宏观流变学的认识局限

遇到一篇J. Rheol.上的文章(10.1122/1.4902437),是做单层细胞流变学的。流变学部分的实现形式是上、下板夹着一层细胞,然后进行剪切,测量应力应变。该工作还同时进行显微观测,所以上述的装置是在一台倒置显微镜上搭的。我自己也需要在显微镜上搭东西,所以这类工作我都会看,吸收些别人的经验。

虽然只有单层细胞,但这种上下板夹着材料剪切的测试其实还是属于宏观流变学的认识角度。但凡宏观流变学的问题就是它其实是一个纯力学测试,一切关于结构(structure)和动态(dynamics)的信息都要依赖已有的理论来推测。无论是什么体系,一般是物理学家先去从结构和动态出发建模,预测流变学行为,建立了因果联系之后,对这种体系的宏观流变学测量结果才能联系到结构和动态。从微观结构和动态出发,想要预测宏观流变性质,要么这种体系结构均一,可以通过统计来联系微观和宏观;要么必须进行粗粒化,做成介观模型,无法做到first principle。软物质体系的情况往往都是后者。

了解软物质的宏观流变性质,也不一定就是为了了解结构和动态,毕竟后者有更为适合的显微镜和电磁波散射技术。另一个大的研究目的是为了服务材料学。流变学和力学性能是材料加工和使用过程中的重要性质,哪怕理论模型跟不上,只能积累经验规律,也有实际意义,需要大量测量研究。

不过,研究细胞的宏观流变学,或者说“whole cell mechanics”,就跟上述哪种情况都不沾边。了解细胞的力学性能,不是因为人类现在拿细胞或组织作为具有可加工性的材料,而是想了解细胞的结构和生理与其力学性能之间的相互关系。而且更重要的是后者还会影响前者,你只要去测量,它就不再是原来的对象,有点量子力学的味道。既然不是为了做材料使用,而是为了研究结构—性能关系的话,光做宏观流变学,不能回答结构和生理问题。

这就是为什么这篇文章的工作把单层细胞流变测量装置做在倒置显微镜上的缘故。这样的话,宏观流变学测量的同时能够看到细胞的结构和生理状态,因和果同时观察。

这种策略也并非创新。复杂流体流变学研究中边看流场分布边测应力应变的做法早就有了,也是为了解决两者相互影响耦合的问题。但是,我对这类做法总的感觉就是,剪切场下流场的分布,或者细胞的生理变化,本身就具有十分丰富的研究内容,最终材料响应出来的应力问题重要性可以靠后很多。如果你研究的对象是材料,那鉴于加工和使用的需要了解应力应变关系还是必要的。但如果是研究细胞,研究的目的是结构—性能关系,那似乎只需要知道剪切对结构和生理的影响就够了。你把结构、生理跟应力应变的关系都搞清楚了,不还是为了将来能通过应力应变来测量结构和生理吗?换句话说,从软凝聚态物理的研究角度,如果体系不是要拿来加工和使用,那剪切只是一个条件,属于引入外场,形成非平衡条件,研究重点是结构和动态,而不是剪切应变或应力之间的关系。

所以我总觉得想要在旋转流变仪上认识新体系往往不恰当。把样品上到旋转流变仪上的同时,我们总是做好某种物理图像的准备,聚合物的也好,粒子分散液的也好。一个完全无法归类为某种已有物理图象的复杂流体,直接拿来测宏观流变,就只能积累一下经验规律了,这只对生产使用有意义。

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我现在做研究的方法

留意到了两篇研究蚂蚁行走轨迹的论文。第一篇(10.1103/PhysRevLett.102.108001)是实验观察,第二篇(10.1103/PhysRevE.91.012706)是建模的工作。主要的发现是蚂蚁的行队随着密度不断升高没有发现“塞车”的现象。这个结论在科普的意义上是一个兴奋点,但我只有时间聊聊我自己的一些心得。

这两篇文章中的jamming跟胶体体系的jamming是两回事。前者是指交通堵塞,属于self-propelled体系的性质。但我由于正在做particle tracking的研究,所以对这种离散体系的现象都会关注一下。尤其是想向各类体系的研究学习如何量化一个现象或体系的一种行为,得到物理上的结论。

一个物理体系或者过程,不同的研究者在实验室重现的结果都会有些区别。属于误差的部分,我们就不关心了,这些都属于物理上的不理想性。但有些区别是来自于不同研究者的知识背景和研究意图的,有些区别则是来自特定实验室的长处或者限制的。我觉得这些区别值得重视。打个比方,胶体悬浮液不同浓度和粒子相互作用的体系性质大致都已经了解,但有一位研究者由于其研究背景的惯性或特殊目的,研究相互作用极强,或者特殊悬浮介质的情况。原本该研究者没什么原创性的打算,准备按照胶体的一般物理模型大致套一套,却发现完全无法理解自己的实验结果,于是不得不重新分析,得出了一个特殊情况的模型。这种为了认识自己想要认识的特定问题而“被迫”作出的原创性工作,应该才是所谓“创新”的常规性来源,也是我从自己有限的研究经历的体会。因为,以我的资质,从选题上就能做到横空出世,进行源头创新,比较困难。我也不是那种一天到晚苦思冥想怎样标新立异的性格,所以我虽然是材料学院出身,但实在不适应功能材料研究,越做越靠物理的缘故。更多的时候,我都是从我的实验中发现了查文献无法很好地回答的小现象,它也许很次要,在大物理学家眼中属于非常trivial的问题,但当时作为学生这是我提出猜想(hypothesis),进行简单推理,然后实验验证的练习机会,也是考验我各方面基本功的机会,所以我特别喜欢钻这些问题。

有时,你看的物理过程是很多人报导过的。但是你亲自做这个实验,就会觉得原始数据中的信息远比你从论文看到的要丰富得多。论文往往都抓住最重要的特征进行抽象和量化。你只看论文,就以为这个物理现象除了这件事就没别的事了。亲自看了原始现象,你往往会被另一些报道很少关注的特征所吸引。这时,如何量化这些特殊的行为特征,你没有范例,不能“照着别人发表的论文来做”。到底Fig. 1是什么物理量,Fig. 2又推导出什么物理量,怎样能够深入地分析,以达到要用三到五个figure的深度?归根结底就是做这三件事:找纵坐标、找横坐标和求导。这个量化的过程,是一个数学分析的基本功。所以,现在我看论文,都想从其他领域的研究中学习这方面的经验。

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添加了友情链接Blogroll

写了这么多年博客,自己和其他人都发生了很多改变。很多朋友,在QQ群中现在我还不时写博客只能说是人老了总有什么怪癖,没什么值得称道的理由。我自己的RSS订阅源也已经近乎清一色文献信息了,仅有的几个博客源,也没几个继续更新的了。我自己的博客采取“与世隔绝”的形式也有一段时间了,但每次在site stats里不时能看到从一些朋友的博客点击链接来到我博客的访问。所以我也给自己的博客加上了blogroll。当然不是很齐全,如果我忽略了哪个好久没联系的朋友,请务必给我发邮件。

关于科研技术员的问题

科学网上突然兴起了关于“科研技术员”的讨论。大致上说就是一个课题组里面要有一个长期存在的做实验或者管仪器的固定人员。这样的人员重要性,科学网上已经有多篇文章强调,我都同意,就不在这里重复了。

    这么多人都很中肯地讲出了这类职位存在的重要性,说明它的重要性人们并不陌生。那为什么,至少这几位老师自己的课题组,还是没有实现这样的人员呢?我看难处在哪里他们都更清楚,就是懒得讲。

    这种“科研技术员”要满足的要求并不低,从以上几篇文章的描述就已经看得出来了。但是给他们的上升空间却很有限,因为就是希望他们能安下心来长期从事比较单纯的(但并非重复性)的科学仪器管理或者基本实验操作。说白了,对所谓“技术员”的青睐,其实是对他们由于长期面对同一件事所积累下来的宝贵经验、技艺的青睐。第一次拿样品去做透射电镜的人,都不知道自己要看的东西长什么样,但做过成千上万个千奇古怪的样品的电镜操作员,你大概讲一下你样品是什么,想看什么,他心中就已经有数到底要在什么倍率下找什么特征。如果刚积累了这样的经验,就要离开这个岗位,那就失去了这种技术员的意义。

    一个有学历、有能力、爱思考钻研和积累经验的年轻人,在当今高校,要他安心这种技术员的工作,首先:能提副高、正高吗?待遇和地位能跟与他能力学历相当,但走了科研PI道路的同事平齐吗?如果在职位待遇和地位都低人一等,那无论课题组的人如何尊重他的工作,也留不住他人。

    高校为什么不能养起这些人?因为这些人为高校过考核拼等级作的贡献是十分间接的。高校要运营,除了学费收入之外就是拔款。发给老师的钱就是从这里来。这些钱要平均地把所有老师的待遇提上来是远远不够的,所以长期以来高校是采取“先富起来”的做法,积极招揽院士和千人来校,建平台、中心,这样可以搞大钱,这些平台和中心的待遇就会好一些,就能来优秀的年轻人。然后又push这些年轻人拿杰青,组成高水平教授队伍,全校来讲每年能贡献N个重点重大项目,形成一个基本面。然后这些钱,才分给普通教师作为科研奖励,例如发论文奖的钱,年终奖等。其实学校根本不要论文,它要的是经费。是经费拔款单位要论文。老师写论文是给拨款单位交差,拿项目才是给学校交差。

    那你说,学校何苦要养一批技术员,而且还要用教授的待遇来养以防留不住人?这些技术员占编制又不申请项目,有何好处?就是间接地说提高了课题组的科研水平(而且还是潜移默化地)。“科研水平”不实惠——能否反映在重点重大项目数量上?人才项目数量上?

    一个简单的办法:假如技术员能拿杰青,一切都自动解决。

Windows 10的开发者主要在想什么——一个猜测

Windows 10使用了一段时间,同时也在知乎上看到了更多其他人的评价,觉得还有一些需要补充的感想。

基本上,Windows 10让许多人感觉跟Windows 8.1相比反而是平板电脑和笔记本(台式机)都不讨好。我觉得,Windows 10是专为Surface Pro产品设计的。更具体地说,我现在使用的是Surface Pro 2,那我觉得至少是为Surface Pro 2设计的吧。Surface Pro是一个平板不像平板,笔记本不像笔记本的东西,哎那Windows 10恰好最配。只有在Surface Pro 2这种产品上,你才会感觉Windows 10一切改进都改到点子上。

在Win­dows 8.1的时代,有一件事情很让我困扰,就是Metro UI的应用必须在Metro UI那里点击运行。在Metro UI点击运行一个桌面程序,就会翻回到桌面。我频繁遇到这两个问题,因为我改论文偏爱用Word 2013(桌面),记笔记偏爱用OneNote Mobile(Metro),而看PDF有时喜欢用Drawboard,有时喜欢用桌面的Reader,要看环境。我工作时除了这三个必需同时运行的软件之外,还需要运行EndNote。基本上来说,在Windows 8.1的桌面模式下,手指触屏是无法进行100%的操作的,因此我不得不频繁地在手写板姿势与键盘姿势之间切换,键盘盖也被翻来翻去(要用键盘盖的touch pad)。想不那么傻,那就干脆一直用键盘盖。这样在地铁公交上使用的话,会显得你很蠢而不是逼格满满。

Windows 10在UI上的几处改变都可以统一解释为为使完成生产力任务能够完全脱离物理键盘而作出的努力。例如,Windows 10改善桌面模式UI的触屏友好性,桌面几乎所有元素都迁就手指了。知乎上有人觉得这是无谓地浪费像素。使用笔记本/台式机的人,反正是永远架着一个物理键盘和高精度鼠标来使用的,当然不会理解这一UI改变的重要性所在。又例如,Windows 10统一了两种UI,所谓“统一”其实不准确。它还是有两种模式,但无论哪种模式都能运行和显示另一种模式下的软件。这一改善包括窗口排列机制和开始菜单。很多人吐槽开始菜单,但很少人聊到一个改变:在触屏模式下,找桌面程序(或所有程序)的方式改回到桌面开始的列表形式,取消了8.1时代那种满屏小磁贴;在桌面模式下找Metro程序则物质触屏模式下的磁贴形式。这两项改善(1.所有模式手指友好;2.两种模式软件的运行和显示互通),已经在完全脱离物理键盘问题上走出很大的一步。再加上两个小细节:翻转键盘盖自动切换触屏/桌面模式(Surface Pro专属),触屏软键盘的两边分离布局中部不再遮挡界面。这两者都能看出Windows 10在开发时心里只想着Surface Pro。尤其是后者,真正试图纯触屏工作的人会知道,软键盘就是那个分成两边的布局是最好用的,微软挑这个布局进行这种小改善,在处处细节粗糙的Windows 10中非常明显地反映了开发人员心目中的重点。当然,这都只是我的猜测。

还有一个小细节,以往属于桌面tray icon的弹出泡泡式提醒,在Windows 10中纳入了8.1式的右侧弹出消息条形式了。还记得8.1的时候,QQ有桌面和Metro两个版本吗?你装桌面版本的QQ,在Metro UI下工作的时候是看不到新消息提醒的。这类问题也会出现在其他桌面程序上。现在Windows 10这一机制的修改告诉桌面程序开发者:把提醒改做在以往tray icon弹出泡泡的API上,你的应用就能在两种模式上都互通了,因为8.1式的右侧消息条是两种模式下都弹出的。

最后向大家推荐两个进一步提高­Sur­face Pro 2体验的小tips。有一个软件叫Touch Mouse Pointer;有一个附件叫Wireless Display Adapter,都可以自己搜搜了解一下。总之,新的学期我会尝试用后者上课。

安装Windows 10

记录一下我安装Win­dows 10的零星感受。

任务栏循环性假死

我是使用­Sur­face Pro 2的。在Technical Preview阶段,我就升级过Windows 10,但是任务栏周期性假死,每隔几十秒假死一次,根本没办法使用。当时我想,这种层面上的bug都还留着,那这个build真的是非常初步,于是就“滚回”到了Windows 8.1。临近发布日,我又升级过一次Technical Preview,结果这个问题仍然存在。我又想,都快发布了都还保留这种兼容性问题,微软这次是不是要搞砸了。同时又奇怪,这种问题应该使得系统根本不可用,为什么这么多人在欢乐地吐槽其他小bug?当时也没细想。正式版发布之后,我升级了,仍然有这个问题。我不相信微软会把这种阶段的产品作为正式版推向市场,于是才开始怀疑可能是原Windows 8.1应用和设置有什么跟Windows 10不兼容的。把Surface Pro 2还原出厂设置,在干净的Windows 8.1系统上升级,同时不保留文件和设置,安装完之后,任务栏终于正常了。

大喜过后,开始装各种软件,装到一个地步,任务栏假死又出现了。上网搜索,只有笼统说是与第三方应用或驱动程序冲突的这种原因。于是我一个一个软件卸载和重装,终于发现罪犯就是我的工行U盾驱动程序!我的同事也装了工行网银,但是他的U盾是新型的,没有引起兼容性问题;我的U盾是最老的第一代(捷德),厂商驱动程序几乎没怎么更新过,估计到Windows 10兼容不了了。查出问题之后,整个人心情都轻松了。

预约的意义何在?

我预约了Win­dows 10升级,但29号我收到微软邮件推荐Media Creation Tool安装,直接没等预约通知我可以升级。而且不管预不预约,都是免费升级的。不知道预约的意义何在。

糟糕的中文

从Win­dows 8版本开始可以看到微软Windows团队的中文翻译水平越来越低智。知乎上已经很多人吐槽这一点了。虽然我往往觉得对微软产品的大部分吐槽都不成立,但这一点实在难以自圆其说。我之前对Microsoft的中文是有信心的,至少Word中英文混排typography做到的程度就很高。为什么从Windows 8开始中文本地化做得越来越粗糙?Windows界面团队应该找Office团队帮帮忙才行。

与Sur­face Pro 2相关的体验

总体来说,Windows 10更适合于Surface Pro了。所以Surface Pro 2上的体验是变好了。知乎上有的人吐槽作为台式机用户,Windows 10让人感觉硬在机子上装了一个本来用在平板电脑上的系统凑合用。可是我想纯平板用户也不会用到很多大型桌面应用。所以说到底Windows 10是给Surface Pro系列这种平板+笔记本的混合产品用的。非要整合Metro UI和桌面的界面逻辑,在知乎上也被人吐槽过,说这种做法让两边的需求都满足得不好,浪费像素等等。其实这是在满足Surface Pro的需求。Surface Pro正需要这样。

但是也有体验变差了的。例如OneNote手写模式那个转换笔触的快捷小按钮没有了(DrawBoard还保留着),换笔触比较麻烦了。本来我一直偏爱OneNote的Metro UI版本胜于OneNote 2013,就是因为这个专门方便手写的考虑,现在搞得就跟使用OneNote 2013差不多。

其他体验还有待试用,毕竟我现在还没正式开始在上面工作。