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与专业无关的内容。

关于大象

最近Nature杂志帮华纳的一个电影打广告。这个电影叫做Born to be Wild 3D,是一个3D电影,很可能是一个记录片。里面讲述的可能是几位普通妇女到了非洲抚养因种种原因(例如人的偷猎行为)成为孤儿的动物幼崽。其中最主要的主角是这项行为的先锋——Daphne Sheldrick女士。她在肯尼亚进行这项工作已有50年,她创办了Wildlife Trust组织来扩大这项行动。Nature杂志就给Sheldrick女士做了个简短的访问

Sheldrick女士的一个重要成果是摸索出了能养活幼象的奶的配方。

这部电影的旁白是Morgan Freeman,《七宗罪》里那个黑人老戏骨。优酷有预告片。原来这个电影的中文名称是《天生狂野》,觉得不是个好名字。

同一期的Nature还有一个读者来信,抱怨了黑市象牙价格的上升使得大象的数量急剧减少。象牙最在的需求方是中国。另一个因素就是人类活动范围的扩大,侵占了大象的生存空间。

Sheldrick女士在专访里说:

Elephants are fragile in infancy. In a perfect world they would not have any enemies, but the growing human population is taking up more and more land that was once used for elephant migration routes. An elephant does not know the difference between grass and maize [corn] and can eat a human’s livelihood in an afternoon. And the demand in the Far East for ivory has grown tremendously in the past few years. The only hope for elephants is to ban all trade in ivory.

里面提到了大象在下午会去吃人的庄稼,作为怪罪人类侵占大象生活范围的例证。

对大象的研究表明大象智商很高,记得2006年PNAS上曾经发表过一篇文章说大象具有“我”的概念。最近Scienc Now上一则新闻又说大象很可能有与人类相似的“灵机一动”和“举一反三”。

以上是最近我看到的关于大象的一些新闻,看完后心里百感交集。我曾经写过很多文章讨论动物保护主义者的问题。最近的一篇主要是说动物保护主义是典型的妇人之仁。从类似的角度看,千方百计地去抚养大象孤儿也很多余。虽然现在“恰逢”大象物种危机,这种做法可以有个借口就是“保护濒危动物”。而且Sheldrick还提出“大象是一个很有用的物种,假如没有大象,很多动物都要跟着消失”。虽然这些动物保护主义者希望广大的其他人能够至少为了人类的福祉而保护自然,但很难否认他们自己其实只是因为个人喜好特别热爱自然所以才发动各种环保活动。喂养孤儿,我相信仅仅是因为它们很可爱很可怜,不忍心看着它们死去。如果完全对这些动物一点感情都没有,完全是出于功利主义才去为他们实施各种各样的保护措施,整个做法可能会完全不一样。

人类是有感情的。仅仅为了一些人类共有的情怀但没有实质利益的事情,其实也是多多益善。但是涉及全人类共同利益的事情,又往往又要通过国家机器之间的政治博弈来代为完成,而政治是冷酷的、功利的。因此永远没有好结果。

与其在人类中心主义和自然中心主义之间纠结,还不如回想一下当初人类文明开始的时候,为什么会自动地向着远离野性自然的方向走?为什么事情会变成人类要种地就得把大象赶跑?像Wildlife Trust组织网站上出现的动物照片,全都一派与人类相亲相爱的景象。事实上不要说老虎狮子,就猩猩不爽了也会袭击人。至于说“只要你爱它,它感受到你爱,就不会袭击你”这类的说法也只能归类为妇人之仁。保护归保护,非要去抚养孤儿、贡献庄稼、以德报怨,似乎不具有普遍的说服力。要回答“人类现在为什么要保护自然”的问题,其实相当于要回答“人类以前为什么要破坏自然”的问题。既然人类以前一定要破坏自然,现在为什么又不一定了?既然现在人类能够与大自然和谐相处,以前不应该更能么?我不觉得这个问题能简单地从“人的认识有待提高”来解释。人的认识从来就没提高过也没降低过。古人不比今天的人笨。今天的人认识不到的问题,未来的人还会继续认识不到。这跟懂得多少科学知识一点关系都没有。人类一天回答不好“你是谁?你从哪里来?要到哪里去?”的清华保安三大问,一天就没办法理清人类与自然的关系,也就谈不上保护动物了。

在看完这些新闻,刚准备打这篇文章的时候突然想到了我们国家有过一段消灭麻雀的历史。我记得高中订阅《随笔》杂志的时候有一篇相关的文章印象很深刻,现在找起来也很好搜,上网一搜就搜到了:赦免麻雀的“说法”。文章主要想揭示决定麻雀命运的政治因素。但我想起这个话题主要是好奇麻雀是否真的危害庄稼,有多危害。因为这一条前提一旦成立,剩下的选择就是“要人命还是要雀命”的问题。

我总觉得自古以来每一个中国人都活在明天会饿死的恐惧中,否则如何解释他们深入骨髓的不择手段、不守规则、趋炎附势、缺乏底线?唯有如果每一刻都可能丢饭碗,明天就可能揭不开锅的话,那才能比较容易理解中国人为达到任何一个微不足到的目的而狼奔豕突的歇斯底里。因此,“危害庄稼”就等于杀人。与其我死,不如你亡。这才是“中国自古以来是一个农业大国”这句话的实质。正因此,一旦“危害庄稼”这条罪名在麻雀身上成立了,那么麻雀要面临的将是是灭种之灾。

真应了《随笔》文章最后的一句话:

呜呼!雀犹如此,人何以堪!

村上春树曾经写过一个短篇小说叫《象的失踪》。里面说:

大象这种动物身上有一种拨动我心弦的东西,很早以前就有这个感觉,原因我倒不清楚。

我也曾经说过我特别喜欢龟和象这两种动物。恰恰就像村上春树所形容,“有一种拨动我心弦的东西”。这就是妇人之仁吗?反正因为“原因倒是不清楚”,因此只能归类为一种非理性的情愫。在国际政治谈判上当然是上不了台面的。正如《象的失踪》里所描述的那们,并没有人关心象本身,象失踪后也并没有人关心象的安危,大家都只想找出象之所在。因为,象是小镇的财富——现实中的财富。当初是讨论了很久认为利大于弊才收留这次象的,并非由于妇人之仁。因此《象的失踪》很好地为我们描述了,假如完全抛开妇人之仁的因素去保护动物的情形。

我看过了几乎所有村上春树在中国翻译出版的作品(除了《1Q84》),我认为村上春树很准确地把握住了被所谓“高度发达的资本主义社会”所摧毁的到底是什么——那也是马恩列斯毛邓江胡习所没有抓住的。

我翻唱《痴心绝对》等几首歌

张宇《雨一直下》,一take过,没练过。

陈奕迅《富士山下》。这是我女友建议我唱的。我发现在网上很难找到一个翻唱这首歌能把粤语——对,粤语——给唱准的!

李圣杰的《痴心绝对》,只有音频:

[audio:https://www.andrewsun.net/panta_rhei/wp-content/uploads/2011/08/cxjd.mp3|titles=翻唱《痴心绝对》]

照例又要投票了:

UPDATE: 彭雷兄听了《富士山下》说“懂粤语真好”。说实话,一些旋律好听的粤语歌确实会临时地让人感觉“懂粤语真好”。可是我的朋友好像都讲普通话,去唱K也很少唱粤语歌,实在是给广州人丢脸了。所以我说我要唱一点粤语准特别关键的粤语歌,彭雷兄建议,一些粤语老歌就特别需要粤语很准。

可是一回头,我就想反其道而行之。有没有一些粤语歌是至少让人临时庆幸自己不讲粤语的呢?我想了好久,找了好久,终于找到一个了——粤语版的《过火》!由于张信哲的歌音太高,我唱的不好,仅仅是为了示范一首有反效果的粤语歌而已,不参加投票了就:

[audio:https://www.andrewsun.net/panta_rhei/wp-content/uploads/2011/08/guohuo.mp3|titles=《过火》粤语版]

参考答案:

从没有期望你曾内疚 我一再接受你放肆操守 人在说人在笑无重要 你的美丽如纯情美酒 当你心 无言的出走 当爱得 仍惟恐不够 常自替你 解释想一些理由 长夜里甜蜜里难预算 陪着你傻下去磨下去 我跟本不知有那个对手 喜欢你便静静 偷走 只记得 如此伤悲 仍只记得 无可推理 谈论我与你 只盼一丝都 不记起 其实我的要求 都不多 盼你以我处境 想想我 你们很快乐 瞒着去干不要过火其实我的要求 都不多 试试以我处境 体恤我 你们累了吗 不想清楚

彭雷兄让我唱《沉默是金》。答应了的还是唱一个,正式地展示一下我母语。

[audio:https://www.andrewsun.net/panta_rhei/wp-content/uploads/2011/08/rs_sysaEg98rD_6868664_%E6%B2%89%E9%BB%98%E6%98%AF%E9%87%91_110820011945.mp3|titles=沉默是金]

为什么要重新设计LAOS测试软件?

在很短的时间里我需要考虑重新设计一个LAOS测试的软件。先在此整理一下思路。

为什么还要做LAOS

不是说非线性粘弹性的研究已经不重要了。而是研究非线性流变学的实验方法并不只有LAOS(large amplitude oscillatory shear),其他方法包括大应变的应力松弛、大应力的蠕变实验、阶跃应变速率实验等等,这些方法一直都被用于研究各种材料的非线性粘弹性。那为什么LAOS突然热门起来了呢?是不是仅仅是近年来几位主要研究者发表的文章比较抢眼?如果并没有认识到LAOS有什么内在优越性而只是跟风的话,就没有必要在上面花这么多精力。

原则上讲,怎样测试一个样品的流变学行为方法是无穷多的,怎么分类都不合适。在流变学研究发展历史中实际形成的几种典型的测试方法之所以被更多地采用,是因为它们:

  • 比较符合当代自然科学中认识事物的习惯
  • 比较有利于简化待讨论的问题
  • 方便理论验证

LAOS虽然是近年来才热门,但它的历史几乎跟流变学同样久远。Weissenberg是目前所知道的最早提出采用谐波分析法来处理振荡测试结果的人,那就至少是80年前了。之所以采用振荡形变的方法测试样品是从研究橡胶轮胎性能的应用需求延伸过来的。而“线性”、“非线性”的概念则来自线性系统、线性响应理论和FDT等理论延伸过来的。谐波分析的原理在电子工程界也已经非常成熟了。这说明LAOS符合当代自然科学中认识事物的习惯。

此外,振荡形变相比于单向连续形变而言,前者可以使形变速率和形变幅度相互独立地受实验者控制。在线性粘弹性范围内,振荡实验跟应力松弛实验相等效,这种独立性不是什么突出的优势。但是在大幅形变范围,振荡实验的模量跟应力松弛实验的模量之间的对应关系不存在了。实验变化形变幅度和变化形变速率都可能有独立的理由。LAOS的优势就比较明显。

当然,这些实验上的“优势”只能属于泛泛而谈。有没有优势要具体看研究对象和研究问题。例如,LAOS的上述优势,对于研究不能无限地单向连续形变的非流体(例如交联凝胶)会有所体现。其次就是研究时间尺度比较匹配的非平衡体系(例如触变性流体)。我所在的课题组就恰好对这两类材料感兴趣。

综合以上理由,确实有必要花精力建设一个比较完善的LAOS测试平台。

现有的LAOS测试软件

到现在为止,我只在KIT的Whilhelm实验室旁观过TA ARES-G2流变仪和相应的TRIOS软件,没有新自试用过这个软件的LAOS实验程序。我们课题组也没有ARES-G2,只有一台ARES-RFS(蓝色)。在这台仪器做LAOS,常规做法是通过Orchestrator软件控制仪器,再用一个模数转换器(ADC)从仪器背板的模拟输出来采集信号。软件部分的任务就包括:

  1. 控制ADC的采样行为,例如oversampling、equivalent time还是real time等
  2. 数据处理,例如去噪、FFT、谐波分析等
  3. 友好的界面,流畅的workflow设计

目前的软件我用过的有两个。一个是McKinley实验室的MITLaos(作者是R. Ewoldt),另一个是Whilhelm实验室的软件。我就这两个软件分别评论一下。

MITLaos不负责控制ADC采样行为。它只负责处理数据。它是一个MATLAB程序。它由于是Ewoldt提出的应力分解方法的衍行产物,因此它直接换算出相应的应力分解参数,不能用来做原始的谐波分析。它在处理波形数据的时候要根据用户输入的基频频率,不能自动分析信号的基频频率。

Whilhelm实验室的软件分两个可执行文件。一个负责控制采样,另一个负责谐波分析的数据处理。这两个可执行文件都是用LabView做的。它们同样需要根据用户输入的基频频率来处理数据。而且操作有Bug。

因此,以上两个软件都有不完美之处。其中最大的不完美就是不能自动分析出波形信号基频频率。为什么一定要从实际信号分析出基频频率而不能拿用户输入的频率来代替?最主要的原因是为了能自动进行coherent sampling。MITLaos是根据用户输入的基频自动进行coherent sampling,但是在取样周期数很多的情况下,实际基频和用户输入基频之间的微小差别就会累积到不可忽略的程度,导致coherent sampling失败。Whilhelm实验室的软件,则是在原始波型数据采集完之后由用户手动做coherent sampling,这使得实验受到很大限制。例如在测试结构随时间变化的样品的时候,人工部分的工作就会变得非常繁琐。最好是软件能直接地、准确地认出信号的基频,自动进行coherent sampling,以及后续的FFT。

其次就是用户界面的友好程度问题。我们课题组的研究兴趣主要材料。在研究手段上比较杂。LAOS流变仪专用的测试技术,而且比较新。对流变学了解不深的人,很可能也知道“粘度”、“G’”、“G””。在流变仪自带的软件中摸一下,很快就能上手进行普通的动态扫频或者粘度测试。LAOS技术如果要能在课题组中传递下去(至少在做流变学这一块儿的师弟师妹中传递),就应该尽可能地简化原理和实验操作。最理想的情况就是只要用户有基本的Fourier变换的概念,知道高次谐波是怎么来的,有什么意义就行了。什么oversampling、coherent sampling、信噪比之类的东西最好能隐藏在用户界面的内部(或者放在“高级设置”中)。软件的界面本身要做到用户一眼看上就明白操作流程,要明显地暗示用户先做什么后做什么。最后当然要进行仔细的debug,强大的容错能力。这更加需要软件能够尽可能自动地去控制最佳的取样行为,免去用户深入学信号处理原理的必要。因为说实话,作为材料学院的实验室,我们招生的生源很难是物理专业的人。流变学本来对任何专业背景本科毕业的大学生而言都是一个需要花时间专门学习的东西。如果实验上还要学习信号与系统、数字信号处理,对于一个只有3~5年,需发表IF>2以上的paper,写出四章以上内容的毕业论文才能毕业的科研新手而言任务有点重(至少据我个人经历就感觉很勉强)。我希望我花费的时间和精力后面的人不需要再花费。

按照波形信号分析的标准来设计LAOS软件

目前我的想法是,以IEEE Standard for Terminology and Analog-Digital Converters(IEEE Std 1241-2000)和IEEE Standard for Digitizing Waveform Recorders(IEEE Std 1057-2007)这两个标准为蓝本来建立LAOS测试软件的采样控制和谐波分析部分。开发平台方面先初步在MATLAB上实现。经过一段时间的调试,待算法和用户界面都比较完善了之后,再移植到Visual Studio 2010上,开发成为普通的Windows 7桌面应用程序,方便普通用户使用。