三·八专题

温柔与包容——我的物理求学路 | 刘秋艳


|作者:刘秋艳 (中国科学院物理研究所)

 

收到约稿消息的时候,我正在手套箱边上,准备再装几个电池。我很惊讶,也很忐忑——作为本科从生物专业转到材料专业,现在才刚刚进入实验室的新人,我有点不知道该怎么写。我不是从小就一直喜欢物理的人,也不是物理学得很棒的学生。相反,曾经我很怕物理,因为大学物理太难了。但是现在,我却跌跌撞撞地走在成为物理学博士的路上,似乎又有些不可思议。想了又想,我就写写我是怎样“闯”进了物理所。

 


初中高中,物理还只是一门功课


小时候,我喜欢蜷在书桌下,读着牛顿爱因斯坦的小故事,心里想着他们是要有怎样过人的智慧才能做出这样的成果。复杂的方程我看不懂,但是从字里行间却能感受到人们的尊敬。也许很多小朋友都和我一样,童年的某一刻里我们都“妄想”长大以后成为科学家。

 

初中开始出现物理这一门科目,对于它我没有特别的感觉,只觉得教物理的女老师很漂亮很温柔,所以我也要努力学习争取考个高分。不停刷题是我对物理最初的印象。有一次课上,老师说,现在,我只是带着你们在物理的宫殿外面远远地看一看,真正的物理比这些有趣多了。听老师说这句话时,我还在写物理作业。

 

小时候的梦想总是有些脆弱。一帮说好要成为科学家的小伙伴,最后都走向了不同的方向——数学很好的同桌最后爱上了历史,一起回家的小伙伴决定去当小学老师。在忙于高考的日子里,我也无暇顾及梦想,只想多对一道物理题。我甚至没想好去哪个大学,学哪个专业。也许哪个专业都一样吧,我只想考个高分。那时,物理是一门功课,是一门我要在考场上拿到高分的功课。对于它,我没有特别的喜爱,和语文数学英语一样,物理只是一门学科。

 


大一大二,物理怎么这么难


带着对未知的好奇, 我选择了中国科学院大学——也有可能是心里的科学家梦从未熄灭,成为了生命科学专业的一名本科生。选择生物专业,是因为我家里有很多小动物, 尤其是我的猫,我很爱很爱它——就是这样简单, 似乎还很无厘头的原因。得益于国科大对于学生数理基础的重视,我在大二转专业进行得十分顺利,从此成为了一名材料专业的学生——因为我喜欢的男孩子在材料专业,而且我不敢解剖小白鼠。真正与物理结缘也正起始于此,在此之前,我从没想过自己会和物理女博士这个称呼产生联系。

 

材料是一门很杂的学科,物理、化学、生物、计算机都有涉及,其中,物理又很重要。物理课上,随着学习的深入,我感觉有些知识似乎已经超出了我的理解范围。原来物理这么难啊,初中高中的我可真是幼稚。老师讲课速度很快,周围的同学似乎也都能跟上,而我则需要课后一遍一遍地看书问同学才能保持不被落下。靠着周围同学的帮助与自己的死记硬背,我也能通过固体物理、量子力学的考试。与此同时我也在怀疑,学习起来都这么吃力,将来如果读硕士博士是要做研究发现新事物的,我可以吗?在我心里,物理学家要么对着黑板写下一串串公式,推理出整个世界的规律;要么穿着白大褂,做出惊动世界的实验研究。那时的我,很羡慕物理可以推动世界的力量,但同时又害怕着物理。我这样不够“聪明”, 能研究物理吗?或者说,我能被物理接受吗?此时,物理在我心里已经从一个功课变成了一门高深莫测的科学。对于它,我更多的是一种仰视与敬畏。物理在我眼里是一个个精简却饱含力量的公式,是一场场构思巧妙的实验, 是一道光,我能感受到它的明亮,却触碰不到它。

 


大三大四,物理原来这么丰富


大三跟着同学去中国科学院物理研究所参观,我发现,物理的世界原来这么大,之前对它的理解是有些狭隘了。而我喜欢上物理,也不是因为物理的力量强大,而是因为它的包容与广阔。物理不再总是高高在上的存在,物理也可以很温和。我感受到了这道光的温暖。以前,那是遥不可及的梦,而现在物理则是一个个具体的方向。理论组是我曾经以为的物理的一切——推导公式;光学组会研究成像表征;超导组会研究材料;软物质组还与生物相关。同时,我也遇见了我现在的组——清洁能源一组,主要是做锂电池的研究。这让我知道,物理不一定都是“天才”的游戏,普通的具体的小小的进步,例如锂离子电池阴极容量的提高,也是不能小瞧的。除了世界原理的大问题,生活中的小问题也值得研究。本科同样是材料专业的师兄对我说,容量小小的提升,我们就要找出背后的机理,也许在这里只是微小的进步,但在以后可以指导阴极材料的设计,也许会带来更大进步。在物理的世界里,我总能找到点东西去做。

 

大四保研,我顺理成章地进入了物理所清洁能源组,并在这里进行了我的毕业设计。我被安排的题目主要是关于锂离子电池电解液。带我毕设的师姐是个很厉害的人,听组里其他同学说,她手上有七八个工作,各个都是高影响因子期刊水平。我很崇拜师姐,也问过她为什么会来物理所,师姐说,她本科是学金属的,不算是标准的物理系学生,来物理所是因为这里研究种类繁多,大家都能找到自己合适的位置。对于毕设,我的想法很简单,锂盐、溶剂、添加剂的排列组合,选出最优。但是实验往往会出现意料之外的结果。我感到不解与沮丧。虽然师姐的主要研究方向与我不同,但是很耐心地给了我建议与鼓励。涂片是做电池最基础的操作,可我总是不能涂均匀。说是熟能生巧,但我根本不知道技巧在哪里,渐渐也有些想要逃避。每当又划破一片铝箔或者涂出的正极片又裂开或者不均匀的时候,师姐总会摸摸我的头让我不要着急。研磨浆料的时间,研磨的力度,她都给我一一把关。晾干的条件,师姐让我从发热灯试到烘箱——这样可以受热更均匀。当有一天早上,我发现我的极片平整且颜色均匀的时候,赶快叫来了师姐,分享我的喜悦。的确科研是需要技巧,技巧就来自于一次次的试炼。虽然很高兴,但我知道,这只是最最基础的第一步。以后会遇到的情况更多,也不会有人再能仔细帮我一一解答,而是需要自己去寻找答案,不能放弃是前提。在我毕设期间,师姐也在投稿,一篇论文反复修改。即使前一天修改论文到凌晨两点,第二天也是八点半出现在实验室,带着我做实验。在之后的电解液实验中,问题不断出现,有时甚至连电池的充放电循环曲线都有问题。我去寻求导师的帮助,导师就会刨根问底,为什么会出现这样的情况,是不是发生了反应,每一个实验现象都是有原因的,即使是不好的现象,也一定要弄清楚原因,不要笼统的解释,这样才会对接下来的实验有指导作用。我在导师的指导下,从以往文献中忽视的角度入手,也得到了较为合理的解释。对于优的组合,我学会了一点一点分析,不浮于表面。性能的提升很重要,但是背后的机理更加重要,也更加有趣。我本科的同学们,也都在物理世界里不同的地方。曾经和我一起在生物系的对门女生如今在物理所的软物质实验室,物理系里那个很让我羡慕的不仅擅长跳舞而且成绩优异的“女神”继续追逐她的理论物理之路,而我的材料系舍友去了斯坦福做太阳能电池。她们都是让我敬佩的女孩子,也都遇到过困难,但是对于知识的热爱与追逐让她们坚持了下来。我喜欢物理,是因为物理包罗世间万物之理,我找到了适合自己的研究方向。物理也包含了失败与成功。成功固然让人高兴,但是失败也不是一无是处,不好的实验现象也可以得出有用的结论,好像在锂电池里,这个叫做“失效分析”。物理是温柔且包容的,它会给热爱它的人合适的位置,会给坚持不懈的人应有的回报。物理在我的心里变得温柔了起来,它会接纳真心喜欢它的人。

 

 

作者(前排右三)和物理所的同学们在一起

 


研究生,开始我的实验室生活


大学毕业, 研究生生活开始了,我真正迈开向着成为物理学女博士的第一步。第一年在雁栖湖的学习生活与大学类似,上上课,写写作业,看看文献,还时不时出去游山玩水。我认识了很多同学,有本科就是物理专业的,也有本科是材料专业的,还有本科是化学专业、冶金专业、环境专业的等等。我们虽然来自不同的学校不同的学科,但此时都是物理所的学生,都为着获得博士学位的目标努力着。我们一起上课,一起研究如何通过考试,也一起闲聊。我还加入了物理所研究生教育的公众号小编团队。在那里,我会和物理所不同实验室的同学们交流。虽然笼统上我们都是学物理的,但是当一个人具体说起自已实验室的研究时,其他人都会听得很认真。这也就是物理迷人的地方,各个领域之间有相通之处,但又有很大的不同。物理学的世界很大,而我只要在一片小小的地方有所发现就很满足。当然,我还是不擅长抽象地推导,但是这不表明我不可以研究物理相关的内容,物理的世界的确很包容。

 

现在我已是研究生二年级了,开始真正进入实验室。在实验里遇到了各种各样的比毕设时还复杂的情况,物理开始向我展现它的另一面。原来它也不是一直都很温柔,毕设时我只看到师姐一遍遍修改文章很辛苦,却没看见为了得到文章中的好数据,师姐做实验有多拼。难怪当时她对我在各种实验上的烦恼抱怨也只是微笑着安慰。物理也会在我做实验分心、设计实验不严谨的时候变得任性。即使有时候认为自己已经考虑足够全面,它也还是会给我出点小难题。我也会感到挫败,但是新的发现往往就藏在各种各样的问题中。如果实验的结果在开始前就能被预料到,那还会有什么新奇的发现呢?师兄和我交流过,坚持是重要的。我的导师很细心,总能从小小的实验现象中找到以后的可能性。我很喜欢现在的生活,有指导我的导师,有帮助我的师兄师姐同学,还有自己定下的小目标。我注定无法成为小时候读的科学家小故事里面流传千古的大科学家,但是在科研的路上一直有人陪伴,能做出一点小小的发现就足以让我开心。此时物理对于我来说,虽然还是温柔的,但也时不时会发点“小脾气”(仪器不能正常工作,实验出现“诡异”现象等等),我需要耐心地安抚它。物理不是乱发脾气的“不讲理”,结果都是有原因的,当我找到原因时,也是物理对我的努力给出回报的时候。

 

 

作者近照

 

人生有时候就是这么神奇,不是“正统”物理专业的我居然也进入了物理的大世界。我感谢初中高中物理老师,带我最初认识了物理这门学科;感谢我的大学老师和同学,在学习困难的时候帮助了我;感谢我现在的导师和师兄师姐,在实验上给予我及时的指导。我感到很幸运能遇见他们。当然,我更要感谢物理,是物理的包容让我遇见了他们。现在的我还是一个刚入实验室的“小白”,但是我想,努力总是有得到回报的那一天。物理很大,世间万物总能和物理挂上钩;物理很宽容,热爱它的人总能在里面找到适合自己的地方。

 

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