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Rheologist

什么是“松弛时间”？

不知道是不是我所在的学院主要是一个化学背景的学院，所以我遇到很多同学——一度也包括我自己——对什么是“松弛时间”是很困惑的。学生可能一律是在上《高分子物理》课的时候接触到这个概念的。但是，高分子物理，是讲粘弹性力学模型的时候突然用这个词的，大致上就是有个粘壶，有个弹簧，列个方程，里面含有粘度与模量的比值，书上就直接说这个比值“叫做松弛时间”，令人无语。粘度是粘度，模量是模量，怎么会出来时间？不是要发生一件事情，有开始，有结束，才能测量出时间来的吗？这个时间既然叫做“松弛”，那就是发生了“松弛”这件事。所以问题应该是“松弛”是一件什么事情？主语是谁？过程是怎样的？结果是什么？这些，不光在《高分子物理》课本上没有说清楚，在很多流变学的书里面也没说清楚。

然后学生进入实验室之后，特别是我们组，例如遇到动态光散射实验，发现又有“松弛时间”。动态光散射没有粘度，没有模量，怎么又叫“松弛时间”？整天这个“松弛时间”那个“松弛时间”动不动就“松弛时间”，不同场合所出现的“松弛时间”是不是一个意思？同一个材料，做动态光散射的那个“松弛时间”，跟做应力松弛的那个“松弛时间”相不相等？这些问题都没法从“粘度除以模量”的已有知识进行回答，就会令人觉得所有“松弛时间”都是属于另一个世界的东西。“松弛时间”这一概念似乎是阻碍我们院的研究生从“反应、过柱、挤出、打红外打核磁做DSC做拉力”的“民工式”材料学研究进入到真正的物理化学研究的最大门槛。为了搞懂一个词，叫人回家通读《平衡态统计物理》，似乎有点过份。但是，一个仅知道“松弛时间等于粘度除以模量”的学生，叫他怎么去理解在不同场合下出现的“松弛时间”？更别说自主地正确使用这一物理量了。

我看到俄罗斯流变学家Alxander Malkin的流变学教材Rheology: Concepts, Methods and Applications在第2章介绍粘弹性的时候，专门用一块小字号的阅读材料来解释什么叫松弛时间——而且是作为物理学的一般性概念来介绍。很简短明快，值得借鉴。

Relaxation time — general concept in physics

The concept of relaxation has a general meaning for many physical phenomena. It is a reflection of an idea of restoration of equilibrium state from a non-equilibrium condition, regardless of the reasons which caused the departure from equilibrium. For example, this can be concentration fluctuation caused by purely statistical reasons as was considered by Maxwell. Let the equilibrium value of some physical parameter be X∞, current value of this parameter be X, and let it be supposed that the rate of approach of equilibrium is proportional to the distance from the equilibrium. This assumption immediately leads to the following first-order kinetic equation:
\frac{dX}{dt}=-k\left(X-X_\infty\right)
where k is a kinetic rate constant with the dimension of reciprocal time.

The parameter X in the initial state equals to X0. Then, the solution of this equation is
\frac{X\left(t\right)-X_\infty}{X_0-X_\infty}=e^{-kt}

Now, if X∞=0, then the simplest form of this equation is
X\left(t\right)=X_0e^{-kt} (*)

The last two equations describe the relaxation process, and the value of
\theta=k^{-1}
is called the relaxation time. Its value characterizes the rate of approch of the equilibrium (but not the complete time necessary to reach this equilibrium because it is infinitely large according to equation *.

以上这段话不仅从正面简短介绍了“松弛时间”的概念，还适时解答了一般人很容易产生的困惑，包括本文开头提出的那几个疑问。在一个教材里面，加上这么一小段话，并不影响教材的篇幅或者印刷，但是却对学生今后的发展作用重大。由于这一介绍松弛时间一般性的定义，因此它不会像“粘度除以模量”那样无法延伸到其他场合。所有场合下出现的“松弛时间”，都可以拿以上那段话的内容去理解。这才是学习应该达到的效果。

Alexander Yakovlevich Malkin是俄罗斯的流变学家。很老了，可惜关于他的故事了解得不多。也许郑融老师会对他有所了解？

什么是“材料科学导论”？

今天跟90后师弟小吐了几下“材料科学导论”这种本科课程的槽。地铁上一直在想，觉得问题很多，千头万绪。到最后又像往常的问题一样总结到“中国人是没有希望”。于是关于“中国人如何垃圾”我先写了一小段。现在回到正题。

“材料科学导论”这门课，让90后师弟很郁闷，看书实在看不下去。我翻了一下这个课本，应该已经是经过多次改良的版本了。问题主要还是在于“材料科学导论”这一命题本身。这一标题的课，到底要给谁上，达到什么目标呢？

《材料科学导论》为材料科学的入门教科书。强调了不同类型材料问题的共同基础。对全局“综览”之后分四篇来论述。第一篇为“材料的结构”。首先揭示了理解材料结构的主要线索，然后分别讨论了晶态（包括了准晶）和晶态以外（包括玻璃与软物质）的结构。接着四章讨论了材料的实际结构，其中包括了点缺陷，位错与错，表面与界面，以及多层次与非均质结构。

第二篇为“材料的物性”。在介绍了理解特性的必要理论基础之后，逐章论述了输送性质，磁性，超导电性，光学性质与力学性质。

第三篇为“材料制备的科学基础”。在简单介绍材料制备技术之后，分章论述了相图，与固相反应及相应的基本原理。进而论述了材料制备的前沿问题，诸如外延生长，生长界面的稳定性（枝晶与分形生长）和软物质的自组织。

最后殿以“展望”一篇，分别对材料表征，材料设计，计算相图和新材料探索等方面的前沿进行了综述和展望。

摘自http://baike.baidu.com/view/6039417.htm

各个“材料科学导论”类的课本，大至上也是遵循上述的体系的。从内容上揣摸这门课的目标，我能想到两种可能。一是要让学生在没专门学高分子、或金属、或无机非金材料之前，先知道各种材料的特点；二是，认为高分子、金属和无机非金属材料存在一些共性问题，想抽取这些共性出来讲给学生听。

第一篇“材料的结构”，就类似想满足第二种目的。但是，这里面的具体内容，不就是“凝聚态物理”么？认认真真地上好《物理化学》、《统计热力学》、《固体物理学》不就行了吗？所谓“材料科学导论”，是不是希望学生不需要去学物理化学、统计热力学和固体物理，通过从中抽取出“材料学中用到的物理化学”，或者讲述“物理化学在材料中的应用”，直接让学生变成“材料学专业”毕业生？

假如“材料科学导论”是希望在学生已经有比较好的物理化学等基础，已经具备分析材料学研究的问题的能力时才上，仅作为一种面向材料科学研究的入门介绍的话，那现行的《材料科学导论》类课本中50%的内容就是多余的——它们其实是从《物理化学》或《固体物理学》里面，省去推导论述，仅抽取出来的结论而已。

我觉得我本科的时候是“好学生”，90后师弟也是“好学生”。所谓“好学生”的意思是，我们试图真心相信我们准备要学习的知识，因此期望这些知识能够有可信度。什么结论是可信的？那就是要经过论证的结论！所以，我们学习是具有强烈的“知其然知其所以然”的内在要求的。这种学生是宝贵的未被中学的应试教育毁灭的学生，在一个班里面，往往是少数。对材料科学导论课，令我们满意的上法，就是拖长成为多学时《物理化学》、多学时《统计热力学》和多学时《固体物理学》来上！你前因后果来龙去脉不说清楚，上来就告诉我一个科学结论，美其明曰“怎么得来的不用知道，懂用就行了”，我们是半信半疑的，不会满意的，不愿意收货的。

我上本科的时候，专业叫“生物医学工程”。课程设置里，要上大学物理。但是，老师说，“力学对于你们专业用不上，直接上电磁学吧”。物理化学老师说“化学动力学不讲”。类似的情况几乎出现在所有课程当中。选用的课本当然就是市面上最薄、最“少学时”的版本。对于一个爱学习的学生来说，他会误以为，那些什么物理什么化学，真的就是像堂上的老师和手中的课本所呈现的那样扯蛋。往往失去了对真理和信奉和向往：世界原来并不存在什么可靠的东西。那么，还是去参加学生会，争做学生干部吧！

我觉得我比较幸运的是由于爱逛图书馆，我较早地发现了本科教育的这一骗局，因为我接触到了真正的教材。因此我很早就形成了上课不听课，自己看一本厚教材（往往还是外文的），期末不看重点凭自己所学去考试，能过及格就行。

所以老有人问我当初为什么不申请出国？我GPA这么低，怎么申请得了名校？！

现在我做老师了。有的老师说，上课，就是要照顾大多数学生的程度。不能搞得太深。有的老师还说：“复杂问题简单化，深奥的问题科普化”。我觉得很有智慧。但是，是否本科的所有课程都只能这样？并不是大多数学生都爱动脑筋，非要“搞清楚来龙去脉”不可。对于大多数学生，确实只能要求“怎么来的不管，懂用就行”。于是期末给学生划重点的时候，可能不划“§x.x.1 扩散第一定律”和“§x.x.2 扩散第二定律”，只划“§x.x.3 扩散定律的应用”！再有，“由于学时限制无法深入”的课，只能压缩成“少学时”版本，推荐“少学时”课本，了解就行。学生不知道的话，以为这门学科就是这么贫乏无趣。我理解，学时永远是不够的。但觉得奇怪的是，既然教的时候要求无法提高，为什么考试出题难度又要高到不划重点学生及格不了？你上课“复杂问题简单化，深奥问题科普化”，为什么你的期末试题又不如此体现？

我前面说过了，那种爱思考爱学习，不满足于记背结论，主动要求知其然知其所以然的的学生，是有幸未被中学的应试教育摧残的宝贵学生。一个班里这样的学生往往是少数不会是多数。换句话说，大部分学生是被应试教育摧残过的产物。如果这样的话，“上课要照顾大多数学生的水平”这一条，是否还成立？是否要继续把那“一小搓”民族希望也扼杀掉？在知识的殿堂里“走群众路线”的错误，我们在文某期间已经犯过了。

最后，请看看国外一个网站。我们给大学本科上生的材料科学导论，效果是否还比不上人家这个面向儿童科普网站？

Update——来自微博的终极治愈系解答：没这么多鸟课没法提供工作量评职称啊……因此，各位爱学习本科生们，请看清你所受的本科教育的本质，自求多福吧！我建议你们把上大学的憧憬和希望从课堂转移到图书馆去，这是我作为过来人的肺腑之言。

吐槽

大学的存在是为了满足人的发展内在需求，是“我要变得更智慧所以请办个大学给我上上吧！”

上述的情况应该只能在古希腊成立。现在说出来简直是笑话，因为人类社会已经从一群散漫的贤者+几个法老+大量奴隶变成了一个全体分工明确细致的机器。教育就是生产零件。个人是没有资格去声明“我所要的教育是什么”，然后要求社会提供多种教育，供自己自由选择的。

中国目前是既做不到古希腊那种，又做不到现代社会的那种。古希腊那种做不到就不用说了。现代社会那种做不到，是因为它缺少了“因材施教”这一环，是就是生产零件了，但又乱选材料，使得生产出来的全是次品，装配的人要重新拣选一遍，效率奇低效果奇差。

很多人说美国教育是培养“人”，中国的教育是培养“人才”，并且觉得很不爽，说咱们怎么就不能去培养人呢？说得轻巧，只要看看中国社会到底需要“人”还是需要“人才”就知道答案了。我们的社会并不尊重“人”，只尊重“才”，或者说“财”。没材（财）的话那还尊重“人”干什么？先敬罗衣后敬人。

有时会觉得，中国人好像是被人逼着活在这世上的。否则这么多种活法，干嘛活得这么没有人生乐趣？除了学而优则仕之外，做人没别的奔头了吗？那些中国贪官，有钱了之后，怎么也不搞点高层次的腐败，除了老婆孩子热炕头，以及更多的老婆、更多的孩子和更多的热炕头，还有点想像力没有？怎么腐败都要外国人教你，不告诉你有LV和爱玛仕，简直就要被钱闷坏了。中国人有再多钱也活得跟在温饱线下差不多，高级的活法压根儿不懂，其民族性归根结底就是穷痞子。

每周四由于晚上是课题组学习，我都晚上九点多才坐地铁回家。这个时间地铁里的人，都是一身上班装和酒味。他们刚从饭桌上下班，周周如此。也许每天都如此，只是我周四才在这个时间段遇上而已。这就说明，每天晚上，中国社会的各行各业大多数工作者都在吃饭喝酒。吃饭喝酒才是中国GDP增长的内在动力。这让我感到很心寒。中国人为什么要给自己定义出这种生活模式？明明也不显得很高兴。