十二月底的徽州,冷空氣一場接著一場。
科大應用物理研究所的地下二層實驗室裡冇有窗戶,幾排冷白色的日光燈管亮著。
實驗室正中央,盤踞著一台造價高昂的真空腔體測試裝置。
複雜的管線,粗壯的承重合金支架,以及密密麻麻的感測器線路,像是一張巨大的金屬蜘蛛網,把這台核心儀器牢牢地包裹在中間。
靠牆的位置立著兩塊移動白板,上麵用黑色的馬克筆寫滿了偏微分方程,矩陣推導和傅裡葉變換的展開式,有些地方擦了又寫,留下一團團黑乎乎的印記。
博士生趙鵬手裡捏著半截白板筆,眉頭擰成了一個疙瘩,死死盯著白板上的最後一行公式,半天冇有動靜。
旁邊,另一個博士生鄭南端著兩個一次性紙杯走過來,杯子裡是剛衝好的速溶咖啡。
他把其中一杯遞給趙鵬,自己喝了一大口,被燙得直吸溜氣。
“老趙,歇會兒吧。”
鄭南看了一眼白板。
“這組偏微分方程的邊界條件我們昨天晚上已經覈對過三遍了,數學推導上冇發現什麼漏洞。”
趙鵬接過紙杯冇喝,煩躁地把白板筆扔在桌子上,伸手用力揉了揉自己的頭髮。
“推導冇漏洞,那電腦螢幕上的資料是怎麼回事?”
趙鵬轉過身,指著不遠處操作檯上的顯示器。
顯示器上,一條綠色的實時資料曲線正在緩慢地向左滾動。
那是真空腔體內部的底噪監測資料,按照理論計算,這條線應該是一條平滑的直線,上下波動的幅度不能超過千分之五。
但現在,那條綠線上每隔一段固定的距離,就會出現一個非常明顯的鋸齒狀毛刺。
趙鵬走到顯示器前,手指在螢幕上點了點那幾個刺眼的毛刺。
“這底噪漂移得太有規律了,50赫茲,一個非常穩定的50赫茲週期性低頻乾擾峰值,它就像個狗皮膏藥一樣,死死地貼在我們的有效訊號上,軟體濾波怎麼也去不掉。”
鄭南也跟了過來,盯著螢幕看了一會兒,歎了口氣,試探著猜測。
“電源紋波?或者是接地冇做好?50赫茲正好是咱們國家市電的交流電頻率,會不會是哪根電源線的電磁遮蔽層老化了,產生了漏磁乾擾?”
“我昨天下午拿著高斯計,把這台裝置周圍的磁場一寸一寸地測了一整圈。”
趙鵬猛地喝了一口咖啡。
“磁遮蔽層完好無損,外殼接地電阻遠低於標準值,電源端也加了最頂級的有源濾波器,物理上的電磁乾擾路徑已經全部切斷了。”
“那真是見鬼了。”
鄭南放下紙杯,雙手叉腰。
“電磁乾擾排除了,那還能是什麼?量子漲落在這個宏觀尺度上,根本不可能表現出這麼大的振幅,而且還是固定頻率的。”
兩個國內頂尖學府的理論物理博士生,陷入了深深的自我懷疑。
為了這個底噪問題,他們已經連續熬了好幾個大夜,試圖從電磁場理論,量子力學波動方程,甚至是複雜的訊號處理演演算法中尋找答案,隻想寫出一段濾波程式碼,把這個50赫茲的幽靈給去除掉。
“肯定還是演演算法的權重給得不對。”
趙鵬咬了咬牙,轉身又走向白板。
“我們把傅裡葉變換的視窗函式改一下,用漢明窗試試,把低頻部分的截止頻率卡得再死一點。”
兩人再次圍到白板前,拿起筆,開始了新一輪的公式推導。
而在距離他們不到五米遠的一張鐵桌前,王大勇正坐在椅子上。
因為地下實驗室裡有些悶熱,袖子被他隨意地推到了胳膊上。
桌子上攤開著一本《材料物理學》,旁邊是一摞草稿紙,最上麵的一頁用鉛筆畫滿了各種粗獷但箭頭極其清晰的力學受力分析圖和幾個散落的計算公式。
大勇手裡轉著一支圓珠筆,默默聽著趙鵬和鄭南的對話。
作為少年班的學生,他當然認識白板上那些長長的偏微分方程,也完全看得懂趙鵬他們試圖在軟體層麵切斷特定頻率訊號的數學邏輯。
但他覺得師兄們可能是熬的多了有點糊塗了。
他剛纔捕捉到了一個詞。
50赫茲。
大勇停下手裡轉動的筆。
50赫茲,這個數字在他腦子裡,根本不需要去解析什麼,國內所有的交流電動機,標準運轉頻率就是50赫茲。
他合上那本《材料物理學》站起身,冇有去打擾激烈爭論的兩位師兄,而是繞過操作檯,走向了實驗室靠牆的公共置物架。
架子上亂七八糟地堆著各種備用零件,導線和公用工具。
大勇在一堆雜物裡翻找了一下,找出一塊巴掌大小的廢棄高密度減震橡膠皮,又順手拿了一把扳手。
拿著這兩樣東西,大勇走到那台龐大的真空腔體前。
裝置執行時的聲音很雜亂,有通風管道的呼嘯聲,也有儀器散熱風扇的嗡嗡聲。
大勇伸出一隻手,輕輕地貼在了真空腔體外側的承重合金支架上,靜靜地感受著金屬內部傳匯出來的震動。
在他的感知裡,這台幾噸重的機器並不是一個死物。
無數個細小的震波在金屬骨架中穿梭,很快,他就在這複雜的震動網中,捕捉到了一絲規律且隱蔽的低頻震顫。
大勇的手掌順著這絲震顫的脈絡,一點點往上摸索。
從主承重立柱,到橫向的連線件,最後,大勇的目光鎖定在了一根黑色的硬質水管上。
那是給真空泵提供冷卻迴圈水的進水管。
水管的一端連線著實驗室角落裡的一台大功率工業水冷泵,另一端接入真空腔體的散熱層。
為了佈線整齊,這根硬質的冷卻水管,被幾根粗壯的金屬紮帶死死地綁在了真空腔體的主承重支架上。
大勇看了看水冷泵,又看了看金屬紮帶。
水冷泵電機在運轉,產生的微小震動順著堅硬的水管一路傳導過來,因為綁得太緊,水管和金屬支架之間冇有任何緩衝,這股震動毫無保留地傳遞給了真空腔體的主結構。
而水冷泵電機的運轉頻率,正好就是50赫茲。
大勇轉頭看了一眼不遠處,趙鵬和鄭南還在白板前為瞭如何修改漢明窗的引數吵得麵紅耳赤。
他冇出聲,拿起扳手卡在金屬紮帶的螺母上。
嘎吱~
手腕一發力,螺母被擰鬆,原本緊緊貼合在一起的水管和金屬支架之間,出現了一道縫隙。
大勇動作麻利地把那塊減震膠皮對摺了一下,嚴絲合縫地塞進了縫隙裡,重新用扳手把螺母擰緊。
橡膠皮被擠壓變形,橫在了水管和支架中間,物理傳導的路徑被切斷了。
大勇再次把手貼在主承重支架上,那種讓人心煩的低頻脈衝震動消失了,支架恢複了沉寂。
他拍了拍手上的灰,隨手把扳手扔在旁邊的金屬操作檯上。
咣噹一聲響。
白板前的趙鵬和鄭南停下了手裡的筆看了過來。
“大勇,拿工具輕點,我們在跑實時資料測試呢。”
趙鵬隨口囑咐了一句,轉回身準備繼續寫公式。
鄭南歎了口氣,走向操作檯的電腦。
“老趙,我先把這套新引數輸進去試試看吧。”
他拉開椅子坐下,雙手放在鍵盤上,目光習慣性地掃過螢幕上的實時曲線。
他的手突然停在了半空中。
鄭南用力眨了眨眼睛,身子猛地往前探,死死盯住螢幕。
螢幕上,那條原本每隔一段距離就會出現一個毛刺的綠色曲線,此刻竟然變得平滑了。
那些煩人的50赫茲鋸齒消失得乾乾淨淨,資料穩定在一個完美的極窄區間內,直得像是一條用尺子畫出來的線。
“老......老趙。”
鄭南的聲音有點發抖,不敢大聲說話,生怕聲音的震動把這條完美的曲線給嚇跑了。
“怎麼了?引數跑通了?”
趙鵬正背對著他在整理草稿紙。
“冇......我還冇碰鍵盤。”鄭南指著螢幕,“你快過來看。”
聽到鄭南語氣不對,趙鵬趕緊放下手裡的東西快步走到電腦前。
當看到螢幕上那條平滑如絲的資料曲線時,他整個人也僵住了。
“這怎麼回事?”
趙鵬一把推開鄭南撲到鍵盤前,快速檢查了後台執行的程式和濾波演演算法的引數設定,一切都冇變,還是那個無法過濾底噪的舊版程式碼。
“老鄭,你剛纔動什麼了?”
趙鵬轉過頭,滿臉茫然。
“我一根手指頭都冇碰到鍵盤。”
鄭南舉起雙手同樣茫然。
“我剛坐下,它就變成這樣了,底噪憑空冇了。”
兩人麵麵相覷。
大勇剛溜達回桌前準備繼續看書,聽到動靜,轉頭瞥了一眼螢幕。
“喲,這線看著挺直溜啊,不抖了?”
大勇隨口接了一句。
趙鵬急切地看著他。
“大勇,你剛纔是不是乾什麼了?”
“冇乾啥啊。”
大勇站在桌邊,手按著厚厚的書本樂了,往真空腔體那邊一指。
“那不那根水冷管子嘛!水泵一啟動,交流電機額定頻率不就是50赫茲嗎?你們給它死死綁在承重架子上,水泵一哆嗦,這大鐵架子能不跟著一塊兒哆嗦嗎?這就是最基礎的機械共振啊。”
趙鵬和鄭南順著大勇指的方向看過去,看到了那塊塞在管子和支架中間的黑色橡膠墊。
大勇看著兩個師兄繼續說道。
“我看你們擱白板上算了好幾天傅裡葉變換,那算得確實牛,但你們算的時候,肯定是把這大鐵架子當成絕對剛體了吧?”
他走到機器旁,拍了拍結實的合金支架。
“隻要是金屬,傳導的時候它就有形變,哪怕就零點零幾毫米,裡頭的感測器也能逮住,物理上硬碰硬地連著,你們在電腦裡濾波濾得再狠,底噪能濾得乾淨嗎?”
大勇走回來,憨憨地一樂。
“我剛拿扳手把紮帶鬆了,墊了塊減震膠皮,把這物理傳導鏈給斷了,這不比你們敲鍵盤好使?”
聽完大勇這番話,趙鵬和鄭南徹底傻眼了,實驗室裡陷入了死一般的寂靜。
兩秒鐘後。
“靠啊!”
鄭南一巴掌拍在自己的大腿上,發出一聲慘烈的哀嚎。
趙鵬則是雙手抱住腦袋,把本來就亂的頭髮抓成了雞窩,一臉的生無可戀。
“三天!老鄭,我們倆在這算了三天三夜的偏微分方程!老子連量子漲落的變數都考慮進去了,居然他媽的是物理共振!”
他仰起頭看著天花板上的日光燈。
“早知道先查查那破鐵架子了!這下書真是讀到狗肚子裡去了!”
看著自己的兩個師兄崩潰地懷疑人生,大勇反倒有點不好意思了。
他拉開椅子坐下,大大咧咧地擺手安慰他們。
“師兄,你們也彆往心裡去,這玩意兒你們天天盯著電腦解偏微分方程,腦子轉得深,反倒容易把簡單事兒想複雜了。”
“這就跟咱們平時在宿舍用那台破雙缸洗衣機甩乾一樣,它一轉起來在地上哐哐瞎蹦躂,你們非要從理論去算它的受力麵積和離心力,其實冇用,往它腳底下墊塊硬紙板,把它墊平實了,它立馬就老實了,這鐵架子和水冷管也是一個道理嘛!”
正說著,實驗室的隔音門被推開了。
劉教授走了進來,手裡還拿著一份剛列印出來的光路測試報告。
“趙鵬,鄭南。”
劉教授一邊往裡走一邊問。
“底噪的問題解決冇有?測試進度不能再拖了。”
趙鵬和鄭南對視了一眼,臉漲得通紅。
趙鵬硬著頭皮走上前。
“老師,底噪......解決了。”
“哦?”
劉教授快步走到電腦前,看了一眼螢幕上那條完美的平滑曲線,滿意地點點頭。
“挺乾淨,調了哪個引數?最後用的什麼濾波函式?”
鄭南在旁邊咳嗽了一聲,指了指真空腔體底座的那根水管。
“老師,冇調引數,是大勇......大勇在水泵管子下麵墊了塊膠皮,是機械共振。”
劉教授愣了一下。
他順著鄭南指的方向走過去彎下腰,仔細看了看那塊被螺母擠壓得微微變形的橡膠墊,然後又回過頭,看了一眼牆邊那兩塊寫滿了複雜數學推導的移動白板,最後把目光落在了正坐在桌前翻看《材料物理學》的王大勇身上。
劉教授冇多說什麼,隻是伸手敲了敲操作檯的桌麵。
“理論模型裡冇有摩擦力。”
劉教授看著趙鵬和鄭南,語氣很平常。
“算得再精,也算不出這根紮帶今天綁緊了還是綁鬆了。”
他轉過身叮囑。
“以後實驗室跑核心資料,超算先停一停,大勇先把底層的物理基線過一遍,確認台子冇機械乾擾了,你們再往上加演演算法。”
“知道了,老師。”
趙鵬應了一聲。
坐在桌前的大勇點了點頭。
“行,以後開機前我先摸一遍,哪兒零部件較勁我給它捋平實了,師兄們再忙。”
劉教授拉過一把摺疊椅坐下,繼續盯著螢幕上的資料看,安排著接下來的進度。
“既然雜音濾乾淨了,明天上午去倉庫把那套高精度探頭換上,既然硬體冇乾擾了,爭取明天把這台裝置的絕對精度再往下壓,衝到小數點後五位。”
大勇正準備把桌上的草稿紙收進書裡,聽到這裡,他手停了一下。
“壓不下去了,劉老師。”
大勇冇抬頭,直接回了一句。
實驗室裡安靜了一下。
劉教授轉過頭看著大勇。
“為什麼?”
大勇站起身,走到那台兩米多高的真空腔體旁邊,抬起腳踢了踢底座一側懸空的金屬輔架。
“您看,幾噸重的核心腔體,重量全壓在中間這四個主承重受力點上,兩邊的輔架卻懸空著,基本不受力,這就跟咱們坐的那種四條腿的木板凳,有一條腿短了一截似的。”
他蹲下來,用手指順著底座的金屬紋理劃了一道。
“我剛纔雖然給水管墊了膠皮,它是不跟著水泵哆嗦了,但這大鐵架子本身內部的應力根本冇有均勻散開。”
大勇站起來拍了拍手上的灰。
“實驗室裡溫度隻要稍微變個一兩度,金屬一熱脹冷縮,較勁的承重點就會產生微形變,再好的探頭,也隻是把這變形量測得更準,硬體底子在這兒卡著,精度上不去。”
趙鵬和鄭南對視了一眼。
劉教授聽完冇有立刻說話。
他走上前,順著大勇剛纔指出的那幾個主承重受力點親自彎下腰看了看,又伸手敲了敲大勇說懸空不受力的那兩根輔架。
過了一會,劉教授站直了身子。
“你看得很準,原廠的鑄鐵底座確實存在應力集中的結構問題。”
他看著大勇,語氣就像是在佈置一個理所當然的課題。
“既然你能看出它哪兒較著勁,那你能不能給它捋順了?”
大勇看著那台機器,眼睛慢慢亮了起來。
“這樣吧,你明天上午,來我辦公室拿這台裝置的機械結構原圖。”
劉教授盯著這個少年。
“你給我出一套重新分佈底座支撐點,緩解應力集中的改造方案,需要什麼槽鋼,千斤頂還是阻尼器,列個單子直接找財務報銷,你要是能把這台機器的硬體物理極限給我挖出來,把精度壓下去,這台裝置的底層物理架構,以後就交給你全權負責。”
王大勇有點興奮地點了點頭,讓他去研究那些複雜的計算,他可能不太感冒,但說起動手搞硬體,那他可就太有興趣了。
“行啊,劉老師,明天上午我就去看圖紙。”
劉教授滿意地點了點頭。