交流 - 【国际人才环流】OIST：从流体力学的角度揭示各种自然现象中的力学原理——专访Pinaki Chakraborty博士

流体力学是一个跨多个不同学科（如物理学、物理化学和工程学）的学问，是地球乃至整个宇宙中许多自然现象的基础：例如台风强度、月球陨石坑射线的形成、水管及石油管道内的摩擦力、火山羽流的形状、人工心脏或瓣膜中的血液流动等等。

在冲绳科学技术大学院大学（OIST）最后采访的是流体力学部门首席研究员、来自印度的研究学者Pinaki Chakraborty教授，听他介绍了自己来到OIST的跨国历程、流体力学研究令人惊讶的深奥程度、作为外国研究人员在日本国际研究机构工作的好处，以及国际人才环流对创新性研究成果的重要性。

流体力学部门首席研究员Pinaki Chakraborty博士兴奋地介绍其研究成果。

一连串的幸运让他先到伊利诺伊，之后又来到冲绳

Chakraborty博士成为科研人员之前的人生轨迹很有趣。在印度读高中时，他对学习或考试并不是特别感兴趣，一次偶然的机会，他结识了一位退休的物理学教授，教授对他进行了校外私人辅导，激发了他对力学领域的热情。“教授是一个非常严格的人，对我的人生产生了很大的影响。他用一种能帮助我理解概念的方式来解释事物，而非单纯地布置作业。我第一次开始理解我周围事物的关联性。最开始我们讨论的内容是经典物理学，特别是力学。从那时起，我对力学产生了极大的兴趣。”

印度是世界上人口最多的国家（印度在今年超过了中国）。因此，有非常多的人在竞争有限的职位。对此，Chakraborty博士表示：“在印度的高中，就像其他许多国家一样，学习的是如何应对考试。考试竞争非常激烈，目的不是选拔出优秀的学生，而是淘汰！考试的目的是测试学生能在短时间内能回答多少问题。”Chakraborty博士并不认同这种教育方式，因为他更感兴趣的是理解现象背后的概念和本质。这种学习方式并不是在学校环境中取得好成绩的有效方法，但却非常适合理解经典力学领域。

高中毕业后，Chakraborty博士潜心在大学攻读学位，以便毕业后能学有所用。通过导师的指导，他觉得自己的力学背景进入工程领域最符合自己的兴趣和知识储备。他说：“我在本科学习时研究了不同的工程学分支，与力学最为相关的是机械工程。”所以他在印度苏拉特国立技术学院（National Institute of Technology）攻读了机械工程学学位。

获得工程学学士学位后，由于一系列偶然的事件和际遇，Chakraborty博士先是去了美国，然后又来到了日本的OIST。他表示，机械工程的学习通常会侧重于找出特定概念的应用，较少关注理解其基本思想。这使他萌生了进一步深造的念头。说到深造，尤其是研究生及以后的学习，大多数人首先想到的是进入美国或欧洲的顶尖学府。这种渴望让Chakraborty博士进入了伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinoisat Urbana-Champaign）。“我想继续深造，我找到了一个名为‘理论与应用力学’的项目，它是工程学、物理学和应用数学的交叉学科，正是我想追求的。”由此，开启了他的下一段人生旅程。

Chakraborty博士在美国留学期间获得了硕士和博士学位。在他的学习之旅即将结束之时，一个偶然的际遇影响了他的研究生涯。一位刚加入该校地质系的教师把一张形状不同寻常的火山羽流照片发给了工程系的许多人，希望他们提出一些见解。与以往一样，Chakraborty博士开始饶有兴趣地利用流体力学知识，尝试揭示羽流的基础力学原理。

火山羽流是火山喷发时喷出的气体、火山灰及其他物质的混合物。在上升的过程中，羽流与周围的空气混合，一旦上升的物质与空气的密度相同，就会水平扩散，形成一个大的伞形结构。这个伞形结构中的部分结构形状很有趣，可以通过力学和数学来理解。Chakraborty博士在博士毕业后，发布这张不同寻常的羽流照片的教授在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校地质系为他安排了一个特殊岗位。“我得到了一个非常安逸的博士后职位，在那里我有绝对的自由去研究任何我想研究的问题。”Chakraborty博士接着表示，这在美国很少见，因为在美国，狭义的目标和目的才是常态。

这个岗位使他可以自由地从不同的角度研究羽流。当火山羽流上升到10～15公里的高度，接近对流层顶时，它会向外扩散，形成典型的“伞”形结构。人们曾认为上升的羽流内部的运动是垂直的，然后向外扩散，但在他的研究中，Chakraborty博士发现，羽流还存在绕垂直轴的旋转运动，称为“火山中气旋”。2009年，他在《自然》期刊上发表了这一发现。

在这个岗位上工作了一段时间后，Chakraborty博士决定寻找一个更加正式的教职岗位，于是投递了一些申请。就在这个时候，他收到了来自OIST的一条消息，他决定尝试一下这个新机会。然而当时，命运之风几乎朝着相反的方向吹，天气也全力阻拦。“我当时住在伊利诺伊州，OIST的面试预定在12月。我去了机场，但我发现我的航班因为暴风雪而被取消了。”

Chakraborty博士坦承自己讨厌飞行，他几乎把这场暴风雪看作是命运在提示他不要去。然而，几天后，飞往日本的航班以及OIST的面试时间均被重新安排。“当我来到这里，冲绳真的以另一种方式改变了我的生活。我来自伊利诺斯州，那里只有玉米地，这里的自然风光太美了，我如痴如醉。”

Chakraborty博士做出决定之前还是有些顾虑的，“OIST校长Jonathan Dorfan博士向我介绍新学校的理念时，我心里还有很多疑惑。这是一个全新的地方，它会成为一所什么样的大学？我曾犹豫是否要进入传统的日本大学体系，因为它与我习惯的美国大学体系非常不同。”另一个重要的考量是，在全球各地的许多大学，研究人员为了能够继续自己的研究需要不断地申请资金。Chakraborty博士在美国已经有了一个有很大自主权的职位，无需申请资金。“那么，我为什么要来OIST呢?”它必须能为我提供一些其他额外的好处。在我看来，最大的好处是被称为“高信任资金”的理念。”他继续谈道。他的这番话触及了OIST之所以能够成功的原因之一。

“与校长交谈后，我了解到OIST与美国大学的体系类似，是一所完全以英语授课的大学，此外，它采取的是高信任资金模式。从大学的角度来看，这三件事对我非常有吸引力，”他回忆道，“除此之外，我爱上了冲绳。非常喜欢这个地方，除了这里的美景之外，我也喜欢住在这里的人。人们在这里舒适、安全地生活，这一点太棒了。当然也会有一些琐碎小事会困扰我，但综合考虑得结果，我必须说OIST是最好的选择。”Chakraborty博士对OIST和冲绳毫无保留地赞美，他现在称这里为家。

一系列偶然事件、机遇和决定，使Chakraborty博士从印度一名接受私人辅导的高中生成为了如今的OIST教授。大胆地抓住命运给他的机会，体验许多不同的环境和研究领域，赋予了他独特的视角，并使他得以在一系列课题上取得了突破性研究成果。他丰富的经验和跨国流动表明，国际人才环流对科学家个人和他们所在的研究机构都大有裨益，在未来也应进一步促进。

管流、台风、彗星和火山——流体力学的广袤世界

当人们听到“流体力学”这个词汇时，可能会联想到水的流动或气体的流动等现象。“当我们谈及流体时，我们指的是液体还有气体。在流体力学的研究中，液体和气体都被视为流体。”但是，Chakraborty博士表示，这个领域比这要深奥得多，一个可能被忽视的例子，或者人们甚至不认为是“流体”，那就是在月球上的陨石坑射线。月球陨石坑射线是从月球撞击坑延伸出来的长形放射状条纹，正是这些条纹使月球的“瑞士奶酪”图像如此出名。长期以来，人们一直认为这些撞击坑是火山活动形成的，但实际上它们是陨石撞击月球表面的结果，固体被粉碎并以射线的形式散布开来。

Chakraborty博士与一位博士后花了些时间一起研究这个现象，努力探究射线背后的原理。其中一个问题是，“这些射线的形成机制一直是一个巨大的谜团。为什么这些粉末不会均匀地分布在陨坑上？而是以射线的形状出现呢?”他们用一个类似于在小学里经常做的实验来研究这个问题，他们铺了一个沙床，然后把一个钢球扔在上面，试图理解是什么导致了这些射线。然而，实验结果与月球的现实并不一致，沙子一次又一次地以均匀的模式散落。

一个偶然事件最终使这个问题得到了解决。进行实验时，通常以非常可控的方式进行，以确保测试特定的想法和假设。然而，有一天，博士后走了捷径，没有把实验中使用的沙床完全弄平整，结果钢球撞击后反而形成了不规则的、波形结构，这正是他们寻找的结果。

Chakraborty博士继续解释这背后的力学原理，并用手势示意每个步骤，“当球撞击沙床表面时，尽管沙子在静止时表现得像固体，但在运动起来表现得像流体。球在沙子内部产生冲击波。当冲击波到达表面时，沙子被喷射出来。如果此时沙床的表面形状刚好像山谷一样为下凹曲面，沙子就会聚在一起，从而形成这些射线。”这可以与许多其他现象联系起来，因为流体力学在许多其他领域也是适用的。“从某种意义上说，这归结为流体力学，因为它涉及到了物质的流动。从月球陨石坑射线这个例子来看，涉及到了被压碎并变成粉末的物质是如何流动的。”

Chakraborty博士还研究了流体力学的其他现象，列举了一个又一个例子。流体力学的应用非常广泛，经常可以用来解释我们周围看到的现象。他继续谈到了一个对冲绳居民而言非常熟悉的话题：“目前一个重要的悬而未决问题是我们对台风的理解。”

台风内部有许多复杂的变化，因此要了解其基本原理相当困难。“有关台风/飓风的研究，通常是理论或模拟，也有现场观测，但没有实验室实验。”这是因为目前还无法在实验室内制造一场假想的“杯中风暴”，因此还没人在实验室环境下观测风暴。而Chakraborty博士的实验室正在创造一个实验性台风模型。

按照目前的水平，人类已经能相当准确地预测台风到达约5天之前的移动路径，但台风的强度还难以预测。Chakraborty博士解释说，台风在海洋上的运动与管流动力学有许多相似之处，海洋表面与台风边界的摩擦是预测台风强度的关键之一。

Chakraborty博士兴奋地介绍了许多例子，都可以用流体力学来理解，比如管流和火山岩浆流动、台风强度和静脉或人工心脏中的血液流动等。流体力学这个极其广泛而深奥的领域还有许多未解之谜，Chakraborty博士在OIST的研究未来会给出更多答案。

Chakraborty博士解释月球陨石坑射线现象形成的视频，由OIST提供
vimeo.com/276187302?embedded=true&source=video_title&owner=61626010A

OIST，理想的研究基地

当我们问及Chakraborty博士在OIST有哪些经验时，他首先谈到了在冲绳生活的影响。“地理为止上，冲绳有些孤立，这可能会带来一些问题或限制。”后疫情时代，远程工作、在线会议和各种电子解决方案的工作模式变得可行，但对于人员较多的大型部门而言，这些工作模式的变化还无法作为面对面工作的完美替代。事实证明，地理位置带来的限制反而让Chakraborty博士很受用。

“事实上，这与我而言是一个巨大的优势。地理位置的隔离使我可以不受干扰地追求新颖的想法，如果你喜欢冒险，想抓住机会，我认为OIST非常适合你。”在以拨款为基础的传统环境中，追求感兴趣的课题和领域会受到诸多限制，因为这可能会导致你难以获得资金，而且传统环境非常注重结果。所以，其他教职员和同行可能倾向于追求的结果而给出建议，但OIST独特的环境使得研究人员更倾向于研究自己感兴趣的领域，可以自由地去研究这类课题。

Chakraborty博士继续谈到其他员工和学生，“对我来说，一所大学的丰富性来自于人们的思维多样性。”OIST超过一半的教师是外籍，教育和管理都以英语进行。这种多样性和学校的国际化性质使独特的想法和“丰富性”得以发展。这不仅体现在行政人员、学生和研究人员的国籍上，还体现在他们的研究方法上。Chakraborty博士进一步解释说，比如有些人更注重创新和知识产权，而其他人则有其他不同的角度。这种差异和多样性是OIST的众多吸引点之一。

他还谈到了OIST独特的资金体系。“高信任资金，是OIST独有的优势”。资金体系的灵活性对于Chakraborty博士这样的研究人员来说是巨大的福音，因为这种体系提供了追求更有趣研究领域所需要的自由。如果一个研究人员受到拨款和所获资金类型的限制，那么许多研究和发现的途径可能会被忽略。在我们的采访中，对于高度信任资金赋予OIST研究人员的知识自由度，被反复提及并获得赞誉。

OIST的独特地理位置、惊人的人员多样性以及高信任资金体系，使得Chakraborty博士能够开展一系列在其他地方无法推进的有趣研究课题。“纯粹凭机缘巧合，我找到了OIST，并决定冒险一试。但是，结果是我在这里非常开心，希望能够在这里继续研究有趣的问题。”

Chakraborty博士所在的2号实验楼平面图。OIST研究人员并没有被分至不同的部门，而是与研究领域完全不同的人员比邻而居。大家偶然碰面聊天，经常会激发出新的跨学科研究机会。

关于国际人才环流，以及对未来研究学者的建议

作为Chakraborty博士在OIST工作的一部分，他还负责教授流体力学的研究生课程。“我教一门流体力学课程，学生的知识背景非常不同，这是典型的OIST特点”。这些学生来自许多不同领域的专业，有时甚至与力学力学完全无关。比如他教过的学生中就有数学家、工程师、材料科学家和纯生物学家。这种多样性使得各种观点和知识得以分享，这也是大学所鼓励的。

OIST有一个叫做“研究轮岗”的体系，每个学生都有机会在不同的研究小组中进行研究，即使超出了他们专业领域的范围。这种知识的流动是OIST非常积极的一个方面。在讲述学生如何加入自己的研究团队时，Chakraborty博士表示：“学生来找我谈论进行流体力学方面的课题研究，这完全不是他们当初的计划。在修完我的课程并在我的团队进行研究轮岗后，他们当中有的人发现自己喜欢流体力学。我与他们之间的相互交流效果很好，最终他们成为了我的博士生。”OIST的国际性，通过研究轮岗带来的知识流动，以及能够与研究生和其他教授一起进行跨学科研究，是OIST的一大亮点。

当我们询问Chakraborty博士对想在日本工作的研究学者或学生有何建议时，Chakraborty博士谈到了大多数人对日本的总体印象。日本是一个非常有名的旅游胜地，在疫情前每年都有大量的游客来到日本观光。然而，日本并不被视为是研究人员深造和工作的理想国度。这里面的一个重要原因是语言障碍，对此，Chakraborty博士给出了他的建议。“如果你想吸引外籍人士，让他们有更多的选择，那么我认为关键是像OIST一样，真正扩大英语的使用范围，尤其是在大学校园里。”

另一个问题是，研究人员如何在日本取得学位后进一步获得职业发展。他提到自己的一个才华横溢的博士后无法获得日本助教职位的事情，他建议对外国研究生更加开放，使他们能够继续在日本的学术界停留和工作。“如果学术体系从底层开始开放，并给予更多自由，我相信你会看到很多非常有才华的人才涌入。”

OIST提供了一个有助于推动这一进程的出色平台。无论是作为一个研究机构还是在吸引外籍人才方面，OIST取得的成都就树立了一个榜样，值得其他机构效仿。“为什么不利用这个成功经验，在此基础上继续扩展呢？”Chakraborty博士兴奋地反问道。尽管改变传统和观点可能具有挑战性，但从OIST汲取经验并将其作为一个范例，无疑是进一步推动日本成为一个研究国度，以及创造更多研究成果的一种方式。

Chakraborty博士有趣经历使他最终选择在OIST做研究，他与其他国际同事合作的丰富经验，以及他的许多成功案例，都很好地说明了为什么国际人才环流在学术界至关重要，也是进一步促进日本研究未来发展的很好例证。OIST作为一个研究机构在这方面发挥了重要作用，而像Chakraborty博士这样的国际优秀研究学者则是推动日本研究机构取得研究成果的宝贵资产。

（采访人：JST全球战略事务总监樋口义广）