【正文】 不僅研究了懸浮粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，而且也研究了懸浮體作為一個(gè)均質(zhì)流體，它的有效粘性系數(shù)增加的規(guī)律。顯然， 1982 年在他和我得到多分散硬球懸浮體的沉降的第二年，即 1983 年巴切勒就發(fā)表了多分散懸浮體中，由于多粒子間相互作用而產(chǎn)生的對(duì)梯度擴(kuò)散系數(shù)的必要修正。粒子間相互作用的總的效應(yīng)確實(shí)為正，數(shù)值也與巴切勒 的理論預(yù)測(cè)，在誤差范圍內(nèi)基本一致。第二是對(duì)布朗熱動(dòng)力 的修正，這是對(duì)粒子的化學(xué)勢(shì)的修正，情況和理想溶液或理想氣體，由于氣體分子的有界大小而引起的修正一樣，巴切勒證明此修正對(duì)單分散硬球模型起正的增加作用，要乘以（ 1＋ 8?）的因子，兩種作用一正一負(fù)相消后，由于正作用稍大，所以總的還是正的作用，即應(yīng)乘以（ 1＋ ?）因子 ,這結(jié)論已為后來(lái)的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。巴切勒證明粒子間相互作用主要是流體動(dòng)力的相互作用，對(duì)這種梯度擴(kuò)散的作用有兩方面，第一，和前面講的沉降中流體動(dòng)力相互作用一樣，是由四周介質(zhì)的反向補(bǔ)償流造成，起阻滯作用。當(dāng)懸浮體為非均勻分布時(shí) 就存在這種擴(kuò)散。 溫景嵩：創(chuàng)新話舊第 5 章 原 125146 頁(yè) 8 另一個(gè)由巴切勒在 1976 年做出的對(duì)愛(ài)因斯坦 1905 年孤粒子布朗擴(kuò)散理論的修正，是對(duì)單個(gè)粒子絕對(duì)布朗擴(kuò)散的修正。最早認(rèn)識(shí)到雙球間流體動(dòng)力相互作用會(huì)對(duì)雙球間相對(duì)布朗擴(kuò)散有這種嚴(yán)重影響的也是前蘇聯(lián)學(xué)者，即我們?cè)诘谌?中講到的 DLVO 理論中的第一位德加金，他在富克斯發(fā)表他的名著后的第二年，即 1956 年 就提出這種在近場(chǎng)，黏性流體膜阻力會(huì)使縱向布朗擴(kuò)散衰減到 0，只有當(dāng)距離加大到無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，這種阻力才會(huì)消失，恢復(fù)到兩個(gè)孤粒子布朗擴(kuò)散系數(shù)之和的狀態(tài)。 G 和 H 就分別增大到自己的極限值1。當(dāng)然這個(gè)趨于 0 的現(xiàn)象僅僅指縱向布朗擴(kuò)散系數(shù) G,而非橫向 H，在橫向由于雙球會(huì)有轉(zhuǎn)動(dòng)存在， H 不會(huì)趨于0，只會(huì)趨于一個(gè)非 0 的小量。計(jì)算表明雙球間流體動(dòng)力相互作用對(duì)雙球相對(duì)布朗擴(kuò)散系數(shù)的重要影響，這是兩個(gè)隨雙球間距離增加而增加的單調(diào)上升函數(shù)， 在近場(chǎng)，由于低雷諾數(shù)粘性流的嚴(yán)重阻尼作用，它們不但不會(huì)如富克斯所斷言的那樣，相互抵消，反而會(huì)使縱向布朗擴(kuò)散系數(shù) G，隨雙球間縫隙縮小到 0 而衰減到 0。一是縱向相對(duì)布朗擴(kuò)散系數(shù) G，二是橫向相對(duì)布朗擴(kuò)散系數(shù) H。同時(shí)還要把斯托克斯的孤粒子的遷移率改換成杰弗瑞和 大西善元的雙球流體動(dòng)力相互作用下的雙球遷移率張量。這時(shí)，只要把一個(gè)粒子的分布函數(shù) P(x)，改換成兩個(gè)粒子的聯(lián)合概率分布 P(x1,x2)就行了。由此同樣可以得到愛(ài)因斯坦孤粒子之布朗擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算公式，它同樣是和表征布朗粒子能量大小的 kT 成正比，與遷移率成正比 ，比例系數(shù)為 1。與所有其他相互作用勢(shì)一樣，對(duì)化學(xué)勢(shì)取負(fù)梯度就構(gòu) 成對(duì)布朗粒子的作用力，很明顯當(dāng)粒子分布函數(shù) P(x)為均勻分布，化學(xué)勢(shì)的梯度為 0，就不存在布朗熱動(dòng)力。正是在以上的分析基礎(chǔ)上，才可從愛(ài)因斯坦理論中導(dǎo)出一個(gè)重要的新概念 ── 布朗熱動(dòng)力。以恢復(fù)粒子分布的均勻平衡 狀態(tài)。問(wèn)題在于愛(ài)因斯坦的布朗運(yùn)動(dòng)理論是關(guān)于布朗擴(kuò)散的理論，這種擴(kuò)散過(guò)程只有當(dāng)懸浮體系是非均勻分布時(shí)，才會(huì)發(fā)生。富克斯在他的書中爭(zhēng)辯說(shuō)，因?yàn)榱Ｗ拥牟祭蔬\(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)的，所以粒子間的流體動(dòng)力相互作用統(tǒng)計(jì) 平均的效應(yīng)彼此相互抵消，所以仍然可以把這個(gè)多粒子的氣溶膠體系視為一個(gè)彼此獨(dú)立無(wú)關(guān)的個(gè)別的孤粒子運(yùn)動(dòng)，從而可以把愛(ài)因斯坦孤粒子理論不做任何修正地引入到氣溶膠科學(xué)中來(lái)。愛(ài)因斯坦 1905 年的布朗擴(kuò)散系數(shù)的理論是孤粒子理論，富克斯在他的書中正確地指出了這一點(diǎn)。這一節(jié)我們還將介紹他的另一重要貢獻(xiàn)。巴切勒也是一位是理論物理學(xué)家，更確切地說(shuō)他是理論流體力學(xué)家，他的貢獻(xiàn)在于把懸浮體力學(xué)研究從斯托克斯 愛(ài)因斯坦 富克斯的孤粒子階段，發(fā)展到現(xiàn)代的多粒子相互作用下的階段。想到他這本 書所搜集到的相關(guān)知識(shí)范圍之廣，我不得不贊嘆，富克斯還有著非凡的獻(xiàn)身科學(xué)精神，非凡的毅力和非凡的記憶力。那年我有幸參加了這次盛會(huì)，并且獲知另一個(gè)驚人的消息。 1990 年國(guó)際氣溶膠聯(lián)合會(huì)在日本京都舉行的 國(guó)際第三屆氣溶膠學(xué)術(shù)會(huì)議上宣布，為紀(jì)念這位偉大的俄羅斯科學(xué)家對(duì)氣溶膠科學(xué)與技術(shù)的貢獻(xiàn)，特設(shè)立“富克斯獎(jiǎng)金”，相當(dāng)于氣溶膠領(lǐng)域中的諾貝爾獎(jiǎng)金，每四年頒發(fā)一次，以推動(dòng)氣溶膠科學(xué)的進(jìn)一步迅猛發(fā)展。在此基礎(chǔ)上， 1986 年國(guó)際氣溶膠聯(lián)合會(huì)終于成立。 在富克斯的《氣溶膠力學(xué)》一書出版后，特別是 1964 年它的英文版出來(lái)后，其影響迅速在全世界相關(guān)領(lǐng)域中傳播開(kāi)來(lái)，富克斯的書具有無(wú)比強(qiáng)大的生命力，隨著時(shí)間的進(jìn)展，其影響越來(lái)越大，越來(lái)越廣。我們僅從以上不完全的介紹中就可以認(rèn)識(shí)到富克斯貢獻(xiàn)之巨大。氣溶膠力學(xué)的相似理論，氣溶膠的取樣理論，狹縫儀器，在形狀簡(jiǎn)單的物體上的粒子的慣性沉淀。前者又吸收進(jìn)低雷諾數(shù)和高雷諾數(shù)的非均勻直線運(yùn)動(dòng)，在周期性外力作用下的運(yùn)動(dòng)，在聲波作用下的振動(dòng)，壓強(qiáng)粒子對(duì)聲波的散射和吸收，粒子間流體動(dòng)力相互作用，粒子的靜電彌散。此外，放進(jìn)氣溶膠粒子等速直線運(yùn)動(dòng)這一章里的還有 高努森（ Knudsen）數(shù)下粒子半徑小于空氣分子自由路徑時(shí)所受到的空氣阻力，中雷諾數(shù)與高雷諾數(shù)時(shí)介質(zhì)對(duì)粒子的阻力，無(wú)界空間中粒子云的沉降，有界空間中多粒子體的沉降，垂直與水平電場(chǎng)中氣溶膠粒子的運(yùn)動(dòng)，氣溶膠粒子的輻射力，熱泳光泳和擴(kuò)散泳。對(duì)于這一點(diǎn)，我們將在下半節(jié)詳細(xì)加以說(shuō)明，他這一觀點(diǎn)為什么是錯(cuò)的。雖然他不是理論科學(xué)家，他沒(méi)有在理論上創(chuàng)新來(lái)發(fā)展斯托克斯理論，但他的貢獻(xiàn)仍然巨大，他的貢獻(xiàn)在于把斯托克斯理論和氣溶膠力學(xué)實(shí)際正確地結(jié)合起來(lái)，在這方面做了相當(dāng)細(xì)致相當(dāng)全面相當(dāng)徹底的研究，因而能夠把氣溶膠粒子的等速直線運(yùn)動(dòng)一類的研究放在了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)上。富克斯正確估計(jì)到這種情況，并引用了當(dāng)時(shí)的修正研究成果，對(duì)此，后來(lái)在 1973 年豪金（ Hocking）有更細(xì)致的研究，并給出了更精確的修正。但在氣溶膠中則否。 （ 5） 當(dāng)粒子不是剛性球而是液滴時(shí)，它對(duì)阻力的影響有以下兩個(gè)方面： (a) 當(dāng)液滴比較大時(shí)，它會(huì)變形，富克斯在書中有專門一節(jié)討論此效應(yīng)； (b) 液滴內(nèi)部可以出現(xiàn)內(nèi)環(huán)流，這會(huì)降低介質(zhì)阻力，富克斯也引用了這方面的研究。富克斯根據(jù)當(dāng)時(shí)所知道的 1910 年奧森修正，和 1929 年戈?duì)柕滤固梗?Goldstein）的修正指出，當(dāng)雷諾數(shù)等于 時(shí)，使用斯托克斯 阻力公式所帶來(lái)的誤差為 %。對(duì)此本書曾在第四章最后的第 節(jié)“任重而道遠(yuǎn)”中有所說(shuō)明。實(shí)際上如本書第四章中所述，直到 1972 年巴切勒單分散沉降理論，和 1982年巴切勒和我多分散沉降理論的出現(xiàn)，這一問(wèn)題才取得進(jìn)展。對(duì)此，富克斯說(shuō)他將在該書中后面沉降兩節(jié)中專門討溫景嵩：創(chuàng)新話舊第 5 章 原 125146 頁(yè) 5 論這一問(wèn)題。富克斯在這里引用了這些研究的成果。 （ 2） 富克斯指出，粒子四周介質(zhì)沿任何方向都無(wú)窮延伸的狀況，在氣溶膠現(xiàn)實(shí)中，從未被觀測(cè)到。 （ 1） 眾所周知，僅當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度可以和力學(xué)脈沖傳播速度相比時(shí)，也就是說(shuō)當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度可以和聲速相比時(shí)，介質(zhì)才顯示出其壓縮性。 緊接著富克斯就依次分析了這 6 個(gè)條件在氣溶膠世界中是否滿足，以及應(yīng)如何保證其實(shí)現(xiàn)，或者應(yīng)做何種修正。這就正確地把有 關(guān)的基礎(chǔ)理論成果，引入到氣溶膠科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)之中，從而把氣溶膠領(lǐng)域中的一切實(shí)踐活動(dòng)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上。然后，他把重點(diǎn)放在導(dǎo)出這些公式時(shí)所要滿足的條件，以及這些條件和氣溶膠現(xiàn)實(shí)世界的比較。在氣溶膠粒子的布朗運(yùn)動(dòng)中，他首先講的是，正是愛(ài)因斯坦 1905 年布朗擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)典理論。它所組織進(jìn)來(lái)的研究范圍十分廣泛，大到大氣氣溶膠的輸送，傳播與沉淀，小到氣溶膠在人體呼吸系統(tǒng)中的沉淀過(guò)程，以及更小的氣溶膠在織物和纖維過(guò)濾器縫隙中 的沉淀過(guò)程。可見(jiàn)富克斯知識(shí)的廣泛程度。 富克斯不是一個(gè)理論科學(xué)家，他也做過(guò)一些理論工作，但貢獻(xiàn)并不突出。至此，它開(kāi)始在世界上產(chǎn)生了更為廣泛深遠(yuǎn)的影響。我國(guó)已故著名氣象學(xué)家顧震潮首先注意到它的重要性，在中國(guó)科學(xué)院大氣物理所，中央氣象局，北京大學(xué)地球科學(xué)系，以及南京大學(xué)氣象系中組織了一個(gè)翻譯組， 1960 年把它翻譯成中文由科學(xué)出版社出版。并在這門新學(xué)科體系中第一次把分散在各個(gè)不同科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的零散研究資料，有機(jī)地組織 起來(lái)，成為一個(gè)新的學(xué)科體系。能夠把主要是在 20 世紀(jì)上半葉，分散在不同的科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)氣溶膠進(jìn)行的各種特殊的比較窄的研究，用“氣溶膠力學(xué)”這一新的學(xué)科概念統(tǒng)一起來(lái)，使“氣溶膠力學(xué)”從世界上眾多學(xué)科之林中脫穎而出，成為一門自有其獨(dú)立的科學(xué)體系，獨(dú)立的科學(xué)內(nèi)容的新學(xué)科分支的人是，前蘇聯(lián)科學(xué)院卡爾坡夫（ Karpov）物理化學(xué)研究所的著名科學(xué)家富克斯。因此要加強(qiáng) 對(duì)這種特殊的含碳?xì)馊苣z演化規(guī)律的研究。已經(jīng)證明這種粒子有明顯的增溫效應(yīng)，是大氣中僅次于溫室氣體二氧化碳的增溫成分。除去空氣中之灰塵或要提取氣溶膠中有用物質(zhì)的氣溶膠離心機(jī)或旋風(fēng)器，織物過(guò)濾器或纖維過(guò)濾器中的氣溶膠。前曾講過(guò)，整個(gè)大氣就是一個(gè)巨大的氣溶膠系統(tǒng)，與其說(shuō)我們生活在大氣的環(huán)境之中，還不如說(shuō)我們生活在氣溶膠的環(huán)