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没有准备好的学生21- 科学院士

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发表于 2013-5-22 14:04:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 gesheng 于 2013-6-16 13:15 编辑

没有准备好的学生21- 科学院士
羽飞,2013-05-20


H院士是加拿大A大学材料系高级访问学者,独立领导“块状非晶”研究小组。T同学是加拿大A大学材料系博士后,在陶瓷耐磨性能小组任组长。T同学与G同学是长达十年的同班同窗, 比J 同学历史还长。T同学本科毕业于交大材料系金属材料热处理专业 (交大内部称 506), 当时材料系是交大最小的系一级单位, 只有2个专业, 材料科学和金属材料及热处理, 每年只招4个班, 一百来号学生。本科毕业时, 差不多有一半的同学读研究生, T 同学与G 同学等八名交大材料系同窗同时被科研国家队-中国科学院录取。

T 同学在中科院的导师是著名的M院士, 博士学位是从事的中国国家自然科学基金项目, 博士毕业后得到日本学术振兴会资助, 到广岛大学做博士后工作; 后又得到德国洪堡基金资助, 去德国做博士后, 再后来得到加拿大国家基金资助, 来到加拿大不列颠哥伦比亚大学材料系陶瓷研究室做博士后, 与G 同学同在一个课题组。G同学曾调侃, T 同学是被贴上了基金专业户的标签。T同学二十多年来, 一直靠基金走到今天,着实不易,亟需贵人相助,G同学就是他的强大后盾之一。

T同学来自湖南农村,秉承学而优则仕的传统,从农村走到加拿大博士后,课题组组长,并凭自己的努力和天赋,终于达到让人羡慕的地步。但是囿于草根出身,他还是有些怨气,有时爱抱怨吐槽。这不怪他,在交大, 506与G同学所在的材料科学专业 (502)是有差别的, 502有博士点和国家重点实验室, 而506没有,虽然同在一个系,502 的本科生录取分数比506高出一大截,所以506在交大地位没法与502比。加上G同学平时作威作福, 实在让他反感。 没有办法, 同窗十年,T同学从未在国家正式考试中战胜过G同学。T同学明白自己智商面临的 “玻璃屋顶”困境,说白了,他不管多努力,很难超越G同学。如果老师不作弊,没有人能够考过G同学。所以,后来T同学身上有很多机会主义的特点,如“重学位、轻能力;重科研、轻教学;重外援、轻内生;重使用、轻培养;重学术水平、轻师德师风等一系列问题”。[1]

现在的学生中,象G同学那样的拔乎其萃者,即“考霸”相当匮乏,打个比方说, G同学的发小,沈同学当年从复旦大学高分毕业,高中三年十多门功课,除了一次期末物理考试高过G同学2分, 全班祝贺他,他长时间引以为荣。要知道在80年代的重庆清华中学高中部, 学生们是三天一小考, 五天一大考, 全年级三百多尖子生,只有G同学能鹤立鸡群,保持各门功课三年全班第一。当时G同学高考是交大在重庆录取的最高分;科学院研究生入学考试,G同学第一名, T同学其实也不差, 考了第五名, 半斤八两。

那年, 科学院的H院士来加拿大不列颠哥伦比亚大学材料系做高级访问学者, 立德树人,宣我国威。来加拿大第一天就与T同学, G 同学两个交大 “小赤佬”不期而遇,巧合到如此程度,任何正常人都会认为是故意安排的。H院士来到A大学的确有个秘密使命,把这些科学院“天之娇子”带回中国。

H院士是上海人,由于长期呆在东北,如果他不主动讲上海话,没人能听出他的上海口音。H院士早年毕业于浸会大学,就是后来的上海机械学院。在上海能跟交大材料系一比的, 也就算上海机械学院了。上海浸会大学原是所英文教会大学, H 院士的英语在同龄人中是佼佼者, 科学院的一些对外交流工作常由H院士主导。

H院士长期从事高温合金的研制及亚稳新材料和新工艺的研究,其实是歼八战机的空心涡轮叶片材料,抗热腐蚀定向结晶叶片、定向结晶钴基合金叶片及特种热处理工艺。“战机发动机的多孔气冷铸造涡轮叶片的研制”曾获中国国家科技进步奖一等奖,“超声气体雾化微晶金属粉末工艺”曾获科技进步奖奖。这些军工项目都披着神秘的面纱,其实里面的猫腻相当多,这就是G同学没有在科学院拿博士的原因。此话虽然有以偏概全之嫌,他那时确实还没有准备好当博士。二十多年过去了,G同学亲身经历的许多事情逐渐淡忘,现在写出来的只是脑中浮现的星星点点的记忆,H院士那如烟似梦的话语活灵活现地跃然纸上。

H院士当时在A大学材料系做高级访问学者,给研究生们办了一次讲座,G同学披着晨曦不加掩饰地坐在第一排,金属所老师办的讲座,自然是要捧场的, 那些嗷嗷待哺的中国学生都亟盼依附于院士的骥尾,捞点好处。H院士的到来对他们的摆脱靠微薄奖学金生活的困境,无疑是一次绝好的机会。G同学从不在乎别人揣测这是把中科院的裙带关系带到加拿大, 别有用心者诬蔑在搞不正之风。人正不怕影斜,G同学行得正,做得直,不怕别人说闲话。哪知H院士不领情,当众劈头盖脸地问G同学, “王进唐院士去世以后,伊老婆有勿有嫁人?” 周围的人都听得丈二和尚摸不着头,揣摹两人葫芦里卖的什么药。G同学前言不搭后语地用上海话答道,“吾伐晓得”,(我不知道)。G同学明白,这是科学院的一个典故, 那年nerd王院士过世,大家去给他送行。G同学的老婆Lucy的父亲也去世了,G同学在沈阳给远在重庆的窝里相宁(上海话,家里人)打电话, 当时长途电话质量不好, G同学在发寒热,耳朵不好使,只能在电话里大声喊。电话那边Lucy气急败坏地说,她妈妈又找了个老头。G同学通情达理地劝Lucy,老岳母才50出头,找个老伴情有可原, 合情合理。哪知道, 这话让刚参加完王院士追悼会的同学听到了,在科学院以讹传讹, 幸灾乐祸说是王老前脚走,他那“好逸恶劳”的婆娘后脚要嫁人。当时把G同学楞在那里,过了很久,他才幡然悔悟H院士根本不认他G同学为弟子,如果认了, 上面就要求他把手下那一百多恨铁不成钢的研究生全部培养成G同学第二。科学院盘根错节的人际关系,让科学家们常常如芒刺在背, 终日战战兢兢,如临深渊,如履薄冰。

H院士讲的是其得意之作,“镍基铸造合金气空心涡轮叶片的热处理工艺”,歼8、歼7Ⅱ用的发动机气冷叶片尺寸较大且复杂, 制备技术难度大。飞机发动机涡轮叶片作为能量转换的重要零件之一,在工作过程中,承受着多种复杂的应力。航空发动机叶片更不能有任何瑕疵。因为瑕疵叶片会增加断裂故障几率, 是危及飞行安全的重大故障隐患, 所以要求发动机返修率<1%。

由于叶片材料昂贵,型面复杂,产品质量要求严格,而且机械加工难度很大。因为叶片孔径小,其中心厚度~70毫米, 叶身水平弦长长460毫米, 叶片的实际弦长580毫米, 弦宽170毫米, 叶身最厚处24毫米, 页身排气边最薄处1.5毫米, 叶片总长620毫米,型面公差为1.8毫米, 环长公差为1.6毫米, 叶身部分为厚薄不均的空间曲面, 生产过程尺寸精度控制困难, 为避免发动机喘振故障, 要求锻件的复杂流道和叶片的锻造表面粗糙度≤6.5μm, 叶片尺寸公差≤±2.2 mm, 叶片整体呈螺旋状, 有斜度和折边, 成型困难, 热传导的尺寸效应影响大。在铸造过程中常出现断芯,脱芯等现象。

900±5℃真空退火脱氢热处理保温5-6小时, 再1500±5℃保温1小时后700±5℃时效2小时,400±5℃时效4小时。 H院士士采用的真空退火热处理本质上是抄现成的有近三十年历史的普通合金钢脱氢退火 (dehydrogenation annealing) 热处理工艺,加上一些小的微调。这种脱氢退火生产的合金钢一般只是民用, 很少用于航空工业, 而且用的地方不多,一般的热处理专业工程师都不一定熟悉,再披上军事工业的神秘外衣,有很大的迷惑性。

加热速度过快,变形开裂的倾向加大,保温时间不足,组织转变不充分,保温时间过长,淬火后力学性能会有比较大的影响。H院士的热处理工艺要求快速升温。在保证不开裂的情况下,其实升温快速还是可以的,细化晶粒,但是大型铸件一般不这么赌博冒险,有严格的规程要求来控制加热速度,传统的工艺是650-700℃保温,然后再增加升温速度到750℃。

G同学在科学院读研究生时就喜欢到处乱窜, 一次串门到H院士的高温合金精密铸造实验室, 其中1吨半重的真空热处理炉给他印象很深,在这里G同学认识了定向凝固炉,马弗炉和真空铸造等设备,为他后来在加拿大福特汽车公司的工作打下了坚实基础。想想过去,悠然沧桑。

总而言之,正因为太了解对方,在科学院读研究生的时候,G同学曾经口诛笔伐过: H院士的工艺设计思路出了问题, 真空退火炉在750°C以下,一般要采用循环搅拌,一般我们讨论都是空炉升温,H院士的真空退火炉从常温升到700°C 一般需要100分钟, 从750°C到1500°C,需约60分钟。, H院士发表的适宜热处理工艺应该没有包括升温和降温时间, 1500℃应该是随炉冷却, 不会是拿出来空冷, 如果直接拿到室温空冷,就是淬火。1500℃随炉冷却到室温最少需要两小时,1吨以上的热处理炉甚至需要8小时才能冷却到室温,这个时间是否包括在内?这种由合金钢退火-时效工艺简单扩展得到的叶片退应力热处理工艺效果其实不太好, 只要仔细观察, 就会发现涡轮叶片表面有腐蚀痕迹, 就是叶片存在极细小的裂纹,一般用经荧光检查就可得到验证。所以该工艺并不能满足航空叶片无暇踟的高要求, 这在学术界早就有定论。

没有想到,H院士竟然把错误的结论带到加拿大来,让真挚不世故的G同学目瞪口呆。莫非是因为军工项目H院士赚得盆满钵满,国家机密需要保密,改头换面?是孙子兵法上知彼知己,百战不殆?还是虚虚实实,兵不厌诈?就象当年美国为了吹嘘技术先进,世界第一,大肆宣传阿波罗登月,原子弹轰炸广岛,火星移民?

看着H院士趾高气扬的样子又不象骗子, 他可能是真是被自己手下的研究生骗了,长期不下实验室,连很多低级错误都看不出来。比如,G同学曾经字斟句琢地研究过H院士在“金属学报”发表的一篇文章,字里行间,读完后不禁瞠目,他的论文看上去有点文不对题,G同学在上面写满了密密麻麻的评语交给H,如其中的抗热腐蚀定向结晶叶片的高温蠕变实验是在1500℃下进行的, 但G同学仔细查看了他使用的蠕变持久试验机的型号,发现其高温极限只有1100℃,如果蠕变实验机做了改进,应该在实验设备一章中着重提到,莫非实验不是H院士亲自作的?这诘屈聱牙的文章也是他的秘书写的?

H院士经常找中国学生开会其实也有过组织生活的意思,G同学来加拿大第一个星期就带着几分疑虑给温哥华总领事馆教育处打电话问过组织生活,交党费的事。当时教育处负责的同志是这样讲的, 出了国门,你们就自动脱党, 回国后再跟组织联系。因为在北美中共不是政府的合法注册组织, 公开过组织生活可能因非法集会遭到逮捕。G同学的眼前又浮现出H院士有一次警告研究生们, 做人不要忘恩负义,境外组织给的钱一定不能要,有的台湾组织给留学生钱实际上是发展卧底,你们一定不能贪财, 赚小便宜吃大亏的例子很多。他指着A大学一个台湾教授悄悄告诉G同学, 那个人实际上是浙江大学本科毕业,后来到台湾清华大学做了一年博士后,拿了本台湾护照,就自称台湾人,用假的简历在A大学申请的教职,经常拿钱资助中国学生去大陆帮他收集情报,学生在大陆被国安局抓了,他也不想办法营救,跟他干真是没有前途云云。

一次H院士谈起他儿子大学毕业后打算到美国留学, G同学是个美国通,就问G留学美国有什么捷径。G同学一口推荐曼哈顿东村那栋居民楼的地下室,就便是电视剧《北京人在纽约》里王启 明最初落脚的地方,便宜干净,附近还能买到50仙的热狗,到哥伦比亚大学读书交通也方便。后来, H院士的儿子大学毕业后, 真的去了纽约留学,不知道他是在哈莱姆,还是在曼哈顿落的脚?

H院士在A大学材料系做高级访问学者期间研究方向是“块状非晶”bulk metallic glasses,所谓“块状非晶质”合金亦称为金属玻璃或液态金属。其具有玻璃态结构(非晶态结构)的不规则原子排列。一般制备工艺就是非晶合金需急速冷卻到室温,为了强调他的块状非晶的低温高效性,H院士拿铈基非晶态金属塑料举了个例子,这种块状非晶合金材料具有低于开水温度(100℃)的玻璃转变温度,块状非晶锆合金子弹侵彻装甲性能高抗冲击强度, armour-penetrating propertyof bulk amorphous Zr alloy bullet。

H院士对块状非晶合金在对称循环应力作用下的力学性能及其摩擦磨损性能研究为背景进行了研究, 并用定向凝固法制备了非晶基自生复合材料,获得了疲劳破坏寿命S-N曲线,并对其疲劳断口形貌进行了分析。H院士选择在玻璃转变温度以下选择200,350、4500、5475及670 度进行2小时的等温退火,用X射线衍射与光电子能谱、扫描差热分析和纳米压痕仪研究铜基块状非晶晶化过程的结构、热稳定性和微观组织、力学性能及变形。他认为块状非晶在纳米压头作用下体现弹−塑性变形方式,载荷—位移曲线和压痕周边多重剪切带的特征证明了塑性变形的存在。

我们就拿“纳米压痕仪”为例子说事, 北美对“纳米压痕仪”到底有多精确争议一直很大,如果“纳米压痕仪”位移分辨率为0.003nm,在化学工具手册中记载:

气体种类 动力学直径/nm
He        0.26
H2        0.289
NO        0.317
CO2        0.33
Ar        0.34
O2        0.346
   
“纳米压痕仪”位移分辨率约只有氢分子尺寸百分之一,氢原子尺寸的五十分之一,如果“纳米压痕仪”是精确的,我们沿着这个思路走下去,可以间接推翻“宇称不守恒”原理。杨振宁博士和李政道博士提出"相对于宇称守恆在弱相互作用中不成立"于1957年10月获得诺贝尔奖,如果H院士的论文间接推翻了物理学上屹立不移五十年之久的“宇称不守恆定律”,他也可以被授予诺贝尔奖,这个自知之明,不知道H院士有没有?


问题一, 什么是宇称?
宇称是一个用来表征微观粒子运动能级特性的物理量。微观粒子的能级跃迁有偶数和奇数之分,能级的这种奇偶特性就被叫做能级的宇称。


问题二, 什么是原子半径?
原子半径通常指原子的尺寸,并不是一个精确的物理量,并且在不同的环境下数值也不同。[2] 一个特定的原子的半径值和所选用的原子半径的定义相关,而在不同的环境下给原子半径不同定义比统一的定义更合适。
术语原子半径本身就有疑问:可能指一个自由原子的尺寸,或者可能用作原子(包括分子中的原子和自由原子)尺寸不同测量方式的一个笼统的术语。在下文中,这个术语还包括离子半径,主要是因为共价键和离子键区别不大。而原子的定义“能区分出化学元素的最小粒子”本身就比较含糊,包括了自由原子以及与其它相同或不同原子一起组成化学物的原子。[3][4]

原子半径完全由电子决定,原子核的大小为是电子云的十万分之一。值得注意的是原子核没有固定的位置,而电子云没有固定的边界。通常氢的原子半径为0.053纳米, 氦的原子0.031纳米,“纳米压痕仪”得分辨率为0.003纳米,H院士可以测出氢原子尺寸五十分之一的基于牛顿力学的显微硬度和塑形变形率,原子物理学家为何需要投入天文数字的金钱去研究粒子加速器,政府为何投入大量人力去发展量子力学?

在纳米材料研究中, 这种低级错误太多太多,几乎可以信手拈来。他们都是不了解新设备,基础理论准备不充分,基本功不扎实,急功近利,图虚名造成的恶果。道理很简单,研究到了纳米阶段,牛顿力学已经不起作用了,压痕硬度HV和弹性模量E值及塑性变形量d 等基于牛顿力学经典物理概念早就不适用了。

H院士在他的论文中大篇幅的论述,350 -600度退火,“纳米压痕仪”测量的试样具有较大的压痕硬度HV和弹性模量E值显著减小,塑性变形量dn值明显增大,定量分析退火温度与晶相长大和析出的关系,进而定量分析固溶强化和弥散强化对塑性变形机理的关系。从本质上讲,这 是在牛顿力学的基础上发展一套经典固体物理理论来从事微观分析研究,以致推翻有九十年历史浑然天成的量子固体物物理学,  凝聚态物理。这条路是走不通的,这在学术上是早有定论。

H院士提出金属玻璃的拉伸与压缩断裂表现为脆性的剪切断裂,其主要沿最大切应力面(与加载轴成45°)发生,表明剪切 面上正应力对金属玻璃断裂行为的影响有条件可用屈特加准则,或莫尔-库仑准则表征。正应力有条件影响金属玻璃的拉伸断裂和压缩断裂行为。因此,金属玻璃断裂准则问题的研究首先需要澄清剪切面上正应力是否影响其剪切断裂行为。这本质上是在抄袭固体力学, 凝聚态物理的原理, 没啥新意, 到交大材料系随便找个本科生沿着这个方向做,都可以做出这样的结果,此番言论曾经让H院士勃然大怒,要求G同学道歉,否则就搁置他回国的事体,G同学一笑了之。

当然,H院士大家风范,不会因为学生的抱怨而妥协。他曾反驳道,但是还是要有研究才行,各个领域都要试试。尽管有弯路、死路,科学是不怕失败的。G同学并不反对“是在牛顿力学的基础上发展一套经典固体物理理论,来推翻有九十年历史的量子固体物物理学,与凝聚态物理学。”这种低水平研究找个高中生来做,能否做得出来?G同学认为大可让专科生来干,也可以让本科生撸起袖子来共同研究力,没有必要让代表中国最高学术水平的科学院士来做。这太浪费院士宝贵的灵感,天资和禀赋。

H院士的“超声气体雾化纳米晶金属粉末工艺”曾获科技进步奖奖。微米颗粒不具有量子效应,纳米颗粒具有量子效应;原子团簇具有量子效应和幻数效应,纳米颗粒不具有幻数效应。当粒子尺寸下降到原子团簇时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变成离散能级的现象成为量子尺寸效应。纳米粉体材料尺度极小,使之表面原子数、表面能急剧增加,H院士的金属纳米粉就成了火灾源头。所以在从事纳米粒子研究之前, 必须进行消防防火灾的培训,材料系专门安排温哥华消防局与H院士合办纳米材料讲座。

当时,T同学与G同学都参加的H院士在加拿大的“块状非晶”研究,本科毕业于四川工业学院,博士毕业于英国剑桥大学的张同学也加入了这个小组,当时张同学刚取得A大学材料系助教的合同。说实话,G同学到现在对张博士是否真的剑桥博士毕业还心存疑虑,因为英国口音与美国口音相差实在太大了,张博士那蹩脚英文一点也听不出伦敦口音,当然张博士可以反驳,“乡音未改鬓毛衰”口音改变哪可能是一朝一夕的事?但张博士的电子邮件也看不出英国人特有的绅士风度和气质,英美的写作风格完全不同,莫非张博士是个天才,可以随意改变文风?有一次G同学故意试探张同学,他正在写硕士论文,可否借张同学的博士论文一览,借鉴借鉴,张博士淡淡地回答,博士论文早就丢在剑桥了,手里没有副本。这明显是在撒谎,要知道,申请A大学材料系教职必须上交博士论文和学位证书。说起恬静的剑桥数学桥, 克莱尔书院等,张博士都是一头雾水。《围城》中方鸿渐在欧洲购买了虚构的美国「克莱登大学」的博士学位证书,莫非张同学这厮为了A 大学的终身教职,在美国买了假欧洲名牌大学博士文凭?方鸿渐的桃李满天下?

G同学自觉晦气,一路迤逦行来怎么全碰上些骗子?G同学在H院士的小组中最用功,一头扎在实验室, 埋头苦干, 一个星期工作6天, 其工作量早就相当于博士生水平。G同学在学术上非常勤奋,而且很细心, 他对实验室的小事, 如实验报告的书写格式, 天平热电偶的校正都非常留心,对学术的专注可想而知了。G同学的勤奋得到了回报, H院士请他硕士毕业后加盟他在中科院的实验室, 就是看上了他研究工作”拼命三郎”的精神。

H院士有一天推荐研究生们用装有衍射光栅干涉位移传感器的表面轮廓综合测量仪来表征铜基块状非晶的表面粗慥度。他只是随意(casual suggestions)地建议使用这台放在实验室角落的表面轮廓仪,但剩余的工作还需要研究生们自己去做,在这种情况下,通常主要由学习能力超强的G同学一马当先,几个星期下来, G同学已经成为小组的主力军。他每个星期六都在加班, 天天疲于应付繁杂的科研任务, 他已经没有时间来休息了。大有“项羽破釜沉舟,韩信背水一战”的气概。那段时间, 每天的日程都排得满满当当的, 别人有事找他都要事先预约,如果谁想临时见缝插针,那肯定是插不进去。

一个月后, G同学独立掌握了表面轮廓综合测量仪的ASTM标准和实验方法, 测得了H院士满意的结果,H院士趁热打铁让T同学来协助G同学实验, 但他事先没有与小组任何人沟通,因为G同学实在太忙了。 T同学沿着G同学的思路往下做, 很快取得满意的结果。H院士建议他赶紧发表文章,因为清楚美国的同行也在从事类似的研究,大家思路都一样,取得同样的结果是迟早的事, 在这种情况下,谁先发表,谁占便宜。T同学很快把文章投出去了,却没有把原创的G同学列为作者,尽管人人都知道G同学的贡献最大。 “因为他是硕士生不需要文章就可以毕业, 而我是博士后,没有文章就没有博士后基金, 没有博士基金我怎么养活老婆孩子?所以牺牲老同学一下没有关系。”T同学嗫嚅着给H院士这样解释。H院士这时应该怎样做?请给他出个两全其美的主意。


(3小时40分钟完成初稿)


Reference
[2]  F·艾伯特·科顿、杰弗里·威尔金森(1988年)《AdvancedInorganic Chemistry》(第五版),纽约:Wiley. ISBN0-471-84997-9,第1385页。
[3]国际纯化学与应用化学联盟(1990年),《Nomenclatureof Inorganic Chemistry》,Oxford: Blackwell Scientific. ISBN0-632-02494-1,第35页。
[4]http://zh.wikipedia.org/
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