把握尺度

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劉俊明

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因此，自然之美麗與物理之睿智，在一些層面上緣於尺度是不二的法則之一。這種尺度把握的奧妙也算不才在這次基金評審中得到的啟示。我參加的是材料組的評審，歸於材料組的項目從物理角度看最能體現能量過程、空間結構、時間演化之中尺度之法風生水起、內外交會的圖景。所以，不才斗膽在此胡謅幾句，發發謬論。

首先是能量尺度。物理過程在能量尺度上的交會是新效應背後的基本規則與推手。對物理過程的深刻理解基於對能量尺度的基本估計，拋棄這一原則難以讓物理展現猙獰面目。我們評估一個重點項目，申請人宣稱他發現了與傳統理論完全不同的一類新機制，導致材料中出現新效應，並且發表了大批學術論文。然而，仔細斟酌其新機制的出發點，就可看出宣稱的新效應源頭所能提供的能量與新效應所需能量差距甚遠，因此在能量尺度上完全不匹配。這種能量尺度的交會並非可有可無，因此要麼是這種新機制的「發現」存在問題，要麼是存在其它機制未能被揭示，要麼是我理解有誤(^_^)。人類在宣示新發現時首先需要在能量尺度上勾畫圖景，這就像我們欣賞水墨國畫，群山的大氣磅礴是主調，而涓涓溪流即便悅耳動人也無法引起畫家的心聲。

物理過程的另一法門是撫摸時間尺度。在滿足能量尺度交會的圖景里，我們撫摸物理過程的感覺是有時間分辨局限的。有很多項目申請宣稱關注物理過程的嬰兒期，其動人之處在於嬰兒期允許我們欣賞稚嫩與單純之美。殊不知，物理過程之早期與生命之始一般非常脆弱和短暫，常常難以捉摸。以材料相變的spinodal機製為例。成核生長過程需要波爾茨曼漲落與弛豫，從而允許我們採取措施去延緩弛豫和提升漲落，達到延長時間尺度的目的。而spinodal過程卻是吉布斯減少的過程，是自發的能量滑坡，時光短促，芳華瞬逝，通過廣泛用於成核過程探測的休克手段探尋spinodal早期事件往往變得難以為繼。申請人如果不對時間尺度作基本評估而貿然擊水，大概與刻舟求劍之道有異曲同工之妙。

在時間尺度卧榻之側，又豈容空間尺度酣睡？忽視空間尺度交會的研究在我們的「悲慘」科研人生中比比皆是，卻無可奈何，也導致我們追求更深、更弱、更小。這種追求體現在兩個基本層面，其一是實驗上追求原子亞原子層次的分辨與關聯。在結構成像上這一追求不存在很大問題，但是在成分分辨上卻存在重大隱患。對於成分無序系統，成分在空間上隨機漲落與關聯是本徵特性，進行成分的空間重構需要克服這一特性，才能揭示空間尺度。這一點被很多申請有意無意地忽視。其二是理論上的第一性計算。因為計算資源的限制，實際物理過程中空間特徵尺度的第一性重構還不太可能，但很多申請者依然追求依靠第一性來重構物理過程的空間特徵。似乎所有人都無可奈何地承認這一不可能性卻繼續這一不可能性。同樣，在材料相變過程研究中，忽視空間尺度交會的申請也有很多。這樣做又似乎有仰慕皇帝的新衣之感。

當然，物理過程的尺度把握在我們先人那裡已經爐火純青，今人難出其右。最動人的是測不準原理，次動人的是物理解構(dimension decoupling)，這些都是把握尺度的偉大成就。材料學者的基金申請，主要目標之一在於揭示其中的物理化學起源，此時尺度的把握變得異常重要。如果您造訪塔林銀山，對能量尺度的權衡是塔林的祈禱，對時間尺度的度量則是塔林的滄桑，而對空間尺度的把握更是石窟、石舍、石林、石觀的對稱破缺與對銀山的裝飾。因為把握尺度，我們才可以延伸我們的創造與追求，才可以在尺度之外構築詩景與詩意。

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