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一位資深留美學生的美中理工科學研究之評析─現代開悟之洞識(3)

2021/08/25閱讀時間約 9 分鐘
作者:陳華夫
美國之音於2021/8/24報導,因為新冠疫情的相關旅行禁令、種族歧視之攻擊亞裔、美中關係持續緊張、及驅逐「高風險研究生和研究學者」出境的風聲等因素,美國高等學校新學年中國留學生人數將繼續銳減,如果持續下去,不僅造成美國高校經濟損失,也會削弱美國對下一代中國人的影響。據美國國際教育協會(IIE)資料,在2018-19學年,約有110萬國際學生在美國大學學習,其中超過1/3來自中國。另據估計,在美國的理工科(STEM,科學、技術、工程及數學)研究生中有16%是中國公民;大約三分之一的頂尖人工智慧研究人員是在中國完成本科學位,但其中一半以上的人繼續在美國學習、工作和生活。中國留學生銳減及驅逐「高風險研究生和研究學者」出境的風聲,將加深美國延攬海外理工科人才的危機。(見專家:中國留美學生銳減或削弱美國影響力
我此前寫了篇留學憶往的文章:滄桑40年的留學夢─驀然回首(1),及我現代開悟中有關留美英雄旅程的文章:細述我親歷40年的「現代開悟」之旅─開悟的本質(1)。而這兩篇文都只談了些文化衝擊,對美國的理工科教育點到為止,沒有深刻的分析。本文則全面反省美國理工科教育及在美畢業後出路的真相,給即將面臨的美國文化衝擊的準留學生們打些防疫針。
40年前的1980年代臺灣,是「來來來,來台大;去去去,去美國」的留學夢的年代,我把工作存下的僅有家當─300美元─塞在鞋底,就義無反顧的赴美的留學,經輾轉,落腳於麻省理工學院(MIT)。
麻省理工學院留學是我從小的夢想,在那個沒有網路,資訊貧瘠的年代,我小小的心靈並不知道MIT就知道它是世界頂尖的理工科研究學府,而且,我上學一直不喜歡分數,所以並非高分數的學霸。所以即使從小嚮往MIT,可也壓根不認為自己能擠進它的窄門。
人生就是充滿諷刺,跌破學霸同學們的一地眼鏡,沒錢也沒公費的我,竟然進了MIT。這就讓我有幸親灸睹世界一流的MIT科學研究。但有一句話:「當夢想成真時,就是夢想破滅時」 (When the dream comes true, it is when the dream is broken.)。當我正式進入MIT博士學位研究後,才夢想破滅的發現,「我愛我師,但我更愛真理」在MIT並不可行,而我卻執迷不悟,一意孤行,結果付出慘痛出局的後果。
(圖片來源:麻省理工學院校園
當時,我的博士指導教授大老闆是當紅的學術權威,他擁有龐大的研究經費及4、50人的研究團隊,平常私下,我與團對成員都無話不談的議論些研究上的問題,但每當大老闆出現的研究會議,團隊裡的教授,博士後研究員,研究生門都一改口風,唯唯諾諾,歌功頌德,但我這個少不更事的東方毛頭小子,卻認為歌功頌德是浪費所有人的時間。於是,我就在每次大老闆出現的會議,暢所欲言,大肆批評團隊研究的瑕疵。
終於,大老闆有一天把我叫到辦公室,劈頭就說:「華夫,我認為你不適合我的研究團隊,你準備換學校,我會給你寫最好的介紹信。」當時,我腦門一熱,如雷轟頂,才悔恨的發現即使在美國的一流學府搞研究,還是要「擁護領導中心」,於是我的英雄旅程就跌入「深淵谷底」。
雖然我發現MIT的科學研究與別的地方並沒有本質上的優異之處,但我修了一門固態物理學的課,讓我對MIT教授與學生,不打假球的認真態度,刮目相看。因為固態物理學需要電磁學量子力學統計力學等為基礎的尖端物理學,真的能搞懂理論,再做習題上繳的學生世上不多。赫拉利在《人類簡史》中說:「在全球70億人口中,有多少人真的瞭解量子力學細胞生物學總體經濟學?」(251頁)每次在固態物理學下課後,大批學生圍住教授討論困難的理論,如此渴切的求知精神,令人感動。及至日後我忝為人師,在各種場合,也從未有如此大規模,高素質的英才圍住我,問問題。
但這些MIT的教授及研究生,是否日後都成為寫教科書的一流科學家呢?答案是否定的;理由如下:我本科是化學系的,但我從小對電機和物理興趣極濃,所以自修電磁學時,最苦惱的就是發現教書上說:「由公式(1)就可推導出公式(2)。」我卻推了半天卻仍無頭緒,於是就拉下臉皮,「不恥下問」的去問同學及教授,卻都遭到異樣的眼光─又不是本科,要懂幹什麼?但在求知慾的驅使下,我並沒有死心,到了留學MIT,我依然去同學及教授,結果竟然一樣,我這才恍然大悟,原來教書上說:「公式(1)就可推導出公式(2)。」不只是我不懂,連MIT的教授與學生也不見得懂,這可是我始料所未及的夢想破滅。
就在幾乎絕望之時,我在安娜堡密西根大學遇到我的貴人,他是一位理論物理的資深教授,在根本不問我是誰的情況下,耐心的回答教導了我一、二十年所累積的所有物理疑惑,最後,我與他合作研究如何以量子力學修正「入射角等於反射角」的傳統電磁學的光學反射定律的論文:Long-wavelength limit of the optical response of a metal surface,發表在甚具權威的《物理評論》。
但MIT大學部學生,是否個個人中龍鳳,頭腦靈光呢?到也未必,舉例來說,我做「普通化學」實驗的助教。每此發成績,就有堆學生來向我要成績,說這多扣了一分,那少加了一分,總之就是要滿分才能申請「醫學院」,我心想將來最好不要碰到這種學霸醫生,沒病都會診出病。
我在得到博士學位後,去佛羅里達大學的生醫學程面談應聘教職,當給完演講,系主任說系會議全票通過發聘。我又經歷了一次「當夢想成真時,就是夢想破滅」,雖然在美國當教授一直是默認的心願,但夢想成真時,心靈卻一下子清明了,我並不想流落在美國,誤美國人子弟,每天煩惱「多扣一分,少加一分」。記得有一次,我還在麻省理工學院時,曾拜訪也來自從臺灣的物理系鄭洪教授,詢問我將來適宜走學術路線還是企業打拼?他告訴我在美國搞學術太寂寞,以我的個性應該去企業。他的建議那一天發酵了,令我鐵了心的打包回台。
如今反省起來,美國的基礎科學還是世界領先,底子是非常深厚,所有理工科(STEM,科學、技術、工程及數學)的教科書,絕大多是都是美國人寫的。教科書並不是在報告科學研究上的最新成果,而是在解釋科學知識,是真正的科學洞識。最近媒體報導中國的專利申請已超過美國而沾沾自喜,那天中文理工科教科書的數量趕超美國,那才是真正的學術彎道超車
至於川普總統口口聲聲要管制的人工智慧(AI),美國並無真正不可超越之處。我真正推薦的只有這本1999年出版的奇書Douglas Hofstadter的《Gödel, Escher, Bach: An Eternal Golden Braid》,有中譯本《哥德爾、艾舍爾、巴赫∶集異璧之大成》。本書在強調哥德爾、埃舍爾和巴赫不是關於數學、藝術和音樂的關係——而是如何從隱藏的神經機制中出現的認知。書中的一個觀點通過將大腦中的單個神經元與螞蟻群體中顯示的社會組織進行比較來類比,說明大腦中的單個神經元如何協調以創建一個統一的連貫意識。理解本書有些難度,但比起理解電磁學量子力學的聯立二次偏微分向量方程式還是容易些。
在2006年以前,機器學習人工神經網路(Artificial Neural Network,ANN)還沒有所突破時,美國知名的大學都不聘請人工智慧專業教職,學術期刊也不刊登人工神經網路的論文,直到2016年谷歌(Google)的電腦圍棋AlphaGo打敗了人類的圍棋世界冠軍,美國機器學習的分支深度學習才變的火紅。
谷歌(Google)不願意公開電腦圍棋AlphaGo供學術研究,這種知識的商業化固然無可厚非,但這也會阻礙人工智慧進一步的發展,給中國彎道超車的機會。
但總的說,美國的工業及商業軟體獨霸全球,例如:數學軟體:MATLAB 化工軟體:ASPEN PLUS 半導體元件與製程模擬軟體:Sentaurus TCAD 工程繪圖軟體:SolidWorks 物理模擬軟件:COMSOL 電路模擬:PSpice等,中國都得完全依靠美國。
哈工大學生2020/6/11日收到了MATLAB正版軟體取消啟動的通知,而在與其公司MathWorks交涉之後,才得知是因為哈工大名列美國的24個中國「機構及個人實體實施出口管制」名單中,相關授權已被美國中止。也就是說,MATLAB被停用,影響數千高校,及無數的企業,未來若美國停用所有美國的工業及商業軟體,中國就被美國卡脖子了。
不過要修補工業及商業軟體之短板,並不需要留學美國取經,只要想法把「發展工業及商業軟體」計畫寫入國家五年規畫,比照兩彈一星等國家級計畫,招募數萬以上的工程師,並成立名字為「中國工業及商業軟體全面發展公司」的國有企業,全力發展「中文版」工業及商業軟體即可。(詳細,見拙文中國工業及商業軟體極大落後美國的「迎頭趕上」之道─美中經濟(40)
結論:
中國留美學生人數縮減,將加深美國延攬海外理工科人才的危機。那天中文理工科教科書的數量趕超美國,那才是真正的學術彎道超車。並成立名字為「中國工業及商業軟體全面發展公司」的國有企業,不過要修補工業及商業軟體被美國卡脖子短板
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思想家─理解、解釋、預測世界。發表:9篇「深度政經分析」、6篇「現代開悟之洞識」、10篇「學習的本質」、13篇「美中關係」、4篇「驀然回首」、21篇「文學與藝術」、36篇「科技與智慧」、9篇「圍棋的本質」、40篇「美中經濟」、28篇「美股的本質」、12篇「美聯儲的本質」、12篇「貨幣及美元的本質」,共201篇。
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