课题组内的伦理问题

我所理解的“伦理”问题,就是指在一个基于特定的宗旨而形成的群体里,不同的角色理应做到哪几条,有何义务,有何权利,如何落实到日常行为当中?在东方文化里,甚至要形成一种大家公认的荣辱观。我觉得在国内,研究生与导师、师兄(姐)弟(妹)之间现存的伦理是很不明确和完善的。师生之间,前辈与后辈之间的相互期望经常错位。为什么不能明确地公开地讨论这个问题?

网上可参考的成文讨论也并不多。值得留意的是密歇根大学的Rackham研究生院的两套指引,分而是给导师学生的,算是比较明确地建议了双方应该怎么做好自已,又怎么期待对方。不说直接当成范例,至少可以此作为继续讨论该问题的好的起点。不客气地说,国内有很多研究人员,在学生时代没有学到怎么做个研究生,成了导师之后也没有学过怎么做个导师。整体我们都缺乏一个学术研究传统,在做学问方面没有什么文化内涵,所以大部分课题组其实都是论文工厂,无论学生和导师都丝毫没有感受到做学问本身的乐趣,甚至对这一乐趣的存在都一无所知。这跟国外动辄学术血缘就能追溯到居里夫人或者朗之万的学术传承情况是无法相比的。

除了人与人之间关系外,实验室日常坏动作也是伦理的范畴。有很多界限是不明的。例如用具和试剂应该视为私用还是公用?评判这个问题的一般原则是什么?类似这类实验室中的小事会积小成多,造成实验人员之间的不信任感和矛盾。关于这个问题,很多课题组都有他们的rule,可能你去调查一番还会发现大同小异,说明是有些公认的价值观在里面的,但是拿出来公开讨论的还是很少。最近看到的这篇文章算是一个例子。Again,这仍然可以只是一个继续讨论的好起点。我觉得每个课题组不仅应该在组内公开地讨论这个问题,并且还应该把讨论和实践的结果拿到课题组外去分享,在更广泛的学术圈内引起更一般性的讨论,打破东方文明对小矛盾讳莫如深的坏文化。中国其实本来有好的文化来搞定一切新时代的新伦理:己所不欲勿施于人。

惯量与粘弹性

最近为了搞清楚仪器的测量极限,和学生一起考虑了一通仪器惯量的问题。结果这一考虑就是几个月。

应力控制型旋转流变仪的原理是:马达驱动转子转动,样品被转子剪切,转子的角位移被记录下来。流变学信息就从马达施加的转矩与转子的角位移之间的关系计算。这个过程当然无法避免转子本身的转动惯量。由于转动惯量只跟转动加速度有关,加速度为零时是没有惯量的,因此稳态粘度测试是不受转子惯量影响的。但是在瞬态测试中,转子的惯量就很重要了。如果是振荡剪切测试,哪怕到了稳态,加速度也是时时刻刻都不为零的。所幸的是,对于小幅振荡剪切的稳态结果,惯量的扣除很简单,只是测量结果的好坏对信噪比的要求高了。对于蠕变,惯量的影响主要应力刚启动的短时间之内。对于粘弹性样品,这部分时间内的响应是样品粘弹性与转子惯量效应耦合之后的结果。大部分研究都预设一种粘弹性模型去拟合这部分响应的实验数据。如果想不依赖于既有模型,直接从实验数据提取出松弛时间谱,可以应用从蠕变到动态模量的变换方法(它们之间是单边Fourier变换的关系),然后从转换得到的动态模量中扣除惯量,可以证明对于这种情况惯量的扣除仍然是简单的公式。K. S. Cho最近证明了[1],忽略噪音和惯量效应,仅考虑同样有限的实验时间尺度下,做振荡扫频不如做蠕变信息量大。有趣的是,噪音和惯量效应会在多大程度上影响这一差别。考虑到噪音和实验时间的有限性,蠕变到动态模量的转换的数值算法还需要有很多实际的考虑,在Cho这篇论文里的Introduction里对这方面工作也作了很全面的回顾。另外,Baravian和Quemada提出了一种连续阶跃应力的方法来获得近似无惯量影响的蠕变响应[2]。这一方法看上去像是在数值上相当于频域的扣除,感觉这一离散的阶跃趋近连续的极限时就会是精确的样品响应。但是Baravian和Quemada只给出了简单粘弹性模型的解,这一方法对于一般性的粘弹性样品具体意味着什么,以及噪音的影响等还需要推导。

另一个学术上的兴趣就是,不去考虑把蠕变响应转换成动态模量,而是关心这个蠕变响应本身的一般表达式。不失一般性,任意粘弹性材料的松弛时间谱可用一Prony级数来表示。因此含转子惯量效应的蠕变测试响应就应该要能由Prony级数的各项系数来表示。有趣的是,在粒子示踪微流变测量中,粒子运动惯量对均方位移响应的影响与流变仪仪器惯量的问题十分相似。对于同一个样品,去流变仪上做蠕变,需要解仪器转子的第二类Volterra积分方程;粒子在此样品中的热运动,需要解粒子的广义朗之万方程。这两个数学问题几乎是一样的。前文提到的针对噪音和实验时间有限性的很多数值方法也是可以通用的。粘弹性介质与粒子之间的friction kernel和粘弹性样品回馈给流变仪转子运动的粘弹性kernel之间的一般关系,也很早就由Zwanzig给出[3]。以现有的基础,完全可以认真地给出一个微流变与宏观流变在一般粘弹性情况下的严格对应理论。

References

  1. K.S. Cho, "Which is more informative between creep and relaxation experiments?", Korea-Australia Rheology Journal, vol. 29, pp. 79-86, 2017. http://dx.doi.org/10.1007/s13367-017-0010-6
  2. C. Baravian, and D. Quemada, "Correction of instrumental inertia effects in controlled stress rheometry", The European Physical Journal Applied Physics, vol. 2, pp. 189-195, 1998. http://dx.doi.org/10.1051/epjap:1998183
  3. R. Zwanzig, and M. Bixon, "Hydrodynamic Theory of the Velocity Correlation Function", Physical Review A, vol. 2, pp. 2005-2012, 1970. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevA.2.2005