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石头专访 | 解构地球:冷伟老师“痛并快乐”的科研路

石头专访 | 解构地球:冷伟老师“痛并快乐”的科研路
2021年04月25日 20:14 新浪网 作者 石头科普工作室

  冷伟,中国科学技术大学地空学院教授。1998-2005年在中国科学技术大学获得学士和硕士学位,2005-2010年在美国科罗拉多大学博得分校获得博士学位,2010-2012年在美国加州理工学院从事博士后研究工作,获O.K. Earl荣誉博士后称号。2012年受聘中国科学技术大学教授。主要从事行星地幔热柱动力学,板块构造起源与演化,以及大尺度地幔对流等相关研究。

  主要成果包括: (1)对热柱在地幔上升过程中的能量传输,形态变化和对地表的地形及热流的影响给出了新的认识和模型; (2) 发现了板块俯冲的起源过程的典型演化方式,发现初始化过程的产生受板块强度和上覆板块地壳结构所控制。已发表国际一流SCI论文30多篇,SCI 他引600多次,获优青项目资助,获傅承义青年科技奖。

  地球动力学课题组

  人生是一个痛苦的过程,

  找到喜欢的事情去做,

  才是一件幸福的事情。

  /冷伟老师专访

  深入科研,探索源头

  自魏格纳提出大陆漂移起始,板块运动学说便成为地球科学领域解释大陆与海洋分布形态的重要理论。然而这一理论也带来了许多问题:板块运动的驱动力是什么?导致运动的热源是什么?长久以来地球为何能保持活跃?这些便是地球动力学领域的基础问题。

  采访一开始,冷伟老师便针对我们对他研究领域的疑惑娓娓道来。

  地球动力学是一门复杂的交叉性学科,其研究涉及从地球表面至核幔边界接近三千公里的庞大区域内整体的运动状态,研究者们寻求其背后的动力学原因及会造成的动力学后果,通过地表的观测来约束这种运动,进而建立起能够解释地球内部运动状态的模型。

  冷伟老师的研究主要集中在俯冲板片和地幔热柱两个区域,这两个方面对于理解地球内部运动状态至关重要,它们都提供了地幔对流的重要驱动力。经历大陆漂移、海底扩张等过程,地表的板块最终会通过俯冲循环进入地球内部;而随着地幔底部被高温的地核加热,部分物质逐渐上浮,则形成可以直达地表的地幔柱。

  冷板块俯冲与地幔热柱上浮,两个过程的动力学特征会强烈影响地球内部演化和地表状态,它们共同起到了使得地球逐步冷却的作用,整体上使得地球内部成为一个活跃的整体。“相对于火星、金星等已经不再活跃的星体,为何地球至今仍保持着源源不断的活力、存在着板块运动呢?”我们不禁好奇。面对地球的这一独特性,冷伟老师毫不讳言这是一个棘手的问题,“还是需要继续通过星体间的对比来进行研究,这也是我很感兴趣的内容。”

  就是这样一个庞大而宏伟的研究领域,引导着冷伟老师走向了无限探索的科研之路。

  冷伟老师(左下)与学生们合影

    “痛苦”却沉浸的科研路  

  1998年,刚通过高考进入大学校园的冷伟老师误打误撞进入了地球物理专业,报志愿时,这个专业被他排在计算机专业之后。起初只是抱着试试的心态读,时间久了,却发现自己能够把专业学的不错,于是学习地球物理成为一个享受,从了解到接受再到热爱,总有一个过程。

  更为惊喜的是,地球动力学这个方向,使得冷伟老师计算机这一爱好有了用武之地。地球动力学研究所遵循的基本方程即物理学领域的质量守恒、动量守恒和能量守恒等三大方程,传统的解析方法就是根据受力和变形建立理论方程。但伴随学科的发展,解析方法能够解决的问题已寥寥无几,现今则更多是使用计算机模拟等方法对参数进行假设,同时求取其数值解,构建符合物理方程及地表观测的动力学模型,来对动力学现象进行解释。辅修过计算机的冷伟老师,似乎找到了一条融会贯通的道路。

  在科大读完本硕之后,冷伟老师选择到国外继续攻读地球动力学方向的博士学位。问及这段经历时,冷伟老师回想起不少趣事,那时的常态就是在下午一两点钟开始调程序,因为特别想把问题搞明白,总感觉时间哗的一下就跑到九点十点,再买点东西吃然后睡觉,第二天再早起工作。“做感兴趣的事情,进入了这种状态是非常好的感觉。”这种以爱好为源头的“自驱力”,总是带动冷伟老师自主去完成自己的科研工作,而不需要他人的敦促。

  科研就像登山,翻过一座高峰,还有更多待我们攀登。“科学不容易”,冷伟老师坦言,“科学一直在探索未知问题的答案,总要不断尝试、不停受挫,开始时科研真的是痛苦的,需要不断去越过,后来慢慢就好了,因为后面经历困难的方式都类似。” 每当遇到挫折的时刻,“百折不挠”的品质能带来承受压力的乐观与勇气。

  攀登山峰的冷伟老师

   技能与理念并行  

  这个春季学期,冷伟老师同时教授着研究生的《地球动力学》与本科生的通识课《宇宙宜居性:行星揭秘》两门课程,面对不同的教学对象,他尝试在课堂中传达不同的东西。

  《地球动力学》的课上,冷伟老师更注重技能的培养。他每周专门预留出一节课的时间让学生讲报告和交流提问,“这个非常重要,你必须得能够在有限的时间内把你做的东西重要性、必要性非常清楚的讲给你的观众。如果观众听不懂,绝对不是他们的问题,而是你报告的问题。”掌握好这项技能的唯一途径只有多加练习。“另外还有沟通问题,怎样让团队成员按照一个合理的想法一起向前走,用对力气,如何学会领导一个团队而非仅仅成为团队骨干,这都是很重要的技能,从本科阶段就应该加以重视。”

  而在面向本科生的通识课《宇宙宜居性:行星揭秘》上,冷伟老师则尝试着讲更多有趣的知识,让学生明白一个理念:有趣的东西不一定有用,要能够尝试着去热爱所做的事情。冷伟老师提到了诺贝尔物理学奖获得者朱棣文所说的一句话:“生命太短暂,所以不能空手走过,你必须对某样东西倾注深情。”当今社会竞争压力很大,但很多时候都是人类的自我逼迫与束缚。“人生是一个痛苦的过程,找到喜欢的事情去做,才是一件幸福的事情。”热爱才有可能做到极致,找到热爱的事情认真去做,其余的结果都是顺其自然的。听着冷伟老师充满热情的话语,我们似乎明白了他能够获得现在成就的原因。

  给同学们的建议

  01

  对于本科生选择专业方向的问题

  冷伟老师认为,选择研究方向前应该对各方向的内容有所了解,根据自己的兴趣,每个方向找几位老师聊一聊,深入了解一点,知道在这个过程中会学到哪些东西,将会使用什么方法,可能会解决什么问题,了解后再根据自己的目的进行选择,而最终能否有所成就,其实和最初的选择关系不大,更重要的是自我激励、持之以恒。

  02

  面对当前社会极度“内卷”的问题

  冷伟老师希望同学们能够淡化对考核标准的重视,把更多时间用来做自己感兴趣的事情、能够对自己的能力产生深远影响的事情,这些事情将会对人生产生更大的助益。

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地球科研
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