读者点评
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登录日期：2016-04-18 【编辑录入：海洋学院高聪】 文章出处：《新周刊》2015年第9期 |
| 『科学搞怪人』胡立德：一台问题制造机 |
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作者：杨杨
阅读次数：4904
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| 从某种程度上说，26岁就取得麻省理工学院数学博士学位、已在佐治亚理工学院机械工程系任教8年的胡立德博士，是一个“麻烦制造者”。 事实上，他在形容自己时会更加不客气一些—他光着脚，蜷坐在单人沙发里，吞吞吐吐地说：“我经常引起灾难。”他的中文不太流利。虽然面孔是标准的华人长相，但他其实一直生长在美国。用他自己的话说：“学中文是我目前最大的挑战。” 确切地说，麻烦来自那些不听话的实验材料。胡立德主要从事数学与生物学的交叉研究。还在纽约大学做博士后的时候，胡立德就弄丢过一条蛇，至今没有找到。在佐治亚理工学院的机械工程系任教后，有时候实验室里的蚂蚁去了别人的办公室;有时候做实验的蚊子跑光了，很多同事因此遭到了叮咬。 “这可怎么办呢？” “我再去CDC（美国疾病控制与预防中心）拿些新的。” 对于蚊子来说，在雨中漫步简直就是一场灾难。一滴雨珠的重量可以达到蚊子体重的50倍之多 因为一项“蚊子为什么不会被雨滴砸死”的研究，胡立德获得了2015年“菠萝科学奖”的物理奖。对于这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究，奖项说明如此介绍：“绵绵细雨对于我们来说，时常是浪漫而惬意的象征。可你有没有想过，对于体积微小的昆虫，譬如蚊子来说，在雨中漫步简直就是一场灾难。一滴雨珠的重量可以达到蚊子体重的50倍之多，在蚊子眼中，我们口中的‘毛毛雨’不亚于一辆辆甲壳虫汽车从天而降。但是，在如此漫天高速飞落的‘甲壳虫汽车’雨中，蚊子依然能够‘嗡嗡’作响并且毫发无损。是什么赋予了它们这种本领？” 答案在于蚊子的“不抵抗策略”和腿上的细毛。“不抵抗策略”令蚊子缓解了雨水对它的冲击，而那些疏水性的细毛使蚊子在随着雨滴下落的过程中与雨滴保持分隔状态，从而能够迅速摆脱雨滴而重新飞起，在雨滴将它们砸向地面造成致命伤害前逃之夭夭。 获得这个结果并不容易。即使在细高的透明容器中，要让几米外的雨滴准确击中蚊子也是不可能完成的任务，更别提还要用高速照相机捕捉这一瞬间了。胡立德团队的方法是：在蚊子飞行高度的上方设置一道“激光封锁线”，雨滴在穿过激光线时，便触发高速照相机开始以每秒4000帧的速度拍摄，详细记录蚊子与雨滴相互作用时的每一个动作。这张照片要用1个月才能拍到，从1000张照片中挑选出1张。没有更好的办法。 胡立德说：“一个礼拜修改一次实验参数，每次要改一个小地方，一直改。比如，第一个礼拜没有激光，第四个礼拜没有蚊子。”在举行颁奖典礼的当天上午，在浙江省科技馆的办公室里，他光着脚，面前堆放着打开的笔记本电脑和一沓资料，用简单的汉字提示着可能涉及的科学名词的中文名称。 他发现，每种动物都有自己甩水的频率，老鼠是每秒钟30次，狗是每秒钟4到8次，熊是每秒钟两次，猫和狗的甩水频率差不多 这一看似“无厘头”的研究，却有着重要的研究价值。“蚊子会传播许多疾病，现在我们知道了雨水不能够抑制蚊子的活动，因此，在雨天要采取其他措施来灭蚊。”胡立德说，“此外，蚊子的特征也能启发人类去制造更强大、更抗压的微型飞行器。”胡立德形象地将蚊子比喻为“武林高手”，它们不仅骨骼强壮，而且会“打太极”，它们被雨水打来打去，实际上却毫发无损。胡立德的研究也适用于其他同类型的生物：“越是小的昆虫，越能够承受比其个体质量沉重得多的打击，苍蝇也能在狂风暴雨中活下来，但再大一点儿的昆虫，比如蜜蜂，就可能受到雨水的伤害。” 在2015年“菠萝科学奖”的颁奖典礼上，正待领奖的胡立德在走至舞台中央之前，突然做了一个手势，示意主持人向旁边避让一下。然后，他做了这样一套动作：侧翻接毽子，后手翻接后空翻落地，一路翻至舞台另一侧的颁奖人旁边。接下来，在颁奖典礼之后的晚会上，他喝了些啤酒，光着脚，又来了一路后空翻，这次多加了两样：倒立和一字马。 胡立德从小就喜欢运动，他每天都跑步、游泳，还练了10年空手道。在麻省理工学院读书时，他跟着体操社团练了4年。“我还可以做那个……鞍马。”“鞍马”这个词令他着实想了一下，他说，“在麻省理工学院，每个人都要去最高的楼上倒立一次。” 麻省理工学院对于胡立德世界观的塑造意义非凡，毕竟，从本科到博士，他都在那里接受教育。“如果没有去那里，我不知道我会做什么研究—在那里，我对世界的看法就是好玩。”胡立德喜欢说“玩”，在他看来，读博士也是好玩的，他说，“我做什么都是出于兴趣—我的人生哲学可能和别人的不太一样。” 胡立德喜欢动物。他说：“我现在是机械工程系的教授，也是生物系的教授，每年教两门课。但我从来没有修过一个生物系的学位，我对生物的学习都是凭自己的兴趣。我们想用流体力学的方式来了解生物学，弄懂动物—动物要游泳、要飞，动物体内的血液和消化系统都是流体，但很少人从这个角度来研究。” 胡立德做教授七八年，已经培养了3位博士，他们的研究对象包括：蛇、蚊子、蚂蚁和蜜蜂。 他们在蛇的身上发现了很多技能，其中一个是摩擦力可以让它们爬行得很快。他们将这一研究发现运用到机器蛇的实验，让机器蛇跑得更快。 他们还研究蜜蜂怎样清理自己的身体。它们和松鼠一样，身体上覆盖着千万根细毛，用摄像机拍摄出来后发现，那些毛像弹弓一样把脏东西弹了出去。 接下来便是建模的过程了。他最想了解的事情是：小虫子身上为什么会有这么多毛？长这些毛要多花很多力气，那么，从力学角度看，这些毛有什么用处？ “一种缓冲？可以对抗外来的冲击。”“对。但应该还有别的原因。”“或者，把脏东西弹走？哈哈哈！” 听起来，胡立德的很多研究项目都和动物的毛发有关。他的研究或许可以追溯到一条狗。当他太太还是他女朋友时，他们约会也会带着这条狗。他说：“一开始觉得很麻烦，但是后来我就对它产生了兴趣。”当淋了雨或沾了水时，狗会抖动身体和毛发。他就开始疑惑：“为什么这么多动物都有毛？” 胡立德开始关注狗和其他哺乳动物“如何把水甩掉”。他发现，每种动物都有自己甩水的频率，老鼠是每秒钟30次，狗是每秒钟4到8次，熊是每秒钟两次，猫和狗的甩水频率差不多。 “每个研究者都需要一个壁橱。”这句话的意思是，你做的这项研究别人不会做，是唯一的 对大众媒体，胡立德并不陌生。他甚至上过时尚杂志，同样是因为毛发的问题—这次是睫毛。 最恰当的睫毛长度应当是多少？那是当他看到女儿的长睫毛时想到的问题。 胡立德向一个带有睫毛的眼睛模型吹风，用黄色颜料扮演灰尘，用电脑来判断染色的程度、测量眼睛干燥的时间以及灰尘带来的影响。研究结果是：睫毛最适宜的长度大约是眼睛长度的1/3，从老鼠到大象，每种动物都差不多。 “因为流体力学的关系，你走路的时候会有风碰到睫毛，如果睫毛太长，会让更多的风碰到眼睛;太短也不好，为什么？因为那样就不美了。”胡立德像想起了什么似的笑了起来，“长睫毛的作用是不让眼睛太干燥，如果睫毛太短，眼睛就会干得比较快，带来很多问题。” 胡立德就像一台问题制造机，他不断地提问，问别人，也问自己。日常生活为他带来各种研究想法，也映照着他前进的轨迹。养狗的女友成了他太太，他太太生了一个儿子和一个女儿，他的问题也从狗毛延伸到了别的方面。 “现在照顾小孩，每天要换很多尿布，很痛苦。所以我想，怎么样会更痛苦？那就是给大象换尿布。这样想就会好很多。”他磕磕绊绊地讲了个冷笑话。他想说的意思是，从流体力学的角度看，哺乳动物无论体形大小，排尿时间都是21秒—那么，为婴儿换尿布总是更好些。 教小孩使用马桶，看多了大便，他会想，小孩的大便为什么和大人的大便差不多？于是，他开始思考消化系统中的流体力学—关于力学、微生物、大肠蠕动频率和消化系统之间的关系。 那个令他获奖的“蚊子”问题来自一个雨天，他说：“当时，我正和3个月大的儿子坐在屋门口看雨，儿子突然哭了起来，原来是一只蚊子在叮他的耳朵。于是，我开始想：‘为什么蚊子可以从大雨中飞过来？’我问了一些生物专业的人，他们也不知道为什么在下雨时蚊子可以飞。” “这些都是很常见的生物学现象，但之前很少有人从流体力学的角度来分析。”胡立德很喜欢一句谚语：“每个研究者都需要一个壁橱。”这句话的意思是，你做的这项研究别人不会做，是唯一的。 说到唯一，他露出一副志在必得的神情。对于他来说，好像没有什么是不能抽象地建模的。“做建模的人不会太痛苦，他可以找到一个办法去理解所有的东西。”他说。 “就像掌握一种工具一样，让你有一种控制感？” 他的眼睛里突然焕发出一种神采，声调提高了八度，说：“是的，是的。我喜欢‘懂’，‘懂’的感觉非常好！”
推荐人：海洋学院高聪 2016-04-18 执行编辑：lry 2016-04-19 责任编辑：xwf 2016-04-20 |
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