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流动的固体2021

2009年还是一名研究生的我在这里写过关于《流动的固体》这本书的读后感。这本书对我当时学习和后来研究流变学的影响很特殊。最近,我看到了更多相关的内容,写下本文算是对2009年的我的一个回应。

原来,《流动的固体》的作者——中川鹤太郎,是日本流变学的先驱者。他在著《流动的固体》之前,就写了可能是日本流变学的经典教材的《レオロジー》(岩波书店)。我找到了中川鹤太郎的一个学生——原田重治博士写的一篇书评兼回忆,并用机翻译成了中文。由于篇幅关系我就不把原文放到这里了,而是另外做成了一个页面

感想之一:关于流变学教材

今天,我不仅有机会亲自研究流变学,而且还有机会任流变学的课。我在思考如何组织流变学讲义时,深感我面临的化学背景的学生的数学和物理思想认识与流变学思想的层次相距太远。留意到我这里说的不是具体知识,而是思想。思想需要通过学习知识来形成,但这种学习不是蜻蜓点水地、囫囵吞枣式的学习,而是批判地、深入的学习。因此化学类专业的学生所上过的数学和物理课,虽然从罗列的内容来看并不欠缺太多,显得稍微补补就能过关,但思想上几乎是空白的,或说停留在高中。

因此,要么说“流变学不应向化学专业的学生开设”。这显然站不住脚,因为流变学是化工领域的人创建的,最关心流变学的人是化学和材料学家(关于这个观点的阐述我不在这里展开)。所以,只能想方设法让化学专业的学生学懂流变学。

因此,我这未完成的讲义,几乎用了一大半的篇幅,向学生重新讲述线性代数和多元函数微积分。跟很多连续介质力学的书仅仅罗列一些基本运算规则不同,我希望在这个部分就数学论数学地传达好数学图象,希望读者在读到或用到相应的数学操作时,不是“只懂推算”(甚至可以不懂推算),而是能直接在脑中重演出相应的几何事件,把代数式子反映为动力学电影。就算进入了力学的讲述,我也花了很大的时间讲解“经典时空”、“标架”的理论构建,希望学生对“力学”乃至“物理学”的基本认识提升到比较现代的水平。之后也是很仔细地把连续介质力学基础介绍清楚,真正属于“流变学”部分的粘弹性,反而没有很多时间去讲。我自己也陷入一种矛盾,如果非要让学生作好“完全理解流变学”所需的知识背景上的和思想上的一切准备后才去正式介绍流变学的话,那相当于告诉学生你们大一的数学和物理要重新按照所需的方式去学习,从而是对他们实际已有的学习经历的一种否定。学生也许不会接受这种否定,反而会选择否定这个专业学习流变学的必要性。

但是,也正是因为每本已有的流变学教材,都似乎无视了它的读者总是化学专业的从而在数学和物理上有天然欠缺这一点,因而实际学习流变学的广大化学学生从未觉得任何一本流变学教材是“读得懂”的。一个很典型的困扰就是,书中用到的数学,在书内找不到学习的地方,在书外则只知道要学习好几门数学课。另一个很典型的困扰就是,就算看懂了所有数学,也不明白“为什么要这样”,因为学生还是无法理解“选择用一套数学操作”背后意味着什么物理动机。因此,长年以来,在大量化学和材料类学生被要求学习流变学的同时,极少数确实熟练使用流变学或研究发展流变学的人才,仍然是物理系背景的。

但我从原田重治的回忆中了解到,中川鹤太郎的流变学教材,花了很大的篇幅去讲大家已经学过的力学基础(第一部分)。而且后面的内容都可能从前面的方程式推导出来,不需要参考其他书籍——这也正是我的讲义所希望做到的,所以才在讲义之内把其实其他地方也能学到的数学包括进来,使得这个以流变学为题的讲义显得“迟迟不讲流变学”。中川的这个教材也确实非常厚,全书一共分17章之多,因此学生们私下称这本书为“大鹤”。令我惊奇的是,就因为粘弹性跟电路中的一些现象很类似,该书用一整章去介绍相关的电路知识,仅为保证当书中讲到这种相似时,读者确实能完完全全的理解这种相似。中川和它的共作者在前言中说:

“在本书中,我一直希望能写出一本‘可用的’流变学。为了达到这个目上的,我们对力学进行了长时间的解释,并对振荡理论进行了涉猎,因为我们相信,除非对流变学有充分的了解,否则流变学是没有用的。”

感想之二:关于自己搭建仪器

我在2009年的那篇文章中曾表示对中川自述的搭建仪器的经历的敬佩(详见原文)。现在回过来看,我本人在科学研究上的成长也走向了一个实验测量者。在原田重治的回忆中也讲到,这确实是中川鹤太郎的典型研究风格,并提供了更多的,在中川的指导下攻读研究生期间的仪器搭建经历。日本在战后重建时期物资很紧缺,各方面都十分困难,很像我国在文革结束之后的情形。不管你要做什么研究,你都不得不熟知各类五金电路知识和实践技能。我在2009年的文章中强调了自己搭建仪器的重要性。事实上,今天的化学专业学生在这方面基本知识都是空白的。不知道为什么,社会生产的分工细化,不仅让专业分得更细,还让“公民常识”也发生了压缩。曾经是不分专业的常识或必备技能,也因分工细化而变成了“由专业人士包办”的事情。每个专业的人都因分工细化而变得更加“工具化”,同时也因常识欠缺而变得麻木,不同专业的人无法沟通。这是不是资本主义的阴谋呢?

“久山氏の方法”

我在2009年的那篇文章中曾引用,中川提到过一个叫“久山多美男”发表在“科学”杂志上的一个测量粘弹性的方法。这个《科学》杂志不是美国的那个,而是日本的一个期刊《Kagaku》。现在我可以告诉当年饶有兴趣的那个自己:中川在另一个论文里提到了这个“久山氏の方法”,以及其他的几种测量粘弹性的装置设计。其中久山的仪器示意图如下:

久山多美男的装置

实际上很接近今天的应力控制型流变仪。

同样地,2009年我引用的,中川在读研时,放弃研究“泡”的问题,选择研究“拉丝”的问题,最后有成果吗?今天我也可以告诉当年那个自己:他在BCSJ上发表了两篇系列论文:Spinnability of Liquid. A visco-elastic State. I & II。在《流动的固体》中显示的“测量拉丝性的装置”插图,就在这个论文I中的Fig. 3。而对久山多美男装置的借鉴,则可见于论文II中的Fig. 2。

鲁迅

中川在一篇文章中提到过鲁迅。

1960年代的日本是比较动荡的。中川在1967年3月号的《高分子》杂志中发表了一篇题为《应该怎么做(何をなすべきか)》的文章,抒发了对日本现状的不满。他就是在这篇论文中提到了鲁迅。而在1970年又在同一本杂志发表了跟政治相关的文章《新的非理性主义》,更加直接地批评了当时想要洗脱日本在二战中的罪行的思想。这种思想可能是1960年代对美国侵犯日本权益和尊严的抗议的过度反应。这篇论文最后一句很精彩:

意识形态的“锤子”可以自由挥舞意识形态,但不能自由挥舞现实。

我从中川这些零星的政治小文章,似乎看到了鲁迅笔下的对中国友好的那个藤野先生。

在禅寺的门前徘徊

最近我恰好也在整理粘弹性的研究历史。因此我发现中川对流变学历史的一些描述几乎可以认为他亲自作过科学史总结。特别是对开尔文对“粘弹性”的认识这一点,在看到他提到之外,我也只在另一个90年代的专门的科学史论文中看到。中川真的是一名大家,从他的著作和论文中可以看到,他贯穿基础物理和流变学,贯穿连续介质力学和统计力学,身兼实验家和理论家(我更多的愿意认为他是实验家),而且还是一名很好的老师和科普作家。他不亚于任何一名诺贝尔奖得主。

我又顺便找了一些其他日本作者的跟流变学相关的小文章。其中遇到了这篇,作者在Akron大学教过书。文章在讨论到“流变学很难学”的时候,提到说在夏目漱石的小说中,有一个关于一个人在禅寺门前来回走动的故事。 他思考着是否应该进入禅宗,最后他没有进入。 让我们在假设流变学也很难进入的情况下进行。 如果从正门进入有困难,是否有办法从后门进入? 要做到这一点,让我们从解释我们在日常生活中所经历的现象开始,不用数学公式,考虑什么是难以理解的。

作者在这里提到的夏目漱石的小说,其实是中篇小说《门》,具体地是指以下这段情节:

他自己去叫看门人开门,但是看门人在门的那一侧,任凭你怎么敲门,竟连脸也不露一下。只听得传来这样的声音:“敲是没有用的,得自己想办法把门打开后进来!” 宗助思考着如何才能把这门上的门闩拉开。他考虑好了弄开门闩的办法,但是他根本不具备实行这个办法的力量。所以自己现在的情况是同没想出办法来之前的情况毫无二致,他依然被锁在门里。他平时是依靠自己的理智而生活的,现在,这理智带来了报应,使他感到懊恼。于是,他羡慕那些根本不讲是非的刚愎自用者。同时也崇仰那些心无贰意的善男信女。他感到自己生就着必须长时伫立门外的命运,这是毫无办法的事。既然此路不通,自己却偏来走这条路,真是太矛盾了,而且回首身后,竟然连由原路而回的勇气也没有了。举目向前,却又只见厚实的门扉始终挡住了自己的视线。他不是能通过这门的人,又是非得通过不可的人。要之,他是一个只能悚然立在此门下等待薄暮降临的不幸者。

——夏目漱石《门》

这篇文章的作者,在谈到流变学模糊了液固定义的时候,又讲到了日本的一个故事:

在聚合物中,有三种状态:固体、橡胶和液体。 更准确地说,在固体(玻璃体)和橡胶体之间有一个玻璃-橡胶过渡区,也有一个橡胶体和完美流体之间的过渡区。 玻璃体是一种弹性物质,完全流体是一种粘性物质,但在中间状态下,它们同时具有弹性和粘性,因此粘弹性在聚合物流变学中很重要。 从这个角度来看,我们可以感受到流变学的难度。 什么是粘弹性? 既然粘度是流体的属性,而弹性是固体的属性,那么某种物质怎么可能同时是流体和固体?

很久以前,源赖政是京都的保护者。 皇帝不时地病倒。 每一次,都有一片黑云在宫殿上空盘旋。 作为一个弓箭手专家,他向黑云中间射了一箭,那怪物就倒下了。 于是,皇帝的病就被治好了。 这个怪物的形状是一只狗和一只猴子。 你能想象一个动物可以同时是一只狗和一只猴子吗? 流变学是否也需要一个不可能的想象力?

这里说的怪物是“鵺”,《山海经》的一种生物,在日本的描述中是类似一种结合了多种动物的神兽。这个故事是日本关于赖政射鵺的传说故事。这样讲去解流变学,是不是就是作者所说的“从后门进入”的办法?

“什么是好的研究”的标准正在起变化

一件不好的事情如果延续超过了一代,那就改不了了。因为新一代的人会觉得这样是天经地义的。而且剩下的全是这样的人,不是这件事情不好了,而是圈子的属性被这件事重新定义了。我发现,今时今日的科研圈子变成了一个时尚产业。

电影《穿普拉达的女王》(The Devil Wears Prada),在前半段点出了时尚产业的一些实质。豆瓣上有一则影评对此有很详细的解读。我摘录几个部分,都发现能完美套入当今的学术圈。

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《穿着Prada的恶魔》

时尚就是盛气凌人的。时尚通常不是拉近和大众的距离,而是拉开。这就是为什么时尚是身份和档次的代表的原因:一套时装,可以拉开阶层的差距;不同的档次的时装,更可以拉开不同人的地位。我可以说,当一个人穿着浑身的高级时尚服饰的时候,他看别人的眼光一定和之前不同,心态也随之发生变化,最起码的,会有面对他人的一种优越感,这种感觉,如果简单的类比话,就和自己穿了一套很漂亮的衣服走在人群中的感觉一样。这就是时尚给人的感觉,它可以给人一种在人群中的向上的心理状态,这就是时尚的魔力。而在别人看来,就是盛气凌人。

时尚解读《穿普拉达的女魔头》

我们完全可以把“不同档次的服装”改成“不同档次的期刊”、“穿着浑身高级的时尚服饰”改成“发了一堆Nature/Science”来理解,整段话,可以完全套用到学术圈。

自从时尚开始向瘦里流行,人们对自己的要求就是再瘦一点再瘦一点。服装的2号和4号是小号和加小号,但是人们总是觉得自己太胖,2号看起来是4号,就算是穿到了2号,还是恨不得自己是穿0号的(0号是不存在的)。所以当安迪说自己是穿6号(中码)的时候,纳秋很夸张的告诉她,在这个圈子里,6号看起来和穿14号的肥婆没什么两样。安迪开始的时候不觉得她穿6号有什么问题,一般人你都不会觉得穿中码的衣服有什么问题,但是对于时尚界,她太肥了。

时尚解读《穿普拉达的女魔头》

在一个研究领域里也往往会流行一种单一的倾向,且没有什么学术基础,纯粹只是一种时尚,表面上你都不知道怎么流行起来的。例如用普通电子显微镜质术看水凝胶的“网络结构”,把看到的cell structure当作水凝胶结构的做法。水凝胶领域,早些年流行“多功能”(multifuntional)一块水凝胶不能只有一种刺激响应,要同时有多种。很多论文标题在有限单词数里都愿意用“multifunctional”这种大而乏的词无非就是流行这个。现在又流行力学性能。“超拉伸”流行完了,又流行“增韧”、“疲劳”。真的是“自从时尚开始向瘦里流行,人们对自己的要求就是瘦一点碉瘦一点”。现在一个水凝胶的论文,简直要把水凝胶做成一条活章鱼才行了,一个普通的刺激响应,“一般人你都不会觉得有什么问题,但对于时尚界”,这太plain了!

电影里还有一个经典场景:安迪分不清款式相近的皮带有什么区别,米兰达生气地说了以下一段话:

比如你身上穿那件蓝色的条纹毛衣,你以为你自己是按你的意思认真的选出这件衣服。但是,首先你不明白那件衣服不是蓝色的也不是青绿色或琉璃色,实际上它是天蓝色的,而你从没搞清这个事实;而实际上你也不知道,从2002年Oscar de la Rent 的发布会第一次出现了天蓝色礼服,然后我记得,伊夫·圣·朗洛也随之展示了天蓝色的军服系列,很快的,天蓝色就出现在随后的8个设计师的发布会里,然后,它就风行于全世界各大高级卖场,最后大面积的流行到街头,然后就看到你在廉价的卖场里买了它。事实上,这种天蓝色,产生了上百万美元的利润和数不尽的工作机会,还有为之付出的难以计算的心血……你觉得你穿的这件衣服是你自己选择的,以为你的选择是在时尚产业之外,但实际上不是这样的,你穿的衣服实际上就是这间屋子里的人,替你选的,就是从这一堆“玩意儿”里。

《穿普拉达的女王》21:54开始的片段

我们经常也会搞不清楚,为什么70年代就已经搞懂原理了的东西,换个样子、换个名称,假装一下“无知”,还能当作新的概念发表出来,引入广泛的注意。我若问一句“这不就是相分离吗”或甚至“这不就是沉淀吗”,相信学术界的米兰达一定会被我这种疑问惹生气,然后说出跟上面的版段一模一样的一大段话。无非就是援引这个新概念是从大牛A在什么学术会议的邀请报告上道次提出的,然后大牛B又在Nature/Science首次正式报道的,随后经常一系列波浪式的扩大,风行于该领域的每个实验室,大面积流行到我这个野鸡理工大学的课题上。这个过程创造了数不尽的工作机会(基金和饭碗)。“你觉得你选的课题是你自己选择的,以为你的选择是在时尚产业之外的,但实际上不是这样。你先的课题实际上就是这个Nature/Science俱乐部里的人规你选的,就是从这一堆儿玩意儿里”。

豆瓣上的影评进一步解读说——

确实,时尚界是这样的:每个季度,设计师们都会发掘一些新点子新创意新颜色。这些东西,都是从许许多多的灵感和资料中提取出来的。比如那个天蓝色,就是从色卡上近百种蓝色中,从数十个它的相近色中,选定出来的;然后设计师做出衣服,推广这个颜色;如果这个被其他的设计师注意到,就会达成尖端的小面积的流行;然后,媒体(杂志)会在每季数不清的发布会的作品中,判断出可能会流行的东西,那么这个蓝色就会被他们注意到;然后,他们向大众传达这个蓝色要流行的讯息,这些讯息就会迅速传播,各大卖场也会迅速跟进,这就行成了流行趋势。如果这个蓝色获得了大众的认可,就是代表着它产生了上百万美元的利润和数不尽的工作机会。那么在当季的流行的东西中,总有些还会继续深入,这个蓝色在时装上形成流行后,还会纵深发展,比如出现在内衣家饰上,继而成为普及颜色而固定下来,成为日常生活的一部分,穿用在每个普通人的身上,而你在你的生活中的选择这些颜色,从不会想到到它是怎么出现在你面前的,不会想到它们都是时尚的剩余产物。安迪身上的毛衣的颜色,就是这样的。所以米兰达说:不要以为你和时尚无关,你的每一个选择,都是时尚的产物;而你所有的选择,其实都是在别人提供的选择的基础上选择的。而往往,一个设计师或是一家杂志社的主编的选择,就决定了你能穿到什么样的服饰。

时尚解读《穿普拉达的女魔头》

再一次,这种对时尚圈本质的解读可完美套用到学术圈。

学术圈已经换了一拨人,50后都退休了。长期不是凭学术独立品味的高低选人,而是从外在称号选人,已经超过了近两代人的时间,结果就是筛选出一批脱离外在称号就无法独立评价研究好坏的人来组成当下的学术圈。一篇论文、一项工作,如果不透露这是发表在哪个档次的期刊上的,那么没人能独立评判;事实上,发表在顶刊的工作质量参差不齐的当下程度,也已经取消了问这种问题的基础。整件事情已经被重新定义为一个名词经济和读者市场,说到底就是另一个时尚圈。一方面,读者喜欢什么你就做什么研究。你不是来lecture读者,而是来取悦读者。读者不喜欢公式,你就不放公式;读者喜欢图好看,你就画图;读者喜欢好玩儿的,不喜欢意义深远,你就搞好玩儿的,拍视频。

又好像综艺节目真人秀其实都有台本,台本怎么设计?一集里面的爆点,为什么这么设计,而不那么设计,无需考虑真实、逻辑、道德、……只需考虑观众的喜好。学术界走向读者市场,背后就是出版集团当了爹,资本当了爹。你不是要期刊档次、要晋升评奖吗?期刊是我的,汤森路透社也是我的,我让你怎么做科研,你就得怎么做科研。渐渐大家就以为学术圈本来就是这种business,来之前就知道了,就是冲这个来的。有传统学术理想倾向的人从一开始就不会选择入圈,兴趣各种改行,反正不管谁都已经认定这就是科研,科研就是这。自此,学术圈就是资本力量占领人类社会的又一个山头。

关于导师对研究生毕业的“刁难”

知乎问题:https://www.zhihu.com/question/393763985

很多高赞回答本身充满了三观不正,都是些当代恶臭大学生自以为是的“公正”,要么就是缺乏社会常识,幼稚不堪。发布的言论,除了有网暴层面的杀伤力之外没有意义。但是我懒得在这一个具体事件下的回答里批判他们了。如果原本不言而喻的正确观念,仅因众多高赞回答的扰乱,我就又要重复一遍,那我岂不是很没空?

我就尝试指出一下现存制度中给维权带来困难的漏洞,并提个空泛的建议:建议研究生培养的“毕业条件的满足”阶段也引入同行评议机制。

回顾目前研究生培养制度中关于研究生毕业和学位授予的规定可以发现,导师能够实质性“刁难”学生的阶段主要是“毕业条件满足”的认定。目前研究生毕业条件大致就那几个:

首先是该修的学分都修齐了。研究生学分问题是教务处和研究生院管的,这一块导师管不着,都在研究生系统里。学分够了就是够了。

其次,就是小学术成果。例如毕业要求发表小论文、专利等的。这个条件的满足需要依赖导师配合。因为毕业条件要求的论文或者其他学术成果形式的署名必须要有导师的名字。如果你导师不让发的论文你自己联系发了,擅自署了你导师名字,那是你学术不端。你导师第一时间就要去要求撤回不然还跟你撇不清了。至于导师自己的课题组私自提高毕业条件的,例如明明学院要求发一篇中文核心就够了,你导师要求两篇IF>3的SCI,或者甚至没有明言的规定全凭导师当时决定的,这是没有制度保障的。这种情况只要你审诉,你在这一块已达到规定的毕业条件是很容易明确的。所以主要刁难在于达到学校或学院毕业条件的那一篇东西都不让你投稿的情况。

最后就是毕业设计(论文)。你要是自己弄了一本,想要开始走送审流程,也需要导师签字同意送审。这一条不合理,因为导师是不在毕业设计(论文)上署名的,这本东西就是真正的完全你自己写的。是你的学术水平的代表,不是你导师的。理论上如果毕业设计(论文)出现不端,是作者本人需要承担后果,它导师是否承担,只能依据由此继续调查他本人是否参与学术不端的进一步证据,不能光由毕业设计(论文)本身定导师的罪。所以导师签的送不送审这个字,意义很不明确。但不管什么意义,任何学术评定的公正都是由同行评议保证的(或者说在这个不完美的世界中,学术评定的公正是由同行评议所实际定义的)。

从送审开始之后的毕业流程,都有同行评议的形式了,你导师在制度上就结束了对你的专制。所以说,能形成实质性“刁难”的主要在于上述的后两个缺乏同行评议过程的毕业条件的认定。本来学术圈内任何学术评定都不基于任何一个学者本人的学术品味和倾向,而是通过组织同行评议来完成。学生是否能毕业在学术上的(即除了他政治、考勤和其他可量化指标之外的)评定也需要同行评议,这从形式上能使“因毕业条件的不满足而延期申请毕业”这件事不单独由导师拍板。

例如,小论文是否适合发表,由于要求导师署名,必须由包括导师在内的所有署名者一致同意。但如果因为没有发表小论文而不满足毕业设计(论文)的送审条件,则应该经过一个同行评议流程来否决送审,或者甚至重新讨论设置“发表小论文”这个条件的初衷,想出一套既保持普通情况必须发表小论文毕业的规定;同时允许没发表小论文也能毕业的,能够服众的、极端特殊的情况。

所谓“刁难”、“个人口味”、“德不配位”,全是扯皮概念,靠讲这些来维权是没有杀伤力的。解决纠纷的制度从来不进入到这些扯皮层面。像“学术标准”这种事情,制度上根本不管具体学术内容。成立个委员会,成员遴选公示、一切书面记录可查,最终决定你毕不了业你就得认。或者说,如果你认为不让你毕业就是一种压迫,那你至少可以要求这种压迫不来自某个人的权威,而是来自代表你所在的领域的集体专业意见的若干个人的权威,然后就截止了,不没完没了跟你扯下去。这既是保护学生也是保护导师,用现在流行的句式就是使双方都能“享有xxx的自由,同时免于XX的权利”。我们当然要坚持“学术权威”不能由“行政权威”逾越,更不能由民粹践踏。问题的关键在于“学术权威”的代表应该是学术委员会制度,而不是某个学者的个人学术自由。这是包括导师和研究生在内的任何一个学者,在享受其个人的学术自由(或有些人所说的所谓“个人口味”)的同时,不损害其他学者的学术自由的一种制度。它专门设置在这种人与人自由的边界上。

无奈我国的教育是巨婴教育。一来从制度上剥夺一个成年人自决的权利,二来也培养出没有自决的能力的成年人(即巨婴)。正是因为缺乏“个人自决”这一条认识,很多人对“自由”是天然曲解的。