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从物理学看做科研是否要“从一而终”
2019年04月30日  作者:杨枭   编辑:chunchun   审核:刘纯  版面:B2

  物理学诞生之初,伽利略这样的自然哲学家可以掌握所有物理领域的知识。但如今,物理学经过400年的发展,学科已经繁荣而复杂。2019年1月,发表在Nature Review上的一篇文章(Taking Census of Physics)通过物理学家的论文和引用量等数据,量化了物理学各个领域的规模大小,绘制出物理学家在各个领域流动的图谱。

哪个领域最受欢迎?

  研究人员首先采用Web of Science上的物理论文及引用量数据,选取了发表在294个物理期刊上的320万篇物理学论文。为防止丢失掉综合类期刊中的物理学文章,他们又在Nature、Science等其他期刊上选取了引用文献和参考文献大多为物理领域的论文,获得了一个拥有770万篇文章的数据集。

  研究人员将这些论文通过物理和天文学分类方案分别归到9个子领域。结果表明,凝聚态物理学(CondMat)领域拥有的人气最高,以46%的份额(62000余名物理学家)占据榜首。随后依次是普通物理学(General,34000人),高能物理学(HEP,33000人),跨学科物理学(Interdisc,32000人),经典物理学(Classical,28000人),核物理学(Nuclear,24000人),原子分子物理学(AMO,20000人),天体天文以及地球物理学(Astro,19000人)和等离子体物理学(Plasma,不到11000人)。

  你可能以为大多数物理学家都在某一个领域深耕,但实际上他们并没有我们想象中那样分工明确——有超过一半(63%)的物理学家都活跃在两个或更多领域。不过这种情况在不同领域之间差别很大,凝聚态物理、高能物理、核物理这三个领域的专才并不少(所占比例分别是42%、34%、25%),因为研究者要熟悉大型设备,参与长期项目,以至于无暇关注其他领域。

  “跨界”科学家往往能够借鉴不同领域的研究思路和方法,这对做出新发现有很好的促进作用。不过,跨界也有一定规律。研究人员捕捉了这些学科之间相联系的蛛丝马迹,发现上面9个细分领域可以归为3个紧密的大领域:跨学科物理和凝聚态物理;经典物理、原子分子物理和等离子物理;高能物理、核物理和天体天文以及地球物理学,它们通过普通物理连接到一起,形成“物理学关系网”。

从一而终还是见异思迁?

  这种关系网的形成,与物理学的“演化”不无关系。研究人员统计了自1985年至2015年的数据,发现在1985年,最受欢迎的领域是凝聚态物理,但其增长率逐渐下降。而跨学科和天体物理虽然在30年前非常小众,研究人员数量却在稳步增长。物理学领域发生如此重大变化的原因与社会政治背景密不可分。

  20世纪80年代末是凝聚态物理、高能物理、核物理飞速发展的黄金时代。在冷战背景下,这3个领域与美国国防部的联系最为紧密,研究的大部分资金均来自国防部。当时的苏联也是如此。这与统计结果相符:1985年至2015年间,64%的物理学家都将处女作发表在这3个领域。

  但随着冷战突然结束,军备建设事项的优先级迅速重置。接踵而来的,便是物理学领域的优先级调整。1993年10月,美国国会投票取消了资助超导超大型加速器(SSC)。

  许多一开始做凝聚态的物理学家,后期逐渐转向跨学科物理、经典物理和普通物理。高能和核物理领域因为学科相似性互相交流,还有部分流向了天体物理。

  相比之下,跨学科物理很难用于起步。虽然它不是物理学家的诞生地,但是凝聚态和普通物理的研究者后期会转向这里。这与其交叉的特点是一致的。

  等离子体和天体物理领域则是来得多、走得少。

  物理学家在做选择时都有各自的思量。有的物理学家从一而终在一个领域深耕,比如著名的物理学家克劳斯·冯·克利青(Klaus von Klitzing),为凝聚态物理领域贡献了500多篇论文,并在1985年因为发现量子霍尔效应获得诺贝尔奖。

  相比之下,2017年诺奖得主莱纳·魏斯(Rainer Weiss)就不那么“专一”了。他学术生涯的第一篇论文是关于原子分子物理学中某个领域的研究,而他的“成名作”是激光干涉技术的发明,与最初的研究毫无关系。

物理学的“演化”带来了哪些影响?

  首先是团队规模和论文产量。从1985年到2015年,以每篇论文合作者数量为指标,所有领域的团队规模都在逐步增长,这表明科学家之间的合作越来越多。在高能物理、核物理和天体物理相关领域,大团队合作的趋势尤为明显。诸如ATLAS(超环面仪器)这样的大型实验,使得这3个领域产量剧增。而其他6个领域的论文产量基本保持不变。

  然而,对于所有领域,论文产量的增长速度都比不上团队规模。尽管论文产量在增加,但人均产量却都在下降。

  其次是对原有评价体系的挑战。一直以来,我们都用论文数量和引用量来衡量一位物理学家的影响力,但这一标准是否真的合理?

  统计结果显示,高能物理学领域的顶尖物理学家(前5%)在职业生涯的最初10年,平均合作发表169篇论文,积累超过7000次引用。相比之下,跨学科物理的数据是18篇论文,不到1000次引用。因此,当不同领域的物理学家竞争职位和资助时,学科本身存在的差异不容忽视。

  这便衍生出更多问题:当“青科”在选择研究方向时,如何知道哪个领域更有潜力?基金资助机构如何判断哪个领域更值得投入?期刊编辑又该如何衡量论文的影响力?

  对于这些问题,我们无法提供标准答案。欢迎与我们分享你的思考。

  (本文标题为编者所拟,原标题为《做科研要从一而终?大部分物理学家并不专一》,摘自微信公众号“赛先生”)

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