黄金紫 我的专业就是好玩

黄金紫 我的专业就是好玩
杨杨
第442期

 

一根棒棒糖能舔多少次?1000次，纽约大学柯朗数学研究所应用数学实验室在读博士黄金紫会这样告诉你。“你问我有什么爱好?累的时候，我喜欢搜‘北美变态导师集锦’。看完就觉得自己活得好自在。”



    上世纪末本世纪初，内蒙古海拉尔，还是个小男孩的黄金紫，像很多创客或极客一样，对机械、电子有浓厚兴趣还有极强的破坏力。他有位电子电工爱好者的爸爸，所以家里有很多电子设备，而黄金紫的任务就是破坏它们。

    “我爸那时候都防着我，毕竟电视被拆了的话，给人感觉也不太好。”黄金紫破坏过一台长城照相机，很难拆，因为做工太好，最后用上了锤子。但这并不是让他爸最生气的。“记忆中他最生气的一次是：我们家有对音箱，中间有个圆的防尘罩，我就捅捅捅，捅掉了，哎呀坏了，该挨揍了，于是用胶水粘，结果胶水渗入，喇叭不响了——我觉得死定了。”

    好在，广东的电子厂经常给黄爸爸寄送最新元件价目表，黄金紫说：“早在网购流行之前，就有邮寄购买物品的悠久历史。”上小学三四年级的小孩儿没钱，只能挑尺寸相同但很便宜的喇叭，自己安装。一年听下来，黄爸纳闷，怎么音质一天不如一天，拆开才发现，喇叭颜色变了，然后，他看见了正躲在角落偷看的黄金紫。事情就这样败露了。

    结果呢?

    “一顿胖揍。”


“1000口”这一理论结果，在推特上得到迂回回应：网友的实际行动结果是850口。


    2015年4月中旬，已经是纽约大学柯朗数学研究所在读博士生的黄金紫特意从纽约飞到杭州，来领取有着“搞笑诺贝尔”中国版之称的“菠萝科学奖”，他做的研究“一根棒棒糖能舔多少次”获得了数学奖。

    实验的初衷，其实是为了解释“溶解过程”在自然界中的作用，黄金紫现在柯朗所做的研究，很多和地质学有关。“一方面，水在流过固体表面时，通过侵蚀或溶解带走了物质，从而改变了固体的形状；另一方面，改变了形状的物体又会干扰到水的流动，从而改变水流的速度并且影响物质被带走的速度。”黄金紫解释，这一被称作“变边界固体—流体相互作用问题”的道理，和包括椭圆形鹅卵石、海底起伏的沙丘在内的很多自然界现象有关。

    实验进展得不赖，黄金紫用模具自制了理想的糖球，放置在能产生均匀水流的实验用水洞中，并且通过照相机来记录糖球形状的变化，“水流侵蚀所形成曲面的几何形状会导致均匀的溶解率——而均匀的溶解率又能保持这个曲面形状不变，只是自相似地不断缩小”。

    他们用复杂的数学公式解析了这个曲面的形状，并以此预测可溶解的固体在流动的液体中溶化所需要的时间。“这一研究在公司领域特别是制药业会有很大的用途——譬如，判断药片需要多长时间才能在胃液中溶解。”或者，像他的应用数学实验室的雷夫·里斯托弗（Leif Ristroph）教授想到的，“这个公式似乎可以解释那个困扰着很多人的难题——棒棒糖需要舔多少口”。

    那天下午，他们聚在一起用新得到的公式算出了这个数字——1000口。这一理论上的结果，在推特上得到了迂回的回应：网友的实际行动结果是850口。看起来，误差在黄金紫他们的接受范围内。

    “我们想用简单实验来还原一下发生的地质过程。”对这些简单实验来说，小心剔除那些可能影响结果的因素是非常重要的。为了获得球形的可溶固体，黄金紫和搭档们首先想到的是棒棒糖。结果发现，市售的棒棒糖都包含大量的气泡，而气泡存在会影响溶解中固体的形状。“在确认市售的棒棒糖存在缺陷后，实验室的成员们首先妥善处理了剩余的棒棒糖，并在这之后开始了自制糖球的过程。”

    “确认一下，‘妥善处理’就是‘吃掉了’对吗?”

    “对。”


“可重复的验证”这一科学精神，与“好奇心”一起，像双螺旋一样并行于黄金紫的头脑中。


    可能，你已经开始习惯科学家并不总是“刻板的科学怪人”。不过，接下来，你可能还得习惯科学家的微信头像是“伊丽莎白”（《银魂》里那只呆萌、长得像白色鸭子、很少说话、常举着一块木牌表达意愿的外星生物），一本正经地说着冷笑话（“我们实验室是个很古典的实验室，大家都很崇尚做木工或金属公司”）以及带着东北口音调侃自己和现在实验室老板初识的情形（“大家人品都不咋地”）。他说，当年，还是上海交大本科生的他陪同现在的老板交流学术（黄金紫给他展示自己做的在高浓度糖浆里游泳的小机器人，而对方给了他很多指点）之后去打羽毛球，休息时坐在运动场开着男人之间的玩笑，相谈甚欢。

    等等，科——学——家?

    黄金紫还年轻呢，现在才不过是PhD的第二年，在柯朗所，还是只需要学习、设计而并不要求必须产出研究的年级；另外，“不知道这样说会不会对别人有些冒犯”，黄金紫小心翼翼地斟酌着表达。“我一直觉得我们数学专业不是很正经的科学。”

    在他看来，物理有个终极的目标，解释宇宙起源；生物有个终极目标，解释物种起源——“但我们这个专业就是好玩，观察到哪些好玩的现象，我们就问问为什么，来来来，看看哈——我只是很喜欢这种生活方式。”
话虽如此，但“可重复的验证”这一科学精神，与“好奇心”一起，像双螺旋一样并行于黄金紫的头脑中。

    来杭州参加“菠萝科学奖”颁奖礼的前两天，黄金紫刚刚有了新发现。那天他一面搅和胶水，一面突发其想，很随意地将一滴胶水扔到水里，看已经被搅得很粘稠的胶水在水面散开，肉眼就能看到胶水表面形成了分形的纹路。“这很有意思，可能意味着非线性动力学发生了。我又做了个小实验，是能重复这件事情的。所以，回去以后，我可能会想想这个事情。”

    他以前也做过一些类似的小实验，在小尺度上模拟大的事件，比如，在浴缸里演示“板块漂移”是怎么发生的。每次并不知道会发生什么，但做完实验就会看到奇特事情发生了：变圆了，变光滑了，体积小了，他就可以和理论的同学讨论为什么会这样。为什么变光滑了?是不是因为水冲过来形成边界层?怎么验证?验证还有方法，再做实验验证确实是边界层，“那就好办啦，用边界层做出来一个球体体积随时间变化的规律，但这是用边界层理论预测出来的规律，然后，既然有规律，看一下实验数据符合不符合这个规律，然后做实验去验证——一看，非常符合。‘先有一个实验，提出一个假设，然后证实了这个假设’——挺讲运气的。”

    但专业之外的人有时难以理解，这种贯口式的实验讲解以及“大胆假设，小心求证”的简单口号，在现实里，往往意味着冗长的实验。“有人问，你们这个小实验做多久?我们说，一年吧。需要这么多时间?——其中很多小的问题要搞清楚，大家要一起讨论，需要很长时间。”


“流体力学课上，师傅播放了很多旅游视频，小机器人游泳，我就去找他，问能不能进去实验室玩。”


    并不是每个idea都能有如此顺利的进展。事实上，黄金紫对“流体力学”感兴趣的研究方向，也并非一开始就顺利定下。

    2009年，黄金紫通过化学竞赛保送进入上海交通大学机械与动力工程学院。但他很快意识到，自己不适合工程专业。“那段时间在图书馆写过作业后唯一能做的事情，就是翻一翻书架上的各种物理和数学教程，这种持续了一年的旅游指南方式最终为我转入致远学院（上海交大创新人才实验特区）帮了大忙。”他抓住了一个机会，经过4小时的数学和物理笔试以及后来的面试，最终进入了转入致远学院的7人名单。黄金紫的第一想法是：“终于可以名正言顺地看那些数学物理书了。”

    另外一次被他归于“运气”的经历是：经历过了激光等离子体实验室、计算神经学课题组，最终，在连续介质课上认识了后来的导师——张何朋，确定了感兴趣的方向。“他播放了很多旅游视频，小机器人游泳，我就去找他，问能不能进去实验室玩。”

    黄金紫喜欢流体，也喜欢玩。来到柯朗所后，导师带他把所有实验玩了一遍，然后问：你想玩哪个?

    “表面张力”曾是黄金紫感兴趣的方向。“实验想法都很简单：两个玻璃板，之间放一点水贴在一起，因为有表面张力，所以两块玻璃板会自然校正。这可能有一些很好的用途，比如，因为有表面张力，隐形眼镜就可以保持在眼球中间——后来我们查了一下，隐形眼镜就是这么工作的，那么这个工作不需要我们做了。”

    2014年末，黄金紫在流体力学年会上展示“棒棒糖能舔多少下”研究结果时，看到后面一伙法国人愤怒地立起衣领，撇着嘴，瞪着眼睛大声说着什么。“后来我的导师告诉我，他们说，我们也在做一样的事情，只是慢了半年的进度。”

    拼创造力，也拼执行力，以及一些运气。“你问我有什么爱好?累的时候，我喜欢搜‘北美变态导师集锦’，有些专业的博士生被折磨矬了，会在BBS吐槽，看完就觉得很爽，觉得自己活得好自在啊。”听相声，苗阜王声郭德纲都少不了。

    刚到美国，黄金紫揣着很多中文段子，但要翻译成英文就要想很久。“后来就慢慢好了，身边的人都说英语，自己又是个混蛋的人，很多英语的梗就可以创造出来。”这是黄金紫式混不吝的自嘲幽默。

    他犹犹豫豫地挑了一个能在“很黄很”的实验室之外能说出口的段子给我听。“我们最近在吐槽，有个博士生资格设计，分两轮，第一轮是笔试，written，第二轮口试，oral——oral，你知道。我有一次和导师说，I’ll give oral to 3 professors，导师说，你的成绩和你oral水平很相关，你要好好练习。”讲到这儿，黄金紫突然有点腼腆起来，“这个玩笑的尺度比较大，不建议放在里。”

    好的。