Marc Hesse 研究从岩浆到火星的万物流体力学

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你可以在 30 岁前在五个不同国家学流体力学,同一周里既研究油气储层又研究构造物理和行星冰,最后竟然坐上地球物理学百年讲席。Marc Hesse 就是这么做的,而他背后那条主线比任何一个单独的站点都更有意思。

作者:Koutian WuGitHub: ktwu01

Marc 的年鉴:ut01.github.io/marc-hesse-chronicle。属于从 Sean Xiang 年鉴模板 分叉出来的一批年鉴之一,全部由我和 UT Austin 的同事构建。完整目录:Ashley MathenyChen Ning YangDaniella RempeEric C. GreeneGeeta PersadGengchen MaiJuan SantiagoKehan DongMarc HesseSean XiangZong-Liang Yang

Marc 在慕尼黑工业大学开始了他的地质学研究。随后他在爱丁堡大学获得地质学学士,大约在 1999-2000 年完成,期间先后获得爱丁堡地质学会奖、矿物学会学生奖和 Total Oil Marine 奖。从爱丁堡他进入 MIT-WHOI 联合项目,2000 到 2002 年拿 MIT 总统研究生奖学金读了海洋学硕士。接着去剑桥大学,具体是 DAMTP,拿欧洲信托奖学金和 EPSRC 奖学金读流体流动方向的 MPhil,2003 年完成。然后是斯坦福能源资源工程系的石油工程博士,大约 2003 到 2008 年。2009 年他获得 David Crighton 奖学金。2008-2009 年在布朗大学做构造物理博士后。2009 年秋他加入 UT Austin Jackson 地球科学学院任助理教授,并在现在所称的 Oden 研究所兼任职务。2011 年他获得 Jackson 百年教学奖学金,2012 年获得壳牌公司基金会地球物理学百年讲席。

如果你把这当作一份工作列表来读,看起来像是一个决定不了该学什么的人。如果你把它当作一份课程表来读,看起来像一个刻意收集了数学和物理工具、以便在任何地球科学场景里做流体力学的的人。慕尼黑是为了德国的严谨。爱丁堡是为了硬岩石地质。MIT-WHOI 是为了海洋动力学。剑桥 DAMTP 是为了应用数学。斯坦福石油工程是为了多孔介质中的多相流。布朗是为了构造。等到他在 UT Austin 建立自己的团队时,他已经能挑出哪个流体力学问题重要,而不管表面的领域是什么。

他在 Oden 研究所的地质流体力学组正体现了这种广博。团队研究多孔介质流动,应用横跨地下水、岩浆运移、冰盖动力学和 CO2 封存。数学是恒定的,物理场景在变。

这之所以对我重要——我就在地球与行星科学系,估计隔两栋楼——是因为几乎陆地表面建模里的一切,眯着眼看都能化约为多孔介质中的多相流。土壤湿度是多相流。植物水分摄取是带一个生物边界条件的多相流。积雪过程涉及多孔介质中的相变。基岩风化涉及裂隙多孔介质中的反应输运。流体力学社群有时会以陆地表面建模社群未必总能企及的数学细致程度来解决这些问题,而把想法搬过那道边界有着真实的研究杠杆作用。

Marc 在 Oden 研究所的任命,就是让这件事在 UT Austin 成为可能的结构性条件。Oden 是世界上少数几个把计算科学当作一门独立学科、而非一个服务部门的机构之一。当你有一位教授一只脚在地球科学、一只脚在计算数学,你会得到不同层级的学生、不同的会议、以及默认的数值严谨水平。

我承认,在我申请博士项目时,Marc 和 Oden 研究所的存在正是把我拉向 UT Austin 的具体原因之一。这里的数学和计算基础设施不是后装上去的。它就是地球科学被从事的方式的一部分。

我还注意到他运营团队的其他一些事。2011 年的教学奖不是偶然。从那些上过他课的人那里听说,这男人真的能讲清楚一个 Stokes 方程。这比它该有的稀有程度还要稀有。很多研究生阶段的流体力学教学本质上是一场”看谁能最快推导出最晦涩方程”的比赛。Marc 属于那类认为”如果你在写数学之前画不出物理图像,你就不是真的理解这个方程”的人。

对我自己的博士来说,实际收获是:当我在思考水如何在 Noah-MP 里透过一个土壤柱运动时,我不该害怕走过街到 Oden 研究所去问:我们正在用的多孔介质公式,是不是一个做流体力学会写的公式。答案可能是否定的。而那个答案会很有用。

职业形状的教训是我一直在回想的那个。五个国家、五个子学科、一套始终如一的工具。如果你正处在职业早期,为专业化而焦虑,Marc 的轨迹就是一个反例。专业化被高估了。重要的是你收集的工具,是不是那些以后能组合成连贯整体的工具。