清晨的滬上,還是陰雨綿綿。
實驗樓厚重的防火門“咔噠”一聲彈開。
一股老舊金屬的味道,如同一隻冰冷的手,瞬間扼住了所有人的呼吸。
這裏是全國決賽的實驗考場,是天才與天才之間,最後的對決。
牆上,冰冷的紅色LED計時牌,從“180:00”開始無聲倒數。
每一個數字的跳動,都像一把小錘,不輕不重地敲在所有人的神經上。
試卷袋被撕開,實驗臺卡上,題目只有一行半,簡潔得像一封戰書:
【實驗題目:用白光反射法測定“玻璃/SiO?/空氣”樣品中SiO?薄膜的厚度d。】
【器材見臺卡;請給出方法、數據與不確定度分析。】
臺卡旁邊,列着一排冰冷的器材清單:
光纖光譜儀(內置標定)、滷鎢燈、汞燈(校準用)、He-Ne對準器、裸玻璃參考樣,以及一個標註着“5°±1°”的樣品架。
“看起來……挺常規的啊?”
後排,許嘉誠盯着光譜儀屏幕上那幽綠色的開機界面,下意識地鬆了口氣。
坐在他對面的周衍推了推鏡框,沒有接話。
他很清楚??在全國決賽的考場上,越“常規”的實驗,陷阱越多。
第一排,衛驍已經進入了戰鬥狀態。
她戴上白手套,每一個動作都如同教科書般標準、流暢,沒有絲毫的多餘。
點亮滷鎢燈預熱。
調節光路。
將He-Ne激光的紅色光斑精準地打在樣品中心……
她的手腕穩得像陀螺儀,每一個動作都極簡、精準,充滿了近乎冷酷的效率。
她嚴格遵循着標準流程:
先採一張有薄膜樣品的反射譜,再採一張裸玻璃參考樣;
然後,她拿出鉛筆和直尺,開始在打印出的光譜圖上,耐心地、逐個地尋找幹涉條紋的極小值點,用相鄰極小值間隔公式來估算厚度。
甚至,她還注意到了那個“5°”的標註,一絲不苟地將5°的入射角引入折射定律,做了角度修正。
每一步,都無懈可擊。
而許嘉誠,則很快陷入了苦戰。
屏幕上,那本該平滑的反射光譜,因爲光源自身的光譜起伏和探測器的非線性響應,佈滿了密密麻麻的“鋸齒”,像一張失真的心電圖。
他死命地用光標在屏幕上尋找着峯谷,寫下一個波長,又煩躁地劃掉,再寫下一個。
20度的恆溫房中,他已經開始額角冒汗。
二十分鐘過去了。
只有林允寧,還是老神在在,沒有動樣品。
他甚至沒有打開那盞作爲主光源的滷鎢燈。
他像一個經驗豐富的偵探,在審問犯人前,從不急於開口,而是先將對方的底細查個一清二楚。
沉默了一會兒,他拿起一根光纖跳線,沒有連接滷鎢燈,而是直接插到了旁邊那支靜靜發光的汞燈上。
“同學,你幹嘛呢……”
負責巡場的年輕助教孔宣看到他這反常的舉動,忍不住開口提醒。
“先摸一下底,”
林允寧指了指嗡嗡作響的光譜儀,聲音懶洋洋地,卻異常篤定,“我得先看看它,今天老不老實。”
話音未落,電腦屏幕上,一排排藍綠色的明亮譜線“唰”地亮起,如同被檢閱的士兵,整齊地站了出來:
404.7nm、435.8nm、546.1nm……
這是汞原子光譜的“指紋”,是刻在物理規律裏的、絕對不會說謊的標尺。
他沒有調用任何外部軟件,只用直尺與鉛筆,手工畫出“像素?波長”的標定曲線:先做線性近似,再微調一個輕微的二次項。
很快,一條平滑的曲線躍然紙上,將所有的點串聯起來。
他把每個點到擬合曲線的“垂距”逐個標在下方,手工畫出了一條殘差帶??點基本貼着零線散開,最大偏差遠小於峯谷間距。
他將這張“像素?波長”標定與殘差,工整地畫在了實驗報告的第一頁,標題寫得十分乾脆:
【儀器自證:波長軸校準】。
“同學,我們儀器的內置標定是沒問題的,誤差在允許範圍內。”
孔宣感覺自己的專業性受到了挑戰,下意識地辯解了一句。
“當年是好的,”
林允寧頭也不抬,淡淡地說道,“今天是不是,得問它自己。”
他指了指殘差圖,補了一句:
“現在,它才說了實話。”
孔宣的脣線抿緊,正想說他多此一舉。
卻見林允寧已經換回滷鎢燈,將光纖對準了那塊裸玻璃參考樣,採集了一條參考光譜R_ref。
然後,纔不緊不慢地換上真正的樣品,採集了樣品光譜R_sample。
兩條曲線在屏幕上犬牙交錯,充滿了各種起伏。
他沒有急着去數峯,開始調用光譜儀自帶的 A/B功能,處理數據。
簡單的除法:
R_sample / R_ref。
瞬間,奇蹟發生了!
重新校正過的數據圖上,那佈滿噪聲、劇烈起伏的原始光譜,瞬間平服!
光源和儀器響應帶來的系統性起伏被完美抵消。
只留下一條平滑、乾淨、純粹由薄膜幹涉產生的信號!”
許嘉誠瞥見這一幕,嘴巴微微張開。
他還在跟那些該死的“毛刺”肉搏,對方已經用一個簡單的數學技巧,把整個戰場都給清理乾淨了!
林允寧沒有停頓。
他沒有像衛驍那樣去“數”峯值點,他甚至連筆都沒怎麼動。
【抽象建模】的天賦,讓他在腦海中瞬間構建了整個物理過程的數學模型。
他把幹涉極小逐一編號 m,把m?(1/λ)畫在方格紙上。
考慮到臺卡給出的 5°入射,他把膜內折射角cos?θ寫進相位條件裏,並調用教參中的 SiO? Cauchy色散近似。
一切就緒後,他用直尺做線性迴歸:
一條几乎完美的直線,穩穩地臥在紙上。
斜率一出,厚度 d自然也就跟着出來。
隨後,他把實測極小與理論極小的位置差逐點算出,畫成第二張圖??殘差圖。
零線兩側,所有點均勻、隨機地分佈,像一片寧靜的星空,沒有任何結構性的起伏。
“同學,你的方法和參考流程不符。”
旁邊的小孔助教終於忍不住了,他皺着眉,語氣裏帶着明顯的不贊同,“指導書明確推薦使用相鄰極小值法,你這樣操作,就算結果對了,我也只能在方法步驟上給你扣分。”
林允寧將筆帽“咔噠”一聲按上,抬起眼,那雙總是帶着幾分懶散的眸子裏,此刻平靜得像一潭深不見底的湖水。
“都說了只是‘推薦使用’和‘參考流程’了。而且流程是手段,物理纔是目的。”
他的聲音不大,卻異常清晰。
“指導書默認了三個前提:波長軸絕對可靠,儀器響應函數絕對平坦,入射角爲嚴格的正入射。我只是把這三個理想化的假設,逐一驗證了一遍,然後順手……剔除了那些可能有錯的部分。”
“可你用的是一條線性迴歸,”
孔宣皺眉,“這會掩蓋很多潛在的錯誤。”
“掩蓋錯誤的,”
林允寧點了點那張用相鄰極小粗算出的、與迴歸值存在系統性偏差的小表,又指向那張乾淨得令人發毛的殘差圖,“是模板化的流程。而發現錯誤的,是殘差。”
孔宣的脣線抿成了一條僵硬的直線,臉頰微微漲紅,正要反駁。
一個沉穩的腳步聲,靜靜地停在了他身後。
是總監考官鄧志強。
他不知何時已經走到了他們後面,目光從首頁那張“汞燈校準曲線”開始,一路向下,掃過“R_sample / R_ref”的歸一化步驟。
最終,落在了那張乾淨得像一片星空的殘差圖上。
他沒有看林允寧,而是先對孔宣說道:
“小孔,把扣分項劃掉。”
他指着那張殘差圖,用一種不容置疑的語氣,一字一頓地說道:
“記一下評語:‘方法學創新。先行校準並剔除系統誤差,物理圖像清晰,數據處理嚴謹。’”
孔宣的臉,“轟”的一下,紅透了。
鄧志強這才抬起眼,看向林允寧,目光平靜,卻帶着一絲不易察覺的欣賞。
“實驗做完了?”
“還沒。”
林允寧搖了搖頭。
“我看你做得差不多了啊,還差什麼?”
“不確定度。”
林允寧指着殘差圖,“全局擬合給出的只是d的標準差。我還需要把角度5°±1°的不確定度,通過誤差傳播公式加進去。再把波長標定殘差、極小定位讀數精度、材料參數不確定度這些系統項寫完整。”
“好。”
鄧志強離開,林允寧重新落筆。
幾行簡潔的誤差傳播公式,一個最終的數值區間,乾淨利落。
考試結束的鈴聲響起。
整個實驗室像從深水下浮出水面,集體換了一口長氣。
助教孔宣收走報告,走到門口,又回頭深深地看了林允寧一眼,嘴脣動了動,最終只低聲說了句:
“你這個方法……很漂亮,我回去好好學學你這套。”
走廊裏,光線比室內更冷。
人羣像退潮的海水,湧出考場,等待着明天最終的“宣判”。
衛驍從林允寧身邊走過,沒有說話,只是側過臉,看了他一眼。
那目光裏沒有敵意,只有頂級劍客棋逢對手時的認可,和一絲……更加熾熱的戰意。
林允寧重新打開那臺老舊的諾基亞1110,又有消息傳來。
他拿出手機。
屏幕上,跳出一行被截斷的“判決書”:
From: aps.org
Subject: Decision on your PRB Manuscript……