比翱声学丨惊世之才，工程先驱，开创Biot新世界。

如果把它形容为一个老人，它已是杖朝之年了。其实，他就是一个老人，江湖上一直盛传着他的名字。BIOT不是比翼鸟，不是北极熊，也不是你手中的beer，它是一套经典理论，他是一个有着传奇人生的惊世之才。他不仅是多孔介质理论（BIOT理论）的科学创始人，他的开拓性贡献包罗万象，包括地震工程学、波传播、空气动力学和航空流体力学、非线性弹性、折叠理论和热力学等。他的作品结合了简单性和广度，达到了19世纪最早期以及世纪之交的麦克斯韦，瑞利和阿诺德·索末菲等“开山鼻祖”级数学和物理学家所展示的美学品质。

又是一壶老酒，醉心间，本期且随无忌君走进BIOT世界。幡幡瓠叶，采之亨之，君子有酒，酌言尝之。

BIOT固结理论是比翱教授（Maurice Anthony Biot）于1941年初次基于严格固结机理推导的能精确反映孔隙压力磨灭和土骨架变形之间耦合感化的真三维固结理论。是不是一眼看去，不明觉厉。对不住，有点刺挠神经了。直到今天，这套理论还是一小撮博士高材们的研究课题和方向，消尖脑瓜子的那种。Noureddine Atalla教授送的这本签名孤本，无忌君一直放在床头，专治失眠。（Mark一下，这本书不久的将来普信团队会出版中文编译版，为疫情中徘徊的亲们送点温暖）。

我们的重点是讲比翱的多孔弹性理论。

1956年，比翱撰写了两篇文章：Theory of propagation of elastic waves in a fluid saturated poroussolid-弹性波在流体饱和多孔固体中的传播理论低频和高频范围各一篇，他提出了一种理论公式来描述弹性波在充满流体的各向同性多孔介质内部的传播。

目前，全球范围内已经有许多介绍Biot材料声学理论的书籍、论文或文章。大家也都知道无忌君的性格，好东西就是要给好朋友们分飨，全球这个领域最专业、最前沿、最实用的山珍海味都在无忌君的“如意乾坤袋”里呢。大家可以到普信全球合作方法国Matelys实验室的网站知识库里了解更多的关于Biot理论和材料声学研究领域的相关信息：http://apmr.matelys.com，或到密西西比大学PoroNet多孔弹性力学网站去获悉更多资讯：https://olemiss.edu/sciencenet/poronet/index.html

BIOT理论及催生发展起来的适用技术与商业化产品，近些年来正在加速工程应用，特别是在大交通运载工具研制、人居工程、建筑声学、能源工程、高科技电子和国防工业等领域，赋能满满。它不是一个新的理论或方法，而是智能制造和正向精益研发的“篝火”重新点燃了它的“内核”，焕发了全新的在材料声学研制领域的科技生命力和产能动力。普信科技一直走在这个领域的工程前沿，推动从材料声学研究到声振工程设计与验证的正向研制流程与体系的快速构建。无忌君有幸认识了从事Biot研究的全球各个流派的很多的老法师、青年科学家和工程师，广交江湖好友，勤习天下武艺，也激励起无忌君在国内一身豪气的做些与此相关的小小营生。无忌君铺子虽小，但也是想做成“百年老店”的。构建中国的Biot工程生态，打造Biot工程创新联盟，培养这个领域下一代的工程师，做着一个小人物的“伟大”梦想，希望有一天能成为中国工程界的“Biot爸比”。

这一期，无忌君不多讲BIOT理论和发展历史，想先来讲讲“比翱”其人其事。降龙十八，最后三掌，且听无忌君道来... ...

1905年5月25日，莫里斯·安东尼·比翱(Maurice Anthony Biot)出生在“世界钻石之都”比利时安特卫普。比利时裔美籍力学家、航空工程师。1927年，在鲁汶天主教大学获得哲学学士学位；1929年获采矿工程学士学位；1930年获得电气工程学士学位。所谓技多不压身，学位多定是能人！

1932年在加州理工学院获得航空学博士学位，导师是冯·卡门教授（西奥·冯·卡门，美籍匈牙利犹太人，是20世纪最伟大的航天工程学家，开创了数学和基础科学在航空航天和其他技术领域的应用，被誉为航空航天时代的科学奇才。他所在的加利福尼亚理工学院实验室后来成为美国国家航空和航天喷气实验室，我国著名科学家钱伟长、钱学森、郭永怀都是他的亲传弟子）。比奥先后在哈佛大学、鲁汶天主教大学、哥伦比亚大学和布朗大学工作，后有任职一些公司和政府机构。

1932-1942年，比翱构思并发展了地震工程响应谱法（RSM）。

在1935年至1962年期间，比翱发表了许多科学论文，这些论文为多孔弹性理论（现在称为Biot理论）奠定了基础，该理论描述了流体饱和多孔介质的力学行为。他还在空气动力学、不可逆热力学和传热、粘弹性和热弹性等领域做出了许多重要贡献。

1962年比翱获得Timoshenko奖章（全球应用力学界最高奖项。该奖章是为了纪念著名的美籍俄罗斯力学家Stephen P.Timoshenko，以及他作为作家和教师所做出的贡献。该奖项一年评选一次，由美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers，ASME）应用力学部颁发授予，旨在表彰在应用力学领域做出杰出贡献的科学家）。

1962年比翱同时当选为美国艺术与科学院院士。

比翱于1983年被美国声学学会（Acoustical Society of America）授予荣誉奖学金，使人们更加关注声学。

在ASA颁奖会上提到： 在长达55年的广泛而深入的研究中，比翱的研究主题和领域非常广泛。按字母顺序列出，包括声学、空气动力学和航空航天、应用数学、化学、电磁学、工程学、地球物理学、非线性系统、物理学、热力学（包括不可逆方面）、振动和粘弹性等。 比翱有三本重要著作，Mathematical Methods in Engineering 《工程学中的数学方法》，Mechanics of Incremental Deformations 《增量变形力学》和Variational Principles in Heat Transfer 《热传递的变分原理》。在过去的35年中，比翱在《美国声学学会杂志》上发表了九篇研究文章，都是很扎实的研究工作；大概其中有四个对他人的声学工作产生了特别大的影响。他还有另外十篇或更多文章对解决声学问题非常有用。因此，他在声学领域做出了巨大贡献。但是，比翱很久以来从未将自己局限于任何的某一个领域。例如，在1930年代，他研究了预应力固体中的波传播，为它们制定了一套优雅的线性场方程组，并将其应用于地球物理学、地震学和工程学，并最终找到了一种处理早期地质构造折叠的方法。

1985年9月12日，比翱在纽约逝世，享年80岁。而这一年开始，一大批未来会闪耀材料声学学术和工程界的新星出生，接力传奇，将打开了一个全新的Biot世界。

2003年，美国土木工程师协会设立了比翱奖章。

该奖章是由ASCE工程力学研究所建立的，以表彰Maurice A. Biot博士毕生的成就。该奖项由比翱夫人的慷慨捐赠提供，以纪念和表彰她已故的丈夫。它是由指导委员会于2002年设立的。

另一面刻有以下内容：

“获得/ ____________ /的奖项/由/力学/多孔材料/年份/美国土木工程师学会/出色的成就/工程机械/部门/

2004年，哥伦比亚大学设立Maurice A. Biot论坛（讲座），以纪念已故的Maurice Anthony Biot教授及其作为工程师、物理学家和应用数学家的杰出成就。

莫里斯·比翱（Maurice A. Biot）于1937-1945年间是哥伦比亚大学的力学教授，期间发表了大量科学论文，这些论文奠定了多孔弹性理论（现在称为Biot理论）的基础，该理论描述了流体饱和多孔介质的力学行为。

Biot讲座每年秋天在哥伦比亚大学举行，由哥伦比亚大学土木工程与工程力学系、ASCE会议部的工程力学委员会和ASCE（EMI）的工程力学研究所共同举办。

我们一起来回味一下1962年Maurice A. Biot获得Timoshenko奖章时，在『Lecture: 科学与工程师』上的获奖感言。

众所周知，奖牌有两个面。光明的一面显然是对获奖者的鼓励。另一面的阴暗面是您必须忍受的事情，我当然是指晚餐后的演讲。

首先，与Timoshenko，老师，学者，伟大的工程师和科学家的名字相关联是一种莫大的荣幸。人们普遍认为，在该国高水平的固体力学教学和应用是由于他的影响和他的教学。

但是，对我来说，这个名字所象征的不仅仅是奖赏和荣誉。它唤起了正在消迷的科学和工程实践的辉煌历程和传统。这是清晰、简单、直觉的理解，朴实的深度以及对无关紧要的回避的传统。

当然，就其自身而言，复杂性没有任何优点。在了解物理世界，尤其是在技术应用领域时，重要的是要认识到无关紧要的内容。无关紧要的程度涉及到价值判断，这通常需要与天赋和先前经验有关的相当微妙的思维习惯。

我们不应忽视简单性与深刻理解相结合的重要性，这不仅是因为其文化价值，而且是作为一种技术工具。它可以进行定量预测，而无需进行繁琐且昂贵的计算；它提出了新发明和工程问题的简单解决方案。除了明显的经济优势外，它还在工程设计中提供了重要的品质，即可靠性。在这方面，我们不禁要反思我们惨淡的成本记录和在火箭领域屡屡失败的记录。

深入的物理洞察力与理论上的简单性相结合，提供了捷径，可直接通往极其复杂的问题的核心和简单明了的解决方案。即使在简单的情况下，也无法通过复杂而繁琐的方法来实现这一点。这里涉及的思维过程可以描述为“切断科学繁文缛节”，绕过了缓慢的磨坊形式的科学知识。当然，形式知识是必不可少的，但对于生活中的所有事物，真理涉及平衡问题。这个事实的本能体现是在政治家而不是科学家中更常见的。但是，这对于合格的工程师组成至关重要。

直截了当的问题“工程师已经过时了吗？他应该被科学家取代吗？”这个直率的问题表达了对工程师在我们日益复杂的技术文化中的作用的怀疑。尽管这样的问题是无知的产物，至少在这个国家，它找到了可敬的回声。

那物理学家呢？总体而言，我对物理学家具有杰出的自然才能的杰出人物给予了应有的尊重，我认为物理学家已经放弃了自己的传统，并倾向于成为狭义专业的受害者。核和粒子物理学、固态、光谱学、等离子物理学都声称自己是受害者。许多人几乎完全不了解经典力学，甚至无法理解简单问题的表述，除非可以将其简化为Schroedinger方程的解。

至于数学家，情况发生了变化，与过去的情况完全相反。19世纪数学史上的许多名人都是杰出的工程师。Cauchy就是一个杰出的例子，他毕业于土木工程专业，并从事工程实践多年。这些人是不同的类型，他们对科学知识有更深入的了解，比当今的专业数学家拥有更广阔的视野。

无论造成这种逆转的原因是什么，我们都必须面对这样一个事实，即数学科学已被抽象形式主义所主导。它越来越不具有人性化，并从它的根源开始，脱离了物理和工程学以及其他自然科学的丰富营养的土壤。所谓的应用数学并不是一个人单独存在，而是本质上描述了一种功能和一种手法，数学科学借此来找到其营养。

今天实践的许多所谓的应用数学与该函数几乎完全相反。它渗透着法治的头发，用自命不凡的语言笼罩着，好像目的是掩盖和包围神秘和深刻的气氛，这通常是一个简单甚至琐碎的主题。

这种缺乏人文主义内容的形式主义趋势，对形式的强调以物质为代价，不仅在科学中发现。它在我们的当代艺术和文学中也很盛行，显然是由于我们文化中更深层次的，甚至是自我毁灭性的暗流造成的。

它构成了对中世纪学者的滥用的一种退步，并且远离了文艺复兴时期的特征，即手工艺和科学的紧密结合。在这方面，我想起奥特加·伊·加塞特的一句话。“生活不是为了智力、科学、文化而生活，而是相反；智力、科学、文化除了作为生命工具所积累的现实之外没有其他现实。相信前者将陷入知识主义的愚蠢之中，而这种愚蠢的历史已导致历史上几次智力下降。”

一般来说，当今的专业数学家是逻辑系统和严格性方面的专家。由于缺乏灵活性，他无法行使自然科学和工程学中非常重要的数学功能之一，即将相关事物与无关事物分离开来，从而简化数学公式的表述。复杂现象，以合成和统一物质而不是形式。这里没有时间详细讨论细节。相比之下，让我仅列举普兰特在著名的边界层理论中对Navier-Stokes方程的出色处理。

但是，这种情况还有一个不好的方面，这带来了科学家和工程师的教育问题。我们应该记住，直觉能力非常类似于艺术才能。根据环境和培训的不同，它可能会被开发或窒息。严格和抽象形式主义是数学的技术方面，实际上可能会阻碍发明。他们是给专家的。工程专业的学生应仅作为经验与他们接触。他们不应充斥他的思想，也不应超出直觉能力受到抑制的程度。

在许多学校中，数学和物理知识的硬核被淹没在大量以抽象形式主义色彩为特征的特殊课程中。强调形式知识而不是理解，而且氛围不利于创新型人才。应该记住的是，学校的重要功能之一是发现、鼓励和发展人才，而不仅仅是传播知识。为了使情况变得更糟，我们现在目睹了高中数学中抽象公理方法的引入。这样的发展给我们未来的科学技术地位带来极大的危险。有人说“学习是区分好学的一种无知。”我不想降低好学的态度，但我不认为知识应该成为理解的障碍。

尽管我一直在讨论这种情况的阴暗面，但我想以更为乐观的态度来结束我的发言。

让我们希望复兴人本主义和科学综合精神。让我们也将新的重点放在作为一种专业技术的工程上，它要求高技能、天赋、值得社会认可，并且与科学界截然不同。在这个方向上出现了新的动向。我倾向于相信工程师学校和工科学校将在恢复自然科学的统一性和中心性观点方面发挥重要作用。这是因为现代工程本质上必须是合成的。极端化的专业化是死亡和衰落的一种形式。

一个人可以制定一个完全等同于热力学第二原理的知识退化原理。它代表着强大的力量，只有通过艰苦的斗争才能战胜。它的负担必须不是由团队和组织承担，而是由几个人承担。在这方面，规模较小的学校有很多话要说。它们应为少数几个合格的人提供轻松的思想成熟和成核过程的更好环境。

获奖者习惯于利用机会反思当前的专业兴趣问题。虽然我没有假装揭露任何真正新的想法，但在我看来，这个场合最适合在Timoshenko传统的框架内再次强调它们。

在这种未来的综合和技术精湛复兴中，我认为我们都同意，在实践和教学中，要求工程师发挥非常卓有成效和必不可少的作用。

莫里斯·安东尼·比翱（Maurice Anthony Biot）不仅是多孔介质理论（BIOT理论）的科学创始人。他的开拓性贡献远远超出了许多其他领域，包括地震工程学、波传播、空气动力学和航空流体力学、非线性弹性、折叠理论和热力学等。他的科学成果结合了简单性和广度，达到了19世纪最早期以及世纪之交的麦克斯韦（英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一），瑞利（英国物理学家，19世纪末年达到经典物理学颠峰的少数学者之一，在众多学科中都有成果，其中尤以光学中的瑞利散射和瑞利判据、物性学中的气体密度测量几方面影响最为深远）和阿诺德·索末菲（德国物理学家，量子力学与原子物理学的开山鼻祖人物）等数学和物理学家所展示的美学品质。

无与伦比，百年翱翥。2020年我们迎来了Maurice Anthony Biot教授诞辰115周年，谨以此文，致敬大师。