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在科学面前，像小孩子一样玩耍: josh 2010-12-14 10:07; 1 Feynman 大概已经成了物理学玩童的代名词。相信很多人像我一样，都是因为 Feynman 的传记而喜欢上了他，进而喜欢上了科学研究。 Feynman 的同事 Leonard Mlodinow 把他们两人在 Caltech 共事的岁月写成了比小说还吸引人的 Feynman s Rainbow 。这本书特殊之处在于，其中的很多对话不是基于回忆，而被 Leonard Mlodinow 用录音机录了下来。在这些对话中， Feynman ，这个 argubaly 最会玩的物理学家，多次强调了在科学研究中玩的重要性： 2 玩耍是创造中很重要一部分，至少对一些科学家来说是如此，年纪愈大，愈难这样，你会渐渐觉得好玩的东西越来越少。当然你不该这样的。我有很多好玩的数学方面的问题，我常常在这类小世界中玩耍和工作，你知道 1 ， 2 ， 3...n 阶导数，但什么是半阶（ 0.5 阶）导函数？做两次得到 1 阶导数，当时只是定义它，不会算，后来才知道这是求解方程的数值运算。另一个非常有趣和好玩的问题，如果我能以某种方式改变自然，改变一条物理定律，那么会发生什么事？我试着这么做过一次，我想知道如果这个空间是二纬，而非三维的话物理学会是什么样，结果我发现许多非常有趣的现象，比如原子的行为（如他们的光谱线）。我把他们全记在笔记本里，这么做我感到很开心。我还觉得做另一件事很有趣，那就是假设有两个时间维，有两个空间维和两个时间维，有两个时间维的世界会是什么样子？我儿子和我曾在沙滩上讨论过很久，他的几何想象力很丰富，为了方便想象他做了一个模型，所以我们可以设想这样的世界会是什么模样。我们可以想象和提出问题，例如会发生什么事之类的，当我无事可做时也瞒爱玩这个游戏。 3 抛开其中的物理学不谈， Feynman 的谈话中满是好玩、游戏、开心、有趣、玩耍等字眼，而没有出现重要、美、有价值、解决了某类问题等，但是谁又能说 Feynman 的研究不重要、不美、没有价值呢？也许好玩也是通向重要、美、有价值、解决了某类问题的科学研究的一条路。也许，我们不应该太功利，要求任何研究都有社会价值、经济效益、战略需求，纳入到某某计划、国家需要，而应该给那些看似没价值、却很有意思的研究一些空间。也许，我们每个人都该扪心自问：我觉得科学研究好玩吗？也许，在科学研究面前，在自然、客观规律面前，我们都是小孩子。那为什么不像小孩子一样玩耍呢？; 个人分类: 儒释道|8747 次阅读|11 个评论

[转载]费曼的彩虹: hep 2010-4-23 09:59; 按：其实费曼这种主动追求的境界，才是真正搞科研的境界 -------------------- 在见着费曼之前，曼罗迪诺觉得自己的生活陷入了泥沼。那是1981年，博士刚毕业的曼罗迪诺，因为一篇探讨无限维的量子理论的物理学论文，被加州理工学院聘为教员。这所优美、宁静，有着地中海式的低矮建筑、整齐的草坪和灰色橄榄树的高校，拥有20名诺贝尔奖得主和一批全球最为知名的学术精英。曼罗迪诺无心观看风景。刚到加州理工的两个月里，他经常瞪着期刊看上半天，却找不到任何灵感，去参加研讨会，总是打瞌睡。他看不到自己的未来，只得将大把时间用来看肥皂剧，和一些终日吸食大麻的邻居厮混。他甚至突然间意识到，为什么加州理工的自杀率在美国各大院校中名列前茅。其实，曼罗迪诺也在努力把自己从泥沼里拔出来。虽然对学术研究兴趣不大，但他对写作充满了热情，然而，背负着天才物理学家的光环和周边人的期望，他不敢轻易地叩响写作之门。唯一幸运的事情是，他的办公室和物理学家费曼在同一条走廊上。费曼，以量子动力学说获得1965年的诺贝尔物理学奖。在1986年挑战者号航天飞机失事原因调查委员会上，他把一个O形环（航天飞机推进器上使用的橡皮环）浸在冰水里，证明它变得易碎，由此解开了失事的谜团。此后，他被媒体评价为一个以常识击败电脑模型、以洞察力超越方程式的伟大天才。在科学界外，费曼一样为广大公众所津津乐道。他爱好玩鼓，一部由他用鼓声伴奏的芭蕾舞，获全美舞蹈设计竞赛的大奖。他偶尔得到了一本玛雅人的手抄本，用了 3个月破译了其中的秘密，成为玛雅天文学史专家。后来，他又开始学画画，竟成功举办了个人画展，并以高价卖出了自己的作品。但此时的费曼，已经到了癌症晚期，动过多次手术。这个步伐无精打采的老头儿，看起来像一个退休的计程车司机，已嗅不出一丝伟大的味道。在费曼的办公室里，一老一少开始了断断续续近一年的对话。这个充满智慧却来日无多的长者，会给这个失去方向的年轻人什么样的建议？我是否具备成为一名科学家所需要的资质？曼罗迪诺曾这么怀疑自己。别把科学家想得那么特别。费曼回答道，其实我们所做的事再平凡不过，唯一不寻常的是，科学家做一件事的频率非常密集，以至于多年来，在某一个特定的主题上所获得的经验都会累积起来。那么，解决一个问题，需要哪些条件？其实这很简单，靠的全是想象力和坚持。你必须说服自己，这么努力是值得的，你一定会有成果。这有点像在欺骗自己。可什么才是值得做的？是研究某种理论？还是窝在某个地方，比如加州理工？对我来说，物理学比世界上任何东西都来得有趣。否则我不会一辈子都在研究它。可我觉得写作很有趣一旦你把别人的期许所造成的负担抛开，你才可以看出自己热爱的究竟是什么追随自己的内心声音，才会真正体会到生命的乐趣与意义。在长达一年的谈话中，费曼从未给曼罗迪诺确切的答案，也从未给他指明过什么道路。两人不停地发问，不停地思考，这一老一少生命轨迹的交集，从对话开始，以对话结束。那是1982年一个雨后的黄昏，费曼站在物理系大楼边，凝视着一道彩虹。你知道是谁解释出彩虹的由来吗？曼罗迪诺靠近费曼，跟他一起注视那道彩虹，问道。笛卡儿。他轻声回答。过了一会儿，他直视着曼罗迪诺：你觉得是彩虹的哪一个特色，让笛卡儿产生作数学分析的灵感？我不知道。我会说，他的灵感来自他认为彩虹很美。他笑了，记住，无论你做什么，都应该是很有趣的。那一年，曼罗迪诺终于下定决心离开加州理工学院，去从事他觉得真正有趣的工作。从那以后，除了在电视上，他再也没有见过费曼。如今，他已经成为好莱坞最为优秀的电视剧作家之一，他的作品《星舰迷航记》，被誉为科幻电视剧中的经典。 2006年的一天，曼罗迪诺在家中无意间发现了一盘旧录音带，里面录下的正是20年前他和费曼的对话。于是，他把这段尘封多年，几乎被人遗忘的往事撰稿成书，命名为《费曼的彩虹》。在这本书的后序中，曼罗迪诺这样写道：每次，当我看到人们的梦想轻易遭到摒弃时，我总是会想到费曼。这个有趣的老头儿至少教会了我一件事：请忠实于我们真正的梦想。《费曼的彩虹：物理大师的最后24堂课》［美］里昂纳德曼罗迪诺著陈雅云译陕西师范大学出版社出版; 个人分类: 物理相关|2487 次阅读|1 个评论

《费曼的彩虹》与分数阶PID控制: josh 2009-7-30 23:08; 大四确定自己被上海交大自动化系控制理论与控制工程专业录取之后，一边做毕业设计，一边想着如何找到一个好导师。我当时是抱着做理论的想法找导师的，所以便一直在琢磨如何才能引起做理论的老师们的兴趣。其实之前我在做理论和做工程二者之间犹豫了一段时间，那个时候便通过写日志的方式来分析自己。在迷茫中不知不觉地写了几篇“控制小故事”，关于小时候玩“倒立鸡毛掸子”，小学物理书上记忆犹新的“自动水位保持装置”，在电视上看的“植物土壤湿度自动保持器”，还有自己对“预测控制”与小时侯玩的“瓷砖游戏”的比较，自己结合经验对“模糊控制与专家系统”的理解，对“旋转与稳定性的”初探，火柴盒博弈模型与其可能在控制中的应用，用平衡方法代替pid，还有关于中科院郭雷老师一次演讲的理解，费曼与pid控制。在构思这些小故事的过程中我逐渐发现自己还是喜欢和适合做理论。再加上我的本科毕业设计是神经网络的应用，我对其中的应用部分不感兴趣，却被神经网络的结构和学习功能的原理着迷。于是我决定做理论，同时把这些小故事加上自己的简历发给一些我感兴趣的做理论的老师。至今我的邮箱里还存着那些邮件的附件，现在再看的话觉的写得不成样子，同时惊叹于自己当时脸皮之厚。有几个老师回邮件对我表示鼓励，其中一个现在跟我一个实验室（非导师），让我深受鼓舞。大部分老师都没有回，但不管怎么样，最终结果非常之好。选导师的事情圆满结束之后，控制小故事的往事也逐渐被研一的紧张所淹没。直到最近，我在IEEE Transactions on AC上发现了一篇关于分数阶PID的文章。我当时关于“费曼与pid”的文章是这样写的：原文（未删改版）费曼与玩耍费曼在“费曼的彩虹”中告诫：“玩耍是创造中很重要一部分，至少对一些科学家来说是如此，年纪愈大，愈难这样，你会渐渐觉得好玩的东西越来越少。当然你不该这样的。我有很多好玩的数学方面的问题，我常常着这类小世界中玩耍和工作，你知道1，2，3......n阶导数，但什么是半阶（0.5阶）导函数？做两次0.5得到1阶导数，当时只是定义它，不会算，后来才知道这是求解方程的数值运算。” 按照费曼“好玩”的说法，在纯数学含义层面来“玩耍”：pid是比例加一阶积分加一阶微分。如果加入1，2，3……n阶微分会如何？1，2，3……n重积分呢？半（0.5）阶导数？1.7阶导数呢？半重积分呢？…… 他又说：“另一个非常有趣和好玩的问题，如果我能以某种方式改变自然，改变一条物理定律，那么会发生什么事？我试着这么做过一次，我想知道如果这个空间是二纬，而非三维的话物理学会是什么样，结果我发现许多非常有趣的现象，比如原子的行为（如他们的光谱线）。我把他们全记在笔记本里，这么做我感到很开心。我还觉得做另一件事很有趣，那就是假设有两个时间维，有两个空间维和两个时间维，有两个时间维的世界会是什么样子？我儿子和我曾在沙滩上讨论过很久，他的几何想象力很丰富，为了方便想象他做了一个模型，所以我们可以设想这样的世界会是什么模样。我们可以想象和提出问题，例如会发生什么事之类的，当我无事可做时也瞒爱玩这个游戏。” 关于pid也有非常有趣和好玩的问题，对pid三者之中的任一环节都可改变一些：非线性，滤波，处理系统滞后，模糊化，专家系统化……而三者的关系又有很多如果：各种整定方法，神经网络……我们可以改变一点，看看得到了什么。费曼接着说：“我们一直在做这样的事：先问如果的话怎么办？然后开始研究结果。但你可以改变的事物实在太多，所以除非你有足够充分地理由，否则最好别改变。要找到正确的改变需要想象力，因为即使只做一些简单的改变，事实上也会出现无限多的改变方式。这会让你很难选择出正确的那个.” 我知道自己现在没有能力辨别出这些单纯的想法中哪个是有价值的。但我将用费曼的话不断激励自己。 IEEE TAC上那篇文章还有IEEE＋IFAC六journal上最近5年内有好几篇都是关于分数阶的PID。要是一年前，我早兴奋地把那些文章都看完了。但我现在却看不下去，因为我总觉得这是控制理论走向“巴洛克风格”的一个标志。毕竟自己现在还没看那些文章，所以以上观点很可能是错的，而我则有可能“失去了玩耍的能力”。不过，这确实是个有趣的经历。; 个人分类: Engineering Cybernetics|1352 次阅读|1 个评论

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