分成四大類(lèi)。這很有道理，通觀富克斯的書(shū)，它完全 以氣溶膠粒子的各種運(yùn)動(dòng)為綱，把各種與氣溶膠粒子有關(guān)的材料組織在一起，而沒(méi)有從粒子和介質(zhì)之間的各種相互關(guān)系來(lái)把握問(wèn)題，這是富克斯的又一局限性。同樣很遺憾，富克斯書(shū)中也找不到這方面的材料。我們書(shū)中記錄了這一重要要進(jìn)展，而很遺憾，富 克斯書(shū)中卻找不到傳質(zhì)傳熱過(guò)程的材料，這是富克斯書(shū)的又一局限性。這一部分里，我們主要介紹了巴切勒 1979 年的工作，這工作雖然仍以孤粒子理論為基礎(chǔ)，溫景嵩：創(chuàng)新話(huà)舊第 5 章 原 125146 頁(yè) 12 沒(méi)有發(fā)展到雙球階段，但仍有所突破。 而富克斯那里，卻仍然停留在兩種極限碰并理論上。）重點(diǎn)討論了對(duì)斯莫魯霍夫斯基兩種極限碰并理論的突破。（我們重點(diǎn)討論了重力，但外力也可以是其他力，如離心力，電場(chǎng)中的電場(chǎng)力等） (2) 粒子在各種力的作用下，相互碰撞并且粘連或并合在一起，從而從懸浮體中消失的過(guò)程。第四點(diǎn)，富克斯的著眼點(diǎn)僅僅是氣溶膠粒子的運(yùn)動(dòng)，按照粒子不同性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)把氣溶膠力學(xué)分類(lèi)。我們則突出了布朗運(yùn)動(dòng)的中心作用。在此基礎(chǔ)上，我討論了雙球在外力作用下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在粒子間勢(shì)力作用下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及雙球相對(duì)布朗擴(kuò)散以及梯度擴(kuò)散。但是 我有我的優(yōu)勢(shì)，我的優(yōu)勢(shì) 是在基礎(chǔ)研究上，不管是質(zhì)的方面，還是量的方面，都有我自己的特色。成為我那獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)成果中的創(chuàng)新點(diǎn) （ 4）。把巴切勒的工作引入到國(guó)際氣溶膠科學(xué)界，讓國(guó)際氣溶膠界認(rèn)識(shí)到巴切勒的新發(fā)展，確很必要。富克斯的這個(gè)源于孤粒子動(dòng)力學(xué)的錯(cuò)誤結(jié)論是到了應(yīng)該糾正的時(shí)候了。本書(shū)前面已經(jīng)說(shuō)明這觀點(diǎn)錯(cuò)誤在于當(dāng)存在布朗擴(kuò)散過(guò)程時(shí)，個(gè)別的無(wú)規(guī)的布朗粒子運(yùn)動(dòng)必然會(huì)形成集體 的定向的粒子通量流，對(duì)這一通量流黏性流體必然會(huì)出現(xiàn) 反方向的阻力，最后在雙球間距離趨于 0 時(shí)而趨于無(wú)窮大。顯然， 他這個(gè)結(jié)論更加錯(cuò)誤，問(wèn)題在于富克斯始終認(rèn)為粒子間流體動(dòng)力相互作用對(duì)粒子的布朗運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)平均效應(yīng)為 0，因而雙球相對(duì)擴(kuò)散系 數(shù)可以始終保持為常數(shù)，而不隨距離改變，更不會(huì)在近場(chǎng)為黏性流體膜阻衰減為 0。 80 年代，在杰弗瑞和大西善元的雙球遷移率數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，我讓當(dāng)時(shí)的王永光同學(xué)重新計(jì)算了一遍，糾正了德加金數(shù)據(jù)偏大的錯(cuò)誤?？上莻€(gè)時(shí)代對(duì)雙球低雷諾數(shù)流體力學(xué)的了解，還處在一個(gè)比較低的 水平，不可能給出像 1984 年杰弗瑞 和大西善元那樣精確的數(shù)據(jù)，德加金給出了一個(gè)十分粗糙的經(jīng)驗(yàn)公式，來(lái)描述雙球流體動(dòng)力相互作用引起的雙球相對(duì)布朗擴(kuò)散系數(shù)隨距離變化的規(guī)律。為要打破這個(gè)黏性流體膜阻力，也必須引入范德瓦爾斯分子引力勢(shì)，因?yàn)樵陴ば粤黧w膜厚度趨于 0 時(shí)，粒子間的分子引力會(huì)比膜阻力更快的速度趨于無(wú)窮，無(wú)論是布朗碰并，還是重力碰并均如此?？恐亓π纬傻牧Ｗ映两祫?dòng)能同樣由于能量有限而無(wú)法打破趨于無(wú)窮的黏性流體膜阻力。另一方面，在近場(chǎng)粒子間流體動(dòng)力相互作用還造成更嚴(yán)重的影響，即：我們?cè)谏弦还?jié)中提到的粒子間縫隙趨于 0 時(shí)，縫隙間的流體形成一個(gè)粘性流體膜，雙球低雷諾數(shù)流體力學(xué)證明這個(gè)膜的阻力會(huì)隨著膜的厚度趨于 0 而趨于無(wú)窮大，這對(duì)粒子的碰并過(guò)程具有非常嚴(yán)重的影響。這個(gè)困難 恰恰是由他所忽略的，粒子間長(zhǎng)程的流體動(dòng)力相互作用造成。富克斯在他的書(shū)中提到了，本書(shū)第四章中講到沉降時(shí)的三種研究方法兩種結(jié)果，一種結(jié)果預(yù)測(cè)阻滯沉降量和粒子體積濃度 ?的 1/3 次方成正比。當(dāng)然訂正是必須的，否定它的存在則完全錯(cuò)誤。一個(gè)粒子在重力的作用下下沉，它就會(huì)在 四周介質(zhì)中產(chǎn)生擾動(dòng)流場(chǎng)，這個(gè)流場(chǎng)傳播到另一個(gè)粒子身上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用力，并且被反射回來(lái)，傳播到原來(lái)的粒子身上，對(duì)之又產(chǎn)生一個(gè)作用力，并再次被反射回來(lái)，如此循環(huán)往復(fù)。這觀點(diǎn)錯(cuò)誤。在《氣溶膠力學(xué)》一書(shū)中他宣稱(chēng)，氣溶膠粒子間的相互作用，一般都是短程的，因而可以忽略不計(jì)。所以，富克斯不可能發(fā)展出雙球相互作用下的動(dòng)力學(xué)。審視富克斯的氣溶膠力學(xué)，它存在著一個(gè)主要的局限性，即：它實(shí)際上是一部關(guān)于氣溶膠孤粒子動(dòng)力學(xué)的書(shū)。盡管富克斯的經(jīng)典名著《氣溶膠力學(xué)》的成就巨大，影響深遠(yuǎn)，但他的書(shū)絕不是氣溶膠力學(xué)的終結(jié)。 正像當(dāng)年斯托克斯，愛(ài)因斯坦和斯莫魯霍夫斯基等人關(guān)于懸浮粒子的動(dòng)力學(xué)研究，推動(dòng)富克斯建立了他的氣溶膠力學(xué)新學(xué)科分支一樣?？雌饋?lái)，巴切勒是太謙虛了。這真令人遺憾。 他說(shuō)他已放棄懸浮體力學(xué)著書(shū)的計(jì)劃，他建議我讀一讀羅塞爾等三人的這本書(shū)，他說(shuō)，只要你讀了羅塞爾等人的書(shū)后，就會(huì)明白，他為什么要放棄自己的著書(shū)計(jì)劃。他回贈(zèng)我一本普林斯頓大學(xué)羅塞爾 , 薩維里和肖瓦爾特三位教授于 1989 年出的那本書(shū)：《膠體分散系統(tǒng)》。借此機(jī)會(huì)，我再次問(wèn)起他關(guān)于懸浮體力學(xué)的著書(shū)計(jì)劃。直到我 1982 年回國(guó)時(shí)，也沒(méi)聽(tīng)說(shuō)他啟動(dòng)這個(gè)著書(shū)計(jì)劃。 5． 4 氣溶膠力學(xué)的新發(fā)展 當(dāng)我初到劍橋接受了巴切勒的建議，要通過(guò)云物理向他的懸浮體力學(xué)靠攏時(shí)，我曾急切地問(wèn)詢(xún)劍橋的朋友們，希望他們向我推薦一本懸浮體力學(xué)的參考書(shū)。至此 ,我們可以看到巴切勒全面地發(fā)展了懸浮體力學(xué)理論 ,既發(fā)展了斯托克斯孤粒子沉降理論 ,又發(fā)展了愛(ài)因斯坦的孤粒子擴(kuò)散理論 ,也發(fā)展了愛(ài)因斯坦的孤粒子有效粘性理論。 1972 年克里格（ Krieger）曾在低皮克列特 數(shù)條件下，測(cè)量過(guò)懸浮體有效粘性系數(shù)隨粒子體積濃度 ?的關(guān)系。另外， 在低皮克列特 數(shù)下作為一級(jí)近似，完全忽略了弱對(duì)流運(yùn)動(dòng)的對(duì)分布函數(shù)也是球?qū)ΨQ(chēng)的沒(méi)有方向性（當(dāng)粒子具勢(shì)時(shí)），或是均勻分布（當(dāng)粒子是硬球，沒(méi)有粒子間勢(shì)時(shí)），在以上條件下，懸浮體作為均質(zhì)流體，才能繼續(xù)保持 牛頓流體的性質(zhì)，才會(huì)存在有效粘性系數(shù)，巴切勒和格林才能導(dǎo)出有效粘性系數(shù)的上面兩個(gè)計(jì)算公式。因此，就不再存在有效粘性系數(shù)問(wèn)題，盡管原來(lái)不含粒子的純凈流體是牛頓流體，存在著表征流體粘性大小的粘性溫景嵩：創(chuàng)新話(huà)舊第 5 章 原 125146 頁(yè) 9 系數(shù)。公式中右方第二項(xiàng)是愛(ài)因斯坦 1905 年孤粒子理論的修正，第三項(xiàng)是巴切勒和格林 1972 年雙球理論的修正。1972 年 巴切勒發(fā)表單分散沉降理論以后不久，他和他的合作者格林（ Green）又發(fā)表了兩篇論文，在這兩篇論文中，巴切勒和格林解決了以下三個(gè)問(wèn)題： （ 1） 在背景純變形流場(chǎng)中放入兩個(gè)粒子后，在雙球相互 作用下的擾動(dòng)流場(chǎng)； （ 2） 在以上的成果基礎(chǔ)上，又成功地解決了在雙球相互作用下的統(tǒng)計(jì)對(duì)分布函數(shù)； （ 3） 在以上兩成果的基礎(chǔ)上，它們成功地得到了懸浮體有效粘性的高階項(xiàng)。 本章第一節(jié)中已經(jīng)談到愛(ài)因 斯坦對(duì)懸浮體力學(xué)的貢獻(xiàn)是全面的，他