李宸走上讲台,目光平静地扫过座无虚席的教室,掠过前排那些熟悉或陌生的教授以及后方那些站着的学生身上。
他微微一笑,直接打开了麦克风:“同学们,晚上好。欢迎大家来到《拓扑流体力学导论》的第一堂课。”
在接下来的一个学期里,我将尝试和大家一起,推开一扇名为‘拓扑流体力学’的新世界的大门。”
“在开始之前,我想先问大家一个问题,”李宸没有立刻切入公式,而是如同聊天般提问,“当你们听到‘拓扑’这个词,第一反应是什么?或者,当你们想到‘流体’,脑海中浮现的又是什么景象?”
台下有些骚动,有学生小声回答“橡皮泥”、“莫比乌斯环”,也有说“水流”、“空气”。
李宸耐心地听了一会儿,点点头:“很好,拓扑研究的是物体在连续变形下保持不变的性质,比如一个咖啡杯和一个甜甜圈,在拓扑学家眼里是一样的,因为它们都有一个‘洞’。
而流体力学,研究的是液体和气体这些流动物质的运动规律,从江河湖海到大气环流,乃至我们血液的流动。”
他一边说,一边在艾米莉及时调出的电子白板上,画出了简单的示意图。
“那么,把这两个看似不相关的领域放在一起,拓扑流体力学研究的是什么?”李宸抛出了核心问题,停顿片刻后说道,“简单说,它关注的是流体运动中的拓扑结构——那些在流动中保持不变的、全局性的特征。比如一个漩涡,它中心的奇点和环绕的流线结构,就可能具有某种拓扑不变性。”
这番话通俗易懂,台下无论是数学物理基础扎实的,还是来自文史哲等其他专业的人都听得津津有味。
前排的教授们也不住点头,显然对这种深入浅出的讲述方式表示赞赏,这对于李宸这个新老师来说很难得,他们一开始还担心李宸讲的东西他们都会听不懂。
“为什么要关心这个?”李宸继续推进,“因为很多复杂的流体现象,比如湍流,其本质可能就隐藏在这些拓扑结构之中。理解并刻画这些拓扑特征,能为我们理解和预测复杂的流体运动,提供全新的、更本质的工具。这也是我当初研究NS方程时的一个重要出发点。”
他巧妙地将课程主题与他的研究成果联系起来,瞬间提升了课程的格局和吸引力。
接着,他开始引入一些最基本的数学语言,但依然保持着克制的节奏。