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Rheologist

“与人斗”为什么“其乐无穷”?

“乐”是一种情感状态。“与人斗”之所以“其乐无穷”,就是因为人与人的斗争主要不是事实斗争,而是情感斗争。只要无穷“斗”,就能无穷“乐”。

我之所以讲这个话题是看到了最近的两则新闻热点,一则是三峡大坝的争论,另一则是关于美国国会通过的2011预算案中的一条

我的第一感觉是纳闷为何有如此多的人发表低智的言论。这样的言论的集中营包括乌有之乡和中国选举与治理网。现在发现科学网也成为了这种言论的集中营了。经过思考,认识到“与人斗其乐无穷”之后,就释然了。美国人信不信人中国,喜不喜欢中国,说到底也是个情感问题。可惜美国民主,法律不仅反映民意的面容还反映民意的小鸡鸡,所以连“喜欢哪个国家、讨厌哪个国家”都可以写进法律的。你吹咩?

就事论事是非常困难而无趣的。因为获得事实是一件非常难的事情。到现在为止我们都搞不清苹果为何掉下来。关于三峡大坝我们能搞清什么事实?相反,肥皂剧之所以吃香不是因为它剧情合理而是它催泪虐心。如果报告文学不惊悚又有谁愿意看?

这个小小星球的唯一智慧生物其实创造的是一个“乐”文明。

自欺欺人就算不能活一辈子也能打发余生

科学网又陷入民科的纠结了。我真不理解为什么Neil同学这么有社会责任感,能够与民科作斗争达10年之久。我承认作为一名自以为是的3+X物理失意高考生,看到民科气不打一处来是某种莫名其妙的本能。其实不管量子力学是对是错,菜市场更年期阿姨们照样讨价还价。如果量子力学是错误的,会觉得活着没有安全感的也只会是Neil啊这种人。很惭愧我虽然第一感觉也是失去安全感,但第二感觉就是马上化身为更年期妇女投身买菜做饭的行列,特别不讲义气。

Neil是我这一代的理工学生心中的不可磨灭的角色。不过当他到了科学网之后好像至少在我心中的角色变了,从德高望重的某版版大到老同学了。高考分数比我高的话,IQ当然是比我高的。在BBS里面是立见高下的。但共同待在“有所区别”的高校和科院经历了十年,他就算IQ高似乎也并没有因此而比我经历一些更靠谱的事。结果在感叹上帝是公平的之余也自作多情地觉得距离拉近。我也自作多情地觉得过韩寒距离近,以为都是同龄人,但后来被无情地提醒像我这种乖乖地高考并享受高考制度给我铺好的前路的这种“既得利益者”,是不受他的待见的,因此作罢。说实话,在Neil关于“民科”的博客中看到“10年”我想到的只是庸俗的所谓“光阴如梭”,民科话题真的让我一点也提不起兴趣。

尽管如此,我还是比Neil早进科学网,并且相信是参与了该网关于民科的第一次纠结了。我当时思路仅仅是要解释“什么是科学”、“什么不是科学”以及“为什么”。不过后来我把所有博文全删除了,所以现在找不回来。

此后我偶尔也会再谈到民科,但都是我觉得有新意而无关紧要的话题,例如为什么化学没有民科?因为我所在的化学科学版特别安静,只有隔壁万物一理版不时有民科来搅局。当时我都觉得搅局一下好啊,帖子数坑数暴增。我作为友版版主的身分去物理版邀请民科来化学版搅搅局。化学版欢迎民科的政策现在仍然在执行。

Neil提出了好几点理由。其实对于打算自欺欺人的人来说,这些理由全都可以不顾事实地反驳。在中国人社会,是非问题永远是次要的。人如果打定主意了要自欺欺人的话,就算撑一整辈子有点难,年过知命打发打发余生还是很轻易的事。

例如说,“在所谓‘精英’垄断了整个学术界的形势下,独立学术观点只能通过堂吉诃德式的单打独斗来博取一席之地”,就已经能彻底反驳掉Neil的那些理由了。妄顾事实地泛泛而谈而又特别好听的话在我们这个社会里是非常吃香的。话又说回来Neil要以“网站会土崩瓦解”来警告他人,也很难不陷入“妄顾事实的泛泛而谈”。我再次强调这里根本已经没有谁对谁错的问题了,在中国人社会是非问题永远是次要的。我也要再次标榜自己是相对主义、虚无主义和犬儒主义者——典型的中国小人。

也许可以从Neil会更容易理解角度去说。。Neil的文章里提到,

你不信?那个XX论坛不就是这样吗?当初国内一帮做物理的教授在上面讨论问题,小有一点氛围,然后一批民科进来了,论坛版主要删帖,这些教授都拦着,说民科也有表达自己看法的权利,结果那个论坛在不到半年的时间里就被民科全部占领,版面百分之八十的帖子都是反对相对论的,一个物理教授回复一条,民科马上回复十条,因为你教授是要花时间做学问的,民科不用,他就每天在网上守着发帖,你能吵的过他?

结果最后全都散了,一个教授都没留下。而且,责任都是管理者自己负,谁让你当初听那帮教授的话,不去限制民科的言论呢?网站办不好,当然怪你自己,怪不得网站的用户。

道理很简单,如果一个学术交流网站,排除民科的任务是需要网管孤独寂寞忍辱负重去做的话,那这个网站似乎本身就不合时宜了。晚清就是这样一个例子,李鸿章去签辛丑条约还有很多人骂他是汉奸,其实就代表清政府已经不合时宜了。做对众人有益的事反倒被众人骂,你从精英主义的角度说,要同情被骂者;从民主的角度说,又要支持大众。这种矛盾其实就来源自存在于更高层次的扭曲。近代中国由于是被西方拖着进入现代化进程的,所以一切就没顺理成章过,这种事情多了去了,一直到今天还是这种状态。只是很多人不相信到今天科学在中国居然仍然不合时宜这一事实罢了,以为我们paper数占全球第二了怎么说也算是科教兴国了吧。

李鸿章在签完辛丑条约之后跟慈禧说:

臣等伏查近数十年内,每有一次构衅,必多一次吃亏。上年事变之来尤为仓促,创深痛巨,薄海惊心。今议和已成,大局稍定,仍希朝廷坚持定见,外修和好,内图富强,或可渐有转机。

明显自己早知道清朝没戏了,哪怕跟老佛爷说也只称“或可渐有转机”。直到今天我国还其实仍停留在“坚持定见,外修和好,内图富强,或可渐有转机”的状态。可以说今天跟清末没什么区别,“千年之大变局”我们还只迈了小半步。科学不合时宜是不值得奇怪的。科学网每隔一段时间就要纠结一下,事实上也是“每有一次构衅,必多一次吃亏”而已。民科除了个人本身神经病之外从群体情结上讲也有很大程度可以归因于80年代所谓“科学的春天”的那堆报告文学。但这堆民科也恰恰说明科学的春天并没有到来。至少像Neil就明显没有春天的感觉。凭一个网管很难担当春的使者,正如李鸿章没办法带领清政府进入现代一样。

现代物理实验的测量问题

在KIT交流所了解技巧是零零星星的,但这些新信息暗示了一个需要系统地了解的知识体系。所以回国以来的这一周我花的时间主要是在完善这一知识体系,做到知其然知然所以然。这些知识事实上都是信号处理的课本知识,对设计任何物理实验都很重要。

普通物理实验课的教学目标

我反思了一下,我本科明明是上过普通物理实验的,为什么我没有被要求了解这些基本原则。这是跟现行本科普通物理实验课的所谓“教学目标”有关。因为所谓“教学目标”应该都是人云亦云的套话,随便上网查到的就有足够代表性了:

本课程是四年制物理学类各专业开设的基础实验课,它与普通物理理论课既有紧密联系,又相互独立,是一门独立设置的专业基础课。

本课程的教学目的是:使学生在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到系统的训练,加深对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握,培养良好的科学素质、创新精神和实践能力。

我对现行本科物理实验课的批判要基于所谓“与普通物理理论课既有紧密联系又相互独立”中的“相互独立”。再往下看,所谓“紧密联系”的意思就是“加深对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握”,而“相互独立”的意思就是“在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到系统的训练”。问题在于“物理实验的基本知识、基本方法、基本技能”是什么?它必然不等同于“物理学的基本概念和基本规律”。

从科学范式上讲,实验就是为了印证理论。也就是验证等式的左边等于等式的右边。所以你首先要获得等式的左边和右边才行,这就要通过测量。有时候原式的左边和右边不方便通过测量得到,那就要进行转化,例如移项、微分、求极限等,测量重点也会转化为曲线拟合、测斜率、截距等。其实就是实际测量仪器的设计,也就是数据采集的工作,完了是数据的处理、作图。最终根据某种标准对理论进行证明或证伪。一句话概括,实验的基本知识、方法、技能就是导致一个人可以独立设计完成实验物理学研究的所有东西。

但是按我个人的经历,本科物理实验似乎没有要求学生设计物理实验,此其一。其二,对于测量的误差来源分析,会有一些讲解,也有专门一章在课堂教学是讲误差分析的。但是这些内容跟今天的实验物理学现状相比感觉很过时。诸如从刻度上读数时眼睛要怎么使,估读到第几位;有效数字的加减乘除等等,在计算机时代都用不上了。但是计算机时代带来的新问题,课常上却不讲。因为现代实验室中的测量设备不再是用尺子量位移,用秒表量时间、用弹簧秤量力了,而是全部采用传感器。所以问题不再来自于你眼神儿好不好或者估读没估读了,反倒来自于传感器的工作范围,例如漂移、噪音、线性工作区等。再者,由于计算机的广泛运用,加减乘除、微积分、Fourier变换、线性和非线性拟合等等全都是数值计算。所以首先就有模数转换问题,例如取样带来的误差。最终测量的精确度和敏感度所取决的因素,跟前计算机时代是完全不同的一套。学生在上实验课的时候已经知道过时,因此不认真学;进入实验室,现代仪器给他们的感觉就是“傻瓜操作”,深究不了其中的误差来源,也无从深究。结果真的全成了“傻瓜”。

数据采集的原则

传感器

如果你的实验要从仪器开始设计,你不应该连世界上有传感器这件事都不知道,还去考虑用尺子量位移了。任何测量都从传感器开始,包括力、压强、温度、光学等等都有相应的传感器,时间问题也取决于系统时钟(如晶振)。所以你要了解传感器的选型原则。

信号类型和传输

就算转换成电信号也有很多种,如电压电流电阻等。例如如果你用光敏电阻作为光学传感器那就是电阻信号。完了就是这些信号如何传送到模数转换接口处,例如是有线还是无线,抗干扰问题,能量辐射问题,带宽问题。除了线缆之外还有接口。接口不好也会带来新的误差。

信号的前期处理

实际电信号往往不直接适合数模转换器的使用范围,例如电压过大或过小之类。这就需要先设计模拟电路对信号进行调整。误差又会来自这一步。

数模转换

数模转换首先是对模拟信号进行取样,因此要选择合适的分辨率和采样率。完了又要考虑信号传输的问题了,这次是要把数字信号传输给电脑,因此就是决定用RS232、USB、PCI还是以太网。例如ARES是用RS232,AR-G2是用以太网的。可能这方面的选择在大多数情况下不重要,但是至少要做到知其然知其所以然。

软件

软件问题首先就是驱动程序问题。有时小厂家的自带的驱动程序会做你所想不到的傻逼动作,造成误差,或者跟操作系统兼容性差,蓝屏什么的。完了就是信号分析软件,例如在做FFT的时候有没有解决谱泄漏,zero-padding完之后有没有加window。还有各种提高信噪比的做法例如滤波器之类。

与理论紧密联系实验课要实现什么教学目标?

以上考虑所需要的知识不是普通物理理论课所能提供的。因此,如果要直接教以上东西,就不可能跟普通物理课“紧密结合”。我觉得应该有两种实验课。一种是与理论相互独立的实验课,它的教学内容和目标大致就是上述的那些。

另一种就是它只为增加学生对基本物理定律的感性认识和情感信任度的物理实验。这很重要。因为我发现很多人到了读研的时候根本没有提出新问题的能力,除了老师叫做啥做啥之外自己啥都想不出来了。没学过物理么?不是。是因为他们学的时候从来没有发自内心地相信过那些东西。课本知识只为应付考试,只知道这个等于那个乘那个再除那个,考试就从题目找到相应的数字代进去算就行了。实验课也乱做。要做到相信,你一定先要理解,完了在生命中的每一分钟拿你放眼望到的任何物体去验证。看到任何风吹草动都可以在脑中做个back-of-the-envelope估算,甚至直接进行实验来验证你所知道的物理定律。一开始你会因为你本人对理论的错误认识而实际形成错误的物理图象,导致你验证的结果跟定律不符合。你就会去查书、问老师,搞清楚到底是你对定律的认识不符还是定律本身错了,还是你的估算漏考虑了什么重要因素导致偏差。在此过程中,你对理论的理解才会越来越准确。但是生活中有条件进行的实验是非常有限的,尤其是要用来验证大学物理而不是牛顿三定律的那种实验。因此说大学物理实验课是不可或缺的。它提供了得以验证什么干衍啊,驻波啊之类这些定律的硬件条件。因为这些实验课其实承担了让学生相信定律的宗教式职责,所以不应该又去扯操作误差之类的事情。不然的话,物理老师就不得不变成一个无赖:总之书上是对的,你测不出来是你有误差,重做,做到对为止!难怪学生对实验课根本提不起兴趣。

建立正确的物理图象是很重要的。我发现很多研究生朋友没办法进行类似“请在分子到超分子尺度分情况描述一种水溶性聚合物溶解于纯水中的过程”这种思考。这是在立论阶段的一个很重要的思维方式。你如果没办法基于已有物理定律去想象新的条件下的可能发生的物理事件,你又怎么想到新的研究课题?你连“会怎样”都没个估计,你怎么决定“测啥”、“验证啥”?怎么设计实验?因此可以说这些研究生朋友根本上缺乏立论能力,用现在的话说就是“自主创新”能力。

这个话题其实我以前已经说过了。那时我总结导致以上问题的原因在于:

  • 中国学生从中小学开始就被告知:书上的东西是假的,但要用来考试拿成绩。因此,找一个model来fit现实,对于中国学生来说,没有任何乐趣。因此,真正对物理化学有兴趣的人并不多。多的都是混个学历去考公务员的人,以及想出国拿绿卡的人。
  • 中国大学,教学和考卷都没经过同行评议,任课老师的自由度很大,胡来的占大多数。
  • 各种入学考试都其实是在专门选拨不适合做科研的年轻人。
  • 成年人世界没有做好榜样。

而现在我又添加的的原因就是物理实验课的失败。