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引力波证实的现实意义是什么?

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最近一段科研界最大的新闻,莫过于引力波(又称重力波,Gravitational wave)的证实。为此,当天谢菲尔德大学的副校长给所有科研人员发了一封长长的邮件,回忆起物理学家的他当年如何如何研究引力波。

其实我之前并不知道什么是引力波。为了不被引力波击倒,我特意查寻了一下引力波的基本知识,算是不至于让人觉得我不像在科研界混饭吃。我对物理学的理解与大众并无区别,这并妨碍我提出这个问题:引力波的证实对于人类或者说普罗大众有什么现实意义?

许多人一提引力波,就说LIGO科研人员可能会获得下一届诺贝尔奖,能发什么高级别的论文,引领引力波天文学的探索热点。也有人说再一次证明爱因斯坦的伟大:他的预言又一次证实。我觉得这些都是表面的东西,或者说与普通人离得太远。

诺贝尔奖每年都有,获奖者不是张三就是李四,总之不是普通人,高水平的论文期刊不是出版王五就是赵六的论文,肯定不会空档期。当然,引力波天文学研究者申请基金时可能会容易得多——有钱的国家都不愿在前沿科学上落后。至于爱因斯坦的预言,无论证实不证实引力波,他在物理学界的地位无可否认,然而在宇宙长河中,他再怎么伟大也终将归于沉寂。

个人的理解,我认为引力波从理论到实验室证实,是人类对于世界探索认识的又一次伟大进步,从理论意义到现实应用,很可能会慢慢体现出来。

牛顿力学的构建,带来物理学体系的完善,至少在我们普通大众所感知的日常生活,我们受益于牛顿力学。电磁波的发现在当时就像今天的引力波证实一样,当时只有理论意义,存在于空间中,看不见摸不着,一般人都难以相信,更别提有什么用处。但后来各种通讯手段方式,无不受益于它。

具体到引力波的证实,终于观察到它是时空扭曲时释放的能量。今天的普通大众一谈到时空扭曲,一般都会觉得天方夜谭,时间和空间怎么够被扭曲?微小得不再微小的引力波又如何能传达如此之远?打个比方,不懂万有引力的人,一定会觉得任何两个物体之间都存在相互吸引的力量(万有引力)是不可能的事情,因此也就无法理解为什么月亮围绕地球转,地球围绕太阳转。

引力波如果能被人类利用起来,也许会是比电磁波更可行的星际通讯手段,同时也是更好地研究宇宙的方式,它传递如此之远和如此之久,并且携带了最原始的信息。更进一步,对时空扭曲的研究甚至利用,我们完全有可能找到不是基于今天经典力学中的星际旅行方式,比如虫洞的方式。甚至更异想天开地讲,既然时空可以扭曲,目前的极速——光速,是否也可以超越?

现在说起这些,我自己都不敢相信,但我相信,如果没有空气动力学的构建,过去的人们无论如何都想不到,今天诺大的飞机居然能在天空中飞行,还飞得那么快。

今天的人们也许看不到引力波为我们普通大众所利用的那一天。我只愿未来能够利用引力波的人类看到我这篇博文时,会发出感慨:原来那时候的人们已经想过这些问题。

在中国矿业大学做了一场学术报告

受博士同学邀请,本周在中国矿业大学力学与建筑工程学院(深部岩土力学国家重点实验室)做了一场学术报告。

我大致介绍了一下我的博士研究内容,然后再介绍了我在国外待过的实验室,最后,我也谈了一点我对国外科研的心得体会,总共花费时间45分钟左右。

报告现场到场的人约有20多号人,包括系主任等几位老师,毕竟这是学术报告,感兴趣的人不会太多。

总体感觉还可以,以前都是用英文讲,第一次在国内用中文讲英文内容,考验我的中文翻译能力。

徐州的空气污染不轻,饮食超乎寻常地辣。离开徐州后,我的肠胃一两天都没有恢复过来,无福消受。

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参观阿伯丁大学水泥研究实验室有感

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苏格兰阿伯丁海滩

武侠小说中的武林高手,总是喜欢寻找武林秘籍和特别的武器,不这样就无法独霸武林。在科研领域中,科研人员经常希望拥有最先进的科研设备和最齐全的配套服务,以为这样做起科研来,自然会得心应手,做出世界一流的研究成果。我曾经就一直持有这样的观点。

事实上真是如此?我在国内国外参观过不少实验室,大学、公司、研究所都有。国外的实验室总体规模比较好,但也往往并不齐全,有的大学由于年代久远,老的实验设备来不及更新换代。相反,国内一些新建的实验室,设备更全更新一些。

我原来在哈尔滨工业大学念研究生的时候,我们的主力实验室是一个地下室隔间,连手机信号都没有,常规设备都不齐,杂物堆得拥挤不堪。然而,就是从那里毕业了不少学生。

后来到比利时根特大学后,我们Magnel水泥和混凝土实验室相当宏大,设备也不少,不论是宏观的6000 KN全计算机控制的压力机还是微观方面的激光粉末颗粒分析仪等,让我顿然感觉之前在国内实验室简直是小作坊。

即使如此,我的博士课题依然有不少内容需要从其它实验室找条件完成,因为我需要的设备和技术我们实验室没有。我就想,也许我们的实验室还是不够好,也许更好的大学里会有更齐全的实验室。

我来到英国的大学实验室后,同事告诉我这可能是英国最好的水泥实验室,我看着那间较新但并不算大的实验室,心存怀疑又不便于表达:真的吗?在整个大学里,即使那个所谓英国最大的土木工程实验室,他们的压力机也只能达到2000 KN左右,并且不是计算机自动控制,真是too simple, sometimes naive。我仍然觉得也许更厉害的大学或者研究组会有更好更齐全的设备。

这几天,我在英国苏格兰阿伯丁大学开会,我主动联系会议组,要求参观水泥领域泰斗研究人物F.P. Glasser教授的实验室。85岁高龄的Glasser教授依然活跃在水泥研究领域,我想他的实验室应该是好得不得了,又新,设备又先进,没准还有一些独门绝技……

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阿伯丁大学水泥研究实验室

走进他们的实验室,我很快发现,根本不是我想象的那样,除了较新的XRD设备和较多水泥煅烧设备,他们的实验室规模又小又简单,许多常规设备要么没有见到,要么就是陈旧,化学药品摆放得到处都是(他们归属化学系而不是材料系或者土木工程系),初看的感觉就像这座500多年历史的大学一样,绝对不像现代化的高精尖端实验室。甚至,他们也有一间像我在哈尔滨时候的地下室——也没有手机信号,好几个科研人员在不停地忙碌,研究使用镁水泥捕捉二氧化碳。

这样的实验室,条件并不算先进,然而这并不妨碍他们这个研究组在全世界水泥领域做出了不少的科研成果。我参观完后,心里并没有失落感,相反,我突然明白,理想的实验室并不存在,也不是必须,它们并不是做好科研的绝对条件。

自己实验室没有的东西,可以想办法实现,要么自己需要时买,要么找其它资源。任何一个大学或者科研单位,在有限的投入下,不可能配置全世界上所有先进的设备。各个科研单位之间的设备和资源能够共享利用好就已经相当不错了。

我当然不是说科研不需要客观条件:实验室的硬件设备,我想强调的是使用这些实验设备的科研人员,他们努力的科研工作和创新性思维的重要性绝对不容忽视。用电影里的一句台词来说:21世纪什么最贵?人才。

2015年8月29日 写于从阿伯丁返回谢菲尔德的火车上

科研期刊论文审稿指南

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科技文章投稿人数一般会大大多于审稿人数,因此,许多文章投稿人并不太了解审稿的标准。如能了解期刊的审稿指南建议,对撰写学术文章也定有益处,从而提高学术文章的写作水平,增加投稿接受发表机会。下面是Elsevier的审稿人审稿建议指南:

Depending upon the journal, you will be asked to evaluate the article on a number of criteria. Some journals provide detailed guidance others do not, but normally you would be expected to evaluate the article according to the following:

Originality

Is the article sufficiently novel and interesting to warrant publication? Does it add to the canon of knowledge? Does the article adhere to the journal’s standards? Is the research question an important one? In order to determine its originality and appropriateness for the journal, it might be helpful to think of the research in terms of what percentile it is in? Is it in the top 25% of papers in this field? You might wish to do a quick literature search using tools such as Scopus to see if there are any reviews of the area. If the research has been covered previously, pass on references of those works to the editor.

Structure

Is the article clearly laid out? Are all the key elements (where relevant) present: abstract, introduction, methodology, results, conclusions? Consider each element in turn:

  • Title: Does it clearly describe the article?
  • Abstract: Does it reflect the content of the article? Where graphical abstracts and/or highlights are included, please check the content and if possible make suggestions for improvements. Follow these links for more information on graphical abstracts and highlights.
  • Introduction: Does it describe what the author hoped to achieve accurately, and clearly state the problem being investigated? Normally, the introduction should summarize relevant research to provide context, and explain what other authors’ findings, if any, are being challenged or extended. It should describe the experiment, the hypothesis(es) and the general experimental design or method.
  • Method: Does the author accurately explain how the data was collected? Is the design suitable for answering the question posed? Is there sufficient information present for you to replicate the research? Does the article identify the procedures followed? Are these ordered in a meaningful way? If the methods are new, are they explained in detail? Was the sampling appropriate? Have the equipment and materials been adequately described? Does the article make it clear what type of data was recorded; has the author been precise in describing measurements?
  • Results: This is where the author(s) should explain in words what he/she/they discovered in the research. It should be clearly laid out and in a logical sequence. You will need to consider if the appropriate analysis has been conducted. Are the statistics correct? If you are not comfortable with statistics, please advise the editor when you submit your report. Interpretation of results should not be included in this section.
  • Conclusion/Discussion: Are the claims in this section supported by the results, do they seem reasonable? Have the authors indicated how the results relate to expectations and to earlier research? Does the article support or contradict previous theories? Does the conclusion explain how the research has moved the body of scientific knowledge forward?
  • Language: If an article is poorly written due to grammatical errors, while it may make it more difficult to understand the science, you do not need to correct the English. You should bring this to the attention of the editor, however.

Finally, on balance, when considering the whole article, do the figures and tables inform the reader, are they an important part of the story? Do the figures describe the data accurately? Are they consistent, e.g. bars in charts are the same width, the scales on the axis are logical.

Previous Research

If the article builds upon previous research does it reference that work appropriately? Are there any important works that have been omitted? Are the references accurate?

Ethical Issues

  • Plagiarism: If you suspect that an article is a substantial copy of another work, please let the editor know, citing the previous work in as much detail as possible.
  • Fraud: It is very difficult to detect the determined fraudster, but if you suspect the results in an article to be untrue, discuss it with the editor.
  • Other ethical concerns: For medical research, has confidentiality been maintained? Has there been a violation of the accepted norms in the ethical treatment of animal or human subjects? If so, then these should also be identified to the editor.

代表英国教授出席欧盟某项目申请预备会议

周五去参加了一个会议。会议内容是欧洲相关高校、企业针对建筑材料研究科技立项,申请初期的讨论预备会议,这个研究项目的资金对应的是欧洲研究创新2020计划(Horizon 2020)。

会议地点设在比利时首都布鲁塞尔国际机场,就在登机入口的楼上,租用的是Regus虚拟会议中心,是为了方便各国同行,直接下飞机就到会场。会议组织者办事风格真务实和讲究效率。这也是我第一次去布鲁塞尔机场不为坐飞机!

听起来这会议很高端大气的感觉。照说轮也轮不到我这种角色的小人物。原因是这样,这个会议有英国某大学的一个教授,他因故无法来欧洲大陆,于是请求我是否愿意代表他出席一下,我当时就答应了。

巧的是,这会议由我目前所在大学也是目前在的实验室两教授组织(其中之一是我导师),并且我荷兰的另一导师也出席。结果我就成了这样,一个在比利时高校里的中国人代表一个英国教授出席一个欧洲科技项目申请会议,会议由我目前的实验室组织,而我不代表它。中国的雷布斯说:站在风口上,猪也会飞。问题是,猪通常找不到风口,而我这次大概就是一只碰巧撞到风口上的猪吧。

具体项目细节没有必要也不能透露。会议无非就是针对大概框架进行讨论提案,期间也有人从宏观到细节作一些前期介绍报告。想法很前卫,连我这三十岁的人都觉得,这些四五十岁中年人们的想法很大胆。我一直觉得,无论研究有多么创新,它总得一步一步来,要依赖于已有的知识,循序渐进。

也许在申请项目的时候,总要把提案写得如何好听,否则,审批的人如何愿意将资金批给你的研究?真到具体研究的时候,估计还是那些步骤和方法,翻天覆地式的创新哪有那么容易?

由于我不过是代表性地出席——否则英国方没有代表就显得不重视,再加上资历浅,所以纯粹是一种开眼界的感觉,之前只是注重于纯学术研究细节,这次也算了解一下欧洲这边研究立项的流程,同时也熟悉工业界和研究界是如何连接的。总体感觉还不错,多少有些新意和收获。