学记78 | 为什么说基础学科很重要？

二战后从事生物学研究的一大批生物学家，原本是学习物理的，后来因为看到了原子弹爆炸对人类造成的伤害，或者读了薛定谔《生命是什么》那本书之后受到了启发，转而从事生物学研究了。——《富足》吴军著

之前的学记中有说过，吴军老师认为基础学科非常重要，比如数学和理论物理学，因为这两个学科教给人的都是最底层的逻辑。

我其实在这之前对基础学科的重要性没有什么感觉，直到我几个月前看了一个电动牙刷的评测视频(也就是我在「学记65 | 《一口好牙的自我修炼》: 关于牙齿的八个问题」中提到的视频)，里面有一部分讲解了飞利浦牙刷的机械结构，才让我觉得基础学科的重要性。

飞利浦电动牙刷中的电机结构属于盘式电机，其发明专利可以追溯到上个世纪九十年代。一位名叫David Giuliani的美国大爷作为第一发明人申请了电动牙刷的专利，并和华盛顿大学教授 David Engel 和 Roy Martin 一起成立了 Optiva 公司，共同研发Sonicare声波震动牙刷。

2000年10月，皇家飞利浦电子集团收购了 Optiva 公司，Sonicare声波震动牙刷也就变成了飞利浦电动牙刷。

不同于传统的圆形电机，盘式电机可以在体积受限的电动牙刷上面实现更强的动力。

更妙的是电机上方的结构，直到今天依然是电动牙刷机械结构的巅峰。

电动牙刷的原理是电机驱动转子，转子带动传动轴，从而模拟巴氏刷牙法的摆动。飞利浦使用了一个V字型的纵梁作为传动轴，并在中间使用螺丝固定在机身上。

这么做的目的是什么呢？我们先来简单的介绍一个现象——驻波。

驻波大概长下面这个样子，就像以特定频率震动一根一端被固定的绳子一样， 绳子出现一个波峰和波谷交替的形态，中间静止的位置叫「波节」， 波峰或者波谷的位置叫「波腹」。

c回到飞利浦电动牙刷的结构，中间用螺丝固定的位置就是「波节」，当电机带动了横梁摆动产生机械波，与重物存储自动回中的波周期一致时，就产生了共振，摆幅就得到了放大。

在芯片算力提升与控制电路微型化的今天，在大部分国产电动牙刷依然没有超过30年前飞利浦这套盘式电机加驻波共振的机械结构。

感兴趣的话可以看一下下面这个视频中第8分28秒到第11分13秒的部分，建模做的非常好，能更直观的理解。

飞利浦的思路更接近物理学的本质，一切力的传递都是以机械波的方式。一旦从波的角度来理解力的传递，波可以其实可以被储存、叠加，甚至放大。

这可能就是发达国家所谓的技术壁垒吧。

我在学习基础学科的时候，觉得考试时能算出题来就可以了，不会想到去理解物理学的本质，更不会想到可以用在电动牙刷上。通过上一篇学记和这一篇学记，我才开始明白为什么吴军老师说数学和理论物理学教给人的都是最底层的逻辑，也明白了基础学科的重要性。

在罗辑思维·启发俱乐部中第327期，罗振宇也提到为什么一些基础学科(比如数学和中文)很重要:

第一，现在的社会变化速度太快，大学入学的时候选的可能是热门专业，如果再读个研，毕业之后至少七八年过去了，到时候热门专业还热不热门就不一定了。

第二，中文和数学这样的专业，虽然看起来没什么用处，但他们是基础工具，学好这样的专业，别人是不容易赶得上你的，是所谓的「童子功」。

这两个理由背后是一个总的趋势，就是人才和行业的分离。

在过去的传统社会中，一个人进入一个行业就成了他一生的职业。可能下一代也要做这个职业，比如铁匠的儿子还是铁匠，杀猪的儿子还是杀猪的，卖豆腐的儿子还是卖豆腐的。但是现在的社会变了，大量的新行业不断出现，一个人有三四十年的工作时间，而一个行业的寿命可能都没有这么久，如果学好基础学科，换一个行业也不用再从头学起了，因为基础的知识都是相通的，是可以复用的。

插个题外话，专利号末尾的数字   A、U、S为专利文献种类代码，其中，A代表发明专利公开（发明专利授权是B），U代表实用新型授权，S代表外观设计授权。

感谢你花时间读到这里。

参考

1.专利US5189751A-Vibrating toothbrush using a magnetic driver

https://www.freepatentsonline.com/5189751.html

2.专利CN101479497A-用于电动牙刷的节点弹簧组件(皇家飞利浦电子股份有限公司)

https://doc.paperpass.com/patent/CN101479497B.html

3.罗辑思维·启发俱乐部的第327期--行业和命运里

4.《富足》吴军著

5.知乎 - 一篇文章教你看懂专利文献的编号！

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47039466

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