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Dennis Banks是美国本土印第安人,他是美国印第安运动的代表人物。他是一个教师,擅长口述故事。我在Apple Music看到,喜多郎跟他合作了两个专辑。实际上第二张是在Banks去世之后向他致敬的。

两张专辑的形式都是喜多郎为Banks的口述录音配乐。我觉得这种艺术形式非常值得推荐。我本人获得了一种很综合的感受,一会儿是在具体地听故事的内容,一会儿又好像只是一般地听见(看见)一个人在娓娓道来地说着什么,但是已经融入到音乐营造的景色里听不清了,有一种“空山不见人,但闻人语响”的意境。

喜多郎似乎喜欢这种给人声诵读配乐的形式。我还发现了他另一张专辑,是美、日两国的参与者亲述两国在二战期间交战经历的配乐诵读。

由一份简历的联想

我看到一篇论文,觉得与我的研究十分相关,于是想找找看作者Grigori Medvedev是谁,甚至考虑在方便的契机给他发封邮件。结果发现,他的简历本身透露出来的经历就很有意思。

他是在前苏联完成博士学位的。在学术生涯的初期碰到了苏联解体。他先去了波兰两年,然后到了美国的普渡大学,任职至今。

他博士期间是在俄罗斯自然科学院高分子物质研究所(Institute of High-Molecular Compounds, Russian Academy of Sciences),学位论文题目是液晶聚合物的松弛过程,导师是Yu Ya Gotlib。

显然,Medvedev的背景是偏向高分子物理的。他的导师Gotlib本人在Amazon上可以搜到一本书,题目是Molecular Mobility and Order in Polymer Systems,与Medvedev的博士学位论文主题几乎相同。Gotlib的早期工作,可以在Google Scholar的搜索结果中窥见一斑。从论文的最早年份来看,Gotlib的学术生涯大概开始于1950年代,一开始就研究高聚物。我能找到他最早发表的论文是1953年在ZHURNAL TEKHNICHESKOI FIZIKI(英语译为Journal of Technical Physics)上的题为TEORIYA RELAKSATSIONNOGO SPEKTRA POLIMERNOI TSEPOCHKI(聚合物链的弛豫谱理论)的工作。他是第一作者,第二作者是M. V. Volkenstein。

不失公平地可以说Volkenstein比更著名些,但可能今天的高分子学者也未必了解了。Volkenstein理应著名,因为Flory在诺贝尔奖网站上的自述中就提到,他的工作建立在Volkenstein的基础上的。Volkenstein在键构象统计方面的工作,比Flory开展得早。Flory的专著Statistical Mechanics of Chain Molecules出版后,Volkenstein在Biopolymers上发表了书评,见证了两个巨人的交流。相信这是这个今天少有人知却渊源深远的期刊上为数不少的高光时刻之一。

在这里我插一句。从我的观察来看,我怀疑,许多人并没有看过Flory的那本Statistical Mechanics of Chain Molecules就去引用。这本书有十分独立且今天罕见的主旨,是超出了一般高分子物理教科书中的链统计章节(包括Flory本人的另一更为流行的著作Principle of Polymer Chemistry)所关心的范畴的。Flory在Statistical ~这本书中为了实现他所不同于Kuhn的理论目标,使用了少见于常规教科书的数学工具。有时间我再另外写一篇东西来聊聊这件事。

但无庸置疑,这本书正面引用了不少Volkenstein的工作,使后者十分开心。

之所以说期刊Biopolymers有不少高光时刻,是因为它深度参与了高分子物理理论发展史的主线,很多重要的高分子物理基本问题,是物理学家在研究生物大分子的时候碰到的,当时他们把这些工作发表在了Biopolymers,后来成为了重要的普适理论。Volkenstein本人就十分关注生物大分子。他做理论时心里想着的应用是生物大分子。

俄罗斯人的论文有一个特点,就是十分注意突出俄国科学家在世界科学发展中的贡献。例如,高分子交联网络的溶胀热力学的Flory-Rehner理论,会改为Frenkel-Flory-Rehner理论。Volkenstein在谈到de Gennes的标度理论时,也提到了I. Lifshitz(是写教科书的那位E. Lifshitz的弟弟)在这方面也是先驱。Lifshitz在1978年发表在Rev. Mod. Phys.上的综述提到“用二级相变的思路来处理排除体积”,以及“globule”的概念。如果包括俄语世界,那么Lifshitz早在1968年就提出这些了,比de Gennes的Scaling concepts那本书要早。Lifshitz对高分子体系的兴趣始于1960年,也是从生物大分子切入的。鉴于Lifshitz对苏联凝聚态物理发展的影响,他切入高分子物理的角度,也许也深深了影响了苏联高分子研究后续的兴趣特点。

Lifshitz关于单链问题的兴趣,也深深地影响了我国早期高分子物理学家……因为这时期也是我国科学技术上全面向苏联学习的时代。当时的科学家与苏联的交流比较密切。比如,我国高分子最早的前辈之一王葆仁,在1956年,作为中国高分子代表团团长应邀出席在莫斯科举行的全苏第九次高分子论文报告会,宣读了2篇论文,会后参观访问了苏联一些研究机构和大学。1957年,作为国家科技代表团顾问,赴莫斯科谈判132项中苏科技协作项目中有关高分子方面的具体内容。

所以,很可能Lifshitz和Volkenstein和Gotlib都跟我国高分子前辈相识,甚至有密切交流,因为从我刚才的追溯可见,这三人在当时代表了苏联高分子学科的老、中、青三代。

有一本书叫《苏联科学家在中国》作者恰好也是化学家,主要搞无机化学的。这本书生动地展示了从共和国建立到1960年期间,我国科学研究的状况——主要是中科院化学所的状况。但是,在那个期间,这个中国化学的最核心研究单位也正在作高分子学科方面的大型打算,这是没有在这本书中体现的。总之为了这个项目,1960年,以钱保功先生当组长,还有郝柏林先生参加的一个高分子物理考察小组,被中科院派到苏联访问。

在列宁格勒大学郝柏林见到了对高分子构象统计有突出贡献的生物物理学家沃肯斯坦(M. V. Volkenstein)……。

张淑誉《郝柏林——科学游击战士》

原本,郝柏林是准备继续进军高分子科学的。他和同时们从俄文翻译了卡尔金(V. A. Kargin,今天的俄国高分子化学和技术研究所以他的姓氏命名)和斯洛尼姆斯基(G. L. Slonimsky)赠给的《高聚物物理化学概论》一书。钱人元先生也给过许多指导。但很快他就被派往苏联做研究生,他通过了朗道能垒测试,但成为了阿布里科索夫学生,学量子场论了。Volkenstein在研究生涯的后期进入到了生物信息学领域,无独有偶郝柏林也如此。高分子物理的早期经历,也许是一个普适性的诱因。

我从一个在世的俄裔研究者回溯了这么多乱七八糟的碎片历史,主要源自最近关于世界局势的感叹。二十世纪的冷战,把世界划分了三个。今天我们也许非常习惯美国科学史发展出来的范式。很多都觉得苏联搞出来的东西总是怪怪的,透着民科气质,但又没实质上明显的错误。只能说兴趣点很怪。其实,同样的感受也在二十世纪著名的苏联科学家参与当代科学革命史时体现。为何在当时,这种怪,成了开创历史;今天这种怪却成了格格不入了呢?有没有冷战结速之后世界单极化的影响因素呢?

我这么联想并非凭空的。比如,Volkenstein的链统计理论,更倾向于把化学信息包括进来,向物理上的难度挑战。在这一战斗中,Volkenstein作出了优秀物理学家常有的聪明联想来解决问题。Flory十分赏识这一点。他在自己的链统计著作的前言里,更为清楚地解释了,为什么要不惜克服繁琐的数学,非要实现一种纳入化学结构细节的物理结果。Flory的这篇前言,道出了沟通化学家视角与物理学家视角之难。与Volkenstein和Flory的学术品位相反的,是Kuhn和de Gennes的,忽略细节的、重整化的做法。很多人认为,后面这类做法“更物理”,因而更高级。Volkenstein和Flory的链统计工作,现在几乎只有能与Kuhn和de Gennes的工作相融的部分得以延续;他们独特的努力只留在了故纸堆。我在最近几年经常跟身边的人说,我喜欢Flory,不喜欢de Gennes,并非戏言或妄言,而是有着明确而难以尽述的理由。Flory更倾向于纳入化学家语境的信息到自己的理论当中(“更化学”),并没有损失他的物理性而逊色于后人,反而体现了物理学的威力。如果要忽略信息、重整化才能继续下去,若不是物理学的无能,那就是人的无能。

材料科学与工程专业的本科课程设置

刚到不惑之年的我,虽然总感觉很多事情的“修改”都不像这件事表面看起来那样利益绝缘。总之很多问题你都不知道为什么,反正就动了一部分人的奶酪。但是我又说不出每件事情,到底是通过什么灰色产业链机制来联系哪部分人的利益的。只能说,一些事情长期不适应现状,或者长期不理想,却从未有过改变,估计都会因为这种原因,所以更少人去提出,甚至亲自去主导这种改变。“材料学专业学啥”,就可能是这类事情。所以本文仍旧只能从表面看到的信息来分析。

从工程的角度看

材料科学作为一个大学专业,或者科学研究的学科,是二十世纪形成。现在说的材料科学所涉及到的各类材料本身的工业,有很多在二十世纪之前就成熟了。金属材料中钢铁和几种合金、无机非金属中的玻璃、陶瓷以及现代意义的混凝土、高分子材料中的纤维素、皮革、天然橡胶、就算加上比较新的赛璐珞,都在十九世纪之前变成很成熟的工业。这些工业人才的培养机制,也相应地早已存在。有些还属于一个学科,比如冶金专业和金相学。

上述这些工业领域的知识基础被归为一个材料学,是二十世纪下半叶的事,主要是冷战催生的。当然,二十世纪上半叶的基础科学革命,为这些知识统一成一个学科奠定了基础,想统一也可以统一了。冷战那会儿主要是由于美俄进行大科学计划的竞争,对大国科学研究的组织和高等教育产生了深远影响。各方面影响都很大。其中关于人材培养方面就提出了交叉学科,以及“工程”本身的普遍性。无论啥都被加以“工程”二字,因为当时认为“工程”本身讲究一套普遍原则。工程是一套通用的思想。搞大工程,无论用到什么科学知识,都需要被“工程化”,才能融入进来。我们国家搞两弹一星,领军人物也是强调“系统工程”。

科学原理和它的“工程学”往往是两回事。例如化学,加上工程二字之后,关心的是三传一反。

于是,经过总结,无论啥学科的“工程”都需要的一些普遍知识,就成了“工科教育”的基础课。数学上,微积分是组织得最认真的数学了。其他比如线性代数,其实是仅为了熟练矩阵运算(从而使用计算机辅助计算)简版线性代数。有的专业学复变函数,也只是仅为了介绍Fourier变换而开的简版复变函数。有时这些数学会以“工科数学”、“工程数学”的课名来组织(包括教材书的题目)。数学课程上的特点只是工科教育特点的其中一部分。其他物理学、化学的课程,到了工科专业也都是各类简化版。它们的简化,往往都会带有类似“仅为XXX知识点而开一门课”的特点。所以工科专业出来的学生,很容易把一些学科总结为“其实只要搞懂XXX就行了”。

在背后支撑着这些流传到现在的现象的,就是上述的,“工程在一次普遍原则”的思想。只不过,现在渐渐没有人去正面阐述:到底什么是工程的普遍原则。以及以上这些简化版的低年级数学,是如何在工程的普遍原则中统一运用的。各门学科的“工程”专业,都没有汇总式地开一门“工程学”的课。学完这些课,只有从此走向工业界的研发的领导岗位(是指比较原创的、从零到一的研发),而且悟性好的学生,才能事后理解到,之前学的各类杂七杂八的简版数学的用处。

“领导从零到一的研发”、“悟性好”,一个人能够理解并支持工科教学上述课程设计的两个必备条件。缺少一个,这个人都会不理解,甚至厌恶工科教学。可是,具备上述两个条件的人理应是少数。为什么工科专业会是这个样子?因为它当初在冷战时期,就是为了培养这两个条件的人面设计的。冷战时代,突然要搞各种大科学工程,才发现不同学科的人需要共同完成一件很复杂又很具体的任务,发现特别缺少知识结构具有学科交叉性(啥都知道点儿),同时了解大系统的规律不乱指挥(一些工程学普遍原理)的领导人才。成败还往往就看这些少数人的水平,而不是原有的基础学科原理钻研得怎样。从当时中美对钱学森的态度就知道了。所以这种工科教育的设计当然是不适合后冷战时期的和平发展年代民众需求的。领军人物并不需要大量产生了,也并不是大众都能享受到的教育。大众更有机会在工业界中从事常规技术工人岗位。工业界大量需要的并非真正意义上的大学生。就算是“只为懂矩阵运算而上的简版线性代数”、“只为懂Fourier变换而上的简版复变函数”,在工作岗位上也仍然过于多余。大学生对于工业界的特殊意义更在于其他素质。这类综合素质在实际操作层面就体现在大学排名。因此“工科or非工科”逐渐在讨论之外,大家就盯着学校排名了。就算“工科劝退”,若是你能上清华北大工科,你也绝不会去末流985的风口专业。普通人真正有机会面临专业上的选择的情况其实很少。多数人的分数被用于让学校排名最大化,不惜牺生专业选择;无论在专业选择上有什么观点,都是次要讨论。

从科学的角度看

材料科学可以是一门科学(know-why),由于二十世纪基础科学的发展,特别是后半叶更是如此。从现在来看,二十世纪的发展,使得材料学就是凝聚态物理化学。为什么加个“化学”呢因为制备出凝聚态物理学家关心的物质也成了凝聚态物理学家不得回避的问题,除非他们完全不需要实验研究。这部分他们其实很依靠化学家,但他们又不承认,或者良性地说,自己实际承担了制备任务。很多物理学的学生,不喜欢凝聚态物理的理由,往往来自于“需要制备”。因为需要制备,他们陷入了大量实际上不是物理的问题当中。以往说法,就说凝聚态物理其实是很dirty的。现在的说法,就是说把个凝聚态物理做成了材料学(因为要“炒菜”)。事实上反映了凝聚态物理学家回避不了化学又不想正面面对化学的隐性矛盾。现在的分野就是,凝聚态物理学把物理问题霸着自己做,把化学问题摘开叫材料学接盘,事实上材料学只剩炒菜。从科学的角度看,问题就是这么简单,本节讲完了。

所以,“材料科学与工程”,从工程的角度看,你国家现在没有那么多对“领导从零到一的研发”的人才需求;从科学的角度看,材料学科学研究材料的权利被凝聚态物理霸占掉了(从人才培养开始),使得现在叫材料学,但只能做化学。材料物理是谁在做呢?一脸嫌弃地进入凝聚态物理的物理系学生们;考材料学的没机会做。这是这个专业之所以“劝退”的根本原因所在。其中工科方面的原因是所有工科专业共享的,也是“工科劝退”的根本原因。

问得极端些,多招点儿物理系的,只让物理系的人做所有科学不行吗?不行的原因是,人群中能学到这个效果的人是少数,这是人类的自然限制。但为了社会稳定又要求扩招……在后资本主义时代的世界,很多国家的矛盾其实都是“如何大量生产牛马,同时让它们感受到尊重”的问题。谁都没有也不希望大量真正意义的“领军人才”的出现,否则社会就稳定不了了。