翌日,星期天,清晨。
「我出去一趟,下午回來。」
「去哪兒?」
「江城大學,和一位老師約好的,請教幾個題目的事。」
「大學裡的老師?那你可得懂點禮貌,別空著手去,要不我給你拿點什麼?」
「不用了媽,只是談點學習上的事,帶東西反而奇怪,我走了。」
「路上騎車慢點,早點回來吃晚飯。」
江臨回應著,出了門。
過了兩個紅綠燈路口,一條寬闊的內河橫亘在前方,一座有些年頭的雙向四車道水泥橋跨越其上。
江臨把自行車騎上橋面。
河面上有霧,像一層半透明的紗幔,懸浮在緩慢流淌的河水上方,把對岸那些高低錯落的現代樓盤剪影都暈染了一圈。
他在廢土裡沒有見過霧。
廢土的空氣乾燥,水汽含量低,清晨的荒原只有風,不會有這種把什麼都軟化的濕潤。
他深吸了一口充滿水分子的空氣,雙腿發力,自行車在橋面上加速,一頭扎進了前方的薄霧裡。
四十分鐘後,到了江城大學物理樓B棟。
把自行車停在樓下,掏出手機,點開昨天剛剛加上好友的微信號,給陸老師發了一條消息。
「陸老師,我到了,在B棟正門。」
兩分鐘後,陸知行回過來一條消息。
「稍等,我下來接您。」
江臨把手機揣回兜里,退後兩步,抬頭打量著眼前這棟建築。
物理樓B棟看著像是一棟建於上世紀八十年代的蘇式建築。
灰色的水刷石外牆,狹小的高窗,厚重的水泥承重柱,散發著一種古典物理學特有的厚重氣息。
江臨等了沒五分鐘,那位在《量子力學沒那麼玄》的科普視頻里侃侃而談的陸老師,匆匆從幽暗的樓梯間裡走了出來。
真人比視頻里看起來瘦削。
穿著一件領口有些松垮的灰色高領毛衣,外面胡亂套著一件黑色的長款羽絨服,頭髮亂蓬蓬的,眼下有明顯的熬夜痕跡,顯然是這幾天根本沒顧上打理。
當江臨迎上去主動上前問好的時候,陸知行的腳步猛地停頓了一下。
錯愕的目光在江臨那張年輕的臉龐上停留了足足三秒鐘,大腦在瞬間短暫地重新校準了某種預期。
因為來人比他想像的年少太多了。
在他的潛意識裡,能寫出那封直擊底層力學痛點,數據詳實克制郵件的人,至少應該是個在工程力學所泡了五六年的高年級博士,甚至可能是一位常年在軍工企業摸爬滾打的青年高工。
而眼前這個人,深灰色的夾克,黑色的連帽衛衣,舊運動鞋,背著一個學生氣十足的雙肩包。
瞧著至多也就本科生。
不過,短暫的意外之後,陸知行很快收起了外露的情緒。
在江城這樣的大學物理學院裡,從來都不缺年輕得過分的怪物。
強基計劃拔尖進來的天才,本科二年級就提前進組推導公式的科研瘋子,從小泡在奧林匹克競賽里的做題機器,還有隔壁少年班那些十六七歲就開始算費曼圖的妖孽。
各種不講理的成長路徑這裡都有。
陸知行自己帶的課上,就有幾個大二的學生,提問的角度刁鑽到能讓他在講台上直冒冷汗。
少數幾個本科高年級的神仙,甚至能在組會裡把二年級的博士生問得下不來台。
陸知行重新打量了江臨一眼。
身上有一種還沒被實驗室八股文完全泡壞的工科生氣質。
很沉穩。
「江臨是吧?」陸知行伸出手,和江臨握了一下。
手掌冰涼,但很有力。
「是我,陸老師。」
「走吧,外面風大,我們去樓上說。」陸知行沒有多餘的寒暄,直接轉身帶路。
兩人一前一後,沿著樓梯往上走。
在三樓走廊,一間門牌上標著302會議室的木門前停了下來。
陸知行推開門。
這是一個典型的大學課題組活動空間。
房間的面積不小,中央拼著幾張長條桌,周圍橫七豎八地散落著十幾把摺疊椅。
靠牆的一塊巨大的白板上,密密麻麻地寫滿了哈密頓量、薛丁格方程的推導步驟,以及一些外人根本看不懂的張量縮寫,字跡有紅有黑,有些地方被板擦胡亂抹過,留下一片片渾濁的陰影。
房間的一角堆著幾個亞馬遜的快遞紙箱,裡面裝滿了各種型號的運算放大器、電容和杜邦線。
一台老舊的愛普生投影儀正掛在天花板上,將一幅複雜的頻譜分析圖投射在正前方的幕布上。
房間裡已經坐了三個人,氣壓卻低得讓人喘不過氣。
坐在長桌靠窗位置的,是一個頂著雞窩頭的男生。他正死死盯著面前的外星人筆記本電腦屏幕,手指在鍵盤上瘋狂敲擊。
屏幕上是黑底彩字的Python開發環境,窗口裡正在跑一段極其複雜的卡爾曼濾波函數代碼。
江臨後來知道,他叫孟澈,是這個組裡負責軟體算法和控制理論的博士三年級學生,處於畢業邊緣的高壓狀態。
靠著另一側實驗台站著的,是一個身形微胖、戴著黑框眼鏡的男生。
他手裡正翻閱著一份列印出來的冗長參數表,手上戴著一雙為了防塵但已經起球的白色防靜電手套。
叫尹航,博士二年級,組裡的硬體和電路擔當。
角落裡,有一張單獨的小桌子。
一個女生正坐在那裡,對著雙屏顯示器整理著海量的數據波形。
她穿著一件寬大的格子襯衫,頭髮隨意地用鯊魚夾扎在腦後,耳朵上戴著降噪耳機,眉頭緊鎖。
叫姚思雨,碩士三年級。
聽到開門聲,兩博一碩同時抬起頭,看了江臨一眼。
他們的眼神中帶著一絲被打斷的煩躁和明顯的疑惑,陸導在這個火燒眉毛的節骨眼上,怎麼帶了個看著像本科生的小孩進來?
陸知行沒有介紹江臨的真實來歷,只淡淡說了一句:「這位同學今天是旁聽的,你們照常匯報。」
三人聽了紛紛收回視線。
組會上,負責報告的是孟澈。
他嘆了口氣,走到幕布前,拿起雷射翻頁筆,按了一下。
屏幕上的頻譜圖消失,取而代之的是一張極其複雜的艾倫方差圖,旁邊並排著一張功率譜密度圖。
「陸老師,各位同學,這是我們在過去72小時內,對那套干涉儀的低頻漂移做出的最新數據分析。」
他用雷射筆的光點在屏幕上畫了一個圈。
「大家可以清楚地看到,紅色的曲線代表了我們探測器採集到的原始干涉信號。在頻域10⁻³ 到10⁻⁴這個極低頻的區間內,存在著一個明顯隆起的 1/f 噪聲包絡。這個隆起,對應的就是審稿人死咬住不放的那段四十分鐘周期的緩慢漂移。」
孟澈按了一下翻頁鍵,切換到下一張幻燈片,密密麻麻的狀態空間矩陣方程。
「我這幾天反覆排查了控制迴路,我強烈懷疑,是咱們原有的PID控制迴路,在低頻段的積分增益給得不夠,導致系統在面對這種緩慢的累積性的熱擾動時,積分器出現了發條效應,無法產生足夠強大的低頻反饋來有效抑制這個漂移。」
「所以,我嘗試了一個大膽的方案。我在反饋環路里,摒棄了傳統的PID,強行加入了一個帶有遺忘因子的自適應卡爾曼濾波器,大家看這裡的狀態更新方程和協方差矩陣預測……」
孟澈的數學功底確實相當紮實,他在白板面前邊說邊寫,推導過程嚴絲合縫,無懈可擊。
隨著他在旁邊的電腦軟體中模擬投入這個新的濾波器算法,屏幕右側立刻生成了一條綠色的處理後曲線。
那條綠色的曲線漂亮極了,原本那個惱人的低頻隆起,像被一把無形的熨斗生生燙平了,殘差數據瞬間回到了PRL審稿人可以勉強接受的水平線以內。
「大家看這裡。」孟澈的語氣中帶著一絲抓住救命稻草的迫切,甚至有些激動,「只要我們今天下午修改下位機的FPGA底層代碼,把這個新的濾波算法燒錄進去,替換掉舊的PID,我們的數據就能用,這篇文章就能救回來。」
「不行。」
一個聲音直接打斷了孟澈的狂熱。
說話的是坐在窗邊的尹航。他不知什麼時候已經摘下了眼鏡,正用兩根手指用力揉捏著鼻樑。
「你這純粹是在自欺欺人,孟澈。」
尹航毫不客氣地指出了問題,語氣里滿是通宵後的暴躁。
他猛地站起來,大步走到電腦前,一把奪過滑鼠,調出了另一張隱藏在後台的監控圖表。
「大家看這個。」
尹航指著屏幕上一條幾乎要頂破天花板的紅色折線。
「你用卡爾曼濾波在軟體層面把那段低頻數據硬生生壓下去了,看起來是很美。但你有沒有想過,那個漂移在真實的物理層面上,並沒有消失。」
他轉過頭,盯著孟澈。
「你看看你輸出給PZT的補償電壓,為了維持干涉條紋的鎖定狀態,你的算法指揮壓電陶瓷瘋狂伸長。現在加在PZT上的補償電壓,已經逼近了它滿量程的80%。」
「你知道這意味著什麼嗎?這意味著我們的核心光路,在實際上已經發生了幾十納米甚至上百納米的巨大物理位移。你只是在用壓電陶瓷的形變,像個裱糊匠一樣強行把它拉回原點。如果這個漂移的幅度再大哪怕百分之二十,PZT的電壓就會徹底飽和。到時候,整個干涉系統就會在一秒鐘內直接失鎖,所有的條紋全部消失,我們在裡面測出來的數據就是一堆垃圾。」
尹航的聲音在會議室里迴蕩,帶著一種理工男特有的絕望。
孟澈的臉色一陣青一陣白,他反唇相譏:「那你說怎麼辦,啊?你硬體牛逼,你找原因啊?光電探測器的暗噪聲我們測試了三遍,溫漂在皮安級別,沒問題。外腔半導體雷射器的穩頻環路死死鎖在銣原子吸收線上,沒問題。我們那間該死的恆溫室,空調控制精度到了正負0.1度,也沒問題。」
孟澈一巴掌拍在桌子上:「除了靠算法做軟體補償,你尹大博士還能在這套百萬級的系統里,找出別的噪聲源嗎?」
「肯定是光電放大器前端的那塊運放晶片存在難以監測的溫漂效應!」
尹航堅持著自己的硬體視角,一步不讓。
「現在的半導體工藝,即便環境溫度只變了0.1度,晶片內部因為電流熱效應產生的結溫變化,也可能導致輸入偏置電流發生非線性的漂移。我前天就建議過了,把前端放大電路板全部廢掉,重新畫板子,換上帶內部恆溫槽的軍工級運放晶片。」
「你瘋了嗎?」角落裡一直沒說話的姚思雨突然摘下耳機,忍不住喊出了聲,「重新畫板子,找廠家打樣,郵寄過來,再手動貼片、調試除錯,這一套流程走下來最快也要兩個星期。」
姚思雨眼圈都有些紅了,指著桌子上的日曆:「PRL編輯部給我們的修回期限只剩最後二十天了,這中間還要留出時間重新跑幾十個小時的穩定性數據,還要修改正文。老闆王衡教授昨天剛發微信問過進度,你現在說要推翻硬體重來,你想讓整個實驗室的人都陪著你死嗎?」
會議室里瞬間陷入了激烈的爭吵。
軟體派的孟澈認為只能靠算法兜底,硬體派的尹航固執地認為是電路板晶片有瑕疵,而負責數據的姚思雨則在截止日期的懸崖邊上處於崩潰邊緣。
空氣中充滿了焦躁挫敗,以及那種即將被拒稿的恐慌感。
陸知行一直坐在主位上,雙手交叉抵住下巴,目光深沉地看著桌面,一言不發。
他知道孟澈的算法實際上是一種掩耳盜鈴,是用軟體在掩蓋物理上的潰瘍。
他也知道尹航換晶片的建議不僅遠水解不了近渴,而且憑藉他多年的經驗,晶片溫漂的噪聲頻譜特徵,根本不長這樣,換了頂級晶片也未必能真正解決這個周期長達四十分鐘的緩慢漂移。
但他們能怎麼辦呢?
他們都在試圖用自己最擅長最依賴的手段,去修補一個完全處於認知盲區的未知漏洞。
這就像是一個手裡只有一把錘子的人,看世界上所有出問題的地方,都像是一顆需要敲擊的釘子。
會議室里的爭吵逐漸耗盡了力氣,進入了無解的死胡同。
孟澈頹然地拉開椅子坐下,雙手痛苦地抱著頭,把頭髮揉得一團糟。
尹航也煩躁地合上了筆記本電腦的蓋子,轉過身看著窗外灰濛濛的天空,大口大口地喘著粗氣。
沒有人再說話。
陸知行卻半點沒有要散會的意思,他扭頭去看江臨。
從進門到現在,這個年輕人一直安靜地聽著。
他沒有拿出筆記本做記錄,沒有因為聽到那些複雜的專業術語而露出茫然,也沒有因為這場激烈的爭吵而顯得侷促。
「江臨同學,有什麼想說的嗎?」陸知行開口打破了會議室的僵硬氣氛。
二博一碩的目光齊刷刷地轉向江臨,他們不明白老闆為什麼在這個時候去問一個旁聽的。
江臨想了一下,目光平靜地看向尹航,說道:「能不能麻煩你,把剛才那段漂移數據的,最原始的採樣文件調出來讓我看一下。」
尹航皺了皺眉,有些不耐煩地擺擺手:「我們做頻域分析的時候,當然都已經看過原始數據了。低頻包絡都在那裡,直接看時域圖看不出什麼物理本質。」
「我說的是最原始的那一層,沒有經過任何卡爾曼平滑,沒有做前饋補償,沒有歸一化處理,沒有剔除你們認為的異常點。直接從ADC晶片的寄存器里,吐出來的十六進位採樣序列。」江臨解釋道。
尹航轉頭看了看陸知行,見導師沒有反對的意思,才有些生硬地嘟囔了一句:「科研數據處理是有標準降噪流程的,看那些全是毛刺的原數據有什麼意義?」
「我知道。」江臨看著他,「但我就是想看處理之前的。」
尹航也只能從底層資料庫里拉出了一份龐大的原始.csv文件,用畫圖軟體將其在主屏幕上鋪開。
數據圖出來了。
這是一張布滿了雜亂毛刺的折線圖,看起來就像是一片長滿雜草的荒原。
江臨走近了,站到屏幕前,如同一尊雕塑般,靜靜盯著圖看了大約三分鐘。
低頻漂移的主成分確實如孟澈所說,隱伏在海量的高頻噪聲之下。
那個周期約四十分鐘的緩慢起伏,在幅值上,濾波之後被強行壓到了量程的百分之零點幾,但在眼前這幅未經雕琢的原始圖景里,它的龐大輪廓依然清晰可辨。
不過他注意到一件事。
這段漂移的波形,根本不是對稱的正弦波或餘弦波。
它的上升沿,明顯比下降沿要陡峭得多。
更關鍵的是,他在腦海中濾掉了那些隨機的電子學白噪聲後,敏銳地捕捉到,在其中幾個特定時段的陡峭上升段里,存在一個持續時間極短的小台階。
那個台階非常突兀,寬度在時間軸上大約只有三到五分鐘。
它硬生生地把原本平滑上升的斜坡打斷了一下,在此期間漂移量保持恆定,五分鐘後,斜坡才繼續以原先的斜率向上攀升。
這種特徵太醜陋了,所以在姚思雨的標準數據清洗流程里,它被當成某種機械震動的偶發異常點,或者被平滑算法一口直接吃掉了。
但在江臨的眼中,這根本不是什麼異常點。
他在腦子裡,把這個突兀的台階,和昨天凌晨陸知行郵件里描述的那個含有定位銷孔的鋁鋼組合轉接板的機械圖紙,瞬間對疊在了一起。
接觸剛度突變……兩塊金屬的線膨脹係數差異達到臨界點……定位銷與孔壁之間的微觀間隙被完全吃掉並發生硬擠壓……熱平衡時間的傳導常數……系統過渡態的弛豫寬度……
全部對得上。
陸知行見他看的差不多,開口問:「能不能把你在郵件里提到的,那組數據,給我看看?」
江臨轉過身,從書包里拿出那個透明的塑料文件夾,抽出那疊整理好的三十頁手稿和數據說明,走到長桌前,遞給了陸知行。
陸知行接過材料。
他先是掃了一眼最上面的那張數據說明。
當看到上面列出的那些大得離譜的系統誤差估計,以及簡陋到讓人髮指的測量環境描述時,他的嘴角不可抑制地微微抽動了一下。
他沒有說話,直接把說明紙翻到後面,開始看江臨在廢土上記錄的數據折線圖。
陸知行看數據的方式,和江臨預期的不太一樣。
沒有先看橫縱軸的標註,而是先看數據點的散布情況,看了大約三十秒,然後用指尖點了一下某個區域,問:「這個溫度下降區間的三個數據點,你標註的誤差棒,比旁邊正常區域的數據點大了將近三倍。這是什麼原因造成的?是偶然讀數失誤,還是系統性偏差?」
二博一碩都驚呆了,三人不明白為什麼導師會對看起來像是手繪的數據圖這麼認真。
「那幾次測量,是在環境溫度劇烈下降的凌晨兩點做的。我當時用來測溫的工業熱電偶探頭老化了,在這個特定的低溫區間裡,熱電勢輸出有一段明顯的非線性。因為缺乏標準源,我後期的數學修正不夠準確,為了嚴謹,我只能強行放大了那個區間的不確定度。」江臨不假思索地答道。
陸知行點了點頭,眼神中閃過一絲讚許。
在實驗物理領域,誠實地暴露儀器的極限,比用算法強行畫出一條完美的虛假曲線要可貴一萬倍。
他繼續往下翻,翻到了江臨手寫的模型推導部分。
那是江臨在無數個沙暴呼嘯的夜晚,點著露營燈,用鉛筆推導出來的多材料接觸剛度演變模型。
陸知行讀了第一頁的邊界條件假設。
他停了下來,閉上眼睛思考了片刻,然後把第一頁重新逐行地從頭看了一遍。
確認無誤後,才繼續往後翻。
他翻得很慢,像是在品鑑一份古老的文獻。
偶爾會停下來,從胸前的口袋裡掏出一支自動鉛筆,在手稿的頁邊距上做一個極小的記號。
那記號很小,連坐在旁邊的尹航都看不清他寫了什麼。
當讀到第三章熱循環下預緊力塑性鬆弛的動力學演變那一節時,陸知行停了下來,抬起頭。
「你的鬆弛函數,在這裡用的是指數衰減模型。指數模型里,時間常數τ是決定整個過程快慢的核心。但在複雜的機械裝配體中,這個常數極難確定,你是怎麼定的?」
「用熱擴散時間估算的。特徵時間大致按L²/α取量級,L取裝配體裡主要熱梯度方向上的等效厚度,α取鋁鋼接觸副的等效熱擴散率。」
「等效熱擴散率怎麼取,串聯熱阻,還是按接觸面積加權?」陸知行追問,語氣帶著考校。
「我是根據接觸面兩側鋁和鋼各自的熱擴散係數,做了一個加權平均。權重的係數,是它們在粗糙度約束下,各自實際發生微觀接觸的面積占比。」
江臨語氣平淡,但在場的所有人都能聽出其中包含的龐大計算量。
陸知行把那一頁手稿重新看了一下,眼神越來越亮。
他沒有繼續在這個問題上追問,而是加快速度,把整疊三十多頁的材料一口氣翻完。
最後合上,輕輕地拍在了實驗桌上,深深地嘆了口氣:「你這組數據的精度,真的很差。差到如果這是一篇論文,任何一個審稿人都會在第一秒把它拒掉。我看過你的數據說明了,我知道你是在什麼極其受限的條件下做出來的。」
話鋒一轉。
「但是,有一件事讓我很感興趣,你在數據說明里,給自己寫了四條嚴苛的限制條件,這說明你非常清楚自己這套數據的致命缺陷在哪裡,而且,你用了一個學術詞彙——代理指標。」
「你在這個模型里測的,根本不是接觸剛度本身,因為那種微觀剛度沒有頂級設備是測不出來的。你測的,是接觸剛度變化的某個代理量。」
「是的。」江臨坦然承認,「在那種環境下,我沒有辦法直接測量法向接觸剛度Kₙ。所以我退而求其次,我測的是接觸面上,微凸體在受到擠壓後留下的壓痕面積分布。就把這個壓痕作為代理變量,用塑性力學反推接觸剛度的相對變化率。」
「這個代理量的誤差傳導鏈,你做過嚴密的蒙特卡洛分析嗎?」
「做過,在模型推導附錄的最後幾頁,我列出了由於表面粗糙度高斯分布假設不完美,所引入的傳遞誤差極限。」
陸知行不用再去翻了,他剛才已經看到了那部分堪稱強迫症般的誤差推導。
「你那個推導模型里,最後預測的那個低頻角度擾動。如果你的參數取值是準確的,那麼這個由機械形變引起的角度擾動,在相位上,必然會滯後於環境溫度的實際變化。而這個滯後量的大小,完全取決於整個金屬裝配體的熱傳導時間常數。」
「對。」江臨點頭。
「江臨。」陸知行叫了他的名字,「這個特徵,這個相位滯後特徵,我們在過去的三周里,在那段漂移數據中,反反覆覆地看到了。」
陸知行說著調出了數據採集電腦里最近三周的所有原始殘差比對圖,把它們並排顯示在大屏幕上。
低頻漂移在這些原始數據中像一條條幽靈般的巨蛇,清晰可見。
周期都在四十分鐘左右。
而且,正如江臨之前所指出的,它們的上升沿無一例外地比下降沿陡峭。
那種由於熱脹冷縮不對稱性和機械摩擦遲滯產生的定性物理特徵,與江臨在廢土上用熱電偶和遊標卡尺測出來的那個醜陋的圖表,在靈魂深處達成了驚人的一致。
陸知行看著在屏幕前沉默不語的江臨。
略一沉吟,提出了一個在這個極其保守的重點實驗室里幾乎從未有過的提議。
「光看數據沒用了,要不去樓下的實驗室現場看看,拿你的模型,在這個真實的世界裡套一套?」
江城大學物理樓地下二層,B104超淨精密測量實驗室。
這裡安保嚴格。
陸知行刷了三次門禁卡,通過了一道風淋室除塵,那扇厚重的隔音防火門才伴隨著氣壓釋放的嗤聲,被沉重地推開。
進入前,江臨換上白色的無塵服,陸知行從門口柜子里取了幾副雷射防護眼鏡,按波長遞給他們,順手把主光路遮光罩重新扣好。
跟著陸知行踏入實驗室的瞬間,江臨的皮膚和毛孔立刻敏銳地感受到了空氣流動的異常。
沒有風。
或者說,風速被極其精準地控制在了一個極低的數值。
天花板上密布著微孔散流器,將經過層層過濾的冷氣以一種均流下降的方式壓送下來。
牆壁上的溫濕度傳感器顯示的數字是:溫度 22.00 ± 0.05 ℃,相對濕度45%。
這是一個為了抵禦現實宇宙隨機熱力學漲落而建造的物理堡壘。
實驗室的中央,盤踞著這台堡壘的核心,一個長達三米寬兩米的光學平台。
厚達三十厘米的不鏽鋼蜂窩台面,被四根粗壯的空氣彈簧減震腿高高托起。
這四根具有主動伺服反饋功能的減震腿,將這塊巨大的金屬板與整棟大樓的基礎振動,甚至是兩公里外地鐵駛過時的微小地層低頻地震波,完完全全地隔絕開來。
檯面上,密密麻麻地布滿了由各種黑色陽極氧化鋁支架、高反射率介質膜反射鏡、偏振分束器和準直透鏡組成的複雜干涉光路。
雷射束在這些鏡片之間穿梭折射,如同一個微縮的現代鋼鐵與光子的叢林。
跟在後面進來的尹航和孟澈,看著江臨站在平台前,臉上都帶著一絲不忿和緊張。
他們生怕這小子碰壞了什麼。
但江臨根本沒有去看那些極其昂貴的核心光學元件。
他知道,這些由蔡司或者尼康等頂級廠商用離子束拋光製造出來的鏡片,其面型精度通常能達到λ/10甚至更高,它們在物理性質上是極其穩定的,本身極少犯錯。
真正容易滋生誤差,隱藏災難的,永遠是人類進行二次裝配的那些機械連接處。
那些螺栓、法蘭和轉接板。
江臨的目光像是一台高解析度的工業X光機,帶著極其強烈的目的性,在那些支撐光學元件的金屬底座上,在一排排矩陣排列的螺紋孔間逐一掃過。
他在尋找力的斷點,應力淤積的薄弱環節。
在廢土上,為了搭建那台能拯救避難所風力發電機,他用最原始的銼刀、手工刮刀和廢墟里撿來的生鏽鋼筋,與重力、材料疲勞和沙暴的撕扯力搏鬥了好些年。
他知道力是如何在金屬晶格中傳導的,他也知道應力是如何在不合理的結構中淤積,並在最脆弱的地方無情地撕開裂口的。
不到一分鐘。
江臨的視線停留在光學平台邊緣一個並不起眼的角落裡。
那裡有一個用於固定半波片以調整光束偏振態的光學調整架。
問題不在調整架本身,而是在調整架的下方。
它並沒有像其他精密元件那樣,直接固定在光學平台標準間距為25毫米的螺紋孔位上。
因為光路高度設計的誤差,它的下面額外墊了一塊長方形的轉接板。
這塊轉接板的顏色偏灰白,表面有著清晰的機加工刀紋,沒有經過任何黑色的陽極氧化處理。
這是一塊為了圖省事,在實驗室外面的車間工具機上,用普通的6061鋁合金臨時銑出來的墊塊。
這塊鋁製轉接板,通過四個角落的沉孔,用四顆M6的內六角螺栓,死死地壓在底下的不鏽鋼平台上。
此外,江臨還敏銳地注意到,在這個調整架的側邊,由於布線的雜亂,捆綁著一根拇指粗細的黑色同軸射頻電纜。
這根電纜的另一端沉甸甸地懸垂在光學平台的邊緣外側,在空中劃出一道弧線後,一直延伸到地面上那個嗡嗡作響的儀器控制機櫃裡。
略一思索,江臨又讓姚思雨把漂移發生時的 PZT 補償電壓和平台溫度微分曲線疊了一下。
這才停住,伸手指著那處被遺忘的角落,說:「你們那條漂移曲線,大概率不是什麼前端運放晶片的電學噪聲問題,更不是軟體濾波算法能解決的,它或許是一個純粹的機械物理問題。」
「為什麼?」陸知行看著他。
「我以前裝配過類似的東西。」江臨的目光似乎穿透了眼前的設備,回到了廢土世界,「異種金屬組合,上面是鋁合金,下面是碳鋼或者不鏽鋼,四顆螺栓在人工裝配時預緊不均勻。這塊板子,右后角那顆螺栓的鎖緊力最輕。在長期的熱循環下,接觸面內部發生了微觀應力重分布。我當年做的那台機器,在經歷類似的工況三個月之後,主軸開始出現致命的周期性抖動。」
江臨走近了一步,食指凌空虛點了一下那塊灰白色的轉接板。
「根源可能在這裡。」
孟澈剛才正在旁邊核對參數表,聽到這句話,猛地轉過頭,看了一眼江臨指的地方,又看了一眼同樣震驚的尹航。
「你懂不懂干涉儀的結構,那只是一個臨時的半波片轉接板。旁邊那根電纜是連接壓電陶瓷的高壓調製控制線,這能有什麼問題?這部分光路根本不在測量長度的主幹涉臂上,它只是個前期光束偏振態的準備模塊。它的微小晃動,怎麼可能產生那麼大的低頻位移殘差?」尹航有些惱火地反問道。
「不管它處在光路的哪個位置,它和你們極其敏感的主光路,同處於這一整塊物理平台上。」
江臨並沒有被尹航的氣勢壓倒,他的聲音依舊淡淡。
「在納米級的測量尺度下,哪怕是平台邊緣一隻蒼蠅起飛造成的反作用力矩,都會通過金屬的連續介質傳播到干涉臂上。更何況,這是一塊處於極其糟糕的內應力扭曲狀態下的金屬板。」
陸知行沒有立刻說話,目光在那塊轉接板和江臨的臉龐之間來回梭巡了一會,說:「你準備怎麼驗證這個推論?」
「我以前在沒有精密儀器的時候,用過一個極其古老的方法。」江臨轉頭看向操作台,「不動你們核心干涉臂里的任何光路。只利用這塊板子作為一個反射面,還有對面那堵白牆。你們實驗室里,有鍍過膜的光滑矽片嗎,報廢的也行。」
尹航看著眼前這個穿著舊衣的年輕人,眼神中交織著極其強烈的荒謬與被冒犯的惱怒。
一個來歷不明的年輕人,沒有看過他們那上萬行的FPGA控制代碼,沒有碰過他們調了半年的精密儀器,甚至連整套干涉儀的光路圖都沒有系統地看過一眼。
就敢大言不慚地站在這個造價幾百萬的恆溫室里,宣稱他們這群名校博士把最基礎的物理邊界條件給算錯了。
「不碰核心光路,用一片廢舊的反光片和一支講課用的雷射筆?」尹航終於忍不住冷笑了一聲,語氣尖銳地說,「你以為這是在做初中物理課本上的光反射實驗嗎?我們現在測量的,是小數點後面八個零的納米級位移。你那種原始人一樣的玩具方案,能在這堵牆上看到什麼,分子熱運動嗎?」
孟澈也皺起了眉頭,看向陸知行:「陸老師,這太胡鬧了。讓他拿雷射筆在光學平台上亂照,萬一雜散光打進了我們的雪崩光電二極體里,把探測器燒了怎麼辦?」
陸知行沒有立即叫停,似乎想要再聽聽江臨怎麼說。
江臨靜靜地站在原地,沒有反駁,也沒有表現出任何被名校博士輕視後的急躁、委屈或憤怒,只是平靜地講述自己的方案。
不可無否認,這個方案在實驗規程上幾乎無可挑剔。
非侵入式,極低成本,沒有任何損壞核心設備的風險。
陸知行在腦海中快速評估了這個方案的風險收益比。
一份鍾後,他做出了決定。
「尹航,你去門口那個雜物箱裡,找一片切割報廢的矽片過來。孟澈,上去拿一支準直雷射筆。」
尹航愣在了原地,嘴巴微張:「陸導,您真的要陪著他在這裡過家家?」
「你們已經卡了三天了。」陸知行打斷了他,聲音嚴厲得像是在訓斥本科生,「既然最前沿的軟體算法和最頂級的電路分析都找不到原因,那就退回原點,讓最基礎的機械結構自己開口說話。」
片刻之後,孟澈拿著一支雷射筆跑了回來。
尹航也是有些不情不願,遞過去一片邊緣因為切割失誤而報廢,只有指甲蓋大小的鍍膜矽片。
江臨接過這兩樣東西,又要了一小截隨處可見的3M雙面膠。
所有人都安靜地注視著他的動作。
江臨目不轉睛,小心翼翼地將廢矽片粘在那塊引發爭議的鋁合金轉接板側面,一個垂直於地面的平整邊緣上。
在整個過程中,他的手穩得沒有一絲顫抖,完完全全避開了轉接板上方的調整架和主光路,沒有觸碰任何不該碰的東西。
接著,他四下看了一眼,搬來了一個裝載著示波器,完全獨立於光學平台之外的移動儀器推車。
把推車推到距離平台大約一米遠的地方,鎖死萬向輪。
然後用厚厚的布基膠帶,將那支黑色的雷射筆綁在推車的金屬立柱上,確保它不會發生任何相對晃動。
「啪」的一聲輕響。
江臨按下雷射筆的開關。
一道極細極亮的綠色雷射束瞬間射出,在空氣中微小塵埃的散射下,光束像一把利劍,精準地打在轉接板側面粘著的那塊廢矽片正中央。
由於矽片表面的鍍膜具有極高的反射率,光束立刻發生反射。
這道綠色的反射光,跨越了整間恆溫實驗室大約十米的漫長距離,最終投射在了對面那堵刷著啞光白漆的牆壁上。
白色的牆面上,出現了一個明亮的綠色圓形光斑。
江臨從衛衣口袋裡掏出一支黑色的細頭水性筆,走到那堵牆邊,在牆面上緊貼著那個綠色光斑的正中心,穩穩地畫了一個極小極細的十字標記。
「光槓桿。」陸知行站在平台旁,看著江臨布置完這一切,低聲吐出了這三個字。
作為物理系副教授,他當然知道這個原理。
不僅知道,他還曾在講台上無數次給學生推導過它的幾何方程。
這是人類物理學史上,最古老最經典,也最優雅的微小位移純機械放大技術。
當年,卡文迪許為了測量極其微弱的萬有引力常數,庫侖為了測量微觀電荷間的扭轉作用力,用的全都是這套不依賴任何電子晶片,僅僅靠純粹幾何學反射原理來放大微觀形變的方法。
幾何學的光路極其無情。
如果轉接板發生了一個極其微小的角度偏轉Δθ,那麼根據反射定律,反射光束的偏轉角就會放大兩倍,變成2Δθ。
這道偏轉的光束,經過距離L(在這裡,跨越了整個實驗室,足足有十米之遠)的長臂放大之後,投射在牆上光斑的實際位移Δy,就嚴格等於L×tan(2Δθ)。
在極小角度下,近似為2L·Δθ。
十米的放大臂長,足以讓微小角度變化,在牆壁上變成肉眼可辨的光斑移動。
「這到底能說明什麼?」尹航看著牆上的光斑和十字標記,依然滿臉不解和煩躁,「我們下面鋪的是三十厘米厚的不鏽鋼,上面用的全都是高強度的螺栓剛性連接。難道你以為這塊半寸厚的航空鋁板,會在二十二度的恆溫室里自己彎曲得像麵條一樣嗎?」
江臨根本沒有去理會尹航的嘲諷。
他徑直走回到光學平台前,目光盯著孟澈,語氣不帶任何商量的餘地:「麻煩你,用手托住調整架旁邊這根懸垂的黑色電纜。注意,不要用力往上抬,也不要左右搖晃。只要輕輕托住它,消除這截電纜自身重力對這塊轉接板向下拉扯的力就行,保持十秒鐘。」
孟澈愣了一下,他轉頭看了一眼陸知行。
見導師沒有任何反對的表示,便深吸一口氣,伸出戴著防靜電手套的右手,小心地輕輕托住那根懸空的同軸電纜。
十秒鐘倒計時開始。
實驗室里靜得只能聽到空調出風口極其微弱的氣流聲。
「好了。」江臨盯著手錶上的秒針,「現在,極緩慢地鬆開你的手,讓這根電纜重新自然下垂,恢復原狀。」
孟澈咽了口唾沫,手指一點點鬆開,緩緩收回手。
那根沉重的同軸電纜再次失去了底部的支撐,它的重力重新變成了一股持續的牽引力,墜在轉接板的邊緣。
「看牆上。」江臨的聲音沒有任何起伏。
尹航、孟澈、姚思雨,甚至包括陸知行在內,所有人猛地轉過頭,盯向十米外的那堵白牆。
「嘶——」
尹航倒吸了一口冰涼的空氣,眼睛瞬間瞪大。
那個綠色的光斑,它偏離了江臨剛才用黑筆畫下的那個完美的十字中心。
偏離量在宏觀尺度上並不大,大約只有零點二到零點三毫米。
但對於在場這些常年和極限精度打交道的人來說,這已經足夠刺眼。
十米光路,光槓桿兩倍放大,意味著轉接板出現了10⁻⁵弧度量級的角度變化。
對日常機械裝配來說,這像是不存在,可對納米級干涉測量來說,這是一場災難。
Δy=0.2mm
L=10m
Δθ≈1×10⁻⁵rad
這意味著,那塊被他們認為被四顆高強度內六角螺栓壓在三十厘米厚不鏽鋼底座上,堅如磐石的鋁合金轉接板,在剛才僅僅失去和恢復兩百克電纜重力的微小瞬間,竟然發生了一個大約十萬分之五弧度的空間角位移。
十萬分之五弧度,對於日常宏觀世界來說,連一根頭髮絲直徑的百分之一都不到。
就算用最精密的千分尺去卡,也測不出任何變化。
但對於一套要求光程穩定性在幾個納米級別,靠光波的相位去測量的干涉儀來說,這是一個足以讓整套複雜光路發生畸變,讓干涉條紋瘋狂抖動的巨大災難。
而更讓人感到毛骨悚然的物理學現象,還在後面。
當孟澈完全鬆開手後,那個偏離了大約零點二到零點三毫米的光斑,並沒有像理想的彈性體那樣,立刻隨著受力的恢復唰地一下彈回十字中心原位。
它停頓了一下。
然後,在接下來的十幾秒鐘里,那個綠色的光斑就像是一隻在玻璃上爬行的極其緩慢的蝸牛,一點點一點點地,帶著令人窒息的遲滯感,朝著十字中心艱難地蠕動回去。
最終,它停在了距離十字中心還有大約0.2毫米的地方,徹底不動了。
無論等多久,它都不再回去。
遲滯環。
殘餘形變。
這就是微觀摩擦力的幽靈。
「這怎麼可能?」
孟澈喃喃自語,他失魂落魄地低頭看著自己的右手,又猛地抬頭看著那根靜靜下垂的黑色電纜。
「這就只是一根普通的線纜,整段懸空的重量加起來不到兩百克。它怎麼可能,怎麼可能拉得動四顆M6高強度螺栓鎖死的金屬板?這不符合受力分析。」
「因為金屬從來都不是絕對完美的剛體,而且,你們的螺栓根本就沒有鎖死它。」
江臨走回到平台前,指著那塊惹下滔天大禍的鋁合金轉接板的四個角,說。
「你們在最初搭建這套系統裝配的時候,為了趕時間省事,是不是用普通的內六角扳手,直接順著某個方向,把這四顆螺栓依次擰緊了?而且,你們沒有使用扭矩扳手控制每一顆螺栓的擰緊扭矩。」
負責最初光路硬體搭建的尹航,臉色瞬間變得慘白,仿佛被人當眾扒光了衣服。
他張張嘴,喉結滾動了一下,卻說不出一句反駁的話。
江臨說得全中。
在科研實驗的日常搭建中,為了快速驗證光學原理,極少有研究生會像航空航天流水線上的高級技工那樣,嚴格按照對角線交叉分級分次施加標準扭矩的機械規程去打每一顆螺栓。
大家都是憑著手感,擰緊了算數。
江臨的語速依舊平緩,仿佛在宣讀一份早就寫好的物理學判決書。
「這就是災難的開始,預緊力極度不均,左側的兩顆螺栓受力極大,右側的兩顆受力極小。這塊看似平整的鋁板,在微觀層面上,其實是被你們強行扭成了一種極其怪異的受力狀態,內部充滿了淤積的彈性應力。」
「而這根兩百克的電纜,雖然輕,但它懸掛在邊緣,在幾何上形成了一個長長的槓桿臂。它每時每刻都在對這個受力不均的鋁板施加一個微小的、持續的偏置力矩。當你托起電纜時,這個力矩突然消失,鋁板內部淤積的彈性應力瞬間得到釋放,微觀粗糙峰之間發生了微小的相對滑移。」
「當你鬆開手,重力力矩重新加載。但由於兩塊金屬的結合面之間存在著極其複雜的靜摩擦力,它無法立刻克服摩擦力回到最初的平衡位置。這就產生了你們剛才在牆上看到的那種令人抓狂的機械蠕變和物理遲滯現象!」
江臨伸出手,指向恆溫室天花板上的中央空調冷風出風口。
「但這還不是導致你們干涉儀出現長達四十分鐘周期漂移的根本原因。那根電纜只是一個放大器,是一個導火索。真正的幽靈,在這裡。」
他再次指回那塊轉接板的底面。
「下面的不鏽鋼平台,線熱膨脹係數大約是 1.2×10⁻⁵ /K。上面的鋁合金轉接板,熱膨脹係數是 2.3×10⁻⁵ /K,兩者相差了近一倍。」
江臨轉過頭,看著陸知行,說出了這個困擾了整個頂尖實驗室長達三周的終極謎底。
「陸老師,你們的恆溫室確實很高級,把空間溫度控制在了正負0.1度。但這套高級的中央空調壓縮機,是有固定的工作周期的。當空調製冷,冷氣吹出時,鋁板收縮得比鋼板快。當冷氣停止室溫微升時,鋁板膨脹得比鋼板快。」
「在這兩種不同金屬緊緊貼合的接觸面上,這就形成了一個天然敏感的雙金屬片效應溫度計。」
「它們的形變差率,會產生一個巨大的內部附加剪切應力。這個應力無處可去,只能通過螺栓接觸面傳導。因為你們的螺栓預緊力極度不均勻,這個附加應力,必然會在預緊力最薄弱的那個角優先釋放。也就是右后角,那顆擰得最淺的螺栓那裡,從而產生一個微小的周期性角度偏轉。」
「為了方便反覆拆裝,這塊臨時轉接板下面,根本沒有打定位銷。沒有定位銷,意味著它在平面內缺少了設計時預期的絕對約束,它實際上多出了一個可以進行微小旋轉的自由度。」
「而那根懸垂的線纜,帶著拖拽力。這個力隨著空調微弱氣流的吹動、隨著室內溫度的微小漲落,每一次極微弱的變化,都會通過那個多餘的旋轉自由度,在你們主光路的基準鏡架上,刻下一個微小的角度變化。」
「這些機械缺陷,任何一項單獨拿出來,在宏觀世界裡都小到可以忽略不計。但當它們全部疊加在同一條要求納米級精度的干涉光路上時,在探測器的眼裡,就變成了那條讓你們無論如何都除不掉的低頻漂移曲線。」
這番話擲地有聲。
整個地下實驗室里鴉雀無聲。
姚思雨猛地反應過來,轉身在旁邊的數據監測副屏上飛快地敲擊了幾下鍵盤,把前兩天採集的原始殘差數據重新調了出來,並把江臨之前提到的那個上升沿里奇特的小台階特徵,極限放大。
那個台階赫然出現在屏幕中央。
清晰突兀。
寬度在時間軸上恰好是四分鐘左右。
形狀,坡度,和江臨在會議室里僅憑肉眼觀察做出的描述,完全吻合。
孟澈呆呆地看著牆上的那個綠色十字,和那個再也回不去中心的光斑,大腦仿佛徹底宕機了。
一陣強烈的荒謬感席捲了他。
他為了壓平這段殘差,熬了三個通宵,翻爛了現代控制理論的書籍,寫出了幾百行極其精妙的自適應卡爾曼濾波算法。
而現在,他引以為傲的算法,在這塊因為熱脹冷縮而微微翹曲的鋁板,在這極其原始的機械蠕變面前,變成了一個極度可笑的擺設。
他的高級軟體,在拼命地不知疲倦地運算補償,而冰冷的物理世界,卻在底層架構上發生著冷酷無情的滑移。
尹航盯著平台上的那幾顆普通的M6螺栓,後背已經被冷汗濕透。
他仿佛是第一天認識物理,第一次認識到這種在五金店裡幾毛錢一顆的最基礎機械連接件里,竟然蘊含著能夠摧毀數百萬設備的恐怖破壞力。
陸知行一直沒有說話。
他站在距離江臨不到半米的地方。
看著這個年輕人的側臉,強烈到甚至帶了些許戰慄的荒謬感湧上心頭。
剛才江臨所展現出的那套邏輯推演,那套從極其龐雜的現象中一眼看穿預緊力分布,熱力學形變差,以及自由度耦合過程的洞察力,絕對不是在明亮寬敞的大學教室里,聽著老教授念PPT能培養出來的。
這需要做多大的訓練量,才能在淬鍊出這樣一雙如同電子顯微鏡般毒辣的眼睛啊?
陸知行深吸了一口氣,強行壓下內心翻江倒海的探究欲和震驚。
作為課題組的掌舵人,現在最重要的是解決問題。