Πάντα ῥεῖ

胶体物理文献学习建议

我想我也要做些功课,帮师弟列一个大致的read­ing list。不能只管打击他。

其实我之前给过一个综述和重要文献的压缩包,里面好像还包括书。但也许太过宽泛。如果你想只看几十篇(或相当的工作量)能够有所收获,那可能需要再集中一点。

一、综述阅读建议

我的建议是,先从综述看起。通过看综述,你可以了解当前的知识已经可以组织为什么样的体系架构,然后每章每节下,都有哪些重要理论和实验研究。综述是一个可进可退的位轩,如果你看综述发现仍然有些基本概念不明白阻碍着你的理解,那可以再回过去看书(但如果一开始就看书,面对厚厚的十几章内容,会很彷徨),看过综述后,再看paper,你就可以把每一篇paper归类为综述中所讲的哪一章哪一节的研究内容,能够帮助你迅速了解一篇文章到底在整座大厦中增添了哪部分。所以,我们先找一些综述来看。

  • Zaccarelli的综述,J. Phys.: Condens. Matter 19:323101。掌握ch.12.1~2.534.1~4.2,了解2.6,剩下的扫一下就OK了。
  • Cipelletti的综述,J. Phys.: Condens. Matter 17:R253。掌握ch.123.1~3.245,其他扫一下即可。
  • Weeks的综述,Rep. Prog. Phys. 75:066501,全看。

我就这三篇综述多说几句。Zaccarelli是做模拟的。做模拟的人最喜欢搞相图。所以Zaccarelli的综述重点就是了解胶体体系的大致相图。这篇综述连续Nfig­ure都是相图,其中细节上的区别讲述的篇幅特别多,但是这些区别,不是我们做实验的人轻易能够触及的;这是做模拟的人的长处,因为他们能够建立十分well-​​defined的样品,然后也能直接获得很多微观的结构信息。所以,只需要了解胶体体系相图的一般共性:一共有哪几条界线,大概是怎么画的,这些界线会怎么移动。还有就是了解综述所列举的不同类型凝胶的静态结构和动态特征。所谓静态结构就是小角散射得到的S(q),动态就是动态光散射的自相关函数。认熟不同的凝胶的这些曲线都长什么样,表示什么。当然了,这些曲线的物理量是怎么得来的,有什么物理意义,也是需要了解的,但这需要另外看关于电磁波散射的资料,后面会有专门的建议。

Cipelletti的综述是内容最丰富的,连dynamic het­ero­gene­ity都涉及到了。但其实这篇综述年份是最早的,有点旧了。光是看这篇综述,就会花费你很长的时间。所以最好不要妄图一次性能把这篇综述从头到尾看完。其实这篇综述涉及到几个本身就很大的研究领域:

  • Attractive glass,这个是综述第2章就涉及到的,却是仍然很新的话题。很多地方滥用attrac­tive glass这个词,到底这个词是怎么出现的,最原始的定义是什么,如果你只看paper会越来越糊涂。这篇综述只用了一章来介绍。在文章发表的时候,对attrac­tive glass的结构和动态新的观察结果还没有出来。如果想要进一步了解attrac­tive glass,应该自行再找相关的文献。
  • aging,这是个更大的话题,主要是第三章,分了三节,其中第三节是Cipelletti的私货,不主流,可以不去看,但3.13.2是基本观念,最好看。
  • 流变学,这又tm是一大块。主要是第4章。特别是4.14.2需要有fluctuation-​​dissipation the­o­rem的基础知识,虽然这是也是非平衡物理研究的重要入口,但暂时也可以不去看。事实上,aging和流变学都属于非平衡,而且是属于远离平衡out of或者far from equi­lib­rium)。只是aging是通过quench来远离平衡的,而流变学则是dri­ven的。这些词也会经常碰到,所以我就这里特意撂一下英语。
  • 最后就是动态不均匀性,这个我之前跟你介绍过很多了,你也知道这也是一大块。

    总之,Cipelletti的这篇综述一下子把好几个大块的研究内容都集中在一篇综述里了,作为2005年写的综述,现在看来它还是比较有远见的,这几章内容的确都成为了胶体物理中最热门的几个内容。

    至于Weeks的综述,是最三篇之中最新的,但却是最科普。我建议你可以先通读这篇,里面基本上没有什么是你不需要掌握的。Weeks这篇读通了,你可以去读其他两篇。

    就这三篇综述已经ok了,它们的作者都是实验物理领域的(模拟也属于实验研究),所以已经很接地气的了。下面我讲一些阅读这些综述的方法。

    首先是要力求理解常见物理概念的涵义和相互联系。有些是最基本的:平衡与非平衡、(静态)结构与动态、玻璃与凝胶。这些概念在普通paper里经常有很多作者用得比较儿戏。如果你靠普通paper来学习,是无法太过较真的。但综述的撰写就不会这么儿戏,于是你就可以从综述行文用词中辩别这些物理的基本概念,就好像做GRE阅读一样,读完之后,你会知道ABB包含CC被包含DDA的补集。当然,知道这些概念的相互关系,并不等于就知道了他们的涵义本身。那怎么办呢?那就要留意,例如,当文章中说到,一个什么实验证明了XXX的动态(dynam­ics)行为的时候,你就马上去看那个实验是什么——通过了解什么实验结果是体现样品的动态去间接猜测理解什么是动态’”,看多了之后你就基本知道什么是动态了。这些概念是不能靠百度百科、WikipediaGoogle解决的,不要想通过互联网来理解这些词,这么做只会让你越来越困惑。如果你自己从文章中实在无法理解某些物理基本概念,那就直接来问我,别去乱搜。

    其次,是要认识各种论断赖以成立的实验结果。综述中会介绍很多当前的对一个话题的认识的。那么为什么这么说?什么实验数据能够支持这个说法?你需要非常仔细地阅读综述中这个论断后引用的文献。我随便从J. Phys.: Condens. Matter 17:R253中抽一段话作为例子:

    Recent exper­i­ments con­firm indeed that a hard sphere glass is not a fully arrested state and cage-​​escape plays a deci­sive role even in the glass phase.(什么exper­i­mentscon­firm一件这么玄的事?什么叫不是fully arrested?有何不arrested的部分?cage-​​escape到底play什么role那么deci­sive?真的能看到cage吗?还是用别的什么实验来间接证明的?)Using a con­fo­cal scan­ning micro­scope, Simeonova and Kegel [21, 75] fol­low in real time the flu­o­res­cence recov­ery after photo-​​bleaching of a small vol­ume within a con­cen­trated sus­pen­sion of hard spheres and derive from their mea­sure­ments the mean squared dis­place­ment (MSD), <r2>, of the col­loids. In the glass phase, they find a sub­d­if­fusie behav­iour <r2>~t0.30, which extends over seven decades in time. The largest dis­place­ments are of the order of the par­ti­cle size.(什么是recov­ery after photo-​​bleaching?怎么从它deriveMSD?注意,这句话是综述作者十分简要地概括了文献2175的主要内容。如果你自己去看这两篇文献,你能够归纳出这个简单的工作内容吗?现在既然已经帮你总结了,那你最好可以亲自看看这两篇文章的原文如何体现出所总结的工作。哪里是使用了recov­ery after photo-​​bleaching,哪里是deriveMSD,哪里是说明了sub­d­if­fu­sion régime,哪里又说明了dis­place­ments are of the order of the par­ti­cle size。因为两篇文章加起来一共有几十页内容,但你只需看出这一句话都讲得完总结。这是你急需培养出来的能力。所以看综述时候凡是遇到作者这样的对他人工作的总结,你都要抓住机会去亲自阅读原文来体会,以便自己也培养出这样的能力。)This result is intrigu­ing: … after which a plateau is even­tu­ally reached [75].(这一大段话说完了,我至多了解了文献2175发现了sub­d­if­fu­sion,但这又如何说明“cage-​​escape plays a dici­sive role”了?难道sub­d­if­fu­sion就是cage-​​escape?综述没有明说,假如那两篇引用文献中明说了,那我就又知道一件事了!所以要仔细读2175。)

    就是通过这样的方法来阅读,你才能了解,在物理学家那里,理论图像与实验结果是如何对应起来的,物理学家们总对着一条拿激光照出来的曲线就在那里谈论一些很抽象的机理,如果你要学懂这件事又不想去从头看教科书延期毕业的话,那就只能通过大量的观察来归纳出一些可能的联系(这样多半是靠谱的)。这样,时间长了之后,你阅读一篇具体的paper,你就不用只看作者怎么inter­pret,你自己看他放出来的图就可以独立地inter­pret了。作者一旦扯淡,你就有独立辨别的能力,不会被忽悠。同时你也能区分出一篇paper十个图,哪几个图是干货,哪几个是凑数的,什么结论才是最重要的,什么结论是triv­ial的。要达到这样的水平,就需要十分认真地、带着问题去阅读综述,而且在阅读的时候要亲自查阅原始文献来验证作者对所引用文献的总结,这相当于综述你看了,综述引用的论文你也看了。

    二、基础知识学习建议

    如果不想去啃平衡态与非平衡态统计物理等课本,又想解决阅读文献时基本知识欠缺的问题,以下的一些建议也许奏效。

    第一个建议就是,阅读普通论文的时候特别注意论文中的理论背景部分。物理学的论文,往往会有一个独立的sec­tion介绍理论背景知识,例如下图:

    理论背景

    很多论文都会有这样的一部分,介绍的都是当篇文章即时需要的一些理论知识,由于可以即学即用,所以比较好理解。而且这样的来源很多,很多论文都会有这样的理论背景介绍。同一个概念你可以看到很多个作者所写的介绍,有很多是非常well writ­ten的,这些能够免去你从头看书的苦恼。这些背景知识介绍中引用的参考文献,也同样是很重要的。作者在哪句话后面放了引用文献,你就要亲自去读那些文献来验证是否真的支撑了那句话,渐渐地你就能够清楚哪些话不是随便说说而已的,而是对应着一个实验证据上的要求的。

    其次,以下我介绍一些稍微轻便一点的学习材料,是我在网站搜了之后进行挑选的。你自己乱搜不靠谱。

    2010 School on glass for­m­ers and glasses。这是一个关于玻璃态物理的讲习班,类似于流变学讲习班那样,由一些大牛以讲座的形式来介绍一些比较专门的知识。这个讲习班网页上有非常丰富和完整的资源。从内容上看,几乎cover了整个玻璃态物理。然而,有一部分是跟我们做胶体体系关系不大的。我把这些lec­ture note都看了一遍,认为以下lec­ture要看看:Monday 04 Jan的所有;Tuesday 05 Jan的所有;Wednesday 06 Jan的第一讲;Thursday 07 Jan的所有;Saturday 09 Jan全天是讲mode cou­pling the­ory的,你如果有兴趣的话,所有;Saturday 09 Jan的前两讲,如果你对胶体体系的非线性流变学理论感兴趣,这一天的后两讲介绍soft glassy rhe­ol­ogy模型也可以听听;然后跳过几天,到Thursday 14 Jan,听Berthier的两讲;Saturday 16 Jan最后一讲(McKenna);Monday 18 Jan头两讲;Wednesday 20 Jan头两讲。趁放假,就把这些lec­tureppt和视频先下载到本地,按顺序放好,以防某一天这网站挂了。这些lec­ture都是挺有收藏价值的,里面的演讲者都是玻璃态物理界的大牛或者十分有建树的中青年学者,我能认出的就有:Angell, Kob, Miyazaki, Sciortino, Sollich, Berthier, McKenna。建议你认真观看学习,记好笔记,有问题问我。

    International Materials Institute for New Functionality in Glass上的资源也很丰富:1. A mini Interactive Web Course on Atomistic Modeling of Glass Structure & Glass Properties,这是一个关于模拟的小课程,但里介绍了很多玻璃态物质的结构与动态的基本概念与事实。同样是有视频和ppt的。如果你不想了解计算机模拟的知识,可以只观看Lecture 5112. US — China Winter School on New Functionalities in Glass2010年在浙大举办的一个冬季讲习班,可以看Lecture 4,是关于SAXSSANS的讲座。3. Glass Characterization & Structure CourseLecture 12是基本概念介绍,然后Lecture 15~18是散射技术介绍,19~end是计算机模拟技术介绍。4. Glass Properties Course,从开头一直到Lecture 13(含)。5. Tutorial and Advanced Lectures on Glass Science,这只是一个讲座。

    NIST中子研究中心的一个远程教学课程:PROBING NANOSCALE STRUCTURES USING NEUTRON SCATTERING。这是一个从SANS的原理、仪器实现到软凝聚态物理应用的完整课程,建议全部下载,重点看SANS在高分子应用。这个课程能够帮助你理解所有静态散射技术的实验结果。

    波兰科学院的一个Lecture noteThe Physics of Colloidal Soft Matter。这是一个非常适合你学习的教材,从最简单的胶体相互作用的知识开始,介绍Ornstein-​​Zernike积分方程,头四章基本上把静态结构理论概括了,免去你阅读平衡态统计物理的麻烦,后面68章又简单介绍了动态行为和扩散。

    最后,基本的统计物理。这个topic其实已经十分基础,再不想看书就很难办了。但也许你还是可以去ChemWiki上看看是否会比直接看书轻松一些。ChemWiki上关于统计物理的页面:Statistical Mechanics。你可以先看Fundamentals,然后再点进去看Advanced Statistical Mechanics。这可能有助于你快速而准确的理解那些最基本的物理概念(平衡非平衡、系综、etc.)。

    以上这些都是我觉得最值得你看的资源,有很多知识会被重复介绍,可以帮助你加深理解。虽然这些资料加起来量也不少,但我认为都是你比较容易理解的,比直接啃书还是轻松多了。如果你不这么认为,你可以找一本平衡态统计物理来试着看看。

    总之,我在本文应该已经很明确具体地指了一条照做就一定成的路了。你应该不需要再困惑和哭晕在厕所。

思维方法的培养

我带的一个师弟最近苦于思维能力不足,看文献感觉思维混乱,以致哭晕在厕所。在我看来事情当然不致于这么严重。但是安慰的话我就不说了,我觉得无论当下的状态是很差劲还是很优秀,都不影响进一步改善的步伐。我想了一下,人有不同的性格,受到不同的教育,平时读的课外书(或者平时上网浏览的内容)也不同,当下的心境也不同,这里面有很多话题可以谈谈的。

一、做科研的一个观念

如果一个人本身不爱关心为什么,如果一个人面对一句为什么完全无感而不产生好奇,那么他无论多么努力也无法学好科学。

对我形成这个观念最有影响的书是著名的就是《十万个为什么》系列。后来有很多冒名翻版,但我看的是正牌的。

十万个为什么(豆瓣)

大部分科学知识都是枯燥的。能够天然有趣的,可能就是物理学中一些极端的问题,例如非常小,关于物质细分的问题(基本粒子),或者非常大(早),例如银河系、宇宙起源、地外生命等。光靠这些当然是撑不起全14册的科普读物的,所以这套书需要面对的就是要介绍一大堆实际很枯燥的内容。它的基本策略就很好:一律问为什么,书名直接就叫《十万个为什么》。有很多科普读物或科普文章是用另一种稍差一些的策略的,那就是在枯燥的主题前加上有趣的三个字。例如当时的一些少年科普杂志文章开头经常是有趣的XXX”,事实上,很有趣么?有趣在哪?本来并不有趣的东西,加上有趣的之后,好像就真的很有趣了;本来不感兴趣的儿童,加上有趣的之后,就被吸引了。也许其他儿童可以,但这个吸引不了我。加为什么之所以不一样,就在于这是一种挑战(而加有趣的只是一种宣传)。你可以忽略,但这等于你放弃了这个挑战。所以是一种积极的效应。十万个为什么积累下来,给我的一个思想上的冲击是:原来所有东西都有原因、有mech­a­nism;世界就是由因果联系构成的。如果你仔细翻这套书,就会发现,有些话题是由好几篇为什么组成的,通过前一个为什么引出后一个为什么,逐步深入。那些深层次的原因,不靠问一直问为什么是想不到的这么深的。科学知识其实就是一个由为什么组成的逻辑体系。关于世界万物的科学理论之所以能达到如今的广度和深度,就是靠打破砂锅问到底的无穷的为什么,而不去担心哪个为什么会是无解的(一切都有原因和mech­a­nism)。如果一个人本身不爱关心为什么,如果一个人面对一句为什么完全无感而不产生好奇,对超过两层的为什么感到厌烦,那么ta无论多么努力也无法学好科学。

二、既要做一个实践者,又要做一个观察者

费曼有句话说科学哲学与科学家的关系就好像鸟类学与鸟的关系。很多学问的起始都是对客观存在观察。科学本身是对自然界的观察,科学哲学则是对科学这个人类社会活动进行观察。作为科学家,既要亲自从事科学研究(观察自然界),又要适当抽离做一个观察者(观察科学家)。说白了,就是除了做具体的科学研究之外,要对科学史和科学哲学有相当的认识。如果你对科学史了解得很少,也没有读过科学哲学的哪怕只是普及性的读物,那你就不清楚科学研究的使命和逻辑,不清楚学术思想是怎么建立的,也不清楚学术圈的传统。具体地你也不明白为什么在已发表的研究工作中,对一个问题的研究会有如此的走向。你也无从去想现在你要做什么(才符合科学研究的特有的主观能动性)。你也不知道你自己正在做的课题,提出了问题后,要什么样的实验数据才够得上回答的标准……总之,研究上常见的很多方面的不足,都是不了解科学史和科学哲学导致的。

科学哲学也许太深,但科学史不深。科学史和科学哲学是紧密联系的,前者是后者研究的事实材料,后者就是从前者总结的。如果你不看科学哲学,那么至少要十分了解科学史,或许自己能够从读到的科学史中总结出一些科学哲学层面上的零碎认识,但至少是靠谱的。很多比较严肃的科学史读物本身就会带有一些科学哲学层面上的总结,也对科学哲学的修养有帮助。我看科学史类的读物应该是小学的时候。比《十万个为什么》要晚几年,也是同类的八十年代科学的春天下流行的那些儿童科普读物之一,叫《征服病菌的道路》。当时还有许多其他科普读物,例如《元素的故事》、《趣味物理学》(及其续编)、《数的趣谈》、《从一到无穷大》等等,但《征服》这本书不一样就在于它有科学史的特点,大致上按照历史顺序去介绍,才谓之《道路》。这本书真是无论怎样的溢美之辞都不为过。事实上,很多简直能够定义科学是什么科学家是什么样的一种人科学研究是怎么做的这些最基本问题的著名历史事件,都能在这本书中找到,例如最喜欢被引用的巴斯德的实验(给食物变质去魅)、弗莱明的故事(不要放过意外现象)等。这本书的文笔本身就堪称一流,首先感染人的就是书中描写的这些人物在解决问题时的那种精神力量,有的发现的药物是在自己的女儿身上使用(黄胺),有的一直合成到第606个化合物才成功(忘了是哪个药)。更可贵的是书中没有仅仅去渲染这种精神力量的重要性,而是经常介绍这些人物自己的科学思想。任何一个科学上的失败和成功,都能让人明白一些科学道理,形成或完善一些科学思想。这是给我最重要的启示。书中还经常描述了这些科学家研究问题的方法,例如把小白鼠分成两组之类的。这对尚在小学的我是一种很超前但又不难理解的启蒙。

在高中的时候。我看过一本《数学史》。这本书当时对我最大的一个触动就是泰勒斯的介绍。当时我和其他高中生一样,对命题证明的逻辑已经比较熟悉。当一道题目写出证明:XXXX”的时候,一个正常水平的高中生应该就自动能够从第一条定理写到最后一条定理,最后得证。但是想想看,面对一个命题和下面的一大片空白,为什么我们能够自动地好像沿着某种轨迹那样去编排出一个证明过程,拿到题目的分数呢?为何这个过程既好像有严格的规定性,又显得这么天然,想不到其他可能?它会不会只是人类的规定?我从《数学史》上得知,泰勒斯最大的贡献其实就是提出了命题证明的思想。这说明,这确实是人类的发明,是人类思想的结晶。当时我觉得,这么伟大的事情,没写在教科书里,实在是太可惜了,当时我负责班级墙报的一个角落,就写过一个关于泰勒斯和命题证明思想的短文。班上好多同学看完后都有和我类似的感受。

除了看《数学史》之外,我还看过一个挺厚的《自然科学史》。物理和化学课本上经常出现的人名,我都大致知道一些来龙去脉。

插一句解释一下,我当时之所以能接触到这些书,是因为我妈是图书馆的管理员,我从小放学经常去她办公室找她一起下班回家所以对图书馆比较熟悉。高中那会儿,图书馆要处理一批旧书,进一批新书,我去淘了很多书回来。像《数学史》、《自然科学史》这些都是八十年代的旧书,皮都很烂了,回来还要重新做一个皮才好保存。我上了大学之后,很多同学去了图书馆回来反映图书馆很差,因为所有书都很旧很烂。我当时觉得很诧异,为什么大家的焦点会放在书烂不烂上。现在回想起来,可能是因为大部分学生是上到大学才第一次接触正式的图书馆。所谓正式,就是不同于中学办的那种的,有几十年甚至上百年历史藏书,利用率又较大的图书馆。他们去看书也许都是去的书店。书店跟图书馆是没法比的,书店只会有最新的书,或者销量长年能够维持一定水平的书;书店不可能拼藏书量,因为有的书不会年年有人买。图书馆不一样,有的书其实是很新,但由于图书馆的利用率放在那里,被翻得很旧(例如,我2001年上大学,图书馆有些1997年的书)。如果你把图书馆当书店,当然就会很不满意了。作为消费者,你肯定是想从所有新书中挑一本最不皱的,最没被翻过的。如果你挑了一本有折痕的,都觉得吃了大亏(因为花同样的钱)。但是在图书馆中应该持有相反的标准。也许不是从小在图书馆耳濡目染长大的他们是无法理解这一点的。

回到话题,看过科学史后,再看教科书的内容,就会觉得他们很有魅力。也就是说,表面上枯燥的知识,往往了解了它的历史之后都是很有魅力的。反过来想,那些曾经有一段有魅力的研究史最终科到的结论都是长得很枯燥的。无形中我脑中就形成了枯燥”=“魅力的等号。一个需要用一整段充满长难句的段落来定义的概念,说明它一定很有魅力。从此在学习上如果遇到了难理解,催人烦躁的地方,我会为它脑补一个科学史的色彩(因为我其实并没有时间真的去一一了解相关的科学史),在一种虚假的激情下学习它。

读研的时候,我又买了一本The Scientists,这是一本以科学家小传记来组织的科学史读物。这本书比国内以往的科学史更加回归到科学研究的本质的介绍,对我影响很大。后来我又看了《科学研究的艺术》。除了这些正式阅读的书之外,由于网络发达了有googlewikipedia,我平时经常在网上了解一些局部的科学史。阅读文献的时候,也很喜欢追溯到源头文献,也喜欢搜集名人秩事,其实是科学史看多了也有种想自己写的冲动。

科学哲学的书,我看过的只有刘大椿的《自然辨证法概论》。严格来说,自然辨证法应该是马克思和恩格斯(主要是后者)的学说。但刘大椿的这个版本实际上写成了一个普通科学哲学读物,完全没有特别去体现恩格斯的学说。正是这本自然辨证法让我第一次对科学是什么科学不是什么有了比较清晰的认识。我觉得,一个科学研究人员对科学哲学的认识程度的合格水平,是能够辨别哪些话题具备科学研究的空间,哪些话题则是伪科学。这不是一件容易的事,尤其是当你需要跟别人进行辩论的时候。我早年在科学网上血气方刚地跟上面的一些老朽们进行过很长一段时间的辩论,武器就是刘大椿的《自然辩证法》。常见的误区、常见的扰乱视听的说法,其实都能在这本书中找到几乎可以直接反驳的段落。

总之,既要做一个实践者又要做一个观察者。其实做人都得这样,所谓学做人,做人还需要学吗?我已经是个人,我无论怎么做都是人,为什么还要学做人?意思就是说,你不光亲自做你这个人,还要观察人,知道世界上有什么样的人,然后你要做什么样的人,这叫学做人。如果只需要做实验,那很多本科生都进实验室做实验了,有的还能发表很好的论文,但这都只是实践;真的想独立进行科学研究,建立属于自己的学说,除了亲自进行这件事之外,还必须大量观察其他人的科学研究,历史上的科学研究,总结出世界上有哪些类型的研究,哪些做法,都有什么特点,然后决定你要做哪种研究,怎么做。

三、Critical think­ing

我不知道这个词中文怎么说,有的人把它译作批判性思维,我觉得这个翻译是金山词霸的水平。我的crit­i­cal think­ing是上述的阅读史长期培养的。但如果现在发现才这方面的欠缺,想要培养怎么办?我想可以直接去了解这方面的读物。最简单的方法就是在Google Books或者Amazon上搜这个词,看都出来哪些书,按评价排序,然后设法找到这些书来看。

四、专注

这个问题跟思维关系不大,也很宽泛。有一种说法,那就是做科学研究需要尽可能摒弃功利的思想,但另一些时候我们又发现科学研究中很多做法恰恰是功利到极致的(目标很纯粹),其实我觉得都对,只是更准确的说法是科学研究需要非常专注。

说起来,很多研究生孩子,对读研的印象就是发文章毕业。我感到奇怪,如果他们对科学研究并没有很大的心,光为发文章毕业为什么要花三年?算起来,只有说一个学历能够使他们在职场上少拼搏三年以上,花这三年才值啊。有学历真的这么好?再加上如果读博士的话是五六年。也许,很多年轻人并没有想这么多,选择读研仅仅是为了逃避就业。

我经常学生的一个普遍问题是这样的:从paper上看到一个技巧、trick,然后就想自己也这么做,照样发文章,就能毕业了。很多同学是这样想的:为什么要阅读paper呢?因为将来我自己也要发paper毕业的,所以要看看人家怎么写paper。学习么,那就是看看人家做什么实验,怎么inter­pret这些实验结果,就能写成paper呗。所以,只要找一些相关的paper(所谓相关,就是那些实验我也懂做)读一读就行了。再就是师兄带一下。读研就是这样的。

也许在很多人那里确实这样就行得通,但很不幸做我师弟有点难,因为我的课题比较理论,相关的paper里用到的实验方法大多学生都没接触过(我们的材料学院的研究生缺少一门电磁波散射技术的专业必修课,也缺少一门介绍计算机模拟方法的课,事实上进行材料科学研究,这两方面应该作为公共必修课)。

如果要学生看书,他们就蒙了。那何时才能做实验啊?那何时才能毕业啊?不是说他们懒或者笨,而是说,以他们的观念来看,这应该是the last thing to do。事实上这应该是the first thing

而且他们估计得并没有错,如果去看书,那很可能不能准时毕业。如果一个学生他毕业打算找工作,不打算一辈子干科研,那他真的没必要为了建立扎实的理论基础而延期毕业。这就是为什么说做科研不能有一点功利心,哪怕这是很合理的功利心。如果你是想混学历,你就坦然地去做个称职的学历混混,不要又想拿做科研的标准来要求自己。做科研的标准对那些还在忧柴忧米的人是过于奢侈的。

我说过,如果要对胶体物理的paper达到真正的理解,必须先学习平衡态和非平衡态统计物理。哪怕是只看懂实验物理方面的研究,那也需要补习电磁波散射理论。对于我们现在感兴趣的非晶体系,经常借用的是液体理论,那还要看液体理论的书。液体理论的书要看懂,必须先把平衡态统计物理和电磁波散射理论看好了。我虽然学的数学很少,但学过的数学还算扎实,很快捡得起来。我们专业的学生普遍数学基础都不行。那是不是在看所有这些之前还要再补补数学,去看一本数学物理方法?这要都看,就别想毕业了,但这其实是国外PhD的常态——在焦头烂额中完成不可能完成的任务,加一点点运气,把自己整毕业了。以我这个土博士的经历,我数学物理方法看过一点(恶补了线性代数和偏微分方程,另外自己加看了一些有限元的书),平衡态和非平衡态统计看了一点(都是翻翻),电磁波散射理论甚至没有看过书,都是从网上搜到各个大学或课题组的lec­ture note中学习的。液体理论也是翻翻。我没办法细看,是因为我还不止要看这些,我是做流变学的,我流变学的书看得多,我读完了Bird的上下卷,Ferry的书,Larson的书(这够我受的了),然后其他主流流变学课本我基本上都浏览过。我是流变学教科书的收藏爱好者,渐渐都有自己写一本的想法。

总之,理论基础不是凭空而来的。你如果真的要达到那种你梦寐以求的境界,你就要允许自己永不毕业地看书和看文献。而不要才看几十篇就焦虑到哭晕在厕所。这样太功利。否则,你就最好消除不切实际的幻想。唐骏写了本书说他的成功可以复制,结果都是假的。事实就是我的成功你不能复制,因为我的不功利,你做不到。

不功利,是专注的其中一层意思。专注的另一层意思是工作时的状态。我是一个做事非常专注的人,但举我的例子还不够典型。为什么中学作文经常举牛顿把表当鸡蛋煮了的例子?从中学作文的角度,这个例子是很扯的(也没有历史根据,还包括什么爱迪生废了好几百种材料才发明电灯泡之类的)。这算是什么美德?这个例子哪里值得赞扬?从我的角度来看这其实是科学家做事专注的一个故事性的例子。当你有目的性地阅读文献(进行总结、归纳性的工作),或者进行演算、编程序,或者进行实验设计等时候,如果想要有效率,有具体的成果产出,那就非进入旁若无人不知时日的状态不可。你不能像一个office白领那样,整天闲聊昨晚吃啥中午吃啥,不时去咖啡机那里歇歇,跟同事八卦一下。我忙起来,是连尿都没时间去拉的,吃饭恨不得有人直接喂到我嘴里,因为我的手就不想有一秒钟离开鼠标、键盘和笔。我在办公室的时候,经常发现师弟走神做别的。旁边的博士后经常不时就去翻看天气、学校新闻、网易新闻、微博等等,从中找到一个什么,大家就聊开了。一会儿504有啥吃的,又过去吃了,顺便聊个天。上午除掉网上乱逛的时间,工作时间就一个半小时,下午一小时不到,晚上要拍拖,洗澡,洗衣服。一天加起来其实只干两个半小时。而我可能是一天只睡两个半小时。所以我的成功你复制不了。

就好像欣赏音乐,有流行歌和古典音乐一样。一首流行曲三四分钟,一个交响乐半小时。欣赏古典音乐就需要比较专注,因为乐曲一个动机可能就已经好几分钟了,后面如果再重复呼应,你要能够记得才会感到妙。换句话说欣赏古典音乐是需要连续专注时间较长的。古典音乐中的音乐元素的变化也远比流行音乐要丰富,对于未经训练的入门者,会有时时刻刻都耳不暇接的感觉。阅读科学文献也是相同的道理。如果阅读的时间不是连续的,那哪怕总量很大,进展也等于零。

很久以前我有个女朋友,由于我工作的时候不看短信,又由于我无时不在工作,只要工作我都很专注,我每天晚上都工作到十二点之后,所以吹了。现在,我仍然是工作狂,但我会不时查一下手机,临时打个趣。周末坚持抽一天去玩,好歹想个节目,但我还是会忘掉女友很多事情。我想,除非是像费曼这种IQ已经完爆任何科学问题的大帅男,否则一个普通穷挫矮是很难同时在情场和学术上都双馨的。这个又是需要你自己去取舍的了。

关于专注就说这么多了吧。

四、做科研应该修炼失败学,而不是成功学

我们很多优秀的年轻人,都或多或少有点什么座佑铭,信奉几句鸡汤,qq签名和说说里面不时发几句打鸡血的话,人生特别向上。至少这是我校优秀学生的特质,毕竟我校只是一个普通地方985,那些特立独行的天才都去清华北大了,我校的优秀生都是来自努力的结果、有志者事竟成的典范,没有一些鸡汤鸡血怎么行?可是,这些优秀学生到了做科研的课题组之后,往往不适应。因为在这里成功学没用,需要补习失败学,受挫学。什么是优秀的PhD研究生?越受挫越优秀,受挫受得越惨不忍睹,越优秀。优秀PhD往往在一个天才成堆的组和一个擅长摧毁一切成果的老板,每天被鄙视到跪,你的每一点小小的假说被从头chal­lenge到尾,你通宵一个月为了证明他,被你老板一句话贬成翔……这一切说明你优秀。做科研必须要有一种我很挫,但是我很优秀的观念。你的优秀就体现在你很挫上。你可以瞧瞧身边那些没你挫,比你顺利的人,你要感受到,这是因为你比他们优秀。挫=优秀。人=狗。能认识到自己是科研狗,是个好的开始。

有句话说,真正的科学研究是留给天才们做的。换句话说,是留给本科能考上清华北大和中科大的人做的。他们不用学失败学,因为他们就是那些在课题组里鄙视你的天才们。你作为被天才鄙视的普通人,假如也不幸必须做点科研,甚至像我这样要混口饭吃,那就只能把失败学学好。这是一种心境的修炼。