Colloidal dynamics学习资料

这几天集中学习某主题,遇到一个MIT公开课件,标题是S­ta­tis­ti­cal Mechanics,但内容只有4章,看来是专门挑选了理解胶体动态必须具备的基本非平衡态物理基础。我觉得这四章是particularly针对胶体的,是从Fokker-Planck方程开始谈起的,还涉及动态光散射和流体动力学效应。这些主题都是专属于胶体特有的时间和空间尺度的。比看一本一般统计物理学省力得多。

顺便再介绍两个­book chapter,作者都是R. Klein

critical thinking

经常有人轻易地批评中国学生听完报告后没有提问的,进而提倡学生要“善于提问”。或者,也会有人引申到中国学生不“善于质疑”,或者不“敢于质疑”,大叹中国教育失败。类似的论调经常出现在报刊杂志上。“报刊杂志”是80年代的词汇了,用2015年词汇应该换成“微信朋友圈”。不知道这些作痛心疾首状的人知不知道有多少学生会把这些批评当回事。

说要质疑容易,但是到底何时质疑?为何质疑?是不是一味地质疑即可?这才是主要问题。可惜这些具体问题的回答是需要水平的,比喊喊口号要求高多了,所以我们没办法在微信朋友圈看到答案。

同样的,我们也经常听到大学里的前辈叫本科生“学会自学”。学生抱怨课程内容太局限,他来一句“学会自学”;抱怨任课老师讲课方式,他来一句“学会自学”;抱怨专业不理想,他还来这一句“学会自学”。可是,那现在要自学哪些东西?为什么想到自学这些东西而不是那些东西?自学到什么地步、什么程度?自学到哪里为止?从来没有人回答你。于是,懂自学的学生就一直懂自学,不懂自学的学生一直不懂。哪怕我现在先越过“什么为之‘自学’”这个问题,直接问一下,为什么有的学生自然懂自学,有的学生不懂,也很少有人讨论这个。

从小老师和家长就说,要从“要我学”转变成“我要学”。可是,为什么有的人是“要我学”,有的人是“我要学”?没人讲过。

你活在这个庸俗的大众之中,他们水平太low了,只懂喊喊口号。但是,你不相信口号,可惜你从来没有听到过比口号更进一步的东西,所以你也陷入了一种虚无主义。这就是大部分大学生的心路历程。

我本来是要回答上面这些具体问题的,但是由于时间有限,以后再详细回答。简单地说,“我要学”、“能自学”、“懂质疑”的基础,在于懂得critical thinking。critical thinkg是有具体定义和培养内容的,有很多书,不是口号。而critical thinking的培养则是需要贯穿在整个中小学教育的。我们为何总是听到对大学生作出各种素质的要求?就是现在大家都不好意思去要求高考大棒之下的中小学生了。可反讽的是,你的选拔机制的设计就没给你选出这样的人,你却对选拔结果作这样的要求。你的中小学教育产物不具备critical thinking的基础,却要求大学生懂得各种以critical thinking为前提的事。难怪你只懂喊口号,因为你自己也不懂critical thinking。

流变学研究什么

今天去面签,面试官问我What is rheology,我抛出官话:the study of the defor­ma­tion and flow of matter。回单位,收到一个陌生研究生的邮件,我在回复中又涉及到这个。

插句话,我觉得这年头(特别是Google Reader停止服务之后),看博客的人应该是很少的,通过RSS跟踪博客的人应该就更少。我以前在科学网写博客,很多人通过博客知道我。但我不在那里写东西很多年了,原以为在这个个人域名下写写,应该没多少人看,更不要说是流变学同行。可仍然不时有人给我发邮件,说是从我的博客知道我的。博客毕竟是一个用来瞎扯的地方,也许我有时会认真总结一件事,但往往大多数是瞎扯。

流变学研究什么问题有点大,我想说的其实是用旋转流变仪研究什么,因为我也只熟悉这种流变仪。大致上来说,是研究两方面性质:一是流动性,二是松弛谱。流动性是使用continuous rotation模式来做的实验,控制剪切速率,关注粘度。主要测试手段包括阶跃应变速率或稳态粘度曲线,总的来说是非线性流变学。现在这方面研究的方法也可以包括LAOS了。松弛谱就是指样品的线性粘弹性,那么只要在线性条件下,各种激发方式和响应函数都是等价的,包括蠕变、应力松弛、小幅振荡等,主要控制测量时间(频率),关注响应函数。同样属于松弛谱研究的还包括热流变简单性研究,通过TTS获得更宽的时间尺度,计算松弛时间谱等等。这两个性质是样品处于完全不同的两种状态下的性质,它们之间没有必然联系。

我们研究一个样品的流变性质的时候,一定要清楚现在是要了解它的流动性还是线性粘弹性。如果我们改变了样品的结构,那也要清楚,这个结构上的差异,分别对流动和松弛谱有什么影响。有时有些结构只影响流动性,有时只影响松弛谱。例如,只影响流动性的结构差异,你做线性粘弹性测试就看不出来。同样的,也不要轻易就用线性粘弹性下的“复数粘度”代替真正的粘度。复数粘度不是粘度,它不表征流动性。除非样品不便受到剪切破坏,或者事先验证过该体系满足Cox-Merz规则,不然的话,没有什么理由不直接去做正式的粘度测试来表征流动性。

凡是不单纯了解流动性或线性粘弹性,而是总是想涉及样品结构的流变学研究,都不能避开软物质物理的学习。很多流变学初学者缺乏这种物理基础,但是又听到或看到太多用流变学结果讨论样品结构的话。他们往往都是根据听过的说法进行机械照搬。在这方面,Larson的书The Structure and Rheology of Complex Fluids就是一本很好的教材。应该熟读这本书,首先清楚各类体系的结构(structure)和动态(dynamics),然后再了解他们如何影响流变学性质(again,分别是流动性和线性粘弹性)。那么,遇到实际的测量样品的时候,才能独立思考:先试图把样品归类为Larson书中的某种体系,然后根据这种体系的一般模型去估计它的流动性和线性粘弹性应该是怎样的,再去测量。这相当于是先有hypothesis,再去做experiment。很多初学者就是在hypothesis完全空白的情况下乱测,得出的结果也就只能乱解读。

近况

很久没有更新,最近生活上和工作上的压力都挺大。我一直想找一个好用的WordPress for Windows Phone应用,找不到。所以要更新博客,总是只能正而八经地在键盘上打字。而当我有这样的时间的时候,当然首先是工作而不是更新博客,造成博客一直不更新。

七月初的复杂流体流变学会在青岛举行。这个会议比较小型,可能原则上就是让每一任承办方都不要有太大的压力,因此只有受邀请的才作口头报告,自由投稿一律是墙报,可能以此降低举办难度,保证能将来每年继续有单位承办,而且不断有新的单位加入。

这个会议跟流变学年会不同,它规模小,参加者基本上研究流变学专业,交流比较自由和深入。流变学年会规模很大,有很多分会场。摘要册中有很多研究只用到一点流变学,甚至只是测了个粘度,还要是测错了的。这一方面说明流变学应用非常广泛,另一方面说明我国研究者流变学知识普及不够,特别是在“应用广泛”的情况下,不是专门研究流变学的人也需要懂得基本流变学概念和测量要点,这是作进一步学术讨论的前提。复杂流体流变学研讨会虽然是一个小会,但它每隔两年(还是四年,忘了)顺带举办流变学讲习班,我觉得这才是比较实际的。虽然讲习班不能代替自学,但是它宣传基本观念,树立了学术权威,使自学者有了组织,有“带入门”的效果。

除了规模差异之外,会议的主题也有区别。流变学可以是一个很宽泛的研究方向。严格来说,流变学应该讨论各种三维流动,而不局限于简单剪切。要作讨论,从连续体介质的范式是比较常见的,实际上是非牛顿流体的流体力学问题了。所以有专门研究流动问题,包括使用计算机模拟的研究。但是,流变学涉及到的各种软物质体系又恰好都是物理上认识较少的。认识最深入的就数聚合物体系了,因此聚合物流变学事实上是高分子物理的一个重要部分。讨论聚合物流变学就是在讨论高分子物理。物理学家愿意纳入讨论的实验数据往往都是在well-defined条件下获取,具有可重复性的。因此往往都是讨论旋转流变仪和拉伸流变仪数据。除此之外,流变学又包括了几个重要应用领域,例如我国特色——驱油以及食品流变学,这些领域往往涉及到屈服、触变性、塑性流动等胶体体系的性质,而且也不局限于简单剪切。流变学年会,就是试图囊括流变学的所有这些研究方向。而复杂流体流变学,则主要关注实验物理,“复杂流体”其实就是“软物质”,主要讨论软物质物理背景下的流变学;或者说,关注通过流变学如何帮助我们从物理上理解各种软物质体系,或者流变学对这些已有物理研究领域可作何有意义的延伸。基本上是一个局限于基础研究的会议主题。我就觉得比较喜欢参加复杂流体这个小会议。

可惜,这会议实在太小,知道的人也少。其实这个会议规格一点都不低,每次会议流变学界的重要人物和青年学者基本都到。虽然规模小,但是水平高。

我自己参加过2009年的讲习班,又带学生参加过2014年的讲习班。虽然讲习班的东西比较基础,但也有仍能令我印象深刻的演讲。例如张洪斌老师介绍多糖流变学时的观点:流变学可以不难。测粘度,流动曲线,就不难。流动曲线认真分析清楚了,也能得出丰富的信息。当然,也是有针对性,因为他研究的食品流变学,所以也应该主要关注非线性流变性质,多糖链结构千变万化,还有各种氢键、疏水作用和聚电解质性质,往往也够不着什么物理模型。提高唯象研究能力就可以了。这种研究,适合我国目前生源条件下的学生迅速找到感觉,产生研究的主动性和乐趣,使研究生培养进入一种良性循环。以前我自己做学生,觉得我刻苦学习当个学霸就能把难学的学懂。可是轮到我带学生的时候,学生各和各的特点和长处,大部分学生难以在短时间弥补理论基础的大片空白,只能选择适合他们已有知识的研究来做,有时会抱怨“现在的学生不敢走长征”。虽然不是说我也去做食用多糖流变,但张老师这种面对现实思路对我很有启发。

但是若想真正学好流变学,其实应该认识到这是一个物理学。物理学得了的人,对其他物理都有所了解的人,对流变学中的很多做法会感到正常、适应、无须多作解释。都不用谈到连续介质力学和结构流变学中涉及到的各种软凝聚态物理建模套路等物理学基础,光是做一项实验测量涉及到的误差、物理量、量纲等基本问题,在流变学讨论群组里都经常有人感到困难。不知道他们以往的从学背景,但总之往往说成好像这些麻烦事是流变学特有的;要不是得弄流变学,他不用搞清楚这些事情。这也反映了我国非物理的理工科教学中物理基础差,特别是实验教学。所以,如果要学流变学,就要做好全面提高物理素养的心理准备。如果很害怕物理,只是要测个粘度,我看还是委托专业的人代为操作算了。术业有专攻,也不算什么。

谈谈最近一单研究生跳楼事件

从我读大学开始,学生自杀的消息就不绝于耳。这次我之所以想聊,是因为曝光的“遗书”中的内容。我也只能随便谈谈我的直接观感,不作过多联系,毕竟外人无法充份知道内情,对生者和死者都难以做到公平。

首先我觉得这篇东西,不像一封常规的遗书。知乎上的这个问题下面,有人提到了“卢刚事件”,其遗书的中文部分,就像遗书。遗书应该表达对世事的失望和没有留恋,并向父母亲人交待后事。而这篇遗书,从头到尾没有提到亲人,似乎他不需要向亲人告别。而且他在遗书中讲到了很多很细节的东西,感觉他对世间纷争还放不下。

同样的际遇,落到不同的人身上,会有不同的解读,也会作出不同的反应。很多人都看过《当幸福来敲门》这部电影,里面的故事就是一个例子。选择自杀应该是非常极端和个别的案例。我们经常会听到自杀的新闻,然后去关心死者自杀的原因。有些人会误以为所有这些原因都会一律使人自杀,或者误认为死者的遭遇是他的死的主因。我觉得,其实所有自杀主因都是死者本身选择自杀。没有一件事情是搁任何人都自杀的,甚至很多事情,搁大多数人,并不会自杀。这些外因当然各有各不合理的地方,自杀总有诱因,但不能当成主因、当成杀人凶手来批判。

具体到“遗书”中的种种指控,事实都不清楚,无法评论。他说到了很多人造假,所以数据漂亮,而导师无法识别或者故意不识别。而他就没有造假,所以研究结果导师不满意。我不清楚这是不是模拟仿真这个圈子的现状。由于是应用性很强的领域,真正的有意义的研究都应该以企业为主体,学校与企业合作,但这种形式还不是目前普遍的形式。这种研究,如果要带研究生,搞学术论文,做课题答辩那一套,制度上就有一定的扭曲。特别是扩招之后,硕士研究生大量增多,能力有限。很多实际应用问题,真正解决的难度很大。以硕士研究生的能力,根本做不出任何真正意义上的工作也是有可能的。而中国有个怪现象是,考不上的博士,没有毕不了业的硕士。源源不断的研究生进来,都得做点啥然后顺利毕业,那就只有两个选择:一是让学生诚实地按照课题需要做实验,得不出什么结论,但仍然通过毕业,这样就“不好看”;二是让学生做一些类似“没有假设不能仿真”,得出“加速度400g”的结果这种,未必造假,但都是通过闭门造车来降低技术要求,纯粹保持工作完整性的工作,显得工作有结论,然后通过毕业。事实上,死者指责的他人的工作,称为“水货”的,可能是后一种情况,而死者自己做的工作,据他自己的陈述,可能也无非是前一种情况,很努力,但无法得出什么结论,跟水货相比也许至少努力了,但科研评价真的没有“没有功劳也有苦劳”这一条。但是,无论如何,为什么就一定“没有毕不了业的硕士”呢?难道就不能有毕不了业的硕士吗?

死者还对导师的一些为人进行了指控,最集中的是:

你又为什么给研三研二8个人每人打5000科研津贴,又让取了交给你,虽然研三每人又给到手了1500,可那3.4万又是怎么回事儿?去年教师节,学校明明不让收东西,你提走的两瓶共400的葡萄酒怎么回事儿?去年7月课题组杭州开基金项目中期报告会,你八杆子打不着的儿子去了又是怎么回事儿?接的贵州九鼎的环卫车项目,仿造中联的高压清洗车,压缩式垃圾车,洗扫车,中联知道么?

如果这些都是事实,这位老师自身不检点。不过,人们经常会误认为,一个在生活的其他方面比较庸俗的人,在学术上必然庸俗。这也许在人文社科方面成立,因为那是研究人的精神世界的学科,对人性的崇高的视角本身也就是其学术上的视角高度。但在理工科方面,还真不一定。我们中国文化往往喜欢强调“整体”,重视修养,认为它会反映到方方面面。因此,中国人看待人,往往不就事论事,而是先从“修养”上检视;如果“修养”不过关,对一个人其他具体方面就都不再信任。相比这个导师其他方面修养如何,我更关心的是到底他对死者学术上的要求是否真有偏颇。死者的学术论文,是否真的无法通过答辩。很可惜,这件事在大众媒体已经炒起来,我想这种质疑一定会被其他声音淹没。硕士答辩会,应该全程录像。一旦出现不通过答辩的情况,会上到底专家提出什么问题,学生如何答辩,都有证据,不会事后只剩当事人一面之辞。据我所知现在是有学校这么做的。如果中南大学有此做法,应该把答辩视频公开。如果没有这种资料,我想其他形式的调查很难做到令人满意的地步。

最后,我还想再次说我以前说过很多次的观点。目前在我国,导师和研究生之间没有广泛默认的伦理规范。这是导致很多问题发生的根源。到底导师和学生,分别要对什么事情负责,不用对什么事情负责,莫衷一是。这双方,受影响最大的是世界观和人生观尚未成熟的学生一方。研究生们,年龄不小,但却未亲自接触社会。他们对社会有很多判断,但往往大部分是道听途说的积累,满脑子误区。既有过于理想的情况,对导师有过高期待,看到现实后形成落差的;又有过于犬儒,不断放大负能量的。他们往往指责的事情确实不对,但他们所期望的又往往过高。这个额外落差是成年人容易忽略的年轻人经常反应过激的原因。而伦理规范的缺失,使得当不公平待遇发生的时候,受害者看不到施害者自动受到相应的道德压力和伦理代价。悲剧发生前,往往没有一个人认为自己是错的(哪怕明知故犯)。这可能是导致受害人产生无助感甚至寻死的重要原因。导师和学生之间的伦理规范不明,在中国不是一天两天的事了。为什么长期明确不了?就是因为这个问题长期被圈外人的意见统治。太多外行人提出自己心目中想像的“教授”的各种道德标准和“职务范围”,人云亦云地批判“学术腐败”,描划“学术规范”。学术圈一旦出事,事后的讨论往往没学术什么事。真正处于导师和学生位置、面对学术纷争的人,都会选择不提交公共仲裁;既有纷争,又无仲裁,事情很容易走向极端。这次死者在遗书中的指控,情愿写在死前的遗书中,都不说出来。

最近有人问我关于大幅振荡剪切(LAOS)的问题,我给他一个我们组使用的分析程序的下载链接,现在觉得干脆公开了,所以在博客右边多了一条LAOS分析程序的下载链接。谁觉得用得上的都可以下载。

让论文作图更美观的方法

OriginPro能作很多种图,但是颜色很丑,要手动换自定义的颜色又极其麻烦。我早就想不用它。随着我研究课题的转变,很多实验数据都是在Matlab里批量计算和处理的。用Matlab作的图有了变美观的可能。

所谓颜色很丑,就是OriginPro的默认color scheme是标准HTML的16色。这些颜色都是在其所属色系中最刺眼的。而且每张曲线图都用这堆颜色,让人感觉很单调厌烦。

使用MATLAB之后,作图可以使用预先定义好的color scheme(预先定义好相应的RGB向量)。于是问题变成了如何选择几套美观的color scheme。网上有很多调色器能够实现这个目的。但是对于论文曲线图来说,不同颜色之间要有区分度。很多color scheme致力于生成同色系或渐变色系列,这就不适合用于论文的曲线图。

这个网站则是专门为生成论文曲线的­color scheme而设计的。几种预设的color scheme就很不错。根据教程还可以自己生成新的color scheme。

这篇文章更加系统地介绍了怎样选择数据图的颜色。除了选择hue值的搭配原则外,还介绍了亮度和对比的设置原则。

产生一组反差明显的颜色是一种学问。这个SE问答下面列出了一些经典的研究成果。

以下动图在一分钟之内全面解释数据图变美观的原则:

UPDATE: MATLAB 2014a之后的版本改进了默认的颜色顺序,已经变好看了。