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读博总结

在西北的日子终于要画句号了。我还能清楚地记得刚来Evanston的那天是个凉爽的夏末,吃的第一顿饭就是DD Dogs的汉堡,看着眼前的小马路上都没有几个人几辆车。将近5年过去了,除了同样一条街上车略微多了一点,这小镇还是这么安逸。以前上大学每半年回次家都能感觉有大变化,相比起来Evanston的节奏让你根本不觉得5年有多长。

刚来美国的时候并没有什么新鲜感,更不激动,因为主要是做研究么,看的东西想的东西和以前都是自然衔接。课程尤其是比本科简直还简单一些,学起来比以前省力多了。几门自己感兴趣的课,比如量子力学-固体物理-计算材料学系列,花的时间远远多于其他,做出的作业也比较完善,实在是自己的兴趣所致。以前想在本科延长一年赶上物理系一半的水平而终究未果,现在的这种兴趣乃是“够不到才珍惜”的表现。这期间做习题的热情比以前学专业课还要高涨,因为现在清楚了习题对于理论课就像是实际操作对于实验课的重要性一样,就看你掌握了没有。结果就是把Griffiths量子力学所有习题都做了,也体会到这本书的好处。后来没有课程的压力,重温微积分的时候又做了吉米多维奇几百道题,回顾了Landau力学,把他的习题研究了一通。大四开始对于固体力学的兴趣,后来就慢慢减退了,不过减退之前好歹做了Sadd弹性一书的一些习题才作罢。开始做Ashcroft&Mermin固体物理习题和Flugge实用量子力学习题的时候就虎头蛇尾了,因为已经开始了实际研究,感觉思路上完全不一样,来回切换很麻烦。只有对数理方法(Hassani所著)的兴趣一直保留至今,有时还翻出来看看,做两个题热热身之类。

现在想想,研究生的课程这么重要么?我觉得拿全A(包括A-)称得上是耻辱,因为在课程上花时间太多,就是“身在曹营心在汉”。既然是为研究课题服务的,就不可舍本逐末。做理论工作的,固然要基础知识牢固,会建理论模型求解之类;可我等做实际工作为主,就应该趁早培养出理论思维即可点到为止,因为接下来的训练主要应该花在解决实际问题之上。我开始研究入题慢,这是一个原因。

入题慢的另一个原因是,一开始完全生活在前一个博士的阴影之下。选老板的时候与老板面谈,谈了之后好像很顺利的样子,结果就是老板就很快安排我读前一个博士的论文,约时间与她谈。这博士的论文涉及的面很多很广,对每一个问题都有应对方法,最后做出了一个设计。我读完完全被镇住了,根本想不到自己能从哪里切入突破。就这样摸索了一段时间,终于发现用她的模型和参数是不可靠的。并不是说她作假,而是说在做了相当长时间的文献调研后发现实际情况比她(以及我老板)想象的复杂多了。不做不知道,因为钛合金的实验结果比钢的少太多,想全靠他人实验结果建模做设计是不可能的。终于,在我确认了别人没有做过跟我同样目的的结果之后(有一个荷兰的博士跟我目的一样,很“正常”地发表了两篇期刊和一篇会议论文,但是基本上全部算错了),我决心自己开始。哪怕过程看起来不太“优美”,也要拿出硬东西来。

这里解释一下什么叫“优美”。这当然是我用的词,但是我老板肯定也有这个目标,这就是计算材料设计。从表面上来看,就是在计算机前面敲敲画画,交出个方案来给别人去试,然后等着别人兴奋地跑过来说“你设计的真灵”然后佩服的五体投地(好像拍戏一样)。实际上,前两年美国提出“材料基因组计划”,其目标是将材料研发周期减半,花费减半,其手段就是开发“材料基因组”,做计算材料设计。我老板已经在这条路上走了将近30年,这次奥总统提出这个计划,实在是给我老板一个巨大的机会。计算材料设计实在是一种高效且便宜的方法,也是未来的趋势,可一定要站在前人辛苦工作的山包上才能做到。如果别人没做过,你要做设计,就只能自己堆土山站上去。这就是我所做的。除非必要,我是万万不愿意做的。记得之前有个做铝合金的博士,本科是OSU(俄亥俄州立大学)毕业的,我老板评价他的博士论文是“开头很有我们的风格,后面就变成OSU的风格了”。意思是OSU以实验工作见长,那位博士最后免不了是实验做出来的结果,计算设计的味道轻一点。铝合金的数据虽然比钢的少,不足以充分做计算设计,但是数据总比钛合金的多。钛合金很多机理还没弄太清楚。我不关心我老板怎么评价我的论文,我只关心能不能为给理解钛合金做出一点点贡献来。

就这样,我开始觉得事情越来越复杂。有一次我跟老板谈钛合金马氏体的时候,他回想起以前在MIT读书的时候。他说第一届国际钛合金大会在MIT开的时候(1968年,他在读本科),J.W. Christian作报告的时候他正好和女朋友(现在的老婆)出去了,所以导致“现在在钛合金方面还有所欠缺”。这当然是一句玩笑话,因为我老板是做马氏体基础研究出身,可以说我想过的问题没有他不曾想过的。不管是钢还是形状记忆合金还是钛合金,马氏体的基本理论应该都是统一的。钛合金的相变在其他系统里都有,我老板在钢研究方面深不可测的经验使得对钛合金来说只是把他的普遍认识具体化,或者说定量描述到可用的程度。可是他的一句玩笑话,在我感觉是意味着我的一些具体的东西已经到了他认识钛合金的边缘。这种想法有点令人失望,却也令人兴奋。我很享受他看到我给他带来新东西时惊喜的神情。

我老板对研究生的管理风格是两个字:放羊。你不用担心来实验室太晚会不会被他说,不用担心组会作报告时没有什么新东西(如果真的没有,他就是开你两句玩笑而已)。你有事需要找他,他从来不会主动约你问你最新进展。除了每个暑假供给他几张图片(他不用你的文字),以便他给资金供给单位写年度报告用之外,他不找你主动要别的东西。毕业的博士不需要发paper,基本上都去找工作而且平均4年半毕业。可是他自己给我们的印象完全不像65+岁的人:马拉松会程上在我打瞌睡的时候他永远在托着下巴听着;组会一般在下午4点到6点,而此前他常常已经工作了一整天;你想像不到他国内国外到处出差有多少次;在组里经费紧张,而他组团申请大型项目志在必得却被拒之后也只是平静地通知了这个消息。一年多以前他成立的材料设计公司发生了重大重组,他没有把它整个卖掉而是谈成了一个方案,允许他保留了极少人员和核心的知识产权和设备,于是他开始了像初创这家公司一样的创业,而那已经是几乎15年前了。15年前他头发应该还是金色而非今天的白色,15年前他也应该没有现在一样皮肤松弛身材发福,但是我相信这15年没有让他的思维迟钝一丁点。所以,就算他对我们研究生是放羊,就算他对我的指导不如我期望的那样多,我也知道我该怎样做。

就这样,心甘情愿堆土山做实验,做出了各种有用没用的数据之后,一不小心就溜到了快毕业的一年。但是我的贪心还没停止,又开始用第一性原理计算看能用什么结果。这在项目规划和管理方面实在是一个灾难,为了当初的目的而做的计算其实也并非特别有用,但是产生了一个副产品,让我和我老板觉得很有意思。当然,看到老板被结果吸引,我又有一种享受的感觉,只因为我相信他对研究价值的判断,而我的价值观还在形成中。他评价我的这个副产品用了“neat”这个字,让我很意外却又不意外。因为neat,在我对材料科学历史的理解,就是用简单的模型,花最小的代价,获得最丰富的认识。一大批neat的结果都是50-70年代产生的,因为那时候数值计算还不发达,理论研究者除了绞尽脑汁之外没有别的方法,不像现在一样用数值方法成风,免不了有"garbage in, garbage out"或者不珍惜结果草率分析的情况。意外的是,我从未想过在实用性很强的研究项目里能做出"neat"的结果;不意外的是,我的这点结果乃是延续着大名鼎鼎的John Cahn在1971年发表的结果——还是因为现在数值计算发达了,第一性原理方法多了,才能把原来简洁深刻的模型计算出来。不意外的另一点是,我老板永远对基础问题有兴趣,即便他很长时间把主要精力放在具体材料的开发上。一个例子是,组里有一位研究生比我小一届,研究项目是生物体里(细菌鞭毛和病毒尾鞘)的马氏体相变,其源头就是我老板早在30多年前发表的一篇paper。当年文摘发表了之后并未引起轰动,因为跨界的东西两边都难以关注起来。一直到了前几年收了这个研究生做这方面的研究,才真正推进了我老板30多年前的想法,做出了很赞的结果。这种在我老板看来很neat的结果,对审美需要来说是非常重要的营养。

上面说到我的博士研究从项目管理来说是个灾难。其实我本身不在乎这个,我老板也基本不干涉我,只是因为接触他的公司,觉得有另一种方式可以考虑。可能按照很多人的印象,科学研究就是没有功利性的、充满了失败和意外的、难以计划的东西。可是这种模式,与新近提出的“材料基因组计划”的目标(研发周期减半、花费减半)是完全不相容的。我老板的公司毕竟不是科研单位,接到的项目都是有期限的,也需要多人多单位配合,必须要规划完善,不可能纵容“无功利性,充满意外”的模式。做好规划实在是一门功夫,而我在这方面一点长进没有,只好留待以后再看了。每年产生数不清的paper,但是真正对新材料的影响却有几何呢。也就是说,要开发新材料,光有paper是不够的。个中经验教训,我老板积累的最多,只是跟他和他的公司接触比较少,无缘受教,只待以后自己经历了。

严格来说现在写总结有点早,因为最后论文和答辩还没有完成。写论文的一个必然问题就是书面英语的问题——久没写东西,恐怕生疏了。按照我本科的模式,通常是学期中没空学英语,留到寒暑假没有专业课时在家自学英语。读了博士之后更干脆,连寒暑假也不花在英语上了。说话和写作还是有差距的。只希望我论文的阅读者别太挑剔就行了。关于英语写作,实际上不一定需要专门研究,因为材料科学界就有相当多写得很好的文章,可以用来英语课课文(比如以后可以有“材料专业英语”这种课?)。例如美国COSMAT写的综述汇编Materials science and engineering: its evolution, practice and prospects(韦丹老师以前推荐过才看的,编者是我老板的博士导师),还有英国Robert W. Cahn的Artifice and artefacts: 100 essays in materials science,其中是R.W. Cahn在Nature等发表的100篇短文。两本都是高级科普级别的,适合材料领域内部跨界了解用,更适合大家了解不同的写作风格和用词妙处。抽出时间来研究的话,应该对写作乃至英语文学很有益处。再次推荐。

英语写作可能算是技术性问题,实际上更难的是离开中国文化环境。坦率地讲以前也有过一阵对西方式现代化很感兴趣而菲薄自己的封建历史。出国之后对西方文化固然有些直接的理解,但也比不上对中国文化的依恋多,以至于没心思研究英文,闲来阅读还多半是中文,练字(还记得发现有卖毛笔墨汁之后的激动),读史(主要是钱穆和范文澜),来抚慰心灵,也抵消中文的退化(虽然还是退化了)。虽然吃不到煎饼果子豆腐脑,可有些家乡味也好。只是苦了家人,因为不常回家团聚,又让家人感觉我生活无着落,就算是我在此地再自在也没法克服在家庭方面的亏欠感。此后也不知道还要继续亏欠多久。原谅我吧,只是我太执迷于理解材料一发不可收拾,而让你们付出了太多。当初商量出国读博的时候好像决定得很简单,似乎谁也没充分意识到这意味着什么。三言两语难尽意,只求千里共婵娟。

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