王猛:科研是场马拉松 要找自己的节奏

2023-10-04 03:04张晴丹
科学导报 2023年66期
关键词:王猛断裂力学瑞利

张晴丹

在大多数留学生选择去欧美深造时,王猛却反其道而行之,前往以色列这个小众留学地。在耶路撒冷希伯来大学,他成了物理系教授Jay Fineberg实验室里的第一个中国学生。

在这个只有4个人的实验室里,王猛没有定很高的目标,而是按自己的节奏心无旁骛地做科研。

经过3年努力,他以第一作者身份首次在《科学》发表突破性研究成果,通过实验证明拉伸裂纹速度突破了经典断裂力学所描述的极限。这篇论文有3位作者,除通讯作者Jay Fineberg外,另外一位作者史松林也来自中国。

全新的发现,颠覆了人们之前对断裂过程的认识,为断裂领域开启了全新篇章。

在经典断裂力学的理论框架下,当一个系统承受的外力足够大时,裂纹会以接近瑞利波的速度传播,而对于玻璃这种脆性材料而言,瑞利波通常每秒传播几百到几千米,所以很难捕捉到破碎的瞬间。

王猛所在的课题组,选择水凝胶作为介质研究这个过程。水凝胶有个好处,瑞利波在其中的波速仅有几米每秒,有助于在实验中通过直接观测研究裂纹扩展。

实验中用的水凝胶并非一般水凝胶,王猛为其量身定制了化学配比,以控制其力学响应。

起初,王猛是想通过水凝胶研究含杂介质的断裂问题。在无数次实验中,一次非常偶然的发现,彻底开启了断裂领域的一个全新篇章。

“有一天,我在做实验时,无意间观测到在裂纹尖端前有浅浅的两条痕迹,当时这个很不寻常的现象引起了我极大的好奇,我反复琢磨这些到底是什么,毕竟之前从未见过。”这样的意外发现让王猛充满干劲。

他带着疑惑开始计算裂纹速度,发现其竟然超过了瑞利波速度,这超出了他们的认知。经典断裂力学理论认为,当材料处于拉伸状态时,裂纹扩展速度的极限是瑞利波速度。所以,当他把这一发现告诉导师时,导师并不相信。

“经过多日的反复实验,我们首次在固体中观测到马赫锥。并且,实验发现,水凝胶裂纹不但超过了瑞利波速度,还超过了剪切波速度,甚至接近膨胀波速度。”

这项研究证明了超过剪切波速度的“超剪切”拉伸裂纹的存在,彻底颠覆了经典断裂力学理论的传统认知。

对于研究成果在《科学》上发表,王猛表示:“论文发表于顶刊是对我们工作的一种肯定,但这并不意味着什么,我个人对科研的想法更多还在于科研本身,只想赶紧去探索更多有意思的现象。”

1993年出生的王猛也有过迷茫期。2019年博士毕业后,他反复问自己,是否要继续走科研这条路。

“自从迈入学术界,我一直都在做基础科研,但实际上我很想做应用研究。博士毕业后,我内心一直摇摆不定,也很纠结要不要去企业界工作。那时恰逢新冠疫情暴发,去企业的想法落空了。”王猛说。

博士期间就已在研究动态脆性断裂的他,开始物色同领域的实验室,但国际上以实验为主做这项研究的课题组并不多。多番调查后,他把目光锁定到著名物理学家Jay Fineberg身上。Jay Fineberg的学术造诣很高,在软凝聚态、断裂力学和地震学领域发表了100多篇研究论文。

以色列的高校一向不太重视亚洲招生,为了跟心仪的导师“混个脸熟”,王猛报名参加了Jay Fineberg在法国里昂高等师范学院举办的暑期学校。“读博时就看过他发表的很多高影响力的文章。我抓住这次机会请教了他好几个问题,让他对我有一个初步印象。”

Jay Fineberg非常敬业,责任感极强。从2016年担任希伯来大学理学院院长后,他就全身心投入这项工作中,未招一名学生。他说:“我没有时间去陪伴和引导学生,我也不想耽误任何一名学生的将来。”

直到2020年卸任院长一职,64岁的Jay Fineberg才重新招了实验室第一个博士生。刚好博士毕业的王猛瞄准时机发出了申请,并凭借过硬的科研水平顺利加入实验室,成为Jay Fineberg的第一个中国学生。

吸引王猛到中东求学的,除了导师这个主因外,还有希伯来大学的光环。这是在以色列排名第一的高等学府,在基础科学、医药和人文等领域独占鳌头,先后培养了8位诺贝尔奖获得者,被称为中东“哈佛”。

在王猛看来,以色列的科研水平非常高。这种“高”并非是指拥有多么高端的仪器设备,恰恰相反,他们的实验条件可能还不及国内一些课题组,但是他们在科研上的想法和创意层出不穷,开放和自由的科研氛围孕育出许多优秀成果。

Jay Fineberg从不干预学生的作息,他不喜欢让做科研变成死板的打卡上下班。在张弛有度的环境里,王猛逐渐找到了做科研的兴趣和热情。

“科研不是短跑,而是一场马拉松,你需要有一个计划,并找到属于自己的节奏。你并不知道这场马拉松何时才能到达终点,所以得时时刻刻调整节奏。与其好高骛远,不如着眼当下,这样一步步坚持下去,才能保持一个好心态。”王猛说。

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