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我的科研入门之少林扫地功 精选

已有 22827 次阅读 2013-6-29 09:49 |个人分类:师友|系统分类:科研笔记

在《科研入门之武林秘籍》中大呆融合当代武林六大门派的绝世武功,根据自己的体会,写成一本科研入门之《六青神功》。其中第一式是少林和尚扫地功,说的是,扫地功是少林寺和尚必修的入门功法。通过每天每时每刻的勤学苦练,在重复性的劳作之中磨练的是心静入定的功夫。当时,有网友建议,结合一些具体的名人轶事来讲解功法,效果一定更佳。当时,由于比较忙,大呆也就没有应声。大呆也没有认识什么名人,也不知道那些名人轶事。从网上搜索一些资料也是一些二手货。现在正值毕业季,大呆尽管也谈不上是什么名人,但是在科学网混迹多年,也混了个“名博”的身份。今天就结合自身的经历,讲解一下我的科研入门之少林扫地功。

大呆的科研入门应该是从1983年在南京大学物理系晶体物理专业跟随王业宁先生做学士论文算起。当时,在大四下学期做毕业论文,我们晶体物理专业20个同学,分了三个小组。大呆所在的这个小组六七个同学跟王先生做内耗。先简单地介绍一下师傅:王业宁,中国科学院院士,1949年毕业于南京大学物理系,历任南京大学副教授、教授、晶体教研室副主任。从事固体内耗相变及高温超导体中结构不稳定性等方面研究,尤以相变内耗研究见长。获国家自然科学奖二等奖。与冯端等合著《金属物理》一套书非常有名,是学界经典论著。

内耗是指材料在弹性范围内由于其内部各种微观因素的原因致使机械能逐渐转化成为材料内能的现象。物体内部微观结构的“内摩擦”消耗了振动系统的弹性储能。由于应变滞后于应力一个位相角,应力循环一周,应力-应变曲线不能沿原路回到原点,而是形成一个回线,其面积正比于一周的能量消耗,内耗(Q-1)定义为单位体积内每周能量耗损(W)与最大弹性储能(W)之比。内耗既是实用的消声减震阻尼材料的主要性能指标,又是研究固体中物理问题的一种手段。王先生在固体相变及畴界的内耗方面做了深入而系统的研究,积累了从低频到高频较全面的知识。内耗的测量手段根据不同的频率有多种方法,例如扭摆法、共振法、超声脉冲法等。扭摆法是一种低频测量方法。当时,王先生给我布置的题目是《MnCu合金的内耗》。我使用的就是现在通常所说的葛氏扭摆仪,是以我国著名物理学家葛庭燧的设计为基础发展起来的。这也是我与金属所最初的一点渊源。葛庭燧先生早期在金属所工作了多年,80年代去合肥建立合肥固体所。而王业宁先生在50年代也曾经在金属所(进修)工作了一年,向葛先生学习内耗。当然,这些细节当时大呆傻傻地全不知情。王业宁先生后来将内耗的研究发扬光大,特别是应用到研究高温超导的现象和机理,非常有创新性(这是后话,是大呆离开南京大学后的事情)。

应该说,在测量内耗的三种方法中,扭摆法的原理最简单。我用的MnCu合金试样加工成直径约1.0mm的细丝。丝状试样置于加热炉中悬挂起来,低端固定,上面接细杆与摆锤连接。用两个摆锤间的距离调整摆动的频率(在0.1~15Hz范围)。细杆上有一面小镜子,随细杆的摆动而摆动,一束光打到镜子上反射到墙上。激发摆锤振动;当激发停止后,测量扭转振动振幅的衰减,得到内耗作为频率或振幅等物理量的函数。控制加热炉温度,测量出不同温度下的内耗。扭摆法实验起来最辛苦(在实现计算机自动控制测量之前)。完全拼的是人工。就是在一个小黑屋里,关上灯,激发摆锤后,开始人工数反射到墙上不断左右晃动的光斑的振幅。我看,比少林和尚扫地功还辛苦和无趣,枯燥无味。既是不幸也是万幸,大呆就是小组中唯一一个被指派修炼这个苦功的。其它同学的活儿看上去都比较轻松(做的是共振法、超声脉冲法),仪器放上样品,自动就能画出曲线。

大呆摊上这个苦活计,可能是命中注定。因为负责扭摆法实验的张志方老师名字和我就差一个字。听起来就象哥俩。我一直相信,正是由于名字相近,导致负责分配论文工作的老师将大呆分给了张老师。这是大呆的福气。因为张老师为人忠厚踏实,热情助人,对工作兢兢业业,认真负责,一丝不苟。手把手教我如何做实验。少林扫地功法讲究的长期练习,要耐得住寂寞和枯燥,并从中寻找乐趣。王先生安排大呆做的这个题目,实际上是个老题目,样品也是老样品。是文化大革命前就已经做过的工作,后来被文化大革命耽搁了。王先生本意只是让我练练手,重复一下以前的工作,把耽搁的工作捡起来。所以,在什么温度有几个内耗峰先生心里清楚得很。大呆经过日复一日的观察,将结果画成内耗随温度的曲线,发现在一个已知的内耗峰的肩膀上露了一个小小的头,不仔细的根本不会注意,还以为自己看花了眼呢。少林扫地功法的精妙之处是听晨钟暮鼓,感四季变化,从一沙一叶一花之中体验大千世界之美妙。大呆就又重复了一遍,确认这个峰仍然存在。在将内耗峰和模量曲线画到一起后,大呆居然感悟到自然之美。模量与内耗之间存在一定的对应关系,通常在内耗峰处有模量的软化。两者画到一起就象一幅山水画,高高低低的内耗峰是绵延的山岭,相应的模量曲线是天上的白云。

向张老师汇报后,张老师又仔细检查了我的数据,确定无误后。我们一起向王先生汇报。我仍然清楚地记得,张老师私下里高兴地对我说,这个工作能够发表在《金属学报》。当时,与国外的交流不多,很少有在国外学术刊物发表论文的。而国内《金属学报》、《物理学报》等刊物都是非常著名的刊物,通常在上面发表论文的都是各单位的牛人(这是大呆后来查文献才发现到的事实)。

王先生学识渊博,对科研工作认真细致,精益求精。和蔼可亲,慈祥中又不失威严。向王先生汇报结果后,先生又让我再确认一次。因为这个现象很特别,一个样品放了十年时间居然多出一个内耗峰,其机理到底是什么?由于我开展论文工作的时间有限,无法继续做下去了。后来王先生又安排另外一个学生做另外一个样品,确认了这个现象。并且经过张老师、王先生多年的努力,终于探明了这个新的内耗峰的机理(与马氏体相变和沉淀有关)。最后,这个工作真的是在《金属学报》上发表,发表时间1991年,已经是我毕业八年后的事情。从中也可见王先生对学术的严谨。当时,组里的老师对她都非常敬畏。大呆傻傻地,到没有怎么体会到太多的威严之处,感觉亲切的地方到不少。由于我的认真仔细,王先生对我也赞赏有加。那时,我已经报考金属研究所庄育智先生的研究生。有一天,王先生出差回来,特地笑眯眯地和我讲,我在上海开会见到庄先生了,向庄先生推荐了你。后来,我顺利地通过了毕业答辩,王先生给了我一个非常珍贵的5分(如果大呆没有记错的话,是当年小组里唯一的)。

      现在对大学生毕业论文有许多讨论,要不要做?要不要认真做?要不要严格要求?。。。。。。我认为这些讨论都是没有意义的。一个人无论你做什么事情,哪怕是少林扫地,只要你认真做了,你肯定会有收获。不会吃亏的。大呆就从枯燥的大学毕业论文工作中收获了许多许多:培养了科学研究的兴趣,在研究中有所发现,从实验结果中体会到了自然的美,。。。。。。无论这个发现是否重要,无论论文是否发表在所谓的高档刊物,探索的过程非常重要,从中获得这些收获是十分宝贵的,伴随着我后来的科研经历,可以说将终身收益。

 



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