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万字长文:上海交大校友、宾大直博博士细说五年读博经历

机器之心Pro

2022-08-11 18:40北京

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来源:知乎

作者:Zhenbang Dai

一个「别人家的孩子」,读博时却被导师严厉批评:「你有认真地思考吗?」「你进组已经半年了,你学到了什么东西?」伴随着这种压力,他顺利完成了自己的博士论文,并收获了导师的赞许。在这篇长文中,本科上海交大的宾夕法尼亚大学博士Zhenbang Dai介绍了自己五年的读博经历,希望让人们了解到博士生们的工作是什么样子的,从而对博士生们多一份理解,也希望给即将或正在读博的同学一些鼓励或安慰,让他们能够更理智地看待读博并制定相应的计划。

前言

2022 年 7 月 29 日,在跟我的导师 Andrew 和组里的其他人道别后,我在宾大博士生的生活就正式结束了。回想五年前刚刚进组时的一次组会上,Andrew 在得知一个马上要毕业的师姐差点没有按时提交毕业论文后,对组里其他高年级的博士生说:

“一定要在答辩前一个星期把论文提交,知道了吗 Rob,Tian?”,

说着便看向了我的师兄 Rob 和 Tian,然后又突然看向了才一年级的我,

“知道了吗 Zhenbang?”。

大家都笑了,因为知道 Andrew 在开玩笑,他完全没有必要对一个才刚进组的人提醒他五六年后要注意的事。现在看起来,感觉这件事就发生在前几天,仿佛五年在一转眼间就过去了。但是五年真的是很长的时间,中间经历了太多事情,我的人生也发生了或大或小的变化,如果不在刚刚毕业时记录下来,过了几年后或许真的会忘记里面经历过的快乐和辛酸。这也是我在很多年没有用中文写作过后,想写下这篇文章的初衷。

另外一个想要记录自己博士生活的原因是因为,我发现很多人,包括我的父母和很多朋友,都对读博只有十分抽象的认识。人们往往会认为读博的重点在于“读”,是去接受一个更高程度的教育,因此读博的过程无外乎是单纯以一个学生的身份去读更难的书,学习更艰深的知识。但事实上,从一般的博士培养项目上来看,学习现有的知识往往只占四到六年读博时间的 25%,更多时间,博士生们则是坐在办公室或者实验室里,埋头苦想来发现或者发明人类不曾知道的知识以及技能,从而扩充人类社会现有的知识储备。这个过程并不是课堂上的一对多的传授过程,而是充满了讨论和高强度思考以及各种失败的尝试。在这种程度上,读博更像是一份工作,一份对脑力,体力和耐力都极具考验性的工作。

相比较起来大学本科或者硕士研究生,博士生们的年龄一般相对比较大,而同年龄段的人往往都开始进入社会中的各行各业,需要开始面对社会和家庭的各种期待。但是,博士生们面对的工作往往对人的要求都很高,而且因为是脑力工作的缘故,即使在离开办公场所后,也很难停止思考。所以,当工作和生活很难分开时,如何管理好自己的个人和社会生活就变得十分有挑战性。我是属于那种一直试图将工作和生活分隔开,但是尝试了五年后,由于各种原因只能说是成功了一半。这种期待和现实有出入的情况就会让自己对自己的生活不是很满意。因此,我也希望能通过这个回忆录,让人们了解到博士生们的工作是什么样子的,从而对博士生们多一份理解

记得自己在博士二年级最痛苦的时候,读到了 Philip Guo 写的 The Ph.D. Grind,里面是他对自己读博过程的回忆。那本书的前几章里他写了自己在斯坦福读博时头两年时的经历,当然其中很多都是挫折。当我发现自己当时所经历的困难其他人也都或多或少经历过时,内心也多少有一些释然,感觉自己并不是孤独的。同时,我也有些后悔没有在读博前读到这本书,因为如果能够提早了解到这些所要经历的痛苦的话,自己或许能提早调整心理期待,甚至调整读博的计划。所以,我也希望自己正在写的这篇文章能够帮助学弟学妹们更了解博士生的生活,给他们一些鼓励或者安慰,让他们能够更理智的看待读博并制定相应的计划

读博前(2017 之前)

科研经历

在读博前,我多少对博士有一些朦朦胧胧的概念。在本科时,自己听到的关于博士生的评论最多的就是压力大,但对于什么是读博压力,也没有更具体的认识。因为我接触过的博士生们看起来都挺正常的,所以 “压力大” 对我来说,只是贴在博士生身上的一个标签而已,并不代表任何具体的含义。

但是,这也不意味着我没有任何准备就去申请了博士项目。我本科是在上海交通大学学的材料科学与工程专业,在大一大二时,我就和几个同学一起做过一个偏生物材料的研究课题。

当时的工作是合成纳米探针,用来探测人体内的各种组织或者癌细胞来达到诊疗的效果。虽然这个概念听着十分的高大上,但是日常的工作却十分枯燥,基本是在调配试剂、等待化学反应完成、和洗试剂瓶这几项工作中循环。设计实验这种最需要脑力活动的过程基本就被带我们的博士生师姐们承包了,这也可以理解,因为才大二的我们相关的知识了解的太少了,而平时繁忙的课业和社团活动也不允许我们大量阅读相关文献来积累经验。所以,在最后看不太到实验的进展,也不理解自己的实验设计的情况下,我们的这个项目草草结了题,这段科研经历也没有给我留下特别好的印象。只不过当时我的生活重心并不是做研究,而是丰富多彩的大学生活,所以,即使这个项目最后没有成功,它也没有让我对科研有特别坏的印象,毕竟,它对我并不重要。

经常逛知乎的人应该知道材料科学与工程是人们口中的天坑专业,因为如果只是单单有本科或者硕士学历的话,那么我们很难学到一个专业技能可以让我们找到专业对口的工作。所以,在大二下学期开始认真考虑本科毕业后的去向时,读博便成了一个看起来十分合理的选项,只不过我也没有放弃直接找工作的可能性。

第一段不成功的科研经历并没有阻碍我去开始下一段科研经历。相反,这一次我想找一些更偏于应用的研究方向。我看上了当时很火的 3D 打印,想着即使读不了博士,至少也能学一门时髦的手艺来找工作。所以,我翻阅了我们学院老师的名录,找到了一个自称做 3D 打印的教授。我已经不记得和他有没有面谈过,但是我很快就了解到他当时已经因为一些困难不做 3D 打印了,他的工作还是更多侧重在他的本行,用激光来焊接金属或者改良金属表面的性能。我也许是看在这是一门和应用十分相关的专业,就最终决定还是在这个组待下来,即使我对这个方向并没有特别的感兴趣。

现在看来,我当时做了一个十分错误的决定,因为这一段科研经历和第一段如出一辙,自己也就是做一些打杂的工作,甚至是纯体力活,真的需要动脑筋的地方还是都被博士师兄们做了,有技术含量的操作步骤,比如操作巨大的激光焊接仪,我也因为安全问题而不被允许操作。虽然浑浑噩噩待了一年,最后有三篇论文挂了我的名字,但我并没有感觉这段经历很有意义。所以,在大三快要结束时,我真的开始认真思考我到底喜欢做什么样的研究,什么样的课题能够真正让我感兴趣。

我从小看一些科普读物时就会被吓到,因为里面讲的一些大的时间尺度的东西,比如行星的诞生毁灭之类的事,都会把我吓得睡不着觉。不过往往我能及时调整过来,因为我知道这些事情在我有生之年大概率根本不会发生。但是,有一件事却一直让杞人忧天的我十分担心,那就是能源危机,因为用尽传统能源是可能在我有生之年发生的事。所以,在意识到自己内心的这层恐惧后,我想也许能源方面的研究可能是我真正所感兴趣的。而当时为了能够申请出国读博,我们喜欢在大三暑假时在国外做一段研究,从而获得国外教授的推荐信。于是,我开始找国外的研究太阳能电池的课题组。

我当时在四月份开始找的,已经算比较晚的了,所以并没有美国的教授愿意收我。但所幸的是,我联系到了新加坡的一位老师,她的研究方向之一就是研究钙钛矿光学器件。也许自己真的是对这方面感兴趣,也可能是因为大三结束后课业压力已经小了很多,当时的我在了解这个领域时格外上心,读了许多相关的文章,也参与了一些实验设计。虽然最后实验结果也并不是很理想,但是这段研究经历却是第一次给我留下了正面的印象。从新加坡回来后,我果断退出了我的激光研究,并加入了交大一个做钙钛矿太阳能电池的组来做我的毕业设计。即使到我最后毕业时都没有什么真正的产出,但是至少在茫茫的研究方向中,我发现了一些我确实感兴趣的方向。

出国申请

真正开始操作留学申请是在大四上学期开始的,当时完成了各种语言考试(这是另一段十分痛苦的经历,比如说我托福考了三次才上 100,中间还差点抑郁),就开始了俗称 “套磁” 的过程,也就是给感兴趣的导师们发邮件,问他们有没有招新学生的计划。因为美国的科研资源确实比较丰富,而且我当时的女朋友(也就是现在的老婆)也考虑去美国,所以我只考虑申请美国的学校。

我的计划是联系一些做太阳能电池实验的课题组,因为他们和我最近的研究经验和兴趣相符。不过其实我也有一些担心,因为我发现我做实验的天赋并不是很高,比如说我的手在滴试剂时会抖,这就导致我制作出来的一些器件质量并不是很高。当时我觉得这些应该都是小问题,手抖可能只是紧张,可以通过练习来改善,但为了碰碰运气,我也时不时联系了一些做理论的教授,他们用理论或者计算机来探究钙钛矿的原理。现在看来,当时幸好联系了这些做理论的老师,因为最后只有他们能确定给我发 offer。

我最开始联系 Andrew 就是看到了他网站上的研究方向里有关于钙钛矿太阳能电池的,所以就给他和他组里的学生发了邮件。一开始 Andrew 并没有回,但他的学生们(比如 Rob)倒是基本都回了,其中有一个中国学长 Lai 告诉我他已经毕业了,但是跟我说可以把我邮件转发给 Andrew。当时我觉得这真是个好心的学长,并向他表示了感谢。然后一两个月就过去了,我也没有对 Andrew 太关注,因为我的申请重心还是实验组。直到 2016 年的十二月份时,我突然收到了 Andrew 的邮件,里面说他明天就要到上海交大访问并做一个报告,如果感兴趣的话可以当面聊一聊。我看到这封邮件后一个激灵,因为我女朋友当时已经收到了宾大的 offer,而我还颗粒无收,所以我觉得,这是一个千载难逢的好机会。于是,我花了一晚上赶紧看了看 Andrew 组里最近发的文章,然后有模有样地准备了几个科学上的问题,准备到时候去问他。

第二天,一个上海大学的教授带着 Andrew 到了交大。因为他们对交大的校园并不是很熟悉,而离 Andrew 的演讲又还有一段时间,我就带着他们去了一家咖啡馆。在咖啡馆里买好咖啡坐下后,我就向 Andrew 问了一些关于 “体光伏体(Bulk Photovoltaic Effect)” 的问题,这是我前一天浏览他的网站时第一次听说的一个概念,感觉很有趣,但我确实又不是很懂,所以就向 Andrew 提出了一些疑问。Andrew 倒是很耐心的回答了我的问题,并且还在纸上写写画画来解释他说的话。虽然我最后还是听得一知半解,但是却留下了 “这个教授好像很厉害” 的样子。Andrew 看我对这个方向确实感兴趣,就告诉我说他两天后在上海大学还有一个专门讲体光伏的演讲,可以去听一下。我觉得如果我去听的话,可能会给他留下更好的印象,所以即使要坐两个小时的地铁,我还是带了点交大的纪念品,去上海大学参加了他的演讲,并且又提问了一些问题来表明我对他的研究真的很感兴趣。最后我问 Andrew,我可不可以去他的组里读博士,Andrew 说可以啊,但是我还有点疑虑。

“化学系申请的截止日期已经到了,我现在申请是不是太晚了?”

“哦这样啊,那你可以申请材料系,我在那里也有任职,然后我可以请他们把你的申请材料转移到化学系。”

虽然很吃惊还可以这样操作,但我确实这样做了,并且在一个月后的一个晚上收到了一个面试。面试很短,只有十分钟,并且只问了一些很宽泛的问题,并没有问与研究相关的问题。面试的最后,我问大概多久之后可以收到面试结果。面试官,也就是我之后一门专业课的老师,一副欲言又止的样子说道:

“Let’s say it will be very soon. (我只能告诉你会很快。)“。

就这样,在睡了一觉后,我收到了宾大化学系博士项目的 offer。

当时的我十分兴奋,感到一块悬了半年的石头落了地。我终于可以和女朋友一起去美国的同一所学校留学了,而不用经受未知的异地恋。到申请季的最后,我们也发现,宾大是唯一一个我们俩都收到 offer 的学校。所以,不管之后发生了什么,即使只因为这件事,Andrew 也是我的恩人。(当然后面我会提到,之后确实也发生了一些事,让我怀疑自己是不是还要坚持自己的想法。)

第一年(2017 夏天到 2018 夏天)

初来乍到

在收到 offer 后,大学最后的时光就几乎没有了任何压力。Andrew 知道我没有做理论研究的经验,可能也确实担心我的基础,便给我推荐了几本书和几篇论文让我提前做准备,并让我过一段时间后向他汇报学习的进展。当时我对他这么早的就开始对我提要求感到有些奇怪,但也没有多想,毕竟自己的理论基础确实薄弱,所以提早准备也不是坏事。总的而言,大四下学期过得相当轻松,在准备出国的各种手续时,一直期待自己在美国的生活。

2017 年 6 月 23 日,是我在交大的最后一天。虽然因为不能参加大学毕业典礼而感到十分遗憾,但是对新生活的兴奋还是很快就压过了遗憾。当时父母专门跑到上海来送我,在杭州读书的弟弟也来了上海,在浦东机场陪着我一起候机。虽然有很多不舍,但是在等了两个多小时后,分别的时候还是到了。分别的那一刻我是感到一些胆怯的,对未知的恐惧开始逐渐超过兴奋,并且有一种要跳脱舒适圈的痛感,同时对于要和父母分处两国而感到十分难受。在进入安检前和爸妈挥手告别时,我看到他们脸上是挂着笑容的。我不知道当时他们的内心是什么想法,不过我估计也是各种情绪混杂着的忐忑吧。但是,自从挥手告别并转身背对父母后,我的内心逐渐变得坚硬起来,那些莫名的恐惧也开始逐渐消失了:之后就要靠自己了。

在美国的第一站是在达拉斯转机,一下飞机,就赶紧给父母打了电话报平安,并开始四处觅食。长途飞机上的空气质量实在不好,导致我的鼻炎变得很严重,头特别痛,自然也就没胃口吃饭。所以转机时最想做的事就是吃点东西。但是刚到美国的我并不知道什么东西合胃口,所以就去了最安全的餐厅:麦当劳。就和很多第一次去美国的中国人一样,我只会用 this 和 that 来点餐,对服务员的问话也是有 80% 都听不懂。但好在最后还是成功点到了餐吃到了东西。

这算是我初尝了语言问题带来的困难,也许宾大也正是因为意识到多数国际学生的语言都过不了关,所以在正式上课之前,宾大会要求托福口语低于 28 分博士生参加为期两个月的免费语言项目来提高英语,而这也是我这么早来美国而参加不了大学毕业典礼的原因。虽然很多人对语言项目嗤之以鼻,觉得英语的提高还是要靠日积月累的对话,但是我是认为语言项目让我掌握了很多常用短语,对我以后听课或者当助教还是起到了很大的帮助。更重要的是,因为语言项目相对轻松,我和很多其他一起来宾大读博的中国同学经常约在一起探索费城,吃吃喝喝逛逛玩玩,日子还是过得十分开心。

上课

经过了两个月的语言项目后,我就正式开始了自己的博士生生涯。我们化学系的博士培养计划是第一年全职上课和做助教,之后就开始全职做研究。从我们同届的同学来看,大家的背景各不相同,大部分国际学生都是刚刚大学或者硕士毕业,专业基础相对牢固,而很多美国本地的学生则是有不少是工作之后再回到学校读博的,所以相对来说基础薄弱一些。上课的目的便是让大家尽量都处在同一起跑线上。与此同时,几乎所有美国的博士生项目都会把当助教作为毕业的要求之一,所以每个博士生都会至少教两门课。

我第一学期上的三门课是学校分配的,没有选择的余地,但都相对简单,难度来讲说是本科生级别的课应该都不过分,可能唯一难一些的量子力学也因为 Andrew 让我提前学了一些,因而没有感到很吃力。让我比较吃惊的反而是,原来大家的水平可以差这么多。和我一起上课的同学们属于化学系下面的 “物理化学” 分部,理应对理论知识的要求会比较高,但是很多人面对如此基础的课程时,仍然会抱怨课程难度高,甚至在期中考试时不及格。所以,我们这些自称基础比较好的人会首先满怀恶意地怀疑这些基础薄弱的同学是怎么被宾大录取的,但之后便会担心他们能否顺利毕业。几年后,我们的担心也确实部分成了真,因为确实有一个考试不及格的同学在努力了很久后选择了退学。总的来说,上课对我们这种在中国接受过理工科教育的人来说,不是负担,而是锦上添花的事。

真的让我比较有负担的事其实是做助教。其中,最让我担心的一点自然是语言问题。作为从小到大都生活在中国的人,虽然一直都在学校里学英语,但英语的听力和口语是绝对到不了应用水平的。即使考过了托福和 GRE,但是这些毕竟只是标准化的考试,而考试就一定会有一些应试技巧。虽说这些技巧对提高英语水平有一些帮助,但这些帮助十分有限,更何况我之前完全没有教课的经验,所以我在第一次上课前十分紧张。

不过,可能学院是为了照顾国际学生,我被安排成为了化学实验课的助教,需要做的是在每次实验之前向学生们讲授十分钟左右的实验流程和注意事项,接下来就是在实验室到处游荡,监督学生们的实验操作是否规范以及回答他们的问题。这样下来,因为语言问题而导致的心理压力会少了不少,甚至还会因为频繁的对话而提高口语水平。

但是,取而代之的是身体劳累,因为每一堂实验课都是三个小时,在实验室中没有坐下来的机会,要一直走动。所以,每次上完课,都会感觉自己被抽干了一样。另外,学生的作业也是我们助教来改,还要抽时间给他们答疑。所以,如果说自己上的课程占了我的一半时间的话,那么另外一半时间就完全被当助教给填满了。

在经历了第一学期的劳累后,博一下学期我就坚决要求不带实验课了。加上半年的锻炼,我对自己的英语水平更有了信心,所以这次我被分配当了一门入门化学课程的助教,虽然每堂课话说得多了些,但总归不用那么累了。

另外,不同于第一学期,我们有了选课的自由。所以这次我选了一些更有难度,但跟自己之后的研究更相关的课。让我印象深刻的一门课是物理系的“高级量子力学二”,它真的让我体会到了什么叫“学不懂”,跟我们化学系的量子力学课程比起来,难度真的是一个天上,一个地下。

好在勤能补拙,课上学不懂的话,课下就多花时间读老师推荐的阅读材料,虽然最后还是一知半解,但是大家好像也都是一知半解,所以最后考试时我在班里的排名也还可以,重新调整后的分数也能到 A。不过也正是这门课,我开始逐渐意识到物理系学的东西和做的研究跟化学系相比还是十分不一样,即使大家最后做的研究名义上都是理论研究,但是物理系研究的问题还是更根本一些。

继续做研究

虽然我们系的安排是第一年全职上课和当助教,但是 Andrew 显然有不一样的想法。在我刚到美国后,他就给我发邮件说希望和我见一面。在见面时,他说我现在就可以开始做一些研究,来熟悉一下研究环境。听到他这么说后,我突然开始感到有一些压力,感觉这个老师是不是把人抓得太紧了。但是当时的我也没什么选择,一则是因为自己确实没有做理论研究的经验,提前熟悉一下应该没坏处;二则我们当时还没有选定导师,而是在第一学期结束的时候再做选择,并且是双向选择,所以理论上是有选不到理想导师或者根本就选不到导师的可能性。就这样,在上语言项目以及接下来的一年里,我就在上课和当助教之余,便断断续续往 Andrew 组里的办公室跑,开始学习做一下研究。

实不相瞒,这种断续地做研究对我是一点帮助都没有,因为对我来说,想要理解和学会某个概念或者技术,是需要花整块的时间来集中学习的,碎片化的学习模式并不适用于我。并且由于迟迟看不到进步,反而会徒增焦虑,降低对自己能力的自信心。如果有哪一点好的话,那可能就是 Andrew 当时给我安排的项目中所研究的材料,跟我本科毕设时所研究的材料是同一种,所以对这种材料我已经有了不少了解。但是,做理论研究所需要的工具,像是 “密度泛函理论(Density functional theory)” 和一些可视化的软件,我是一窍不通。所以,Andrew 给我安排了一个当时只比我早进组一两个月的大学二年级的学生来教我这些软件。显然,他也并不是很懂自己在做什么,就更别指望我能从他那儿学到什么东西。总而言之,第一年的碎片化研究对我来说,与其说是研究,不如说是纯粹浪费时间。我之后也会对我的学弟学妹们说:“第一年就好好上课和当助教,完全不要担心研究的问题。磨刀不误砍柴工。”

这一年的研究虽然没有进展,但也算给我的研究之路开了一个头,并且由于我几乎每次组会都参加,再加上会时不时地出现在办公室进行无实物表演,所以最后选择导师时并没有费很多力气就进入了 Andrew 组里。当时很多人问我想不想去 Joe 的组里。Joe 是我们化学系里另外一个做理论研究的教授,很年轻,听说人很好,并且喜欢招学习成绩好的人。就是他教的我们第一学期的量子力学,而我在那门课上的成绩又很好,所以按理说如果我想去他的组,他大概率可能会收我。但是当时我对 Andrew 的印象还不错,而且因为是通过他的帮助我才能来宾大的,所以抱着一种报恩的心态,我毫不犹豫地选择了 Andrew 的组。虽然有时候会想,如果当时去了 Joe 的组里,我的博士生涯是不是会完全不一样,这篇文章写起来应该和现在也完全不同,但是现在看来,不管当时做了什么决定,我们都有能力把它变为最好的决定。

第二年(2018 夏天到 2019 夏天)

初尝科研艰辛

如果你让我选出博士五年,哪一年对我来说最困难,那么我几乎会毫不犹豫地告诉你是第二年。正是这一年,研究成了我生活的唯一重心,也让我切切实实体会到了做科研是一件十分困难的事。

第一年断断续续做的项目,因为几乎没有进展,我和 Andrew 都感觉已经没有继续做下去的必要了,所以 Andrew 开始给我安排了一个新的项目。

当时组里有一个十分厉害的博士后,叫 Liang,是一个新加坡人,曾经在 UC Berkeley 读的博士,来到 Andrew 组里后几乎成为最高产的博后。他其中的一个项目是研究 “杂化钙钛矿(hybrid perovskites)” 里分子朝向的分布。

这里为了能把故事讲清楚,我要稍微多讲一下这个材料。Liang 研究的材料是 “甲基胺碘化铅(MAPbI3)”,是杂化钙钛矿的一种,而它之所以被称之为“杂化” 钙钛矿,是因为它的整体结构满足这种八面体相连的钙钛矿结构(如下图所示),但是不同于传统的全部由无机元素构成的钙钛矿,这个结构里还会有一个有机分子。正是由于这种有机无机混合的特性,它才被称之为 “杂化” 钙钛矿。

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而人们一说到钙钛矿,往往指的只是这种八面体相连的结构,而不一定是由钙和钛组成的矿物质,像 Liang 研究的甲基胺碘化铅,就是由碘和铅组成的八面体。而 Liang 所关注的问题,就是在一块真实的包含了上亿个有机分子的甲基胺碘化铅材料里,这些分子它们朝向的分布是长什么样子的。他设计了一个模型,可以算出不同分子的朝向所对应的体系的总能量。这样,他就能算出总能量最低时的分子朝向是什么样子,也就是真实材料中分子的朝向。而 Andrew 给我分配的新的项目,就是运用同样的模型,来探究甲基胺氯化铅(MAPbCl3)中分子的朝向。

听起来很简单对不对?我只需要把碘换成氯,然后几乎完全重复 Liang 的工作就可以。我一开始也是这么认为的。但是里面有很多技术细节,对于之前没怎么做过类似研究的我来说,并不是那么容易能理解。简单来说,我花了很久来尝试理解并重复 Liang 的一些前期的步骤,虽然中间走了很多弯路,但是这一步算是比较成功。

可问题出现在了具体应用他的模型来研究甲基胺氯化铅这一步——我并不能得到一个符合预期的模型。尽管有很多尝试,但是就是没有办法得到和 Liang 一样效果的模型。我试图找过各种原因来解释,但是最后都没办法说服自己或者别人,因为这个体系太复杂了,自由度太高,很难找到某一个变量能够解释发现的问题。最后的最后,我甚至开始尝试用机器学习来做一个和 Liang 完全不同的模型,但是最后效果也不是很理想。如果这些都还算做研究时正常的挫折的话,那么和 Andrew 的交流则是让局面更加糟糕。

当然我们要理解 Andrew 已经当教授二三十年了,很多具体的研究工作他自己并不会做,而是交给自己的学生和博士后来做,所以他对研究的细节并不是很了解,只有一些宏观的想法。这也是为什么当我告诉 Andrew 我没法用 Liang 的模型来研究甲基胺氯化铅时,Andrew 并不理解为什么行不通,而是提出了各种天马行空的建议,并且当我提出这个项目可能就是行不通时,Andrew 并不接受,而是让我继续坚持尝试,但是又没有提出可以尝试的方向。这样的交流模式让我一度很迷惑其意义,让我觉得我并没有从我的导师那里学到什么东西来推进我的研究,并且由于我一直认为这种和 Andrew 的单独讨论需要向他展示项目好的进展,所以在一直没有进展的情况下,我会选择回避和他单独讨论。诚然,这种回避是最坏的一种选择,这也为之后埋下了定时炸弹

但这并不是我当时做的唯一的项目。就在这个项目开始后不久,Andrew 有一个以色列的合作者 Omer,他的组里的人测出了甲基胺碘化铅(MAPbI3)的“拉曼光谱”,希望我们能够帮忙解释为什么拉曼光谱长这个样子。我们并不需要知道拉曼光谱是什么来理解这个故事,我们只需要知道 Liang 曾经发过另外一篇文章,里面他就用一些方法可以通过理论来模拟真实材料的拉曼光谱,并且能够解释为什么光谱长这个样子。所以,就和我的上一个项目一样,我也开始重复 Liang 的方法来模拟甲基胺碘化铅的拉曼光谱。

但是这个时候,Liang 已经离开我们组,自己开始当教授了。所以,有些技术上的问题我没有办法直接问他,而且他之前自己做项目时的某一步用的软件和我现在用的软件并不一样,所以有些时候也没有办法直接参考他的意见。这样就导致了在某一步,有一个关键设定我设置错了,从而使得最后的结果变得十分奇怪。而当时的我既没有能力也没有经验来发现错误在哪里,于是,这个项目也是迟迟没有进展。就像我的第一个项目一样,因为没有进展,我也一直试图回避和 Andrew 讨论这个项目。

终于,在 2019 年的一月份,刚刚过完元旦,Andrew 把我叫到了他的办公室,让我跟他汇报我的项目的进展。在发现基本没有任何进展,并且发现了几处他觉得明显有问题的地方后,Andrew 爆发了:

你有认真地思考吗?“

“你已经把科研降级为只是盲目地向服务器提交任务算一些东西了!”

“你进组已经半年了,我的朋友!时间过得很快的!Liang 带了你那么久,你从 Liang 那里学到了什么东西?你什么都没学到!”

“我曾经给过你一个机会进入我的组里,”

说到这一句时,Andrew 突然停住了,估计他也意识到如果自己再说下去,就会说出类似要开除我之类的话了。接着他又说:

“这样吧,你这几天好好想一想,下周一你来告诉我你读博的 philosophy(哲学)是什么。”

当时的我听了这些话后,根本招架不住。要知道从小学到大学,我都是“别人家的孩子”,爸妈和老师都基本没批评过我,所以这么尖锐的批评,我还是第一次听到,而我的内心根本没有一个机制来处理这些批评。我开始认为 Andrew 是一个坏人,一个只知道找学生要成果,不能提供任何帮助,而且在得不到想要的成果就只会骂学生的人。我开始怀疑我进他的组里是不是一个正确的选择。如果更糟一点的话,那就是那个周末 Andrew 还邀请我们组的人去他家里做客,而我不知道我该以什么心态去参加。

那几天我想了很多,因为他的批评并没有指出哪里可以突破这些项目遇到的瓶颈,而我自然心绪很乱,更不可能知道项目该怎么继续做下去。所以,那时我开始认真考虑,也许自己并不适合读博,不如退学去读一个更容易找到工作的硕士。我甚至想过,反正我女朋友已经在美国找到工作了,我完全可以退学后在家里读一个网上的硕士项目,并且已经开始研究哪些网上项目比较好。但是被 Andrew 这么一通否定过后,我甚至开始怀疑自己的其他能力,我是不是终归会一事无成之类的,也许连硕士项目我也读不下来。总之,那几天我的内心世界十分黑暗和压抑,去 Andrew 家做客只能说是强撑着去的。

就这样内心挣扎着熬到了周一,又到了和 Andrew 讨论的时候。虽说我没有心思继续推进项目,但是对他上次指出来的几个明显的错误,我还是改正了过来。出乎意料的是,Andrew 这次跟我 meet 时好像心情很好,先是跟我说 “I hope you don’t feel too bad (我希望你不要太难受)”,然后十分满意地听我跟他说那些被改正的错误。最后谈及所谓的读博的哲学时,我对 Andrew 说,“我一直以为我应该在有顺利进展时才向你汇报,但是现在看来不管是突破还是困难,我都应该跟你说,这样你就更能理解这个项目的整体进程。” 虽然我们还是不知道科研项目该怎么继续下去,但是当时的讨论结束时,气氛还是积极的。

这件事发生后,我和组里的其他高年级师兄师姐还有博后也都聊过,他们纷纷安慰我说组里的每个人都被 Andrew 说过,甚至是那些你看起来非常成功的博士生们。Andrew 有时候有些情绪化,所以他的话你要选择性地听,那些明显带着情绪的就不要往心里去。虽说这样,我还是无法完全忘记 Andrew 那些尖锐的批评,并且之后每每科研遇到困难或者挫折时,“你什么都没学到”这种话就会重新进入我的脑袋。它比任何失败的科研项目带来的心理阴影都要大,因为它在直接否定我自己。另外,这件事让我的 “孤独感” 更加深刻,因为我感觉我在做的科研项目真的完全就只靠我自己了,即使是我的导师也并不能完全理解它的苦难,并且,没人知道这个项目能不能做出来,它又不是家庭作业。

我觉得我理解什么叫读博的 “压力大” 了。

Lingyuan

如果我的科研生活就这么一直下去的话,可能我真的会在博二结束时选择退学,就和我的很多其他同级同学一样。哦对了,顺带一提,我们化学系当时招了 36 个博士生,在我毕业时只有 20 出头留了下来,其他的人都以各种各样的原因退学了。幸好,就在 Andrew 批评我的那段时间,我们组来了一个新的博后 Lingyuan。也许经过那次交锋后,Andrew 也看到了我单独做项目的困难性,所以他就要求 Lingyuan 带我做那个模拟拉曼光谱的项目。

当时在和 Lingyuan 讨论过后,他检查了一遍我的软件的一些设定。还记得我说过我之前一直有个设定弄错了吗,Lingyuan 看到那个设定后问我:

“这个设定是什么意思?”

“我不清楚。”我说。

“Zhenbang,这些设定都是要搞清楚什么意思的,要不然你也不知道最后模拟出来的结果可不可靠。”

这句看似简单的话却对我起到了很大的帮助,因为这让我意识到,我所用的这些软件的设定不能只是靠前人的经验,还要真的理解这些设定都是什么意思,并根据自己的需要做修改,即使它们的那些设定不是那么容易搞懂。更让我没想到的是,Lingyuan 虽然当时也不知道这些设定是什么意思以及该怎么设定,但是他过了两天后跟我说:

“我看了这么两篇文章,它们解释了这个设定是什么意思,以及该怎么设定。”

这对我来说简直是醍醐灌顶,不光光是这帮我找到了我项目的问题出在哪,更重要的是,这种发现问题和解决问题的过程是我之前所不具有的。本科时的那些项目,我只是干一些苦力活而已,几乎没有参与课题设计和分析,而 Liang 在的时候,基本上我但凡有问题,Liang 都可以直接帮我解决。所以,我并没有意识到原来做研究培养的一个很重要的能力就是“解决问题的能力”。这么简单的道理我到那时才有了切身体会,并且时刻提醒自己不要忘记思考。“你有认真的思考嘛?“,Andrew 当时批评我的那句话,我现在才算明白什么意思。

当修正了那个关键设定后,拉曼光谱的项目就变得顺利了很多。之后我们又遇到了一个问题,就是如果我们完全按照 Liang 的方法来做的话,我们没有足够的计算资源。所以,我开始运用 Lingyuan 教给我的解决问题的方法,开始读一些文献来理解 Liang 为什么要用那种方法,并最终意识到那并不是最高效的方法。虽然 Andrew 和 Lingyuan 都觉得 Liang 的方法也许更可靠,但我并没有完全听取他们的建议,而是用自己方法算过后,发现模拟出来的拉曼光谱和实验十分接近。所以,最后我成功说服了 Andrew 和 Lingyuan 来接纳我的方法,并且 Lingyuan 之后做的一些测试中发现,我的方法和 Liang 的一样准确。最终,这个项目成功结束,并且成为我的第一篇以共同第一作者发表的论文(论文的审稿过程很长,最后发表已经到 2020 年 9 月了)。

这个项目的结束和论文的发表给我吃了颗定心丸,让我逐渐重拾了对自己的信心:也许我是有做研究的能力的。而从实际的角度出发,论文的发表也让我满足了最低的毕业要求,所以压力就小了很多。并且,我好像也学到很重要的一课,那就是要敢于和别人讨论自己项目遇到的问题,包括自己的导师。也许他们不能完全帮你解决问题,但是他们至少知道你在努力解决问题。我的第一个项目,也就是研究甲基胺氯化铅分子朝向分布的项目,在经历了各种尝试后还是没有进展,而拉曼光谱的项目的顺利推进也让 Andrew 逐渐不再纠结这个项目。最后,我们都默认这个项目以失败告终了。

结婚

就像我之前说的,博士生往往年纪都比较大,所以社会上对他们也会有些期待。我也不例外。在第二年快结束时,我的研究慢慢进入正轨,我也逐渐适应了博士生的生活。我的女朋友当时在另外一个城市匹兹堡找到了工作,虽然都在宾州,但费城在最东边,匹兹堡在最西边,所以往返还是要很久。我们都觉得现在感情已经十分稳定,并且结婚也许是克服远距离恋情不确定性的一个好方法。所以,在 2019 年的夏天,我们回了一次国,并在国内领了结婚证。这算是我生活上的一个大的转变,仿佛宣告着我的人生进入了一个新的阶段。即使那件事对我当时的研究没有影响,但是这让我意识到,读博不是苦行僧的生活,而是和社会有接轨的一份比较特殊的工作而已,不要为了学术而完全放弃自己的私人生活。而且,谁又能说得准私人生活不会对自己的职业生涯产生影响呢?

第三年(2019 夏天到 2020 夏天)

开始两地分居

从国内回来后,我和我老婆就正式开启了两地分居的生活。美国不像中国,没有高铁,所以即使以高铁的速度从费城到匹兹堡也就一个半小时,坐普通火车却需要七个半小时,况且火车票也并不便宜,因此我们并不能频繁往返。最后我们决定每两周见一次,两个人轮流坐火车,这样对每个人来说,也只需要一个月坐一次长途火车。等这个计划真的开始执行后,我却发现我还挺喜欢匹兹堡这个城市的,虽比费城小很多,但是麻雀虽小,五脏俱全,亚洲超市和中餐馆基本都能满足我们的日常需要;而且更重要的是,这个城市的治安比费城好很多,走在街上有难得的安全感。所以,我最后反而会主动地要求多来匹兹堡,即使要多坐几次长途火车。

另外一个在匹兹堡的好处就是可以脱离日常的科研环境,从而让自己的思路也更活跃。因为我现在的科研内容是理论模拟,所有的工作都可以在自己的笔记本电脑上完成,所以理论上我可以在任何地方工作。在匹兹堡的时候,我经常会找一个咖啡馆一待就是半晌或者一整天。咖啡馆不同于办公室的氛围会让我更加放松,所以有时候读论文或者写代码的效率反而会比在办公室更高。Andrew 也非常理解我和我老婆异地的不容易,所以对我有时需要周五早退和周一下午才能到办公室这种情况基本不管,甚至还曾经问过我需不需要更多的假期。对这一点我是十分感激,让我对 Andrew 的评价感觉会更加全面:虽然很多时候他对我的研究并不能起到直接的帮助,并且会偶尔控制不住自己的情绪说一些很尖锐的话,但我承认 Andrew 大部分时间是一个很体贴很能理解别人的人。

这种时不时的远程生活也让我对另外一件大事做好了充分的准备,那就是新冠疫情。我们在 2019 年夏天领了结婚证后,准备在 2020 年的五月份再回一次国举行婚礼。为此我们婚礼的策划和各种相关人员都已经联系好了,场地也订好了,但是没有人能想到在 2019 年的 12 月份,新冠突然爆发了。当时 Andrew 悲观地对我说,你看 WHO 都宣布全球卫生紧急状况了,我觉得五月份时你是回不去了。当时的我虽然内心也这么热为,但潜意识里还是希望疫情能够尽快控制住。谁曾想到,中国在五月份时几乎是控制住了疫情,但是从三月份开始,美国的疫情爆发了。这下,我们回国办婚礼的计划是彻底被打乱了。

不过,不负责任的说,我和我老婆也算是因祸得福,因为疫情的原因我们学校和她的公司都转为了远程办公,所以在经历了半年多的异地恋之后,我又和我老婆住到了一起。当费城有第一例疫情的时候,我就开始收拾东西准备开车去匹兹堡住一段时间,在看到中国的疫情在经历了两三个月的封城后基本被控制住后,我以为我在匹兹堡也就只会住个两三个月。但是事实上,我在匹兹堡住了一年多,并且在这一年多的时间里发表了自己博士生涯最重要的一篇论文。

第一个自己的项目

因为我第一个研究甲基胺氯化铅分子朝向的项目以失败告终,而拉曼光谱的项目是和实验组合作,所以对我来说,我还没有完成过一个独立的自己主导的科研项目。这时候,我们的老朋友 Liang 又出现了。他在离开我们组之前留下了一个未完成的项目,具体要做的就是用计算机来模拟真实材料里的 ballistic current (BC)。BC 是我们之前提到的 “体光伏” 现象的一种可能解释,但是之前一直没有人来计算过它在真实材料中能多大程度解释体光伏,所以 Liang 的这份工作在某种程度上可能十分重要,因为它能更近一步帮助人们理解 “体光伏” 现象。

也许当时我在交大跟 Andrew 第一次见面时给他留下了我对体光伏很感兴趣的印象,所以 Liang 走后,Andrew 意识到这个重要的项目没有人在负责了。所以大概在 2019 年九月或者十月的某一天,Andrew 找到我和 Aaron,一个比我低一年级的博士生,对我们说 Liang 有一个关于体光伏的项目,现在遇到了一些问题,问我们感不感兴趣。因为我确实一直对光伏感兴趣,而且我拉曼的项目也基本接近尾声了,所以我毫不犹豫地便答应了,而这个项目也成了我之后一年的生活主轴。

Liang 其实已经把这个项目已经完成了一半,甚至还要多,他基本完成了理论推导,并已经开始进行数值计算。但是,他遇到的问题是有两个软件可以计算 BC 所需要的数据,但是他们给出的结果并不一致,所以,我和 Aaron 便开始尝试弄明白为什么两个软件的结果不一样。花了一两个月后,我们基本上能够搞清楚为什么结果会不一样,并且可以通过修改这些软件的源代码使得它们给出一样的结果。之后,我们便开始用这两个软件给的数据来尝试计算 BC。Liang 也基本写好了计算 BC 的程序,但是仔细检查过后,我们发现里面有一个很明显的错误,在和 Liang 沟通后,发现这确实是一个很重要的错误,所以能够及时发现对最后结果的可靠性至关重要。但也正因为这个明显但又重要的错误,让我开始对 Liang 的公式推导不那么有信心。于是,我开始重新检视他的理论推导。

Liang 的推导对于我来说并不是那么容易理解,甚至对于我们整个组而言都不是那么容易理解。它里面用到一些概念和技巧,比如物理系的人都听说过的“费曼图”,对于我们化学系的人来说都是十分遥远的东西。所以,在 Lingyuan 的推荐下,我开始学习量子场论。量子场论并不是那么容易去学习的,但是好在有一本写得十分清晰易懂的教科书,是由 Radi A. Jishi 编写的“Feynman Diagram Techniques in Condensed Matter Physics”,推荐给所有想学习场论在固体物理的应用的人(看完这本书后,就会更容易看懂更出名的由 Gerald Mahan 写的“Many-particle Physics”)。在花了大概一两个月学习量子场论后,我感觉自己大概可以尝试重复 Liang 的推导。果不其然,我们发现了他的推导中的两个问题,其中一个像是手误,所以改正起来比较容易;另外一个则是一个比较有争议的近似,而这个近似并不是很容易被合理化。关于第二点我们有一些前前后后的讨论,到最后我们只能接受我们的理论不够完美,但至少是一步勇敢的尝试,并且我们也想到一些可能可以不再使用这个近似的方法。所以,我们最终修正了 Liang 的推导,并开始集中精力计算真实材料里的 BC。

就当我和 Aaron 以为所有的困难都已经被解决了时,我们又遇到了一个意想不到的难题:我们最后使用的公式很难在数值计算中得到稳定的结果。究其原因是因为我们的公式里有“主值积分”,而几乎是众所周知,主值积分很难被数值计算。所以,当看到最后凌乱的计算结果时,我们的心态几乎是绝望的,感觉这个问题也许是无解的。Andrew 和 Lingyuan 看到后感觉这也是很棘手的问题,但好在他们都愿意给我和 Aaron 足够的耐心和时间去尝试解决。

就在我以为这个项目要在这最后阶段被放弃时,我突然想到我之前和同学的一次闲聊里,聊到了主值积分的问题,并且当时我们找到一篇很老、排版很难看的文章仿佛能解决这个问题。我赶快找到那篇文章,发现它确实能解决一维的主值积分问题,但是并没有指出三维的主值积分该怎么解决。但是,至少它提供了一个思路。

我沿着这个思路,开始进行各种尝试,比如尝试把三维的主值积分转化为一维积分等等。虽然一开始的一些尝试并不成功,但最后我们终于找到了一个方法可以进行三维主值积分,并且在用一些简单的函数测试后,我惊讶地发现,它的效果出奇得好,并且计算量相对较小,十分适合我们的计算(我们最后 BC 的公式对计算量要求很大,而我们没有足够的计算资源来支持高精度的计算,所以算法当然越高效越好。虽然最后这个工作的另一个弱点就是计算资源不够导致的计算精度问题,但是我们仍然算出了可以进行定性比较的 BC)。在把这个方法运用到实际材料中后,我们终于得到了真实材料的 BC,并且发现虽然它并不能够完全解释体光伏,却能在很大程度改善现有的关于体光伏的理论。而正是由于我们的工作是第一个计算出真实材料中的 BC 的工作,我们的论文最后被物理学顶尖杂志 Physical Review Letters 接收。

如果说拉曼光谱的项目让我重拾了做研究的信心并且减轻了毕业压力外,那么这个体光伏的项目则是让我开始认为,也许把研究作为自己终身职业也是不是不可能。另外,说不定我还能提早毕业。哦对了,忘了说 Andrew 组里的学生一般都是六年毕业的,在我之前我只听说过一个异常优秀的师兄是五年毕业的,所以我们在进组时都是抱着六年毕业的心理准备的。

但是,在之后和 Andrew 的交流中,我们发现之所以会六年毕业是因为 Andrew 觉得这样对学生会更好,因为做理论研究往往入门比较慢,多待一年也许可以发表更多的文章,从而对自己的职业生涯有帮助。但是如果学生真的认为五年毕业对自己帮助更大,那么他也不会反对。所以,从第三年快结束时,我开始认真考虑起来要不要五年毕业这件事了,毕竟疫情总有一天会结束,而我如果到时候还没有毕业的话,就又要恢复和我老婆异地的生活了。

第四年(2020 夏天到 2021 夏天)

更多的项目

因为在家办公的原因,我逐渐失去了时间感,这也导致了第三年和第四年仿佛是粘在一起过的,让我记不清某些事情的具体节点。所以,接下来讲述的事也许是发生在第三年快结束时,也许是第四年的上半年。

之前讲到的体光伏的项目,大部分有难度的工作其实都是在美国疫情爆发前基本就解决了,疫情开始后,我所做的就是算出更多的结果让叙述更完善,并且撰写论文投稿。在第三年快结束时,我已经开始考虑下一个项目该做什么了。在计算 BC 时学到的知识和技术让我意识到 BC 也会有很多种,而我之前计算的只是其中一种。因此,我向 Andrew 提出,我的下一个项目也许可以算一算另外一种 BC。经过上一个项目,我感觉 Andrew 对我也更有信心,所以他支持了我的想法。就这样,我的第一个完全独立自主的项目开始了。

如果再完全重复一遍做项目的历程的话,未免会有些枯燥,所以我大概可以告诉你,这个项目经历了从无到有的理论推导和数值计算,中间也遇到了各种各样的困难,有的被顺利解决,有的则必须通过一些近似被规避掉。在经过了大概半年的时间后,这个我自己提出的项目也算成功结束了,进入了写论文的阶段。最后论文的作者只有我和 Andrew 两个人,对一个博士生来说是一个独立得不能再独立的项目。所以,我渐渐发现,我不仅可以解决一个既定的问题,甚至还可以提出一些新的问题。

就在这个独立自主的项目快要结束时,Andrew 收到了一封邮件,是一个在体光伏的领域的老前辈发来的。他们最近发表了一篇论文,来研究体光伏现象对磁场的响应,而他们的邮件就是来询问我们的看法。说实话,我们组,包括 Andrew,并没有对这个问题有过很深入的思考,所以在收到这封邮件后,我们开了好几个会来尝试理解他的文章以及这个问题。在讨论的过程中我发现,也许我们可以通过做一些数值计算来研究磁场对体光伏的影响,并且我设想中的做法应该比老前辈的做法更有说服力。于是,我开始执行这个想法,并把它当作我的一个新项目。

这个想法其实十分简单,只不过执行起来的话需要注意很多细节,所以也相对来说比较花时间。但这个时候,也许是自己到了高年级,Andrew 让我肩负起了更多责任。首先有很多合作的项目他会开始让我直接负责,其次他开始让我帮他审核一些投稿的论文,并且让我开始参与写一个基金申请书,也就是所谓的 proposal。这些对我来说都是一些杂七杂八的事,但是十分占据我的时间和精力。所以,即使再简单的想法,也因为没有时间而迟迟无法得到执行和仔细分析。不过,因为已经有了三篇论文,我倒也没有很强的要发表新的论文的焦虑。于是这个项目就一直在做做停停,逐渐拖到了第四年末。但是这样的拖沓倒也让我逐渐坚定了一个想法,就是希望能够五年毕业,去一个能够更加专注做研究的组当博后,也许这样对我的整体发展会更有好处。所以,我的脑里已经开始酝酿怎么跟 Andrew 提毕业的事。

重回费城

在第四年快结束时,美国的疫情也到了一个拐点,因为疫苗的普遍接种以及新变种的毒性减弱,人们已经变得不那么担心疫情,反而对长时间的抗疫措施感到厌倦。于是,各行各业开始着手重返办公室办公,我们化学系的博士生们自然也不例外。好在,我老婆的公司还是允许她远程办公,所以我们在 2021 年的六月末从匹兹堡又搬到了费城。刚刚重返办公室时甚至充满了一些新鲜感,不过这些新鲜感很快就消失了,因为这时那些杂事基本都做完了,而我又开始投入了做研究的过程。

我本来预期这样简单的想法会给出十分简单易懂的结果,但是最后的结果却非常的反直觉。一方面我认为肯定是自己哪里做错了,所以我一遍又一遍地检查自己写的程序,看看能不能找到哪里出了问题;另一方面我有种直觉,那就是如果我的程序没错,那么我一定发现了新的物理。

我把这些想法跟 Andrew 说了后,果不其然他觉得这些反直觉的结果一定是我哪里做错了,让我一定要找到一个方法来解决这个问题。这是非常典型的和 Andrew 讨论问题的情况,就像我第二年一样,他会根据自己的经验和直觉来判断一个结果的对错,但是很少给出更具体的建议。

所以如果没有经历过第二年的那段痛苦的话,我怕是会再次陷入抑郁中。事实是,我确实仍然短期地陷入了抑郁中,因为这个项目也经历了一段不知道该如何前行的过程,而且 Lingyuan 这时也已经离开了组里去了另外一个地方当博后,所以那种久违的孤独感就又回来了。不过,还好有第二年的经历,让我知道该怎么调整心态,而且经过这几年的科研训练,我对自己的想法和研究也更有了自信。于是,在和 Andrew 辩论时,我变得更加强势,不会让步,虽然有时候这种争执会让气氛十分僵硬,但是这样也算给自己找到了压力的疏解口。

其实做研究到现在,我已经意识到有时候科研就是会到瓶颈期,就是会有一个很难的问题横亘在你面前,让你短时间内找不到解决的方案。对于还没有发表论文的博士生来说,这是最难熬的一个坎,因为你有必须要解决它的必要性和紧迫性,但对于我来说,我反而能从容地看待它,并且甚至想,如果这个项目能一直做到我毕业的话还挺好的,因为这样我就不用花费精力去想下一个项目该做什么了。所以,你们大概就可以理解为,我一直卡在了这个项目一个阶段,在这个阶段我算出来了可靠的结果,但我没办法解释这个结果,而我如果要突破这个阶段,那么我必须能够给出一个合理的解释,或者能够通过其他不同的方法得到更好理解的结果。而我的第五年的研究,也正是沿着这两个方向进行的,并且在毕业前基本两个方向基本都走通了。

第五年(2021 夏天到 2022 夏天)

申请博后

我们化学系的惯例是每年秋季时都要和自己的导师进行一场直击心灵的对话,看看自己博士读得怎么样,以及制定接下来的整体的计划。所以,在第五年的这次对话中,我跟 Andrew 提出了五年毕业的计划。当时我跟 Andrew 提出了以下几点考虑:

“我发的文章的数量已经基本满足了毕业要求,而且自己做的研究基本上成了一个体系,所以应该可以写成一篇毕业论文了。”

“其次自己掌握了做研究的一些技能,并且逐渐有了自己的想法,可以进行下一阶段的科研培训了。”

“当然最重要的是,我希望能够搬到一个城市,那里我和我老婆都有工作机会,这样我们就可以结束两地分居了。“

Andrew 听完后,基本没有犹疑,就立刻同意了我五年毕业的要求。不知道是他真的认为我已经达到了他对毕业生的要求,还是我的家庭原因是他无法反驳的一个理由,但总归而言,Andrew 跟我说:

“你可以开始联系博后想要去的课题组了。”

在那之后,我开始了密集地发邮件和准备面试的过程。由于我准备得比较早,所以得到的很多回复都是 “啊,现在太早了,我还没办法确定我明年夏天经费的情况,你能明年年初再联系我吗?” 或者 “我现在没办法确定自己的经费情况,但你可以申请一些奖学金啊” 之类的。而我也确实着手准备了一些奖学金的申请。这些奖学金往往竞争力极高,所以我对自己能获得它们本就没抱什么期望,但本着见世面和多认识学术圈大佬的想法,我还是申请了它们,并且参加了一些面试。

这些准备过程比我预想的要更花费时间,因为它们往往会要求你写一些陈述来表明自己的研究兴趣和之后的研究计划,而研究计划不是凭空能想出来的,所以伴随而来的是大量阅读论文,并从中提炼出未来可能的研究方向。这导致我那段时间虽然没有什么科研压力,因为我已经把做科研的优先级降低了,但是脑力活动的强度并没有减弱,反而因为每个奖学金申请都有截止日期而变得更有紧迫感。

与大多数给我回复的教授所不同的是,Feliciano 说可以直接给我一个面试,而我自然没有推辞,因为这个是工作量最小的一个准备工作。所以在约定好的时间我和他进行了一场远程面试,并且在面试完后他找我要两封推荐信来确保我在面试时并不是在吹牛。虽然他的态度一直给人一种不温不火的感觉,但我却觉得他异常真诚,不会为了表现友好而友好。而我在找了两个推荐人给他发了推荐信后,他也很快给了我一个 offer。这次面试这么顺利让我着实没想到,但是这个 offer 实在是十分理想,因为 Feliciano 绝对是我们这个圈子的大佬,我在做体光伏的项目时就用到了他写的软件;另外他所在的城市在得州奥斯汀,那里也有我老婆公司的办公室。所以在向他组里已经离开和现在的组员打听了一下具体情况后,我便几乎没有任何顾虑地就签下了这个 offer,并拒绝掉了其他地方的一些面试。就这样,在 2021 年结束之前我就把博后的位置定了下来。

在这以后,我开始对 Andrew 给我安排的杂活几乎没有了任何怨言(他也确实又给我安排了两个基金申请书来写),因为这种生活已经可以看得到头了。

参与会议

几乎每个读博的人都要经历的另外一件事,就是参加学术会议。在会议里,每个人都会展示自己做的研究,并且和世界各地的同行交流各自的成果,是一个很好的提高自己的曝光度和建立人际关系的机会。

在 2022 年时,人们对疫情的关注度变得更低,所以很多已经停办两年或者转为线上举办的会议,在今年重新线下举办了。而我为了体验一下大型学术会议,便注册了“美国物理学会年会(APS March Meeting)”。今年的 APS 在芝加哥举行,也是我之前从来没去过的一个大城市,所以这次参加会议时,甚至还有一点旅游的感觉。我会在会议时做一个十分钟的报告,由于时间的局限性,我们提前还练习了很久来保证不超时。但最后可能是因为我做的方向比较不那么火,也可能是因为我选错了分会场,导致我的会场里人特别少。

虽然比较失望,但也算是一个比较轻松的会议。在这次开会时我还见到了我未来的导师 Feliciano,并和他简单聊了两句。和他的交流感觉和 Andrew 完全不同,但依然让人感觉十分舒服,这让我对之后的组也更加放心了一些。另外,在开 APS 我还遇到很多其他人,有多年没见的大学同学,也有 Andrew 组里更早的组员,仿佛有一种在开同学会的感觉。外加上自己听了很多很有意思的报告,虽然不可能完全理解他们的工作,但是至少开阔了眼界。这些都让我对学术会议这项活动都留下了十分不错的印象。

在毕业前我还参加了另外一个会议,是在纽约举办的“电子结构讨论会(Electronic Structure Workshop)”。相比于 APS 的无所不包,这个会议更加细分,来参与会议的人也都是我研究的领域的大佬。巧的是,Feliciano 也来参加这个会议了,所以我们又尬聊了一会儿奥斯汀的天气,并在这次进入了他们组的 Slack 聊天群组(Slack 是国外常用的一个工作聊天软件,类似于国内的钉钉和飞书)。

而不同于 APS,这次我会给一个 invited talk (受邀报告),有 30 分钟,所以即使参加的人数少了,但是却更加紧张了,因为我很清楚我做的工作里的弱点,而很担心大家会揪住这些弱点不放。但最后我发现,虽然参与会议的教授们都是业界大佬,但是每个人也只是专长于自己的那一亩三分地,对其他领域的细节并没有那么了解。不知道为什么,这竟然让我内心也好受了一些,因为我发现,即使再厉害的人,他们的知识面也有很大的局限性。另外,虽然紧张,但我也把这次会议当作了一个很好的练习机会,练习三天后就要进行的毕业答辩。

毕业答辩

Andrew 说他基本不会改学生的毕业论文,因为他觉得之所以一个学生能够拿到博士学位,是因为他平时做的研究,而不是因为他毕业论文写的好。所以,受他这种态度的影响,我对毕业论文的撰写也不是很上心。我所做的就只是在复制粘贴自己发表的论文,然后加一些背景介绍和更多的技术细节。所以我的毕业论文大概就只花了两周就写完了。而我最后答辩委员会的人也都是我相对熟悉的教授,他们都帮我写过推荐信,所以对公开答辩我也没有特别紧张。当然,该有的练习还是要有的,因为毕竟不能超时太多,而且答辩要用的幻灯片也该认真制作。不过还好,因为之前开会已经做过了很多幻灯片,所以我做的也只是拼接而已,外加上开会时的练习,最后自己在答辩上花的时间真的可以说是不值一提。

值得一提的是,答辩真的很累。先是在公开答辩阶段自己大概演讲一个小时左右,然后接受观众的问题。再然后是私下答辩阶段,观众都被请了出去,只剩下自己的导师和答辩委员会的人,他们会问你更多更细致的跟答辩相关的问题,这个阶段也持续了大概一个小时。最后,在他们的讨论后,便会恭喜你成为博士。不少人说这是走流程,但是即使是走流程,花的时间和精力也是出奇的多,当天答辩完后,我已经没有精力做其他需要动脑子的事了,能做的就是找一家中餐馆大吃一顿。

离开—很多人答辩完后,就基本会立刻离开组里,而我相对特殊一些,因为 Andrew 希望我能在组里多待一些时间,带一带组里的新人,所以我又在组里待了两个月。这两个月我把磁场对光伏体的影响的项目写成了论文并投了出去,也把一篇很长的综述论文写完了。而 Andrew 感觉也是不想给我那么多压力,就没有给我安排很多杂活,而是让我争取把手里的课题做完,所以这段时间我是难得过得比较轻松的时间。另外,让我比较意外的是,我的心态在答辩前并没有很大的转变,甚至在真的离开组里后也没有一种如释重负的感觉。也许我已经彻底适应读博这种高压的生活状态,所以不觉得博士生活是一种负担很大的生活。

这段时间少不了的是各种聚餐。毕竟是一个人生的重要节点,而我也快要长久地离开费城这个城市,所以想要和很多人好好告别。在餐桌上,大家回忆着这几年共同经历的一些事情,一起吐槽 Andrew,大家特别喜欢 “哲学课” 这个梗,它就是我第二年时 Andrew 爆发时说的话而产生的。他们还对我的未来充满了美好的祝福,认为换一个环境终归是对我的成长和职业生涯会更有帮助。大家也纷纷表达了不舍,几年的朝夕相处所建立起来的感情是相当浓烈的,最后的告别自然也是十分伤感。这让我想到了自己本科毕业时所经历的类似的情绪,不同的是那时的我对未来未知的生活充满了期待,而现在的我则发现,生活就是生活,它永远是平坦和崎岖并存,只有不在平坦时过于得意,不在崎岖时过于悲伤,才能以平和的心态过好每一天。

尾声

在组里的最后一天时,Andrew 把我叫到他的办公室,没有跟我谈任何关于研究的事,而是扎扎实实给我上了一堂哲学课:

“Zhenbang, 就像我在你答辩开始前介绍你时说的那样,我十分珍惜这种命运的巧合。如果不是你在大学时联系了我,我们可能就没办法在上海相遇,你也可能就不会来我们组。所以,我一直把这一点当作我们的相处中第一个特殊的时刻。当然我们之间有很多特殊时刻,但那一刻也许是最重要的一刻。”

我希望告诉你一点,那就是你是一个非常勇敢的人。你敢于去做自己并不熟悉的领域的项目,并在这个过程中逐渐让自己成为这个领域的专家。这是一个难能可贵的品质,因为虽然你现在做的研究集中在某一个领域,但是你在日后的职业生涯中肯定会不可避免地接触其他领域。你的勇敢能够帮你适应并处理这些领域的难题。

“你之后的职业生涯必然也会遇到难题。像我,在你加入我们组之前的一年,我所有的项目基金都没有成功续约,所以那一年我们十分困难,我也一度很消沉。但我最终勇敢地面对了这些困难,并且没有放弃,并一点一点地克服了这些困难。他们不想继续给我经费?那我就继续申请,因为我坚信我们提出的研究方向是新颖且有意义的。第二年,这些基金又全部给了我经费。我现在能够泰然地说出这段经历,仿佛很容易一样,但相信我那段时间真的很难。而我告诉你这件事,是为了让你知道,在遇到困难时,请记住自己是一个很勇敢的人,你可以克服这些困难。”

“像导师 - 博士生这种师生关系永远不会结束,即使毕业十年二十年后我们也会因为各种事而有频繁的交流。所以让我们继续保持联系,让我们的合作继续进行下去!”

说罢,Andrew 和我握了握手,结束了我在这个组里的最后一天。

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