清晨的沪上,还是阴雨绵绵。
实验楼厚重的防火门“咔哒”一声弹开。
一股老旧金属的味道,如同一只冰冷的手,瞬间扼住了所有人的呼吸。
这里是全国决赛的实验考场,是天才与天才之间,最后的对决。
墙上,冰冷的红色LED计时牌,从“180:00”开始无声倒数。
每一个数字的跳动,都像一把小锤,不轻不重地敲在所有人的神经上。
试卷袋被撕开,实验台卡上,题目只有一行半,简洁得像一封战书:
【实验题目:用白光反射法测定“玻璃/SiO₂/空气”样品中SiO₂薄膜的厚度d。】
【器材见台卡;请给出方法、数据与不确定度分析。】
台卡旁边,列着一排冰冷的器材清单:
光纤光谱仪(内置标定)、卤钨灯、汞灯(校准用)、He-Ne对准器、裸玻璃参考样,以及一个标注着“5°±1°”的样品架。
“看起来……挺常规的啊?”
后排,许嘉诚盯着光谱仪屏幕上那幽绿色的开机界面,下意识地松了口气。
坐在他对面的周衍推了推镜框,没有接话。
他很清楚——在全国决赛的考场上,越“常规”的实验,陷阱越多。
第一排,卫骁已经进入了战斗状态。
她戴上白手套,每一个动作都如同教科书般标准、流畅,没有丝毫的多余。
点亮卤钨灯预热。
调节光路。
将He-Ne激光的红色光斑精准地打在样品中心……
她的手腕稳得像陀螺仪,每一个动作都极简、精准,充满了近乎冷酷的效率。
她严格遵循着标准流程:
先采一张有薄膜样品的反射谱,再采一张裸玻璃参考样;
然后,她拿出铅笔和直尺,开始在打印出的光谱图上,耐心地、逐个地寻找干涉条纹的极小值点,用相邻极小值间隔公式来估算厚度。
甚至,她还注意到了那个“5°”的标注,一丝不苟地将5°的入射角引入折射定律,做了角度修正。
每一步,都无懈可击。
而许嘉诚,则很快陷入了苦战。
屏幕上,那本该平滑的反射光谱,因为光源自身的光谱起伏和探测器的非线性响应,布满了密密麻麻的“锯齿”,像一张失真的心电图。
他死命地用光标在屏幕上寻找着峰谷,写下一个波长,又烦躁地划掉,再写下一个。
20度的恒温房中,他已经开始额角冒汗。
二十分钟过去了。
只有林允宁,还是老神在在,没有动样品。
他甚至没有打开那盏作为主光源的卤钨灯。
他像一个经验丰富的侦探,在审问犯人前,从不急于开口,而是先将对方的底细查个一清二楚。
沉默了一会儿,他拿起一根光纤跳线,没有连接卤钨灯,而是直接插到了旁边那支静静发光的汞灯上。
“同学,你干嘛呢……”
负责巡场的年轻助教孔宣看到他这反常的举动,忍不住开口提醒。
“先摸一下底,”
林允宁指了指嗡嗡作响的光谱仪,声音懒洋洋地,却异常笃定,“我得先看看它,今天老不老实。”
话音未落,电脑屏幕上,一排排蓝绿色的明亮谱线“唰”地亮起,如同被检阅的士兵,整齐地站了出来:
404.7nm、435.8nm、546.1nm……
这是汞原子光谱的“指纹”,是刻在物理规律里的、绝对不会说谎的标尺。
他没有调用任何外部软件,只用直尺与铅笔,手工画出“像素—波长”的标定曲线:先做线性近似,再微调一个轻微的二次项。
很快,一条平滑的曲线跃然纸上,将所有的点串联起来。
他把每个点到拟合曲线的“垂距”逐个标在下方,手工画出了一条残差带——点基本贴着零线散开,最大偏差远小于峰谷间距。
他将这张“像素—波长”标定与残差,工整地画在了实验报告的第一页,标题写得十分干脆:
【仪器自证:波长轴校准】。
“同学,我们仪器的内置标定是没问题的,误差在允许范围内。”
孔宣感觉自己的专业性受到了挑战,下意识地辩解了一句。
“当年是好的,”
林允宁头也不抬,淡淡地说道,“今天是不是,得问它自己。”
他指了指残差图,补了一句:
“现在,它才说了实话。”
孔宣的唇线抿紧,正想说他多此一举。
却见林允宁已经换回卤钨灯,将光纤对准了那块裸玻璃参考样,采集了一条参考光谱R_ref。
然后,才不紧不慢地换上真正的样品,采集了样品光谱R_sample。
两条曲线在屏幕上犬牙交错,充满了各种起伏。
他没有急着去数峰,开始调用光谱仪自带的 A/B功能,处理数据。
简单的除法:
R_sample / R_ref。
瞬间,奇迹发生了!
重新校正过的数据图上,那布满噪声、剧烈起伏的原始光谱,瞬间平服!
光源和仪器响应带来的系统性起伏被完美抵消。
只留下一条平滑、干净、纯粹由薄膜干涉产生的信号!”
许嘉诚瞥见这一幕,嘴巴微微张开。
他还在跟那些该死的“毛刺”肉搏,对方已经用一个简单的数学技巧,把整个战场都给清理干净了!
林允宁没有停顿。
他没有像卫骁那样去“数”峰值点,他甚至连笔都没怎么动。
【抽象建模】的天赋,让他在脑海中瞬间构建了整个物理过程的数学模型。
他把干涉极小逐一编号 m,把m—(1/λ)画在方格纸上。
考虑到台卡给出的 5°入射,他把膜内折射角cosθ写进相位条件里,并调用教参中的 SiO₂ Cauchy色散近似。
一切就绪后,他用直尺做线性回归:
一条几乎完美的直线,稳稳地卧在纸上。
斜率一出,厚度 d自然也就跟着出来。
随后,他把实测极小与理论极小的位置差逐点算出,画成第二张图——残差图。
零线两侧,所有点均匀、随机地分布,像一片宁静的星空,没有任何结构性的起伏。
“同学,你的方法和参考流程不符。”
旁边的小孔助教终于忍不住了,他皱着眉,语气里带着明显的不赞同,“指导书明确推荐使用相邻极小值法,你这样操作,就算结果对了,我也只能在方法步骤上给你扣分。”
林允宁将笔帽“咔哒”一声按上,抬起眼,那双总是带着几分懒散的眸子里,此刻平静得像一潭深不见底的湖水。
“都说了只是‘推荐使用’和‘参考流程’了。而且流程是手段,物理才是目的。”
他的声音不大,却异常清晰。
“指导书默认了三个前提:波长轴绝对可靠,仪器响应函数绝对平坦,入射角为严格的正入射。我只是把这三个理想化的假设,逐一验证了一遍,然后顺手……剔除了那些可能有错的部分。”
“可你用的是一条线性回归,”
孔宣皱眉,“这会掩盖很多潜在的错误。”
“掩盖错误的,”
林允宁点了点那张用相邻极小粗算出的、与回归值存在系统性偏差的小表,又指向那张干净得令人发毛的残差图,“是模板化的流程。而发现错误的,是残差。”
孔宣的唇线抿成了一条僵硬的直线,脸颊微微涨红,正要反驳。
一个沉稳的脚步声,静静地停在了他身后。
是总监考官邓志强。
他不知何时已经走到了他们后面,目光从首页那张“汞灯校准曲线”开始,一路向下,扫过“R_sample / R_ref”的归一化步骤。
最终,落在了那张干净得像一片星空的残差图上。
他没有看林允宁,而是先对孔宣说道:
“小孔,把扣分项划掉。”
他指着那张残差图,用一种不容置疑的语气,一字一顿地说道:
“记一下评语:‘方法学创新。先行校准并剔除系统误差,物理图像清晰,数据处理严谨。’”
孔宣的脸,“轰”的一下,红透了。
邓志强这才抬起眼,看向林允宁,目光平静,却带着一丝不易察觉的欣赏。
“实验做完了?”
“还没。”
林允宁摇了摇头。
“我看你做得差不多了啊,还差什么?”
“不确定度。”
林允宁指着残差图,“全局拟合给出的只是d的标准差。我还需要把角度5°±1°的不确定度,通过误差传播公式加进去。再把波长标定残差、极小定位读数精度、材料参数不确定度这些系统项写完整。”
“好。”
邓志强离开,林允宁重新落笔。
几行简洁的误差传播公式,一个最终的数值区间,干净利落。
考试结束的铃声响起。
整个实验室像从深水下浮出水面,集体换了一口长气。
助教孔宣收走报告,走到门口,又回头深深地看了林允宁一眼,嘴唇动了动,最终只低声说了句:
“你这个方法……很漂亮,我回去好好学学你这套。”
走廊里,光线比室内更冷。
人群像退潮的海水,涌出考场,等待着明天最终的“宣判”。
卫骁从林允宁身边走过,没有说话,只是侧过脸,看了他一眼。
那目光里没有敌意,只有顶级剑客棋逢对手时的认可,和一丝……更加炽热的战意。
林允宁重新打开那台老旧的诺基亚1110,又有消息传来。
他拿出手机。
屏幕上,跳出一行被截断的“判决书”:
From: aps.org
Subject: Decision on your PRB Manuscript……
实验楼厚重的防火门“咔哒”一声弹开。
一股老旧金属的味道,如同一只冰冷的手,瞬间扼住了所有人的呼吸。
这里是全国决赛的实验考场,是天才与天才之间,最后的对决。
墙上,冰冷的红色LED计时牌,从“180:00”开始无声倒数。
每一个数字的跳动,都像一把小锤,不轻不重地敲在所有人的神经上。
试卷袋被撕开,实验台卡上,题目只有一行半,简洁得像一封战书:
【实验题目:用白光反射法测定“玻璃/SiO₂/空气”样品中SiO₂薄膜的厚度d。】
【器材见台卡;请给出方法、数据与不确定度分析。】
台卡旁边,列着一排冰冷的器材清单:
光纤光谱仪(内置标定)、卤钨灯、汞灯(校准用)、He-Ne对准器、裸玻璃参考样,以及一个标注着“5°±1°”的样品架。
“看起来……挺常规的啊?”
后排,许嘉诚盯着光谱仪屏幕上那幽绿色的开机界面,下意识地松了口气。
坐在他对面的周衍推了推镜框,没有接话。
他很清楚——在全国决赛的考场上,越“常规”的实验,陷阱越多。
第一排,卫骁已经进入了战斗状态。
她戴上白手套,每一个动作都如同教科书般标准、流畅,没有丝毫的多余。
点亮卤钨灯预热。
调节光路。
将He-Ne激光的红色光斑精准地打在样品中心……
她的手腕稳得像陀螺仪,每一个动作都极简、精准,充满了近乎冷酷的效率。
她严格遵循着标准流程:
先采一张有薄膜样品的反射谱,再采一张裸玻璃参考样;
然后,她拿出铅笔和直尺,开始在打印出的光谱图上,耐心地、逐个地寻找干涉条纹的极小值点,用相邻极小值间隔公式来估算厚度。
甚至,她还注意到了那个“5°”的标注,一丝不苟地将5°的入射角引入折射定律,做了角度修正。
每一步,都无懈可击。
而许嘉诚,则很快陷入了苦战。
屏幕上,那本该平滑的反射光谱,因为光源自身的光谱起伏和探测器的非线性响应,布满了密密麻麻的“锯齿”,像一张失真的心电图。
他死命地用光标在屏幕上寻找着峰谷,写下一个波长,又烦躁地划掉,再写下一个。
20度的恒温房中,他已经开始额角冒汗。
二十分钟过去了。
只有林允宁,还是老神在在,没有动样品。
他甚至没有打开那盏作为主光源的卤钨灯。
他像一个经验丰富的侦探,在审问犯人前,从不急于开口,而是先将对方的底细查个一清二楚。
沉默了一会儿,他拿起一根光纤跳线,没有连接卤钨灯,而是直接插到了旁边那支静静发光的汞灯上。
“同学,你干嘛呢……”
负责巡场的年轻助教孔宣看到他这反常的举动,忍不住开口提醒。
“先摸一下底,”
林允宁指了指嗡嗡作响的光谱仪,声音懒洋洋地,却异常笃定,“我得先看看它,今天老不老实。”
话音未落,电脑屏幕上,一排排蓝绿色的明亮谱线“唰”地亮起,如同被检阅的士兵,整齐地站了出来:
404.7nm、435.8nm、546.1nm……
这是汞原子光谱的“指纹”,是刻在物理规律里的、绝对不会说谎的标尺。
他没有调用任何外部软件,只用直尺与铅笔,手工画出“像素—波长”的标定曲线:先做线性近似,再微调一个轻微的二次项。
很快,一条平滑的曲线跃然纸上,将所有的点串联起来。
他把每个点到拟合曲线的“垂距”逐个标在下方,手工画出了一条残差带——点基本贴着零线散开,最大偏差远小于峰谷间距。
他将这张“像素—波长”标定与残差,工整地画在了实验报告的第一页,标题写得十分干脆:
【仪器自证:波长轴校准】。
“同学,我们仪器的内置标定是没问题的,误差在允许范围内。”
孔宣感觉自己的专业性受到了挑战,下意识地辩解了一句。
“当年是好的,”
林允宁头也不抬,淡淡地说道,“今天是不是,得问它自己。”
他指了指残差图,补了一句:
“现在,它才说了实话。”
孔宣的唇线抿紧,正想说他多此一举。
却见林允宁已经换回卤钨灯,将光纤对准了那块裸玻璃参考样,采集了一条参考光谱R_ref。
然后,才不紧不慢地换上真正的样品,采集了样品光谱R_sample。
两条曲线在屏幕上犬牙交错,充满了各种起伏。
他没有急着去数峰,开始调用光谱仪自带的 A/B功能,处理数据。
简单的除法:
R_sample / R_ref。
瞬间,奇迹发生了!
重新校正过的数据图上,那布满噪声、剧烈起伏的原始光谱,瞬间平服!
光源和仪器响应带来的系统性起伏被完美抵消。
只留下一条平滑、干净、纯粹由薄膜干涉产生的信号!”
许嘉诚瞥见这一幕,嘴巴微微张开。
他还在跟那些该死的“毛刺”肉搏,对方已经用一个简单的数学技巧,把整个战场都给清理干净了!
林允宁没有停顿。
他没有像卫骁那样去“数”峰值点,他甚至连笔都没怎么动。
【抽象建模】的天赋,让他在脑海中瞬间构建了整个物理过程的数学模型。
他把干涉极小逐一编号 m,把m—(1/λ)画在方格纸上。
考虑到台卡给出的 5°入射,他把膜内折射角cosθ写进相位条件里,并调用教参中的 SiO₂ Cauchy色散近似。
一切就绪后,他用直尺做线性回归:
一条几乎完美的直线,稳稳地卧在纸上。
斜率一出,厚度 d自然也就跟着出来。
随后,他把实测极小与理论极小的位置差逐点算出,画成第二张图——残差图。
零线两侧,所有点均匀、随机地分布,像一片宁静的星空,没有任何结构性的起伏。
“同学,你的方法和参考流程不符。”
旁边的小孔助教终于忍不住了,他皱着眉,语气里带着明显的不赞同,“指导书明确推荐使用相邻极小值法,你这样操作,就算结果对了,我也只能在方法步骤上给你扣分。”
林允宁将笔帽“咔哒”一声按上,抬起眼,那双总是带着几分懒散的眸子里,此刻平静得像一潭深不见底的湖水。
“都说了只是‘推荐使用’和‘参考流程’了。而且流程是手段,物理才是目的。”
他的声音不大,却异常清晰。
“指导书默认了三个前提:波长轴绝对可靠,仪器响应函数绝对平坦,入射角为严格的正入射。我只是把这三个理想化的假设,逐一验证了一遍,然后顺手……剔除了那些可能有错的部分。”
“可你用的是一条线性回归,”
孔宣皱眉,“这会掩盖很多潜在的错误。”
“掩盖错误的,”
林允宁点了点那张用相邻极小粗算出的、与回归值存在系统性偏差的小表,又指向那张干净得令人发毛的残差图,“是模板化的流程。而发现错误的,是残差。”
孔宣的唇线抿成了一条僵硬的直线,脸颊微微涨红,正要反驳。
一个沉稳的脚步声,静静地停在了他身后。
是总监考官邓志强。
他不知何时已经走到了他们后面,目光从首页那张“汞灯校准曲线”开始,一路向下,扫过“R_sample / R_ref”的归一化步骤。
最终,落在了那张干净得像一片星空的残差图上。
他没有看林允宁,而是先对孔宣说道:
“小孔,把扣分项划掉。”
他指着那张残差图,用一种不容置疑的语气,一字一顿地说道:
“记一下评语:‘方法学创新。先行校准并剔除系统误差,物理图像清晰,数据处理严谨。’”
孔宣的脸,“轰”的一下,红透了。
邓志强这才抬起眼,看向林允宁,目光平静,却带着一丝不易察觉的欣赏。
“实验做完了?”
“还没。”
林允宁摇了摇头。
“我看你做得差不多了啊,还差什么?”
“不确定度。”
林允宁指着残差图,“全局拟合给出的只是d的标准差。我还需要把角度5°±1°的不确定度,通过误差传播公式加进去。再把波长标定残差、极小定位读数精度、材料参数不确定度这些系统项写完整。”
“好。”
邓志强离开,林允宁重新落笔。
几行简洁的误差传播公式,一个最终的数值区间,干净利落。
考试结束的铃声响起。
整个实验室像从深水下浮出水面,集体换了一口长气。
助教孔宣收走报告,走到门口,又回头深深地看了林允宁一眼,嘴唇动了动,最终只低声说了句:
“你这个方法……很漂亮,我回去好好学学你这套。”
走廊里,光线比室内更冷。
人群像退潮的海水,涌出考场,等待着明天最终的“宣判”。
卫骁从林允宁身边走过,没有说话,只是侧过脸,看了他一眼。
那目光里没有敌意,只有顶级剑客棋逢对手时的认可,和一丝……更加炽热的战意。
林允宁重新打开那台老旧的诺基亚1110,又有消息传来。
他拿出手机。
屏幕上,跳出一行被截断的“判决书”:
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