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高分子流变学的常规讨论逻辑

与标题无关的讨论

在打这个标题的时候我就想了很久用什么词,说“常规论文”、“常规研究模式”或者“常规发paper套路”都不恰当。最后选择了现在这个词,也不觉得就特别恰当了。

有很多人会有这种观点,就是做合成的就是查反应,设计路线,然后搭反应器,反应、过柱、打核磁。最典型的合成文章就是像JACS上面graphical abastract只放一个反应式的那种。这些论文也许具有有机合成研究的“常规讨论逻辑”。我不是做有机合成的,所以不清楚细节。

一个有一定规模的课题组很可能会有长期以来的研究兴趣。师弟做的研究很可能跟师兄的处于同一方向,师兄带师弟很可能不仅仅是“熟悉实验室仪器设备和规章制度”这么简单,可能会连“先做什么实验后做什么实验”这种本来可以从一个明确的研究目的演绎出来的事情也“越俎代庖”地去“带”。这是可能由于对于相似的研究对象,阐明其机理所需要的逻辑讨论也会相似,因此这么做有时也并不违反所谓“科学研究的艺术”或者“原创性。很多刚接触科研的“新人”,师兄可能一开始会先扔给他看的几篇paper比较经典的paper,让他熟悉从事本方向研究最需要知道的方法和已有结论。中国典型“新人”遇到的困难可能首先就是英语差,语言关过不了;然后就是各种基本理论没听说过,课本上没有,上课没讲过;再就是用到的仪器测试手段没听过,不知道原理,不知道测试得到的各种物理量的意义,最后也不知道文章怎么就能得出那个结论了。想上CNKI查一下中文的文献来代替,往往还查不到。于是常常有愤青研究生不明就里地就上像小木虫这种菜鸟集散地大骂“做实验嘛无非是跟着人家外国已经做的来做”(其实是自己英语差,发现还非看英文文献不可,觉得民族自尊受到了伤害罢了)。以这种底子,实际上磨几年也能顺利毕业。大家都是这么过来的。毕业的时候英语还是差,仪器测试原理还是不懂(当然,一知半解还是有的),conclusion还是不懂draw(这些都导师把关的了)。毕业后反正找个企业或者考公务员去的,这些也没所谓。所以新人如果向师兄报怨以上这些困难,师兄通常会说:没关系,看不懂以后多来实验室跟着我做,上手了就行了。——是啊,paper是说英语的,师兄毕竟是说中文的,是咱们同胞嘛,师兄带师弟没有过不去的。

所以,你会发现中国人的科研之所以“缺乏原创性”,并不是由于事事都找英文文献“接着做”,而是恰恰是由于并没有真正在英文文献的基础上“接着做”,实际上都其实是在师兄的基础上接着做罢了。

我做师兄很可能就不一样。英语不懂我是不会说“没关系”的,我会让他学英语自己看懂。因为将来他要像我一样自己找更多的paper来看。不能从2008级博士开始给师弟看的是那几篇paper,到2012级了给师弟看的还是那几篇paper,结果永远课题组的研究都是基于固定的那几篇paper开始的,新人永远还是从那几篇paper开始学习。所以如果英语差,那就必须得变好。其次,基本原理没听说过,上课没讲过,那当然是因为没上过这门课。这不代表没有教科书。我相信没上过“流变学”这门课的人多了去了。如果中国的科研只能在“上过课”的理论上做,那当然是好不了。所以师弟“基本理论不懂”的话我是推荐他去看几本教科书。这已经比他自己乱找一本教科书来看好多了,因为至少我筛选了,推荐的都是体系完整逻辑合理行文流利的好的教科书,还说不定能告诉他哪几章需要重点看,那几章了解一下就完了。但书还是得自己去看。我没时间帮他开一门相应的课到阶梯教室去讲去。流变学可能有点苛刻的一点就是它是流体力学和凝聚态物理的交叉学科,就算愿意看教科书,也很可能同时需要看偏连续介质力学或者偏统计的教科书。Bird的Dynamics of Polymeric Liquids的优越之处是在于其两卷分别把这两件事解决了,但是部头很大,上来就张量,有的师弟又要抱怨说“数学差”。我数学好不到哪儿去,我靠的就是本科“同济四”加上一点线性代数的基础,而且当时学线性代数根本学完就忘了,什么叫他妈的“秩”就一直没搞懂过,但至少线性代数那堆符号我都接触过。我没学过概率与统计,考研还不考数学,应该至少比考研考“数学二”之类上来的数学要差得多了吧?可我到现在没觉得有什么限制。忘了的数学可以查《数学用表》复习。只要用到了,任它秩、逆、转置随便弄,没有不懂的。Bird的书所有数学都在附录里有了。所以很多障碍其实是心理上的,是“决心”问题,是觉得我花这么多时间,学习这么系统,到头来只是为了发篇paper,是不是“性价比”太低了?可是他们这些热情如火的“师弟”们也不是就绝对不做“性价比”低的事啊,他们出国留学背红宝书那不就是“性价比”狂低么?我当初就是因为觉得这事“性价比”低所以我就决定不出国了。可是假如告诉你说“Bird的书主要是讲高分子体系的,还有colloid体系的流变学需要看,要看Larson那本Complex Fluids”,甚至再告诉你“你看这么多,无非都还是流变学。光散射和非平衡统计方面的书你没看”、“你做的物理凝胶化研究,事实上是一个相变问题,序参量问题,你要先系统地学习平衡态统计物理”,那可怜的小师弟就该傻眼了吧?刚搞懂啥叫张量,又要看一堆Hamiltonian,不抓狂才怪。

关键是,现在材料科学的paper并没有给我们的年轻一带以正确的暗示——即以上这些东西都是必要的。相反,由于大量中国人的paper占据了各个high impact journals的版面,绝大多数材料学论文都没有任何数理基础!这些发表在高影响因子上的论文给新人非常错误的暗示。假如他们认为自己科研的目标是发这样的论文的话,以上那些“高深”的教科书真的是没有存在的必要的。

与标题有关的讨论

在七八十年代,基于Flory所建立的理论大厦,高分子的研究论文中有很大一部分具有共同的讨论逻辑。那就是,从一种新的可聚合烯烃出发,通过常规自由基取合(那时还没有ATRP,阴离子聚合技术门槛又太高,当然有的话更好),得到一种新的聚合物。然后,进行痛苦的分级操作,得到各个分子量的级分,使得每个级分的分子量分布足够窄。然后,找到一种溶剂配成溶液,用乌氏粘度记测量特性粘数[η],用光散射或者渗透压或者超离心等测定分子量,然后作图,研究分子链的柔性,给出诸如特征比等数据,发表论文。可能最后还被Polymer Handbook收录。有很长一段时间我觉得看这样的论文是一种美的享受,虽然到后期这样的工作已经不增加什么knowledge了。所以作为高分子领域的人对本领域可能真的会有类似“爱国主义”那种非理性的偏爱。

在高分子流变学方面我发现也有类似的情况。可能是八十年代之后Doi-Edwards及后来的工作者建立的理论大厦跟当年Flory的一样具有所谓“打开了一扇大门”式的效果,因此突然按照相同的讨论逻辑去“试看”各种不同的高分子成了一种兴趣。这一讨论逻辑就是:获得一种分子量足够窄且基本上线形的高分子样品,表征基平均分子量(在这一时代基本上拿GPC的结果来当真实分子量了),然后先做溶液和光散射(Flory那套,但不做为重点了),获得基本的Rg等信息,完了就做熔体流变学。先做线粘弹性,时温叠加一下,得到一个master curve,然后再用一个若干模式的广义Mawell拟合一下,得到一堆松弛时间λi,同时根据Cox-Merz规则得到零切粘度η0,看看它跟重均分子量Mw之间是不是3.4次方的关系(一般就是,还是喜欢看一下)。再看平台模量GN0,算出缠结点间平均分子量Me。线性粘弹性就做得差不多了。下一步就是做非线性的,一般会去做拉伸流,或者大应变下的应力松弛。然后就是拿一个K-BKZ的本构方程,把线性粘弹性实验得到的松弛谱代进去,拟合非线性实验的结果,得到damping function,作个图,再用一个常用的damping function经验式描述一下,得到相应的模型参数(例如Wagner模型有个那个α),这就算完了。

以上这类貌似一定时期内成为了“套路”的讨论逻辑之所以存在,一般是由于某个特别重要和普适的理论被提出了(例如Flory的架构、Doi-Edwards的架构),一时间就需要大量的实验工作去验证这些理论。因为是为验证这些理论而做的实验,所以难免是按照这些理论的基本假定一步步去落实,具有相似的讨论逻辑。在这些理论提出后的十几年内也全靠这些验证工作使得这些理论获得广泛接受,但后期出果还做这些实验,由于结果基本上是expected的,又不增加新的knowledge,因此就没什么意思了。不过,我觉得这种文章还有一个很好的用处,那就是用来辅助刚进入科研的师弟熟悉和理解重要理论。例如,可以叫师弟先了解Doi-Ewards理论的基本内容,然后按照某篇这一类的“套路paper”做一次实验。从聚合物溶液实验、线性粘弹性、到非线性粘弹性;然后用Matlab编写相应的Maxwell模型和本构方程拟合程序(或者使用现成的专门软件),对数据进行拟合。这么一路下来,不仅能认识到到这些理论“在实战中”的成功,还能熟悉流变仪操作和MATLAB软件使用方法,实验上的各种误差的分析、数据的真实度精确度问题artifact问题都会接触到。这样能够让师弟在短时间内认误到“原来做科研就是天天deal with这些问题,要具备这些技能”,日后再慢慢从这些方面对自己的能力进行提高。说白了,就是用这些paper给师弟上“实验课”,性质跟本科普通物理实验差不多,不是为探索,而是为了对已有理论加强认识。但是Doi-Edwards理论的实验课是很难纳入本科高分子物理教学中的,尤其是那些非985非211高校,一所学校要找齐一台ARES一台Haake一台DLS都难,更何况本科生是大班教学,几十个学生围着一台ARES看演示实验,作用基本上等于零。因此这种实验是专门适合课题组内部一个师兄带一个师弟做的。

我这里推荐一篇有此作用的文章:J. Rheol. 2011, 55, 987-1004

MIT公开课件及其它

本文内容如下:

  • MIT公开课件
  • J. Polym. Sci.头20名引用数文章
  • 评一下《经济郎眼》

MIT公开课件

我迷MIT OpenCourceWare(OCW)的时候大概是硕士研究生二年级。当时我只是想学习如何进行重结日,但信不过国内的有机化学实验教材,所以除了根据Vogel’s Textbook之外,我还上网找人家的教材和参考资料来看,包括视频。就是这样搜着搜着搜到了MIT OCW网站。虽然那时候觉得上面东西很多,但能信息量足够自学的其实不多。而且有资料的多数是本科公开课,那些比较专门的研究生课程能下载的资料都很少。最终,MIT OCW对我的帮助就是,了解到了国外同专业的大学生本科和研究生阶段都需要上什么课,认识到在国内读研究生具体不足在哪里,然后通过自学力求跟国外看齐。具体资料真正有用的就只有一个常微分方程课的全课程录像——这算是在MIT OCW上面最牛逼的资料了。

最近新闻说MIT OCW获得了AAAS颁的Prize for Online Resources in Education(SPORE)。大家可以去这个奖的网站看看以往的获奖名单,这就可以了解到除了MIT OCW之外还有什么online resources in education了。

中国人对于免费的东西习惯于不加思索,有就抢,没有就拉倒。这些课件,全都是MIT教师的脑力劳动成果,享有知识产权。为什么会有免费呢

J. Polym. Sci.头20名引用数文章

最近J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem.选出了办刊以来引用数量最高的20篇文章。流变学博客It’s the Rheo Thing对其中三篇进行了一些议论(要翻墙)Flory-Fox玻璃化温度经验式合成有成膜性的聚乙炔。之所以选这三篇,是因为其余的17篇全是reviews(我怎么发现不是?)。这三篇文章所代表的研究工作都是诺奖级的。高分子科学的诺贝尔奖,再加上最初的《论聚合》,大致上就这样了。

话说其余17篇好像并不全是review。其中一篇是我个人非常熟悉的PEG端基修饰牛文

评一下《经济郎眼》

今天一起床发现范编给我发了广东卫视《经济郞眼》的某一期,主要是讨论霸王洗发水致癌事件。这个节目我早就知道,我就在广东。郎咸平还不止参加这一个电视节目,我从来不看。现在就算王鸿飞再讨厌“公共知识分子”,你没办法拒绝他们。这个《经济郎眼》的节目形式抄袭凤凰卫视的《锵锵三人行》这个不说了。所邀请的公共知识分子水平也比《三人行》差得远。知识分子之间当然喜欢搞锵锵三人行,谁都喜欢搞,就连民工也喜欢,喝点小酒儿,吹个小牛儿。当然文化层度不同吹的内容可能不同;思维能力不同发现问题的深度也不同。媒体之所以要专门把知识分子之间吹的小牛公开播放,就是觉得这有收视率。大家以前喜欢相声,现在喜欢看《经济郎眼》或者《锵锵三人行》,意思其实都差不多。关键是说相声毕竟不是写论文,谬论不仅不可避免,而且越多越好,否则怎么能引起人的心理反应呢?怎么让人发笑呢?所以不要说《经济郎眼》,就算是《锵锵三人行》,看完一期节目,你是没法儿把嘉宾和主持人的说理部分连成一块的。节目完了你记住的也许只是嘉宾曾经透露过的一些史实、佐证、以往新闻等事实性的信息。这些信息也许还挺有价值,你原来不知道,你看书少,人家看书多,冲这个还算值得一看。可是像《经济郎眼》这种,说理东拉西扯连不成一片,事实也众所周知,它就算讲我老爸老妈,我也懒得关注。

电视剧《手机》里的严守一,作为荧幕形象,他是所谓“广受”观众欢迎,但仍然有很多人烦他。他在主持“有一说一”的节目,结果喜欢这节目的人真觉得世上真可以有一说一。事实上他并不能免疫于复杂的工作关系和社会关系。他如果不撒谎哪怕是一次,他就要马上被打入十八层地狱。

这些在《经济郎眼》里热血沸腾地针贬时弊的人,节目录制完了之后也无非是做回自己。他们说点儿话只是为了给观从听,但非要装出不吐不快的表情。那些骂霸王洗发水的人,在骂的时候,顺便把所有商人都骂了,似乎他才发现所有商品都是忽悠,似乎他原本可以不买任何商品的,全是被忽悠了才花钱的。结果骂完了,气消了,他们又去超市了。

《手机》里面,费墨的妻子李燕说,他们这些名人,都是装的,跟别人装习惯了,不知不觉回到家里也装了。我心想,如果是这样的话那可能人家还真没装。关键是,当初是怎么有名的?为什么有名?按理说,如果你研究物理很了不起,你只会在物理学界闻名。但牛顿全世界都闻名了,非物理学界的人到底都是稀罕他啥呢?一个苹果的经典。假如牛顿很在意这个“出名”,他要保持自己的名气,他一定不会去强调物理学,他一定到哪儿都不忘提那一个苹果。牛顿要是成了一个“公共知识分子”,事情就会是这样。就回到李燕身上,你也要问她,当初你又是怎么喜欢上费墨的?她的台词恰恰也是:当初我就是因为崇拜他所以才跟他好上的。

所有这些所谓“一般公众”的思维就是,先自己拔高世界,再到处控诉。公众的性格跟女人是一模一样的。以前我以为都是媒体为了没事找事说,把公众教成这般德性。但是现在我越来越怀疑是公众本身这样,媒体只是顺从。这是一个先有鸡还是先有蛋的问题。

顺便说一下,原来梁文道也有人讨厌。对于普通人,你自己的做人原则是什么,坚持就是了,不用去在乎身边那些不以为然的人。但问题是,普通人也不会故意把自己的做人原则和观点晒给所有人看啊。名人就是主动或被动地这么做了。很多人原本不认识你,不是你身边的人,但是现在成了讨厌你的人。大家觉得这么多人认识你,你的观点就不再是你个人坚不坚持的问题了,而是所造成的“影响”问题了。这些人,脑子糊涂,很易受别人影响,但是对于自己很易受别人影响这一点,倒是清楚的。在公众之中,如果出名,不管是人(知识分子)还是事情(例如科学),你都要从你原来的东西变成娱乐。

Polymer投稿,还有其他

现在越来越觉得以记流水帐的形式写博客最方便。不想非要等脑中一个idea完善了再以其为主题写一篇博客,而是随时把脑中的ideas凑在一起发一篇。否则有很多ideas并不是完善了,而是消逝了。本篇提要如下:

  • Polymer投稿
  • 换了Wordpress 3.0
  • SS-24列车机动洲际弹道导弹

Polymer投稿

我做的研究是很烂的。我无论如何千方百计地激发我心中那个自大的魔鬼,也无法认为我做的研究有啥好。当然,我个人的科学求知理想是很物理的那种,但我之前所受的科学训练是很垃圾的那种。因此我是很少有机会因我所做的研究而自大的。这次投Polymer都仅仅是尝试。人家由高往低投都是从IF>8开始(如Adv. Mater.),最后落得个IF<4(如Langmuir)。我这次直接就从IF<4开始了……

因此就去看Polymer的Guide for Authors,发现它要作者提供一个graphical abstract,那段说明还特意全部使用黑体强调了。它说:

Tables or spectra are not acceptable. Color is encouraged.

除了tables很好理解,至于Spectra——谱,到底指什么呢?它包括什么是很清楚的,它包括红外、NMR等。但它指什么?例如,流变学的动态扫频图也被广泛称为粘弹谱或力学谱(mechanic spectra)。按我理解,所谓“谱”,就是以频率或波长为横坐标的图。频率可以是电磁谱的频率,也可以不是。动态扫频的图因为是使用角频率做横坐标,因此算作“谱”,不被accept。

我觉得,提供graphical abstract是一种自信的行为。就是你认为你在所提供的graphical abstract中传达的信息很好地表达了你的研究结论,并能够帮助你所投的期刊(in the present case, Polymer)吸引读者的目光。问题是——不,我不认为我所能提供的任何graphical abstract能为Polymer吸引读者的目光谢谢!

不过如果任何事都那么较真的话,世界上很多人就吃不上饭了。在中国出生和成长,使我了解到这么一条道理:你比别人成功在很大程度在于你脸皮比别人厚。恶死胆小的撑死胆大的。这条道理的合理之处在于,每个人的知识是非常有限的,也许你脸皮很薄但薄得很没有根据,很没有必要。这个道理在语言上有一个很负面的表现形式:人至贱则无敌;同时也有一个很正面的表现形式:尝试是成功的开端。

换了Wordpress 3.0

我把我的Wordpress系统升级到了3.0,外人看到的仅仅是我换了主题。这个主题是Wordpress 3.0的默认主题。老的默认主题就是众所周知的那个蓝色的那个,例如李淼老师的博客。很久以来,新建的Wordpress博客都是这个主题。现在的新默认主题叫Twenty Ten,说是功能强大了一些,例如自定义Menu,但我暂时还没怎么利用上,反而把我原主页侧边栏那些垃圾给清了。

SS-24列车机动洲际弹道导弹

我使用的Header image是苏联SS-24洲际弹道导弹Mod 1的油画,画家是Edward L. Cooper,作于1988年。原图是在美国国防情报局网站上的——也就是public domain,因此从copyrights的角度考虑是允许原样放在个人博客上的。但我进行了截图,也就是进行了adaptation,应该是违反了copyrights了。这就不属于“尝试是成功的开端”了,而是属于“人至贱则无敌”了。

“前苏联”的说法是语病,因为并没有“现苏联”。

在Google上还可以搜到SS-24的实物图,比较详细的是在这个网页。据说我国也有铁路部署洲际导弹,前段时间二炮的东风-31的机动列车在央视亮过相

不好意思我不是军事迷,但算是个苏联迷。我是苏联迷主要是因为我是古典音乐爱好者和懂弹钢琴。经陶洪的影响我发现好多武器非常美观,因此就经常留意漂亮的武器,同时结合我对苏联的热爱,慢慢一些我觉得好看的武器。对于这些兵器的技术背景和细节我是一概不知道的。这个SS-24据称是苏联的专利,美国曾经也想研究但没研究成,是因为“美国军火商和铁路大亨要价太高,再加上美国民众对导弹列车运行在民用铁路上表示担心”(来源:中评网),也就是说——是资本主义和民主惹的祸。但是,我国的新闻媒体曾经曰过,“技术水平的跟不上是主要原因”。

根据这些网页所说,洲际弹道导弹要放在火车上有很多技术难点。我自己猜测的“反冲力”,确实是难点之一。我知道坦克发炮的反冲力是用液压来装置来消除的,这就是为什么坦克发炮之后炮筒会往回退一下再回复。现在发射N吨重的洲际导弹,反冲力也是用液压原理来解决。另外,要在一个车卡的末端立起一支这么长这么重的东西,好像是成了特别费力的杠杆,不过反正人体自己的肱二头肌也是狂费力的杠杆。下图是我找到的发射示意图:

发射

发射

对了陶洪也是一个铁路迷,所以我可能也受这方面的影响,觉得列车机动比较帅。