在大多數(shù)留學(xué)生選擇去歐美深造時(shí)，王猛反其道前往以色列這個(gè)小眾留學(xué)地。在耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)，他成了物理系教授Jay Fineberg實(shí)驗(yàn)室的第一個(gè)中國(guó)學(xué)生。

在這個(gè)只有4人的實(shí)驗(yàn)室里，王猛沒(méi)有給自己定下很高的目標(biāo)，而是踩著自己的節(jié)奏、心無(wú)旁騖按部就班地做科研。

經(jīng)過(guò)3年努力，他以第一作者身份首次在Science發(fā)表突破性研究成果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明拉伸裂紋速度突破了經(jīng)典斷裂力學(xué)所描述的極限。這篇論文總共只有3位作者，除通訊作者Jay Fineberg外，另外一位作者史松林也來(lái)自中國(guó)。

【資料圖】

全新的發(fā)現(xiàn)，顛覆了人們之前對(duì)斷裂過(guò)程的認(rèn)識(shí)，為斷裂領(lǐng)域掀開(kāi)了全新篇章。 

文章的三位作者，從左至右分別是史松林、Jay Fineberg和王猛。

一次非常偶然的發(fā)現(xiàn)

斷裂力學(xué)是力學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)與熱點(diǎn)，雖然已被研究了近百年，但人們對(duì)斷裂問(wèn)題的認(rèn)識(shí)仍然十分有限。

“在實(shí)驗(yàn)層面很難去研究動(dòng)態(tài)裂紋，因?yàn)榱鸭y的擴(kuò)展速度非?？欤绕湓诖嘈圆牧现懈?。”王猛在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

比如，一個(gè)玻璃杯不小心摔到地上，我們通常只能看到它從一個(gè)完好的狀態(tài)瞬間到破碎的狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程很短暫，也很難去捕捉，就是因?yàn)榱鸭y擴(kuò)展速度太快。

在經(jīng)典斷裂力學(xué)的理論框架下，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)承受的外力足夠大時(shí)，裂紋會(huì)以接近于瑞利波的速度傳播，而對(duì)于像玻璃這種脆性材料而言，瑞利波通常每秒傳播幾百到幾千米，所以很難捕捉到破碎的瞬間。

在王猛所在的課題組，選擇通過(guò)水凝膠為介質(zhì)來(lái)研究這個(gè)過(guò)程。水凝膠有個(gè)好處，瑞利波在其中的波速僅有幾米每秒，有助于在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)直接觀測(cè)去研究裂紋擴(kuò)展。

實(shí)驗(yàn)中所用到的水凝膠并非信手拈來(lái)，而是王猛量身定制了水凝膠的化學(xué)配比，以控制其力學(xué)響應(yīng)。在頭天晚上離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室之前，他會(huì)把水凝膠配好，留出4~7小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間，好“生產(chǎn)”出第二天實(shí)驗(yàn)要用的樣品；第二天一大早到實(shí)驗(yàn)室，再調(diào)配一批水凝膠，以供下午實(shí)驗(yàn)使用。

如此循環(huán)往復(fù)，王猛卻樂(lè)此不疲，“比起分析數(shù)據(jù)和寫(xiě)文章，我更喜歡動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，我很享受這個(gè)過(guò)程”。

起初，王猛是想通過(guò)水凝膠研究含雜介質(zhì)的斷裂問(wèn)題。在無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)中，一次非常偶然的發(fā)現(xiàn)，徹底掀開(kāi)了斷裂領(lǐng)域一個(gè)全新篇章。

“有一天，我在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)意間觀測(cè)到在裂紋尖端前有淺淺的兩條痕跡，當(dāng)時(shí)這個(gè)很不尋常的現(xiàn)象引起了我極大的好奇心，我反復(fù)在腦海里琢磨這些到底是什么東西，畢竟之前從未見(jiàn)過(guò)。”這樣的意外發(fā)現(xiàn)讓王猛心潮澎湃，更加充滿(mǎn)干勁。

他帶著疑惑開(kāi)始計(jì)算裂紋速度，發(fā)現(xiàn)竟然超過(guò)了瑞利波速度，這也超出了他們的認(rèn)知。經(jīng)典斷裂力學(xué)理論認(rèn)為，當(dāng)材料處于拉伸狀態(tài)時(shí)，裂紋擴(kuò)展速度的極限是瑞利波速度。所以當(dāng)他把這一發(fā)現(xiàn)告訴導(dǎo)師Jay Fineberg時(shí)，導(dǎo)師并不相信。

為了力證所見(jiàn)皆為真，王猛開(kāi)始絞盡腦汁，設(shè)計(jì)更深層次的實(shí)驗(yàn)去表征這個(gè)現(xiàn)象。

“經(jīng)過(guò)許多天的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我確定那兩條淺痕其實(shí)就是像馬赫錐一樣的東西，這也是我們首次在固體里觀測(cè)到馬赫錐。并且，從我的實(shí)驗(yàn)里，發(fā)現(xiàn)水凝膠裂紋不但超過(guò)了瑞利波速度，還超過(guò)了剪切波速度，甚至?xí)咏蛎洸ㄋ俣取?rdquo;

這項(xiàng)研究證明了超過(guò)剪切波速度的“超剪切”拉伸裂紋的存在，徹底顛覆了經(jīng)典斷裂力學(xué)理論的傳統(tǒng)認(rèn)知。

“那些意想不到、能給你驚喜的發(fā)現(xiàn)是很難設(shè)計(jì)出來(lái)的，你需要不停探索，需要運(yùn)氣，更需要一雙能識(shí)別運(yùn)氣的雙眼。這個(gè)過(guò)程很艱辛，但也充滿(mǎn)樂(lè)趣。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這才是科研真正吸引我的地方。”王猛表示。

沒(méi)想過(guò)會(huì)發(fā)Science，最初心理預(yù)期是發(fā)子刊

一開(kāi)始，王猛沒(méi)想過(guò)把文章直接投Science，當(dāng)時(shí)的心里預(yù)期是投一個(gè)子刊。Jay Fineberg則認(rèn)為：“我們可以抱著試一試的心態(tài)投Science。”

此前，王猛在法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心LaMCoS實(shí)驗(yàn)室讀博，曾在PNAS以及國(guó)際力學(xué)期刊發(fā)表過(guò)多篇論文。不過(guò)，他對(duì)投Science沒(méi)有絲毫經(jīng)驗(yàn)。雖然心里沒(méi)底，他還是選擇聽(tīng)從導(dǎo)師的建議。

“投稿之初，我本想發(fā)個(gè)letter，所以只準(zhǔn)備了4張圖，參考其他同類(lèi)型文章完稿后，投給了編輯。編輯很看好這項(xiàng)研究，但他告知letter形式已取消，讓我們按照article的形式修改后重新投稿。”王猛說(shuō)。

加圖、添加小標(biāo)題、打磨語(yǔ)言表述……重新“修繕”后的文章，在今年2月初再次投出。過(guò)程出奇地順利，僅4個(gè)月文章就被接收。

從三位審稿人的回復(fù)內(nèi)容中不難發(fā)現(xiàn)，他們都對(duì)這個(gè)具有顛覆性的發(fā)現(xiàn)流露出濃厚的興趣。第一位審稿人更是直接亮了“綠燈”，非常支持發(fā)表。

第二位審稿人提到，頂尖華人學(xué)者高華健曾經(jīng)有一篇發(fā)在Nature上的論文成果，通過(guò)超大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬，首次發(fā)現(xiàn)了超音速裂紋擴(kuò)展。他覺(jué)得該成果與王猛等人的研究機(jī)理有一絲相似。

第三位審稿人則建議作者再增加一些文字內(nèi)容以及圖片，讓文章更飽滿(mǎn)、更豐富些。

為了讓審稿人有更加直觀的了解，他們?cè)诟郊镉诸~外加了幾張圖，把超過(guò)波速的裂紋場(chǎng)通過(guò)圖片展示出來(lái)，并做了有馬赫錐與沒(méi)有馬赫錐的對(duì)比分析。

“其實(shí)第一位和第三位審稿人的回復(fù)都相對(duì)比較容易，我們的壓力主要來(lái)自第二位審稿人的意見(jiàn)，其間也花了大量精力，增加了很多能充分證明我們現(xiàn)象的普適性的證據(jù)，才最終通關(guān)。”王猛表示。

文章在今年6月初被接收，7月27日Science在線發(fā)表。對(duì)此，王猛的反應(yīng)趨于冷靜。“發(fā)表在頂刊是對(duì)我們工作的一種肯定，但這并不意味著什么，我個(gè)人對(duì)科研的想法更多還是在于科研本身，只想趕緊去探索更多有意思的現(xiàn)象。”

做科研不要好高騖遠(yuǎn)，而應(yīng)著眼當(dāng)下 

王猛

1993年出生的王猛也有過(guò)迷茫期。2019年博士畢業(yè)后，他反復(fù)問(wèn)自己，是否要繼續(xù)走科研這條路。

“自從邁入學(xué)術(shù)界，我一直都在做基礎(chǔ)科研，但實(shí)際上我很想做應(yīng)用研究。博士畢業(yè)后，我內(nèi)心一直搖擺不定，也很糾結(jié)要不要去企業(yè)界工作。那時(shí)恰逢新冠疫情暴發(fā)，去企業(yè)的想法落空了。”王猛說(shuō)。

博士期間就已在研究動(dòng)態(tài)脆性斷裂的他，開(kāi)始物色同領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室，但國(guó)際上以實(shí)驗(yàn)為主做這項(xiàng)研究的課題組并不多。多番調(diào)查后，他把目光鎖定到著名物理學(xué)家Jay Fineberg身上。Jay Fineberg的學(xué)術(shù)造詣很高，在軟凝聚態(tài)、斷裂力學(xué)和地震學(xué)領(lǐng)域發(fā)表了100多篇研究論文，其中16篇發(fā)表在Nature或Science上。

以色列的高校一向不太重視亞洲招生。這個(gè)國(guó)家被貼上了很多標(biāo)簽，比如：極端、動(dòng)亂、不安全、到處是沙漠等，也讓眾人望而卻步。但一心沖著導(dǎo)師去的王猛，并不在乎這些偏見(jiàn)。

為了跟心儀的導(dǎo)師混個(gè)臉熟，王猛報(bào)名參加了Jay Fineberg在法國(guó)里昂高等師范學(xué)院舉辦的暑期學(xué)校，“讀博時(shí)就看過(guò)他發(fā)表的很多高影響力的文章，我抓住這次機(jī)會(huì)請(qǐng)教了他好幾個(gè)問(wèn)題，讓他對(duì)我有一個(gè)初步的印象。”

Jay Fineberg非常敬業(yè)，責(zé)任感極強(qiáng)。從2016年擔(dān)任希伯來(lái)大學(xué)理學(xué)院院長(zhǎng)開(kāi)始，他就全身心投入工作，未招一名學(xué)生，他說(shuō)：“我沒(méi)有時(shí)間去陪伴和引導(dǎo)學(xué)生，我也不想耽誤任何學(xué)生的將來(lái)。”

直到2020年卸任院長(zhǎng)一職，64歲的Jay Fineberg才重新招了實(shí)驗(yàn)室第一個(gè)博士生。剛好博士畢業(yè)的王猛瞄準(zhǔn)時(shí)機(jī)，向Jay Fineberg發(fā)出了申請(qǐng)，憑借過(guò)硬的科研水平順利加入實(shí)驗(yàn)室，并且成為Jay Fineberg的第一名中國(guó)學(xué)生。

吸引王猛不遠(yuǎn)萬(wàn)里來(lái)到中東求學(xué)的，除了導(dǎo)師這個(gè)主因外，還有希伯來(lái)大學(xué)自帶的光環(huán)。這是以色列排名第一的高等學(xué)府，在基礎(chǔ)科學(xué)、醫(yī)藥領(lǐng)域和人文學(xué)科等獨(dú)占鰲頭，先后培養(yǎng)了8位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，被稱(chēng)為中東“哈佛”。

而且，以色列的科研水平非常高。這種“高”并非指擁有多么高端的儀器設(shè)備，恰恰相反，他們的實(shí)驗(yàn)條件可能還不及國(guó)內(nèi)一些課題組，但是他們?cè)诳蒲猩系南敕ê蛣?chuàng)意層出不窮，開(kāi)放和自由的科研氛圍孕育出許多杰出的成果。

就像Jay Fineberg不會(huì)要求王猛一定要做他設(shè)定的課題，而是給予學(xué)生充分的自由，鼓勵(lì)勇敢創(chuàng)新，任學(xué)生在浩瀚的科研世界里天馬行空，他只在學(xué)生有需要的時(shí)候給予最大幫助和支持。

“我們的實(shí)驗(yàn)室空間并不大，實(shí)驗(yàn)室里最高端的設(shè)備就是一部高速相機(jī)，許多觀測(cè)手段得靠我們自己設(shè)計(jì)。導(dǎo)師是一個(gè)很擅于搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和設(shè)備的‘行家’，在搭建我們所需的觀測(cè)設(shè)備時(shí)，他提供了很多有用的想法和助力。”王猛說(shuō)。

Jay Fineberg從不去干預(yù)學(xué)生的作息，他不喜歡讓做科研變成死板的打卡上下班。在松弛有度的環(huán)境里，王猛逐漸找到了做科研的興趣和熱情。

現(xiàn)在回看當(dāng)初的決定，王猛依然沒(méi)有絲毫后悔。在以色列兩年半的學(xué)習(xí)和生活中，他修正了對(duì)這個(gè)國(guó)家的許多刻板印象。“以色列的安保措施很?chē)?yán)格，飛往這里之前都會(huì)被詳細(xì)盤(pán)問(wèn)、認(rèn)真檢查行李。耶路撒冷還是很安全的。”

耶路撒冷是一座圣城，人們?cè)谶@里不但可以開(kāi)闊眼界，還能接觸不同文化的碰撞。但一心撲在科研上的王猛，對(duì)當(dāng)?shù)氐淖诮涛幕?、古老建筑沒(méi)太大興趣，他更樂(lè)意宅在小小的實(shí)驗(yàn)室里，與實(shí)驗(yàn)設(shè)備為伴。 

王猛在做實(shí)驗(yàn) 

“科研不是短跑，而是一場(chǎng)馬拉松，你需要有一個(gè)計(jì)劃，找到屬于自己的節(jié)奏。你并不知道這場(chǎng)馬拉松何時(shí)才能到達(dá)終點(diǎn)，所以得時(shí)時(shí)刻刻調(diào)整自己的節(jié)奏。與其好高騖遠(yuǎn)，不如著眼當(dāng)下，就這么一步步堅(jiān)持下去，才能保持一個(gè)好的心態(tài)。”王猛說(shuō)。

最近，王猛在積極了解國(guó)內(nèi)的工作，希望能回到祖國(guó)繼續(xù)科研事業(yè)。

*本文圖片均由受訪者提供

參考鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg7693

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