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以国为本还是以人为本?

我在考虑一门课的绪论的时候有一些心得。

大部分学科的绪论,都会介绍这个学科名称来历、历史等。从“做学问”的标准来看,绪论更重要的是论述:1)本学科的内容,以及为何包括这些内容,而不是更少或更多;2)本学科与其他当代学科之间的关系。

例如,在关于流变学的绪论里,由流变学的通常定义——“研究物质的形变与流动”,需要进一步说明所研突的物质主要是宏观物质,因此流变学一定是建立在描述宏观物质的物理之上的。这种物理恰好是有的,还不是一个而是两个:连续介质力学和统计力学。它们都是已经明知物质其实是由大量微观粒子构成的前提下,通过不同的抽象近似(前者是连续体的近似,后者是基于等概率分布、对称性原则等),然后用相应的数学语言去描述,以实现对宏观性质基本规律的推导。

然后我还可以由着我的性子继续讲下去,写一堆玄学。也大概是在这个节点上我开始恶心了。这些都是不仅需要已学懂流变学,还需要已学懂连续介质力学和统计力学之后,才有可能理解(或甚至都不能)的一些学科发展逻辑。我在后面会谈一下,为什么在第一秒钟我们会觉得这些内容挺好的原因。但其实这作为一门课的绪论,对读者(特别是初学的)没有任何用处。

我甚至不想把最开头部分的标题称过“绪论”。谁要在一开始就看一段玄学论述呢?我觉得更好的标题是“引入”,这在词义上更符合英语的“Introduction”。你在开头需要做的事情是引入,而不是抽象论述、高屋建瓴、统领全书。

“第一课要完成的任务”其实不存在什么异议,那就是:直接显示这门课后面会讲到的正式内容的必要性,设置好具备这种必要性的场景。之前关于“引入”还是“绪论”的争论,其实是完成这个任务的方式问题。开头的那段玄学,其实初衷也是为了完成这种目的,只不过是采用了一种“定义——定义的延伸——……”的严格形式(数学系的课也许更倾向于这种公理化语言的表述)。如果换成“引入”,那么一切就不是从“学科定义”出发了,而是从“必要性”出发。从学生的角度问就是:好端端地为什么非要往课程表里塞一门这个课?具体的问题就包括:

  • “物质的形变与流动”,以前学的知识不够吗?于是你就可以展示,学生以前习惯的基于刚体运动的中学物理的局限性,引出连续介质力学的必要性。
  • 大学本科也学过一些类似的知识,粘度、杨氏模量、伯努利方程、雷诺数、层流湍流等都学过了啊,还不够你“研究物质的形变与流动”吗?于是你就可以引入“复杂流体”概念,包括流体的粘弹性(记忆效应)和非线性,同时也说明流变学只研究低雷诺数问题等等。一般流变学课头几节都会逻辑的那些花里胡哨的“复杂流动现象”,什么挤出胀大、无管虹吸之类的,也都放在这里讲了。
  • 然后还可以假设学生再问“这些都是加了高分子的原因啊,我们在高分子物理里已经学过粘弹性、剪切变稀和剪切增稠了。高分子的粘流运动也解释过,行为可以用链锻运动和整链运动来解释。”因此,在此你可以介绍,当代流变学与复杂流体的统计力学理论(在这个领域复杂流体一般会换个更高大上的名字叫“软凝聚态”)的联系。但更重要的是展示:不用加高分子,也能构成复杂流体,例如悬浮液、乳液、泡沫等……别以为什么都是高分子特有的。

可见其实绪论该讲的都讲了,但以“引入”的方式,其实是以一种“交流”的、“设问”的方式来讲述,而不是以“定义——定义的延伸”这种公理化语言,似乎因为要“担负历史责任”,经得起后人考验,因此当下的这些听众的实际情况和理解力,在这种崇高性之下都不值一提了的调调。

但是,我在这里讲的“必要性”,都是完全从纯学术的角度,从人类知识大厦的构建角度谈的必要性。我不喜欢谈“学科的应用”,尤其是物理学。因为,我们物理学是从来不用吹嘘什么“应用广泛”、“对国计民生的重要意义”的。物理就是万物一理,它的应用是everywhere和anywhere。物理不存在“缺乏重要应用”的问题,只存在“该用的时候没人用、不懂用、甚至乱用”的问题。换句话说物理不存在“缺应用”的问题,只存在“没人懂”的问题。所以,你来学物理,你肩负的最重大使命是去搞懂!而不是去反省这些学了有什么意义,尤其是别在还没学懂之前就在那里评判“这门课应用广不广、市场大不大、前不前沿、热不热门”。正如有一个网上传得很广的课堂照片上那句话:任何一个世纪都是物理学的世纪。

很多教科书的“绪论”中都会希望吹一下的那些“本学科的应用”内容,要么吹一下在工业界有多重要,举一些也就在那本书出版的年代才成问题的过时工业难题;要么东拉西扯一些在生物医用领域的研究,其实也就火过那么几年,早过时了。我就不干这种事。需要讲的必要性,仅是就人类知识逻辑大厦之内添一砖加一瓦的这种必要性,老师与学生作为智慧上平等的学者,一起对本课程的添置作一番奥卡姆剃刀审判。任何世俗必要性,都不应在讨论之列,也不必担心任何一个人在学懂了这门课之后,凭他的世俗经验会用不上。

毋宁说 ,很多大学课程设置本身就经不起这种审判,这么一审判,这门课其实没必要上; 毋宁说 ,很多作者也是一知半解,没那个水平去做这种梳理。后面正式的章节都是东抄西抄的,绪论嘛也就只能罗列“重要应用”,说不出它本身到底是什么,回答不了为什么。

我国长期以来的主流语境其实是“为中华之崛起而读书”,于是也是都“为中华之崛起而写书、办教育”,所有学科知识的陈述,都带着浓浓的“建设祖国”的目的性和功利性。因此在教学上有一种灌输性的思想 。课堂上我讲什么,你就得学什么。我懂解释那我就解释一下,显得我教学有方;我若不懂解释那就不解释,照本宣科你也反正得记住,总之肯定是对的,因为没有时间了!正着急着把你培养完毕投放到建设四个现代化的各条战线上去呢!我作为教师没义务都懂解释,因为我是一个来传达命令/来落实国家政策的角色。现在国家在争分夺秒地搞建设,需要你知晓和服从这些知识,这是第一条的。至于我愿意或者能够就有些难以理解的问题作些解释,那真的是十分“用户友好”了。但你没资格去要求这种“用户友好”,你不是“消费者上帝”,而是必须响应国家号召的一分子。书也是以类似的态度写的,写出来感觉就不是放在自由市场上卖的东西,而是坐等全国各条战线的建设者饥渴阅读的宝物。

这就是为什么有些搞一辈子教学的老头儿教师总是给改革开放之后出生的大学生一种不爽的感觉,而这些老头儿也特别经不起challenge。因为在你challenge他的时候,他不懂,面子上不好过还是次要的。主要是他转念一想会觉得很不公平:为什么我必须懂?为什么你拥有一种与我平等的地位、站在我对面去challenge我?国家派我来教你知识,是一项崇高的使命。你是接受得接受,不接受也得接受。他觉得你这么一challenge,不是他本人被challenge了,而是某种特别神圣不可侵犯的东西被challenge了,不是学术探讨,而是意识形态战了!

计划经济时代,“各部门各条战线”都需要被支配,因此形成的是一种等级森严讲究服从的文化,否则计划经济的效率不会高。人本主义、人人平等这些都是计划经济的毒药。讲究这个,那计划经济就实行不了了。而计划经济正是我国前几十年自立更生、独立自主所依赖的制度。因此那个年代的全国人民都因为国家命运的关系自觉接受计划经济的文化。改革开放之后,渐渐地也就形成了这样的组合:凡是国家要上去,就要搞计划那一套,挺优越;凡是人民要幸福,鸡毛蒜皮的事,那才来点儿市场,没必要上纲上线,讲究一碗水端平。

虽然扯远了,但现在有趣的是,具体去看“大学课堂”这件事情,目前大家到底认为,它是属于“国家要上去”这个话语体系里的呢,还是属于“人民要幸福”这个话语体系里的呢?你把他纳入哪个话语体系去理解,决定了你会怎么去评论很多具体的事情。

如果以国为本和以人为本老是产生冲突,该不该引起思考呢?

死于制度之恶的人

在我国的发展进程中有好几个这样的标志性人物,例如:孙志刚之死,激起了收容制度的完善。魏则西之死,虽然社会舆论有一半的火力打在了百度,但在医疗纠纷的层面也显示我们缺少有效的第三方监管和仲裁机制(作为我对这篇文章的末尾观点的同意)。另外,似乎魏则西事件之后,没有人成为法庭上的被告(参照这篇文章)。

不管制度怎么进步(或不进步),我们永远处于不完美的制度中(完美不是人世间的属性)。 每人做好本职工作社会就会变好,前提是大家处于完美的制度中。 否则,每个人都严格做好本职工作,其实就是在延续甚至放大制度的不完美,会让社会变坏。要在不完美的制度下让社会变好,除了改进制度外,我们还能尝试的是“枪口抬高一厘米”的那些“失职”行为,尤其是要能够及时意识到这一时刻。也就是说,我们干一行就要预先清楚自己的岗位职责有哪些天然作恶的机会,并在那些时候,选择不作恶而失职。因此,孙志刚和魏则西之死,除了一个更好的制度能避免之外,也可以通过执行收容的人的枪口抬高一厘米,以及身负商务合作关系的医生选择向患者说真话而失去商机。

可惜人不是神,人的智识是有限的,谁知道这枪口抬高一厘米是做了善事还是放了一个魔鬼?如果是后者,只能求神宽恕了。

凝胶研究领域中一些不求甚解的现象

本文属于不吐不快。

一、

凝胶领域火了很多很多年了,从一开始就没冷门过,最近十年更是再创新高,因此浮躁的风气影响了一代又一代的研究者。很多人只关心堆砌一个怎样的故事能发在更高影响期刊,而忽视这个故事的正确性,理由的坚实性。渐渐地也就忽视了对基本物理化学知识的重视,数理水平也越来越差。这是从他们的导师甚至导师的导师就传下来的风气。

很多研究生从论文学知识,而不是从教科书学知识然后反过来审视论文。因为:

  1. 教科书(尤其是基本的物理化学、统计力学、化工原理,流体力学和传质传热等世界观层面的教科书)躺在图书馆书架上吃灰几十年,而论文则发表在高影响期刊上,被微信媒体报道,获得周围的人的立即认可。因此论文比教科书显得权威。
  2. 因为研究生的首要目标是论文本身,论文保毕业保前途保奖学金。很多极品导师的论文工厂里论文甚至首先是保生存保平安。所以当一个领域求真与发论文相冲突时,研究生会自觉拥抱前者,彻底放弃后者。
  3. 研究生正处于争扎在如何从只懂写实验报告提升到懂讲故事的层面的状态。已发表在高影响期刊上的论文的“事后解释”是他们最容易直接参照的;出什么结果,就说什么话,自己出的几项结果可以套用模板就也能凑一段“解释”。反之,花时间系统看完基本理论,未必就能立即解释当前的现象。

再加上目前研究生培养的普遍风气,论文海洋中一大部是学生写、学生投,学生审,从头到尾没经过教授手的。学生不仅通过论文相互以讹传讹,只要有利于发表,学生发明出来的少见多怪、哗人取宠、重复造轮的概念,导师也乐于延用,拿到会议上宣传。学生无知导师也跟着无知。

二、

把水凝胶拿到扫描电镜,几十微米尺度下看到一些cell结构,放上十张图讨论半天“结构性能关系”的做法,以前我以为就是单纯不了解原理,后来我知道大部分都是明知故犯。遇到过很多人,他跟你讨论起来,一听你指出“这些cell都是干样品的假像,跟凝胶态的结构没有关系”,他马上说“对对对,我知道。”似乎不仅是知道,而是早就知道早有准备,“但是大家都这么做的都这么讨论”、“其实这个结构跟凝胶的性质还是有一点关系,你看A凝胶是这样的结构,B凝胶的就是那样的结构”。其实我也不止一次说过:“我拿不交联的高分子溶液,光靠控制冷冻干燥条件,你这里面的N种“凝胶结构”我用同一个样品都能做出来。”然后对方仍然频频点头承认。整件事情非常无趣,因为人家早就知道了且根本不care这个,只是碍于礼节才在陪我啰嗦。

真正说用电子显微镜看凝胶结构的始作俑者是用的透射电镜做的,而且是在八十年代初速冻技术达到使水玻璃化的时候才开始提出的。观察的是含水的样品,而且要求水是速冻而玻璃化,没有冰晶形成,因此大家才认为这时所有在液态水中的结构排布都被保持,且未被证明!这技术后来被称为冷冻电镜,现在很多人都知道它是特殊的技术了。但早年没被这么称呼,而仍然被称这透身电镜或直接就是电子显微镜,技术的关键往往淹没在材料方法的字里行间。可能是这个原因,就产生了另一条误以为直接用普通的制干样的透射电镜,或甚至包括扫描电镜的电子显微镜可以看到凝胶的“微观结构”的滥觞。

一个尚且可称为“正确”的例子:Adv. Mater. 15:38 (2003),Fig. 1里你是在玻璃态水背景上同时能看到少量冰晶的,所关心的“结构”则是嵌在玻璃态水的背景上的,这才起码能被同意是反映了常温凝胶态中的微观结构。另一个更早的,作者很知名的例子:Macromolecules 19:2960 (1986),用的是freeze fracture replicate方法,看的是冷冻样断裂面的复刻品,而不是冷冻样品本身。复刻时样品中的水也希望是玻璃态的,但是就不如上一个例子那样能直接看到离散的小冰晶来直接确认这一点。同时,因为看的是复刻,所以这种方法往往不一定要用TEM,也可以用SEM。这种方法就已经非常令人不爽了。你怎么知道冷冻态下的断裂形貌有多少是断裂时的裂纹生长机制造成的,有多少是你的“凝胶结构”?

说到底,“形貌学”是一个比“唯象学”更糟糕的研究方法,在生物学上广泛应用那是生物学目前没办法在还原论上达到哪怕唯象的层面。你材料学明明有强大的统计力学理论基础和相应的各种散射测量技术,尤其凝胶往往是无定形的,在实空间看能有多大代表性?随机性的定量表征只能通过分布和矩,要求的是各态遍历。实空间几十几百纳米的小窗口,这儿瞅一眼那儿瞅一眼,还从中挑选满足自己鬼知道从哪儿来的预设想象,能有多少参考性?就这种套路遗毒N代研究生for deccades!

三、

很多人对“什么是凝胶”的认识停留在路人层面,肉眼看能倒瓶,就是凝胶了。相当一部分人平时说话做事都似乎完全没有一丁点儿热力学意识。

首先摆出最严格定义下的凝胶(平衡态)的一条要求:不交联的话你的这些分子得是溶解的!反过来说凝胶就是把已经溶解的分子连成网络。

从这个角度说那些LCST、UCST的,发白的“凝胶”其实都是沉淀,因为热力学上它们处于相分离状态,也就是分层!所谓的“微相分离”其实就是相分离太难或太慢,动力学(kinetics)上几乎暂停了。如果恰好停在一个相区微小但又相互连结,而相区内的粘度又比较高甚至玻璃化或结晶的情况,那也有可能产生“模量”,处于类固体。但是外界扰动能帮助这种体系继续向宏观分层变化,至少能使相区进一步聚并(coalescence)。

举个例子,众所周知的PNIPAM,线形聚合物水溶液相图有LCST,超过这个温度体系是相分离的,说白了就是沉淀。实验上发白且能倒瓶,是因为富高分子相浓度太高(PNIPAM高分子本体Tg高于室温)所以粘度非常大,甫一形成就无法继续聚并,还把贫聚合物相锁在相区之间,因此宏观肉眼看好像是凝胶。你敢手动甩一下,它就马上水归水东西归东西了。以前大家只懂传统自由基聚合的时候,单分散聚合物是要从聚完的多分散产物中分级的。很多聚合物是通过往良溶剂加入不同比例的非溶剂诱发部分沉淀来分级。PNIPAM分级还能靠升到不同温度离心来分级,你说它不是沉淀是什么?用BIS化学交联的PNIPAM,高温发生的发白的“体积相变”,只不过是因为你在分子层面锁住了,它只能在网格间“沉淀”而已。 很多相分离的“凝胶”,甚至动力学还不太束缚,稍微放个一天就絮凝成蛋花汤了。 哪怕是这种情况,很多人也认为“那就立刻测呗”,似乎他本人其实对这凝胶材料没有任何要求,只对他论文中的图有要求。是纯粹为发论文而做凝胶,而不是真有什么哪怕是遥远的应用目标。甚至,他也是先哗哗哗地化学合成一把,过完柱子再去看它能成啥玩意儿再见机行事的。

但凡试图去设想你的“凝胶”体系,脑中理应常备的是它的热力学、相图、Flory–Rehner理论。但是你跟很多做凝胶的人讲这个,他觉得这是跟自己没关的另一个世界。他们对“微观结构”的理解是涂鸦式的,实空间的、非统计的,甚至对空间尺度分离都没有什么概念,做红外核磁来解释宏观性质。

四、

“物理凝胶”领域是这个热力学意识混乱的重灾区!但我在这里要谈的是物理凝胶的流变学问题。很多可能不知道“材料失效”的一些基本概念和定义。凡是凝胶都希望“自修复”、“可注射”,拿过来扫应变,却不管样品在夹具之间到底发生了什么。不幸的是,他们所需要的那种“扫应变曲线”,是不同的体系、不同物理过程都共享的表观现象:壁滑能出、剪切带能出、屈服流动能出、假塑性能出。

认为流变仪就是一台拿来测结构的仪器,也是不知道是仪器商共谋还是无意识形成的至今几乎战统治性地位的误区。任何时候流变仪只反映流动性,而且还是在你保证了理想测量对样品的要求的前提下,否则它甚至只反映传感器的电信号,你测空气也能出一堆数据点。

很多凝胶并没有屈服的性质,是断裂(fracture)失效,按定义它是脆性断裂,这词儿说出来很多人还摇头,似乎觉得这是金属无机材料专属的,水凝胶这么软弱怎么会有什么脆性断形裂。所以我经常也不这么说,就说它是像“豆腐那样烂的”,你“注射”完了它就成稀烂的豆腐花!如果这没所谓,那嫩豆腐就是一种可注射水凝胶,便宜、优异,略为排查一下植物蛋白序列过敏源甚至生物相容可能还很好。花那么多功夫多肽合成自组装结构得到个连豆腐花还不如的东西所谓超分子水凝胶,但只要有个倒瓶照片和几条长得像样的流变曲线,用加点特效药混一混,用针筒打到老鼠身上弄一下(花钱请公司做的动物实验),也能堂而皇之地发表。

因此每每有人过来做流变,都是一问三不知,只懂掏出他带来的一篇打印的paper,指上上面的Fig. x跟我说:“就是做像这样的图。”今时今日这个business就是这个玩法。