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26岁华裔胡立德 学术界明日之星

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【大纪元10月9日报导】(中央社记者韦枢台北九日电) 不过是博士班课堂的一个小计划,一小时内就被破解的奥秘,却造就近年连续两篇研究成果,以第一作者身份荣登Nature杂志封面。这是学术人一生梦想的殊荣,26岁,还自称是“Kid”的胡立德不承认是“天才”,只是谦虚仍掩不住璀灿的光芒,反而烘托出这位学术界的明日之星。

故事是这么发生的。3年多前美国波士顿麻省理工学院数学所博士班,一场师生间有关生物和流体力学的课堂对话,想在生物学上应用数学原理的学生,与执教流体力学的老师讨论,以前的科学家认为昆虫在水上行走主要藉制造波动来转移动力,但是只有几mm的超小水上昆虫根本没有能力制造波动,它们又是怎么行走的?

这个解释无法让大孩子般的胡立德满足,于是下了课转往麻省理工附近的小池塘,捞了几只小水黾(Water Strider)和昆虫等回实验室,放在水缸里观察一阵子,再试着用萤光剂染色,配合高速照相机的分解,真相终于大白,看看表,也不过是一个小时的时间。

胡立德表示,很多昆虫在水面行走,主要是依靠在水表面产生波纹的表面张力。实际上,昆虫是利用三对多毛的长足,在水中制造出螺旋状的漩涡,借助漩涡推力,以每秒一百个身长以上的长度前进,而人类跑得最快的运动员,也不过每秒前进五个身长的距离。

这个令人兴奋的答案无法立刻召告天下,经过一年精确计算和准备,写好研究报告投稿Nature;更有趣的是,为了验证这个原理,手巧的同侪 (Brian Chan)制作了一只名为“Robostrider”的机械水黾。这个机械水黾是由易开罐的罐体制成,前后两对脚为不銹钢丝,而中间的一对脚由一条弹力带和滑轮所代替。

经过数度修正,这个机械水黾果然印证了胡立德的发现,于是2003年8月7日的Nature杂志封面,就以“The hydrodynamics of water strider locomotion”为题,再搭配昆虫和用百里酚蓝染色的水面上所留下的行迹为底图,非常漂亮。

胡立德指出,由于这个大发现,燃起人类在水上快速前进又能大幅节省能源的希望,全球各大媒体大篇幅报导,引起美国海军和国防部的关切,更鼓舞他继续往“以应用力学解开生物疑问”的领域钻研。

胡立德再接再厉,继续观察这些小水昆虫如何从水面爬上岸。由于昆虫为了产卵或是逃避敌人追捕而上岸,大型昆虫或许上岸容易,但几mm的小虫可就不好过,因为水表面有表面张力,当昆虫的的尺寸小于表面张力时,等于横摆在面前一座“baby喜玛拉雅山”。

胡立德解释,水表面的边缘半月形是很滑的斜坡(即弯月面)。水对人类来说是平坦的,但对一只昆虫来说,只有几公釐长的弯月面如同没有摩擦力的山坡。他发现,昆虫用脚把水面拉起来,改变水表面的形状,藉用大自然回归平衡的哲理,水会有一股力道 (侧向毛细作用力)将不规则的表面拉平,这股力量大于昆虫的体重,足以将昆虫像电梯一样直接往上送而登岸,爬升的速度最大可达每秒30个身体长度。

这个有趣的发现,再度燃起他投稿Nature的念头,果然今年9月29日的Nature杂志封面,再度以“ASLIPPERY SLOPE” (非常滑的斜坡)为题,刊登他和指导教授John W.M. Bush合力研究的“Meniscus-climbing insects” (爬弯月的昆虫)研究报告。再次引起全球媒体关注,认为这位年轻的华裔子弟相隔两年以如此有趣的题目,两度赢得刊登Nature的机会,一颗明日之星开始发光。

说他是天才,他却告诉中央社记者,他不是天才,也不愿意当天才,因为当了天才就会产生懒惰的借口。一般人称他为天才,主要是不了解他在做什么,其实在研究过程中,确实得到许多人的协助,他的周遭朋友并不尽是天才,他认为自己和一般人是一样的。

就在Nature刊登他的报告当天,学校还替他开了记者会,包括CNN有线电视、探索DISCOVERY频道、纽约时报都来专访,而他的博士论文口试也在那时候通过,更棒的是,这几天将动身前往纽约大学 (NYU)做博士后研究,并接受美国国科会 (NSF)奖助,继续从事将数学 (流体力学)应用到生物问题的研究,等于是三喜临门。

至于未来到NYU,他又想到了一个有趣的题目,他说,昆虫的脚毛是不亲水性的,通常跑得快的昆虫,脚毛的密度也比较高,因此脚毛是可以改变水的形状,而不同的昆虫脚毛密度不一,到底和速度有何关联性?看来未来3年的研究生活,仍然不脱水、昆虫与力学的奥秘天堂,3年后有何发展呢?年轻的胡立德说,还没想到那么远,毕竟他还是个“KID”,“I want to enjoy my life”。

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2005-10-09 5:10 PM
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