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感悟创造之道实例17:我的创造体会

  创造,无处不在。一般人往往会觉得“发明创造”离自己很遥远,以为那只是科学家、发明家才会做的事情,其实这只是一种错觉。勿庸置疑,科学家、发明家们所从事的工作和相应的创造性成果常常具有较高的价值,可以带来丰厚的经济利益,或者大大地方便人们的日常生活,从而更容易为人们所熟知。然而,事实上创造广泛的出现在几乎每个人的活动之中,只是很少为人们所察觉和总结而已。纵览我们周围的一切人类生产的事物,比如高楼大厦、汽车、电视,甚至一个小小的钥匙环,无不是创造的产物。由于人们对这些事物太过熟悉,却很少考虑它们的来源,所以难以体会到蕴含在这些事物中的创新精神。其实要稍微留神,就会发现我们生活的环境并不是像原来想象的那样理所当然,每件事物都包含着人类的智慧和创新。

  也许的确是在科研当中才会更多地体会到创造带来的快乐。作为理科的研究生,所从事的工作必然要求我们具备更多的创新精神和创造才能。在我从事科研工作的这两年多的时间里,对创造的过程以及其中的艰辛总算有了一个大概的了解。

  我于2002年10月份拿到了力学和机械工程系流体力学专业的保送研究生名额,之后便加入了计算流体力学实验室,开始了本科毕业论文的写作。初入实验室的我对科研工作可以说是一无所知,更别提什么创造了。可是当时有一种“初生牛犊不怕虎”的精神,自认为自己的基础还算扎实,因此倒是没有产生对科研的恐惧感,而是满怀信心的开始了自己的工作。刚开始,导师并没有给我指定本科论文的题目,仅仅告诉我以后研究的方向是湍流。稍具科学常识的人都知道,湍流是经典物理当中至今为止还没有被彻底解决的最后一道难题,科学家们为此努力了一百多年,但是目前仍看不到被完全解决的希望,因此这是一个范围很广而且很有挑战性的课题。当时我对这个课题非常陌生,完全不知该从何处入手。通过跟一位师姐的讨论,决定还是从读程序开始,因为毕竟我们组的主要工作还是用数值计算的方法研究流体力学问题。恰好师姐有一个正在修改的计算湍流的程序,一直苦于找不到其中的错误,于是就把查错的任务交给了我。之前学习计算机课程的时候,我已略知编程的烦琐,对修改程序的困难也有思想准备,但是当我拿到程序的时候还是不禁倒吸了一口冷气——没想到一个功能并不怎么强大的程序竟然也有一万多行,而且没有任何程序说明。看来要做好长期战斗的准备了。因为我还没有学过计算流体力学方面的课程,所以首先必须阅读与算法有关的英文文献。在经历了与专业单词的“殊死搏斗”之后,终于对算法有了大概的了解。接下来便是枯燥的程序修改工作,为了确保万无一失,必须逐行阅读,确保每一条语句的正确。功夫不负有心人,经过两个多月的辛苦工作,我终于找到了程序的错误并完成了程序的修改工作,得到了正确的计算结果。不仅如此,在导师的建议下,我又对程序进行了改进,使其具有了更高的精度。初入此道的我总算尝到了一点成功的喜悦。

  这段时间的工作没有任何创新之处,却使我对计算流体力学有了一个初步的了解。然而这仅仅只是开始,因为程序只是研究具体物理问题的工具,修改程序的工作并不足以写一篇本科毕业论文。要想顺利毕业,还必须选择具体的物理问题进行研究。当时我对流体力学的研究现状知之甚少,根本无法自己选择题目。后来从导师那里得知,现在研究比较多的是湍流控制,特别是湍流减阻。自然界中湍流广泛存在,一般来说,湍流往往会产生较大的阻力。流动减阻对于节约能源、提高效率有重要意义,可以带来相当大的经济效益。不仅如此,该课题还具有重要的理论意义。当时我们组还没有这方面的研究经验,一切都要从零开始。为了了解别人在这方面所做的工作,我开始阅读大量的文献。虽然有很多文献不容易被看懂,阅读文献还是让我开了眼界。没想到仅仅为了一个减阻的目的,科学家竟然能够提出那么多的技术。反向控制、最优控制、次优控制、神经网络控制、涡流控制、行波控制,诸如此类的新概念一个接一个的在我脑海中由陌生变为熟悉。尽管科学家们已经提出了这么多的控制方法,让我独自提出自己的可行方法却不是一件容易的事情。每当我读完一篇文献,新的想法都会在我脑中闪现,然而论证以后却证明几乎所有的想法都是不可行的。看来要提出自己的观点,特别是具有创造性的想法比我想象的要难得多。整个调研工作持续了好几个月,眼见只剩两个月就到毕业答辩的时间了,而我还没有定下毕业论文的题目,我不禁为此感到烦躁起来,压力也越来越大。

  很多时候事物的发展总是让人难以预料。过多的压力反而让我开始放纵自己,我开始借上网、看电影来缓解自己的压力。没想到的是,我正是在看电影的过程中得到了灵感。当时正在看《DISCOVERY》系列中有关动物的一集,里面有一幅画面吸引了我:茫茫的大草原上,大风吹过,激起了层层波纹。我马上联想到了正在做的工作,如果在物理的表面上施加类似的波状运动,是否会产生减阻的效果呢?通过前段时间的调研,我已知道振荡物体表面有减阻的作用。直觉告诉我,如果引入波状振荡,很可能也有减阻的效果。而且我已经熟悉了一套计算湍流的程序,可以采用数值模拟的方法来验证我的猜想,看来以前的工作并没有白废。我把这个想法告诉了导师,他也很支持。于是我就开始着手这个问题的数值模拟工作。有了好的想法和前面打下的基础,以后的工作也就非常顺利,仅仅用了一个月的时间我就完成了这个问题的计算。更让人振奋的是,计算结果的确证实了我的猜想,采用波状振荡的方法果然使壁面阻力有了大幅的减少。采用这些结果,在剩下的时间里我顺利完成了毕业论文的写作。这篇论文得到了答辩老师的一致好评,并被评为当年的校优秀论文。

  (作者:高鹏 中科大力学和机械工程系2003级硕士研究生)

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