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征文:内耗创新之路(孙宗琦)
——怀念恩师葛庭燧先生,发扬创新精神
发表日期: 2013-03-25 作者: 孙宗琦
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葛先生生前私下曾对我说过,我有”抗上“的毛病。过了70我才恍然大悟,原来我大学的数理化高分和本专业前沿和隔行的例如强电,弱电和计算机硬件和软件的应用知识几乎完全是凭个人兴趣和工作需要自学得来的。这个抗上是根据理论和实际需要,对权威或传统的错误敢于说‘不’的创新精神。62年北大金属物理毕业,我想立即工作,对考研没有任何兴趣.但是同学建议:我是班上学习最好的,应该考最有名的葛庭燧的研究生以报效祖国。为此,我阅读了不少位错专业外文专著。考试后我非常失望,当即写了一首打油诗:“题目太容易,分不出高低,要想录取谁,但看字整齐!”。因为我的字写的比较差,我的作文也不行,其实这首打油诗冤枉了我的导师,据他后来私下告诉我,我的平均考分还是研究所内最高的。

到了金属研究所,指定专业参考书是葛先生翻译的英国科学院院长写的一本小册子,我觉得已经掌握其中内容。于是自行改学SEEGER和Friedel德文,法文的一系列专著。有一次考试,我批评试题中位错线张力概念不够严格并按严格理论回答了。葛先生用70几的低分压我,对其他研究生同学故意示好而冷落我,把我晒干一个星期,但是后来又给我胡萝卜:请我审查一篇全是计算的文章。我化了两周时间写出了详细的审稿意见。导师很高兴,立即向该学报写了推荐信,我成了‘孙XX先生’。导师鼓励我要专攻位错和内耗理论,于是这成了我终身为之奋斗的目标,两年中我阅读并详细摘要了两千多篇专业和宽专业的文献,有一篇还是我根本不会的西班牙文文献。

为了学好位错连续分布理论,我自修了非黎曼几何学,为了解释应变振幅相关内耗现象,我自修了非线性振动理论的多部英文专著。为了了解内耗与别的谱学之间的类似和差别,我阅读了许多种谱学的专著。为了了解内耗发展历史,我一直查阅德文物理大全的弹性历史评述文献追溯到库伦扭秤和扭摆时代。我经常把学习心得向导师书面汇报。葛先生不但仔细看还认真修改一些文字上的问题。为了理论上定量解释晶界内耗温度峰,我把刚学的位错连续分布理论推广到晶界不均匀粘滞滑动场合,导出了一个复数域的奇异积分微分方程,为了求解这个方程,先后创造了两种简单近似求解一维和二维奇异积分微分方程的方法。64年在国内一次位错学术会议上得到同行前辈的一致好评。钱临照先生甚至当我面就夸我比他的研究生强,说来惭愧,因为那位被间接批评的学长,非黎曼几何学得比我好,英文四会,写得龙飞凤舞,小提琴拉得比我高一个量级,我想钱先生是鼓励我的学了就用的创新精神。这其实是葛先生因材施教,战略布置的初战告捷。会上我还向南京大学冯端先生汇报了我估算自由电子对位错能产生可观的阻尼的发现。以后,文化大革命中美国和苏联才在理论上作了这种计算和发现了实验证据。后来,我才知道,葛先生对其他学生管得很严,不许天天看文献,可惜,位错学习会后,‘千万不要忘记阶级斗争’,先生立即成了室内阶级斗争的靶子,先生在危难中还担心我搞理论跟着倒霉,让我立即改做实验性题目。文化大革命,葛先生迟迟没有被落实政策,我也一直从事科研以外的技术性工作。

我建成的复合石英振子超声内耗实验装置的许多硬的技术指标都超过当时国外文献报道水平的,例如温度漂移每24小时小于0.1度,试样室温共振基频匹配精度到千分之一,同时测量基频和三次谐频两种频率的内耗和模量亏损以及连续自动测量内耗等。但是,测量一开始就发现许多有趣的非线性和非稳定的内耗现象,国外文献上只有零星报道。导师要我立即发表,并允许我提前毕业。我对于这种好事并没有动心,因为实验结果不能得到理论解释。最后,我怀疑这些怪现象来自薄层黏结剂,我一方面大胆做否定实验:改用了航空工业上用的高温强力黏结剂(按文献报道它是禁止使用的)代替,最后所有怪现象一律消失;另一方面,我重新求解振动耦合偏微分方程,把有微裂纹和流变的薄层黏结剂的振动也考虑在内,定性地说明了这些怪现象的产生原因。改革开放后,我见到对我误导的日本同行,他告诉我,他当时也发现了一些我所发现的怪现象,因为不好按理论解释,就没有报道。

我用否定试验把两年细致实验结果完全否定了。如果听老师的,发表多篇论文,就能提前在文化大革命前毕业。在急功近利的今天看来,我好象太傻冒,亏了自己。但是后来,我对意大利小提琴特殊音色之迷的特殊见解就与这项实验有关:我认为乐器就是比石英复合振子更复杂的复合振子,古意大利提琴的特殊音色可能来自于特殊低强度混合材料的黏结剂和油性漆的内耗属性,弦乐器的狼音也是来自类似的偶合振动。当中山大学同行声称在宽频摆上第一次发现尖锐内耗频率峰时,我立即指出这是耦合的非扭转型振动。在有计算机的今天,完全可以对这些耦合滞弹性振动相关现象计算机模拟仿真。

粉碎四人帮之后,我看到日本koiwa教授著文,提到葛先生对国际上和中国内耗学的贡献,并且说他老人家虽经历文化大革命如今还健在等等。这篇文章终于感动了葛先生复出内耗界,我也因此归队搞晶体缺陷和内耗本行。1979年随导师出国作为中科院与西德马普研究所的交换学者在斯图加特金属所合作,我名义上直接合作者是德国科学院院士,马普金属所所长A。Seeger教授,葛先生与他对等,我无权直接找他。由于我研究生期间自学过他的许多专著和文章,因此他通过博士下给我的任务,很快上手了。但是现在看,那是一个馊题目,别人已经有多种方法计算,编程之后,计算时间用不了几秒钟,答案就出来了,可是他讨厌数值计算,非要我找一个解析公式,因为他知道中国有个陈景润,他以为我的数学也那麽好。我查看了数十篇文献和几本专著,试了四种不同方法都发现不行。那位给我布置任务的奥地利博士对我说,你得算一麻袋稿纸,他说他不喜欢这种题目。后来,葛先生发现我一直没有完成对方交下来的任务,硬着头皮把我的情况向他汇报。不料,葛先生喜形于色地回来对我说,SEEGER教授对你的工作非常满意,你试了四种不同方法都不行,不是白吃干饭的。于是,我又接到新任务,计算振动弯结与可扩散点缺陷的交互作用,方法是Seeger和德国博士做过的一个工作的继续,我很快发现他们原来工作有两个错误,一个是由于马虎把体心立方点阵的第二近邻当作了第一近邻;另一个是没有成功解决位错应力场奇点带来的无限大的困难。他们用四维时空傅立叶变换处理不均匀应立场写的盈利感生扩散,为避免无限大,他们让弯结振动,但是这又带来新的不确定性,而且弯结振幅减小,无限大照样呈现。于是,我改用离散傅立叶转换,成功解决无限大困难。计算结果无法与实验直接对比,我用我的方法计算直线位错的特例和已发表的英国人和日本人的计算结果相符合。这个工作,我一部分发表在中国科学上,另一部分由葛先生转交给Seeger教授,可是,他找一个土耳其教授以后在物理评论上发表多篇文章,利用我的成果,没有提以前他们所犯的错误,也没有提我的工作。那个冒名顶替我发表工作的伊斯坦布尔大学的学者因此获得总统奖。Seeger在我心目中的威望一下子从神回落到普通科技工作者,那位土耳其教授以后给我寄贺年片和刊物,我一概不予搭理。我那半年工作给他一部分没有什么,但是,他不提我的名字是个品德问题。

1980年我回国搞自动扭摆,组内提出两种方案,一种是仿西德方案,计算机控制全套采用HP公司的产品组装,软件就用德国实验室用过的,约5万美元,我提出四万人民币的完全独立自主的方案,在已有TRS-80微机和已有INTEL数据采集卡基础上自制数据采集和控制系统,软件完全自己编写。结果所领导否定了我的方案,接受了组长的引进方案。我照干不误。开始有个大学生当我助手,她在我指点下,不到一个月,独立把一台XY记录仪和DA转换卡,通过BASIC 编程利用poke和peek语句,变成了当时国内还没有的绘图仪。后来,我单干做一些放大电路和数字接口,编程,“软硬兼施”,在几个月内完成了计算机采集,控制,解谱和图形输出。当西德合作研究所所长和博士来我所回访时,看到我们竟在他们认为是玩具的电脑和XY记录仪上画出与他们实验相似精度内耗-温度图曲线时,他们当场就称赞“HIGH  LEVEL”。这件工作获得1984科学院一等奖。应该说明,如果没有我的抗上行为,这项工作不能获奖,因为所领导支持的进口仿制方案,几年后才到货完成,那已经是在合肥固体所中我能干的师弟们研制成更好的自动扭摆之后的事了。我的抗上使我们抢了先,我的师弟研制成比我们的更好的仪器,只得二等奖。

尽管我对葛先生有多次抗上的表现,他对我一直起伯乐的的作用,关于内耗的发展方向,关于固体所发展方向和关于晶界内耗理论的评述报告这些本来只能由他直接出面的报告,他都放手让我整理材料和要我直接上台报告。这在中国的其他科学家中是极其少见的。我不去合肥固体所工作以后,他老人家对我的提职,理论工作多次给与极大帮助。我会永远铭记在心。

罗马内耗国际会议时,他又支持我来回路费,我带去三篇报告。后来,按会务组要求只保留一篇,事先未和葛先生商量,他很不高兴,说为什么不在洋人面前出风头。

导师去世前我去合肥看他,当时我已经退休,他闭眼对我说的全是本行如何保持世界领先的业务问题,又点名道姓说某某不行等。其实即便他不托付,我的一辈子奋斗方向,早已经由他设计好,任务没有完成,即便退休,也是不能休息的。我重任在肩。没有经费在家照样干。一直建立在微观弹性理论,热力学和统计物理基础上的晶体缺陷理论不可能彻底解决位错中心的问题,而后者是位错交互作用和与别的点阵缺陷交互作用的关键,因此位错和内耗理论唯一出路是与量子力学的多体计算有机结合。密度泛函理论的成功带来了一线希望,但是目前它只能用它算准上千个原子,要计算涉及百万乃至上亿原子的力学性能,这是个世界性难题,必须有突破。我们要继续发扬葛庭燧先生的创新精神走自己的路。建立从头计算内耗学和从头计算多体势晶体位错子动力学代替现有的以弹性理论为主的缺陷理论。

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