找研究课题的经历 精选

已有 5475 次阅读 2011-4-3 10:05 |系统分类:科研笔记|关键词:研究生 听学术报告 找科研课题 火山喷发 湖泊喷发 啤酒

     从学生到学者的最关键的一步是找研究课题。必须要过这一关才能成为学者。但这一步没法教（不象解题有固定技巧和步骤），只能自己悟。各人会有不同经历和不同的找课题的办法。有的人善于找热点课题，有人就不善于。如我本人，找课题全凭兴趣和感觉，不善于跟踪热点。我的研究课题主要来源于听报告和读论文。因此我利用本文鼓励年青学子多听学术报告。在研究生早期，我也不愿意去听与我的专业不接近的报告。有一次教授来叫我去听报告，我说这个报告与我的专业不对口，去了是浪费时间。教授说，没浪费时间，你至少可以看一看和欣赏 how the best science is done。从此以后，我就尽量去听学术报告了。现在看来，这是做对了。我的几次扩展研究方向都是从听报告中得到得启发。此外，认真听一个1小时的报告再问几个问题，如果专业相差不是太远，基本上就能伸量一位学者了。有时听了报告感觉到该学者真差劲，也是私下青梅煮酒论英雄时或在评奖委员会讨论时的好材料。

     我的第一篇论文 (Walker et al., 1988, JGR, 93, 313) 是我硬挤进去的。我的导师和一位学生写了一篇文章，给我们看。那时我很狂，提了一大堆意见和建议，并且证明了其中的主要公式。因此挤进去成为第三作者。

     我在哥伦比亚大学的研究生期间主要做了两个课题。一个是地幔去气与大气演化 (Zhang and Zindler, 1989, JGR, 94, 13719)。Zindler 教授开一门讨论班，大约有十名学生参加。 我们阅读和讨论的文章中有三篇（相当于系列篇）是法国学者的地幔去气与大气演化的工作。第一篇用Xe同位素得到地幔去气特别快，只需要约20百万年。第二篇用Ar同位素得到地幔去气需要的时间长得多。第三篇用He同位素得到更长的时间。去气函数所加的项越来越多，没有一个简单统一的模型。我们讨论另外一篇文章时讲到气体在熔浆中的溶解度与去气的关系。于是我想到把这两者结合起来，用溶解度的不同来定量模拟Xe, Ar,和He的去气，以解释它们不同的去气速度。于是便产生了这篇文章。

     在研究生期间的另一课题也是我的博士论文是矿物在岩浆中溶解的动力学 (Zhang et al., 1989, CMP, 102, 492)。在读实验文献时我发现前人研究矿物在岩浆中溶解速度时没有区分扩散和对流的影响，即使考虑了对流也处理错了。我从理论上考虑了各种因素，发现如果设计没有对流的实验，准确的理论处理是可能的。后来这成了我的博士论文。这篇论文基本上是说前人在这方面的工作大部分都是错的，给出了矿物在岩浆中溶解的动力学应该如何处理。

     在加州理工学院做博士后时，博士后导师 Stolper 和 Wasserburg 给了我一个课题，研究水在岩浆中的扩散 (Zhang et al., 1991, GCA, 55, 441; Zhang and Stolper, 1991, Nature, 351, 306)。那时狂得无边，认为我在研究生期间都是自己找课题，到了博士后阶段反而由导师给课题，似乎降低了我的身份。不高兴归不高兴，课题还是很快就做出来了，而且扩展到更一般的理论处理这一类问题 (Zhang et al., 1991, EPSL, 103, 228)。这个课题后来被一些人认为是我所做的最重要的贡献，而且还在继续。现在看来，如果当时我自己找课题，肯定是比不过 Stolper 和 Wasserburg 这两位高手给我的这个课题的。这个课题还衍生出了一篇虽然影响不大但自我感觉极好的文章 (Jambon et al., 1992, GCA, 56, 2931)。Jambon 评审了我们的论文。提了一些重要意见，但还同意修改后发表。没过多久又给我们单独来一封信，说你们的实验看不出问题，理论也很漂亮，但与他以前的数据不符。（源于：The greatest tragedy in science is the slaying of a beautiful theory by an ugly fact.科学上最大的悲剧莫过于一个美妙的理论死于一个丑陋的事实。）用我们的理论模型计算出来的扩散系数与Jambon的数据相差约40倍！我对我们的实验和理论都很自信，但怎么就不能解释Jambon的数据呢？朝思暮想，发现Jambon采用的方法获得的扩散系数与初始含水量呈立方关系，即含水量的小误差可以引起扩散系数的大误差。而Jambon的样品中的含水量是前人测的，方法不可靠。因此，我请他寄来样品，重新测了含水量。结果发现实际含水量要比Jambon引用的低了很多。用新的含水量，我们的理论计算结果就与Jambon的数据吻合了。这一次的经历尤其使我感到“science works”，科学网上的网友们有时应会有同样的感受，这是一种极好的感觉。

     在博士后阶段，有一位工学院教授 (Sturtevant) 来地质系做报告，介绍他们研究单组分氟利昂液体的蒸发波 (evaporation wave) 的工作，并称这种实验模拟了爆发式火山喷发。报告后，我找了这位教授，解释了爆发式火山喷发是溶解气体从液体岩浆中出溶造成的，只有百分之几的质量出溶成为气体，岩浆整体并不完全变成蒸气。因此用类比实验 (analog experiments) 模拟火山喷发需要至少两组分体系，其中一个组分是液体（而且基本不气化），另一组分是加压时可以溶解于该液体中的气体。然后我们合作开始了火山喷发的模拟。开始用两组分氟利昂体系。后来干脆就用水和二氧化碳体系（类似于香槟酒）。我的研究方向也扩展到了火山学。

     到密西根大学当助理教授不久，开讲《地球化学动力学》。给学生布置作业，当然自己觉得有解，但有一道题没有学生做出来。只好自己做。花了很多时间做出来之后，意犹未尽，继续扩展。最后干脆写了一篇文章发表 (Zhang, 1994, EPSL, 122, 373)。这算是另类找课题的办法：从自己布置的作业中找课题。

     我花时间最少的一篇论文是阐述湖泊喷发机理的论文 (Zhang, 1996, Nature, 379, 57)。一位生物系的教授 (Kling) 来我们系做了湖泊翻转的报告。当时湖泊喷发（1984和1986年各发生一次）被研究了约10年，但机理还不清楚，有时被称为湖泊喷发，有时被称为湖泊翻转，有的学者干脆就认为与湖泊没关，而是火山喷发穿过了湖泊。报告使我联想到了我们正在做的火山喷发模拟实验，因此一下子就想通了湖泊喷发的机理，并模拟了其动力学。

     后来有的课题想法来源于与同事闲侃或争论，有的来源于参观博物馆，有的来源于喝啤酒，有时来源于飞机上读论文，五花八门，也挺好玩的。但可惜没有那种苹果掉下来打在脑袋上就发现万有引力的本领。