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唯像法与机理法-兼论中药与中餐

已有 3852 次阅读 2013-5-5 15:12 |系统分类:科研笔记| 中药, 中餐, 唯像法, 机理法

      现在做科研,如果要进行量化计算,一般有两个方法,即唯像法和机理法。

     唯像法是将大量样品数据进行拟合计算,以便获得一个准确的可量化的规律和公式,这种方法在我国各行各业都有普遍应用,如轧钢生产线使用人工神经网络法就是一例,中科院数学家提出的正交试验法也是这个思想。应用唯像法,你可以不懂具体过程到底怎样发生的,只需要输入若干成套数据,经过一套核心程序(也许是条曲线)计算,就会得到你要的结果数据,一般来讲,高效、准确,但结果往往没有个性,出现在一条曲线或一个数据域的范围内,有随机性,也不知道为什么出现在那个位置。因此,唯像法应用简单、方便、高效,在很多专业问题中都适用,例如工程中普遍使用的经验公式。

     机理法是从物理过程出发,研究每一个参数的作用,计算总的结果。因此机理法的前提是要搞清某一过程发生的物理机理,然后寻求计算方法,计算公式中每一个参数都应该有物理意义的,例如简单的牛顿第二定律、爱因斯坦的相对论计算公式,虽然并不复杂,但每一个参数都是有具体意义的物理量。这样的结果,不但有量可用,还有意义可以说明问题。

      因此很容易理解,唯像法是很容易被采用的方法,科学技术不发达的时候,唯像法是最实用的,而且是唯一适用的量化计算方法。我国传统基本采用这个方法。比如我国应用了几千年的中医中药,都是基于很多人的经验基础上提出的配方,后来被一些学者如李时珍总结出书,逐渐被越来越多的人掌握,形成一套系统的方法。中药因为基于大量经验,甚至数据也不全,虽然中医大抵知道每一成分的作用,但为什么合成一副中药就能治某病,并无详细的物理机理解释。古人发明火药,给出一硝二碳三硫磺的配方,但并没有给出其化学过程的解释。所以可以理解,古人走的传统唯像方法,是一个很有效的工程方法,但却不是基于机理上的方法,即不是基于严密科学基础上的方法,甚至不可能给出2H2+O2=2H2O这样一个简单的化学方程式。中餐也是如此。我们的厨师在教徒弟时,传授的都是葱花一小勺,精盐少许,酱油少许,也就是说,中餐行业连配方都是模糊的,没有具体数量,远不如中药那样准确(中药往往xx1钱,...)。现在出版了大量食谱书籍,方法还是如此。所以,每个厨师教出的徒弟都不一样,这样每个餐馆的口味也都有差别,这适合大众口味难调的特点,所以有生存条件。我们的餐食在不同地区差别甚大,比如沈阳的老边饺子到了北京就变了,所以我们不会在北京去吃那里的老边饺子,徒有其名。简单的炒菜,比如青椒炒肉,在东北是大大的青椒,手撕后放少部分肉片。到了北京,厨师不会手撕,只会切成青椒丝和肉丝。到了河南,青椒变成了绿色尖椒,肉丝成了主角,只放入很少的青椒丝做点缀。你可以嘱咐服务员按你说的方式做,可以到了厨师那就记不住你说的什么了,他只会他的方法。所以如果你不让川厨放辣椒沫,他真的不知道怎样做菜了,他不相信不放辣椒沫做的菜好吃。

      欧洲人有寻求科学秘密的传统,所以一代又一代的伽利略、哥白尼、布鲁诺、牛顿、爱因斯坦们走的是另一条途径,他们探究和解释了自然界的机理,最后给出了一个完美的机理性公式,可以说一劳永逸的解决了某一问题。当然,他们的机理和公式也可能是有限度的,是某一条件或假设情况下存在的,后人也可能会改变或修正其应用范围或形式,增加一些其他参数。有些机理公式中有材料常数,还有时有调整系数,都是因为科学发展都某一阶段时,有些机理还不够明确,只好用个系数作调整。又比如量子力学和波粒二象性理论,爱因斯坦和波尔争论了半生,但一直没解决机理问题,波动说和粒子说都有道理,但也都有缺陷,由此产生的量子力学,其实还是机理方法与唯像方法的折中或混合,或者说主要还是唯像意义上的,如果波粒学说真的解决了,量子力学才可能提高一个层次。

     当然,欧洲人也曾经,甚至仍然也在使用唯像理论。塑性力学中的屈服函数就是典型的唯像型方法。通过假设一个函数,使其空间接近真实的屈服曲面,经Tresca、von Mises、Hill、Barlat,可以说这个理论方法越来越完善,越接近复杂的客观世界。当然,学者们还是充分考虑了物理机理,使得公式中的一些参数能有一些物理意义,甚至可以通过测试计算得到某些参数。问题是,我们中国人使用唯像法差不多成为了习惯性思维,重视实效,轻机理解释,所以我们经常看到一些博士论文,其所总结的创新点还是唯像法的结论,并没给出科学基础上的机理解释,我们很多导师也认同这些观点,所以我们很多论文并不具备科学意义上的创新,往往像个实验报告或研究报告,图表数据不少,但分析简单,大道理说得多,但针对性机理分析更少,尤其没有将每一个数据与机理相联系。因此,我国的创新标准没有统一的认识或标准,每一个学校、每一个导师可能都是不同的。这样下去,我们很难有科学突破,诺奖那样的事就是天方夜谭了。当然,我国目前处于工业化时代,讲究的是实效,如果你能给出有效的唯像计算公式,企业是乐不得的,他们往往不关心你说的机理。但这样发展起来后劲是不足的,因为大家都没从根本上解决问题。

      因此可以说,唯像法和机理法都是有效的方法,但是属于两个不同层次的方法。科技水平低的时候,机理法难以实现,唯像法倒是容易实现。随着理论方法、测试仪器的发展,对一些问题的核心物理过程进行观测分析、验证越来越可能,科学会不断深入的。比如30年前我们学习材料学中的位错、滑移、孪晶等等问题时,因为缺少观测仪器,往往只有些概念。当时学者们提出的依据位错理论的计算公式,与宏观及测试结果相差一两个数量级,为什么不准,我们无法解释。现在我们有了Gleeble,扫描电镜、透摄电镜、高清电镜、电子探针、XRD等等,很多微观现象可以观测了。目前基于微观物理过程的的晶体塑性力学理论,已经可以给出比较准确的计算结果了。一些宏观现象,不但可以给出微观物理解释,甚至可以实现基于微观物理过程的计算了。

 

 



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