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。
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。
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
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。
本文选自《物理》2020年第3期