■胡绍鸣

冯·诺依曼是一位数学家，原籍匈牙利，先后执教于柏林大学和汉堡大学，1930年前往美国，后入美国籍。他在计算机、博弈论等领域成就斐然而被称为科学全才。但很少有人知道他对炸药爆轰物理作出的贡献，而该贡献与化学化工有关。

炸药引爆后，冲击波阵面激发化学反应放出能量，维持冲击波沿着炸药柱稳定传播，这个过程称为“爆轰”。爆轰物理是军工、民用爆破、核武器设计的基础。

1899年，人们把爆轰波处理成化学反应驱动的冲击波，提出第一个爆轰模型来计算炮弹炸弹土方爆破等工程问题。和同时代的麦克斯韦方程、洛伦兹变换公式等相比，这个模型在科学殿堂里是不起眼的“灰姑娘”，吸引不了“王子”的目光。局限于当时的化学发展水平，模型假设化学反应速度无限大，并忽略输运效应即忽略分子运动。这两个化学缺陷成了“灰姑娘”的一双赤脚。

二战中设计原子弹要计算炸药爆轰驱动铀块，爆轰物理顿时身价百倍，成了美国“曼哈顿计划”的重头戏，吸引来包括诺依曼在内的大批顶级学者。“灰姑娘”带着两个化学缺陷赤脚走进了王宫，迎接她的是最苛刻的目光，以及顶层的学术帮助。“灰姑娘”天生丽质，数学、物理、力学各方面无可挑剔。而当一双赤脚暴露在公众目光中时，化学高人出手了。

20世纪40年代，化学反应动力学已经成熟，人们认识到化学反应速度不可能无限大，改进爆轰模型的客观条件已经具备。爆轰物理是复杂的力学过程，除化学知识外，还要求很高的数学水平，于是上帝说“让诺依曼降生吧”。

他先去苏黎世联邦工业大学主攻化学，又到布达佩斯大学拿数学博士，之后希特勒发动二战促使美国制造原子弹，给诺依曼创造机会去洛斯阿拉莫斯实验室研究炸药爆轰。

上天如此安排，诺依曼岂有不成功之理。他将有限化学反应速度的概念植入原有的力学体系，克服了反应速度无限大的化学缺陷。“灰姑娘”穿上了水晶鞋，原子弹试验成功的闪光是为她绽放的婚礼焰火。

新爆轰模型称为ZND模型。Z是苏联人，N是美国人诺依曼，D是德国人。相同的时间相同的科研思路，说明ZND模型是科学发展的必然产物，是化学反应动力学成熟的结果；而让三位学者分处于战时敌对的三个国家，让中情局、克格勃和盖世太保为他们技术保密，免得日后大师们争夺成果伤了和气。

ZND模型是爆轰科学发展的里程碑，写入了爆轰教科书，成为现代爆轰科学的理论基础。

然而，在介绍诺依曼学术成就的材料中，很难找到有关爆轰物理的文字。大概是因为洛斯阿拉莫斯实验室年终考核表格已经被“诺依曼计算机结构体系”“诺依曼稳定性理论”等成果占满了，“爆轰模型”没地方填。

更有趣的是，诺依曼在爆轰界也“知名度不高”：人人皆知N提出了ZND模型，但不是每个人都知道N就是那个大名鼎鼎的诺依曼，当然更不了解他还有什么“其他成果”。这也难怪，诺依曼在爆轰界从业时间太短，从天而降留下ZND模型便飘然而去，圈子里面脸还没混熟。

诺依曼引入爆轰模型的化学反应速率项为dλ/dt，表明转化率λ是时间t 的函数。19世纪末的爆轰人还不理解这个微分式的化学意义，而对20世纪的化学化工系学生来说已经是基本常识。给爆轰模型送上这样一只水晶鞋，让爆轰科学永远记住了诺依曼的名字。

限于当时化学化工科学发展水平，ZND模型继续忽略输运效应。诺依曼没能克服爆轰模型的第二个化学缺陷，“灰姑娘”还赤着一只脚。

21世纪的今天，化学化工系学生都能处理输运效应，这已经是本科基础课《传递现象》讲授的内容。爆轰物理又该前进了。

输运效应指粘度、扩散和热传导。流体力学模型考虑输运效应难度很大，只考虑粘度的奈维—斯托克斯方程二百年没得到解析解，同时考虑粘度、扩散和热传导的方程更难处理，若考虑湍流则还要复杂。而爆轰现象这“五毒俱全”外，还要再加上化学反应。19世纪末的爆轰界毫无办法，只能视而不见一概忽略。

由于输运效应在化学工程中的特殊作用，20世纪后半叶成为化工界的研究重点。化工界将输运效应称作传递现象，即动量传递、质量传递和热量传递，简称三传。

化工界深刻掌握了三传的基本规律，作为标志的Bird的开山之作《传递现象》于1960年正式出版。化工界还深入研究了三传对化学反应的影响，形成一门全新的学科——化学反应工程，1957年正式定名。三传和化学反应工程一起统称三传一反，它的迅猛发展成了20世纪化学工程科学进步的标志。

然而，诺依曼已乘鹤西去。大师再有天赋，也免不了历史造成的局限。

一个世纪过去，今天化学化工界得心应手地运用“三传一反”，爆轰模型继续“忽略输运效应”。

江山代有才人出。在化学化工系学生中，愿再降生一个数学博士诺依曼，给爆轰模型送上第二只水晶鞋。

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