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Rheologist

死于制度之恶的人

在我国的发展进程中有好几个这样的标志性人物,例如:孙志刚之死,激起了收容制度的完善。魏则西之死,虽然社会舆论有一半的火力打在了百度,但在医疗纠纷的层面也显示我们缺少有效的第三方监管和仲裁机制(作为我对这篇文章的末尾观点的同意)。另外,似乎魏则西事件之后,没有人成为法庭上的被告(参照这篇文章)。

不管制度怎么进步(或不进步),我们永远处于不完美的制度中(完美不是人世间的属性)。 每人做好本职工作社会就会变好,前提是大家处于完美的制度中。 否则,每个人都严格做好本职工作,其实就是在延续甚至放大制度的不完美,会让社会变坏。要在不完美的制度下让社会变好,除了改进制度外,我们还能尝试的是“枪口抬高一厘米”的那些“失职”行为,尤其是要能够及时意识到这一时刻。也就是说,我们干一行就要预先清楚自己的岗位职责有哪些天然作恶的机会,并在那些时候,选择不作恶而失职。因此,孙志刚和魏则西之死,除了一个更好的制度能避免之外,也可以通过执行收容的人的枪口抬高一厘米,以及身负商务合作关系的医生选择向患者说真话而失去商机。

可惜人不是神,人的智识是有限的,谁知道这枪口抬高一厘米是做了善事还是放了一个魔鬼?如果是后者,只能求神宽恕了。

液体物理与高分子物理

其实50年代之后凝聚态物理还有一个重要进展是液体的统计力学理论的完善。液体物理本身起源在30年代,归功于从60年代的60年代Zwanzig、Mori、Rahman、Yip,80年代Alder and Alley、Gotze (MCT)、90年代Hess and Klein,Evans and Morris、2000之后Todd, Hansen and Daivis等人。关于液体物理的历史,可以看我之前这篇文章里面推荐的综述。

大概从80年代开始,就有将液体物理应用到高分子物理当中的工作。熔体方面,平衡态统计以PRISM理论为代表。以此为出发点的非平衡态统计,以Ken Schweizer为代表从80年代末开始做了大量工作。虽然具体建模过程还是需要很多近似假设,引入了很多主观性,但是液体物理的第一原理性保证提供的是一个能同时预测不同链架构体系(缠结/非弹结、支化、环状……)的动态结构因子、线性粘弹性、玻璃化转变、以及其他传输性质的统一理论。其中,简单液体中用于近似玻璃化转变的强关联的MCT,不仅被用于高分子玻璃化转变,还被用于缠结高分子。MCT跟管子理论一样,都是effective medium模型,思想都是把多体问题转化为单体在一个特殊的等效介质中的问题。所以,虽然Schweizer好像没有直接报道这种做法,但他的工作实际上把缠结线形高分子的松弛时间谱的玻璃区和橡胶区都用MCT处理了。

Rouse作为一个稀溶液模型,却反而能精确描述非缠结熔体的原因,是未证实的,猜测是可能说明后者的流体动力学作用可忽略,可视为单链一种“溶液”。因此虽然Rouse是一个统计力学模型,但不能当作非缠结熔体的第一原理性模型,它其实是熔体的一个等效介质(effective medium)模型。

溶液方面,突破Flory、Huggins、Krigbaum的半经验局限,从McMillan-Mayer的统计理论出发的工作,则比较为主流高分子物理界所了解了,因为Yamakawa写了个很好的monograph,Doi和Ewards的那本书里关于溶液的章节内容比Yamakawa更近代一些。

诚然,但凡涉及到浓稠体系或者强关联体系时,我们都无法第一原理性地去建模,总要求助于粗粒化、平均场、等效介质(effective medium)、重整化群……2000年代,Kawasaki、Das、Andreanov等人进行了MCT的统计场论推导工作。我觉得比较突出的认识是Andreanov在2009年展示了它的平均场属性(它其实是个Landau理论)。

MCT的理论意义,在Andreannov 2009的EPL和Berthier 2011的Rev Mod Phys中都讲得非常好。Andreannov还曾在他的另一个作中提示,统计场论方法有可能补全当下Gotze版本的MCT无法预测activated barrier hopping的重要缺陷。(Schweizer在这方面发表过几篇工作,但基本方法是自己为hopping设置了一个随机过程,是经验的。)

科学研究与神创论信仰:Henri Devaux

这两天在查阅关于蛋白质分子在液液界面吸附的历史文献。关于最早做这个实验的人,很多文献都指向了Henri Devaux,界面物理化学的先驱。

一、Devaux研究单分子膜

Devaux原本是植物学家,但是后来对当时主要由物理学家关心的表面科学产生了兴趣,并做了重要的工作。但他同时也是个虔诚的福音派基督徒。

我想查阅的是他在1903年发表的第一篇关于清蛋白界面吸附的工作,但是这个工作发表的地方现在网上已经找不到了,甚至找不到这个期刊的介绍。我能找到的只有他在1931年对自己在表面科学方面的研分工作的总结,发表在Journal de Physique et Le Radium上[1]。由于是法语文献,我只把大标题小标题、图题、摘要和结论等部分用谷歌翻译DeepL翻译粗略读了一下。我发现他在最后总结里阐述了自己的研究工作与荣誉主的关系。

在此我补充一些背景知识。Devaux在这篇1931年的论文里报道的是表面活性剂分子在液体表面成形成单分子膜的实验。他特别研究了这种单分子膜的力学响应,发同这类单分子膜也可以显示出液体或固体的特征。因此这也可以视为界面流变学的开山之作。这种表面化学实验可以在厨房做,例如其中一个在这篇论文里报道了的实验:你在水面上撒上一层胡椒粉,然后滴一滴风油精,你会看到原本分散在水表面的胡椒粉突然被这滴风油精推开,形成一个空白的圆形区域。

在总结完一切现象之后,Devaux在论文中感叹道:

原文:Qu’on les examine dans le monde inanimé ou dans les êtres vivants, ces lames nous montrent un ensemble merveilleux et insoupçonné encore il y a quelques années. La mise en surface se révèle comme une mise en action d’énergies qui arrangent partout les molécules et les forces moléculaires, avec une précision et une ampleur qui nous rempliraient d’étonnement si nous pouvions les distinguer. L’aspect d’un millimètre carré d’une lame monomoléculaire de cire, avec ses 1 000 milliards de molécules, mieux rangées que la plus splendide mosaïque, ou celui d’un fragment de membrane nucléoplasmique dans une cellule végétale ou animale, avec son activité prodigieuse, nous saisirait d’admiration.

“Qui a créé ces choses et qui dispose en ordre leur armée ?….” pourrions-nous dire en paraphrasant un Prophète qui parlait des étoiles (Esaïe, 40, 26). Mais une telle question dépasse ce que peut dire la Science humaine [la science faite par les hommes]. Le moindre atome de matière, comme la moindre cellule vivante est et restera toujours un mystère ; nous devons nous prosterner devant la souveraine Puissance qui a créé les mondes, les molécules et les êtres vivants.

DeepL翻译(我作了修改):无论我们是在无机的世界中还是在有机体中研究它们,这些单分子层都向我们展示了一个奇妙的、却直到几年前才被发现的整体:液体的表面显示出一种能量,这种能量处处安排着分子和它们之间的作用力,其精确性和规模——如果我们进行分析——会使我们充满惊奇。一平方毫米的单分子蜡片,有一万亿个分子,却排列得比最华丽的马赛克、或者植物或动物细胞的一块核膜还要好,再加上其惊人的活性,都让我们赞叹不已。

“你们向上举目,看谁创造这万象,按数目领出,他一一称其名。……”我们可以套用一位谈到星星的先知的话来发问(《以赛亚书》,40:26)。但这个问题已经超出了人类科学[人造科学]的范围。最小的物质原子,就像最小的活细胞一样,现在和将来都是一个谜;我们必须在创造世界、分子和生命体的主宰力量面前跪下。

p. 268, H.E. Devaux. Les lames très minces et leurs propriétés physiques. J. Phys. Radium, 1931, 2 (8)

二、Le Roux研究Devaux

Devaux的思想确实引起了学者的注意。我找到一篇相关的论文专门探讨了Devaux在思想中是如何统一宗教与科学的[2],作者是Benjamin Le Roux,研究领域是20世纪的表面科学史。以下的内容主要参考了这篇以Devaux为研究对象的科学史论文。

Devaux留下了大量的书信和实验记录,在这些资料里Devaux更加自由地透露了他对科学与宗教的关系的认识。Devaux生在一个虔诚的新教家庭,并从小延续了相的宗教信仰。但是父亲的去世削弱了他的信仰。学习和从事生物学研究的他明白了所有的有机生物一旦死亡就会腐烂,他的父亲也不例外。但是在他参加了一个美国福音派基督徒会议之后,重新恢复了信仰。从他会后的感想中可以看到“您必须先相信才能理解”的认识。这使得他在生物学研究当中原本造成信仰削弱的一些困惑反而成了他更坚定信仰基础。这也同时使他更勤奋地进行研究工作。因为只要他坚定了信仰,那么他的科学研究最终将导致对信仰的更深刻理解。

Devaux在1903年发表的界面科学先驱工作,在他本人的理解完全是受主的启示和恩典,不是偶然发现。因此他才要发表,以便使更多的人看到主的全能。为什么他这么在乎这一研究呢?因为两亲分子在界面的自组织是导向理解生命现象的一扇门(哪怕从纯科学视角来看)。因为这种现象至少说明,无机世界并不总是自发导向混乱,有时竟也能自发导向有序。如此大量的分子,每一个都不例外地排成有序结构,这是很吸引人的。

Devaux这篇1931年的论文,恰好成了Le Roux的重点研究对象,花了专门的一节来讨论。像Devaux这样在自然科学论文里直接荣誉主,是很少见的,尤其是在J. de Phys.这个期刊里。在Devaux发表时候J. de Phys. Radium的编辑是朗之万(Paul Langevin)。他当时刚刚建立了Union Rationaliste(暂译为“理性主义者联盟”)。按照其法语的Wikipedia词条介绍,

原文:Elle lutte contre les différentes formes de dogmatisme ainsi que contre le recours au surnaturel, et promeut une éducation laïque et républicaine.

DeepL:它反对各种形式的教条主义以及对超自然现象的追捧,并提倡世俗和共和的教育。

Wikipedia

因此,这个组织的宗旨是与神创论相悖的,也相当程度上代表了朗之万本人的思想。Le Roux还检索了同一个期刊在1918到1939的所有论文中与宗教有关的词汇,发现只有Devaux的这篇使用。一个反对神创论的期刊编辑,竟然允许了包含宣扬神创论文字的论文得以不加修改地发表,也是一个值得注意的现象。

Le Roux从Devaux留下的资料分析说明,后者在“地球年龄”和“进化论”这两个主要议题上的取向。简单地说,Devaux通过当时最新的生物学考古和遗传学知识分析,认为圣经里关于神创造世界的七天,并非现在认为的一天24小时,而很可能所谓的一天实际上对应着上千年,也就是说它是一日千年论者(Day-Age creationist),不支持年轻地球论。但是同样的知识让他坚定认为物种的不变性,反对进化论。

更详细的可见Le Roux论文的结论(谷歌翻译):

Devaux所做的研究倾向于表明,在20世纪初,对上帝的信仰,即使表现出来,也不一定是科学事业的制度或概念障碍。因此,尽管公开宣讲了宗教话语,并且在福音派基督教徒联盟内部做出了积极承诺,但 Devaux 能够在其原始学科——生理学——以及其他领域(例如分子物理学)中作出贡献。然而,他作为科学家的方法以其力图与信仰和解的辩护为特征的。在他那里,信仰是一切的源泉,甚至似乎是日常科学研究工作的动力。无论是在发现还是在辩护的背景下,Devaux都为宗教事实留下了空间。

他是一日千年论的支持者,同时拒绝任何形式的进化。因此,他的神创论思想显然受到对圣经的坚定信仰的影响,但似乎也建立在遗传学,地质学和分子物理学的先进科学知识之上。尽管我们不应用当前科学认识水平去分析当年的科学研究者的思想——这无疑会使我们陷入对历史学家来说危险的回顾性幻想中——但是不可否认的是,Devaux的信仰形成了一个限制性的框架,他无法超越这个框架。

在法国,Devaux同时是表面物理化学和“正统福音派”的领导者。在不改变我们对科学与宗教之间的关系的观念的前提下,他的生活倾向于表明,谈论二十世纪时,当下经典的“对立”或“排斥”话语可能是过于简单的描述。在1930年,保罗·朗之万(Paul Langevin)作为一位最热衷于理性和世俗主义的捍卫者,在他编辑的科学杂志上容忍了一项宗教言论,留出了空间让著名科学家自由表达观点。这一事实在此提及并无任何规范性暗示。

在Devaux的实验室笔记本中,我们发现在他一生的思想当中宗教和科学之间经常对话。除了了解这种辩证关系在那个年代是否受欢迎之外,这种形式的存在以及它作为一种表达的方式也值得科学史学者关注。

Devaux的论文[1]中展示的一个小实验:小船尾部粘了一小块樟脑,推动小船在水面上游行。1890年,瑞利利用这一现象估算了分子直径[3]。瑞利在水上滴油,直至小船不再运动,并视此刻为油分子完整铺满水面。根据所滴加的油体积与水面面积,瑞利估计了分子的直径约为1.63 nm。这种实验方法在后来的20多年里没有大的改变,被包括Devaux在内的后续研究者重复。

References

  1. H. Devaux, "Les lames très minces et leurs propriétés physiques", Journal de Physique et le Radium, vol. 2, pp. 237-272, 1931. http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0193100208023700
  2. "IV. Measurements of the amount of oil necessary iu order to check the motions of camphor upon water", Proceedings of the Royal Society of London, vol. 47, pp. 364-367, 1890. http://dx.doi.org/10.1098/rspl.1889.0099