继“理论物理导论I”课堂上那场石破天惊的解答之后,秦风的名字,如同插上了翅膀,迅速在物理系新生中传扬开来。
“学神”、“妖孽”、“人形自走挂”、“颜王立认证的男人”……各种或敬畏、或戏谑、或羡慕嫉妒恨的标签,纷纷贴在了他的身上。
对此,秦风依旧保持着他那标志性的淡定。毕竟,对于一个立志要给太阳戴腰带的男人来说,这点小场面,不过是毛毛雨啦。
转眼间,便到了物理系新生的第一堂实验课——基础物理实验(一)。
与理论课上那种纯粹的智力风暴不同,实验课,更考验一个人的动手能力、细心程度以及对误差的控制。对于很多擅长纸上谈兵的“理论型学霸”来说,实验课简直就是噩梦。
燕京大学物理系的实验楼,是一栋充斥着各种精密仪器和淡淡化学试剂味道的现代化建筑。与高中时那些相对简陋的实验器材相比,这里的设备,无论是精度还是复杂度,都提升了不止一个档次。
今天的实验内容是——“杨氏双缝干涉实验——精密测量光的波长”。
一个听起来似乎在高中就接触过的经典实验,但在大学的实验手册上,其要求之严苛,步骤之繁琐,数据处理之复杂,足以让任何一个掉以轻心的新生喝上一壶。
负责这门实验课的,是一位年轻的讲师,姓周,名扒皮——哦不,是周培远。约莫三十出头,戴着一副金丝眼镜,头发梳得一丝不苟,穿着洁白的实验服,看起来文质彬彬,但眼神中却透着一股不容置疑的严谨和……一丝丝年轻学者特有的“吹毛求疵”。
“各位同学,欢迎来到基础物理实验的第一课。”周培远讲师推了推眼镜,声音清朗,目光扫过台下略显兴奋又带着些许紧张的新生们,“物理学是一门以实验为基础的科学。再精妙的理论,也需要通过实验来验证。所以,我希望各位能以最严谨、最认真的态度,对待接下来的每一次实验。”
他顿了顿,语气加重了几分:“今天的杨氏双缝干涉实验,虽然原理简单,但对操作精度要求极高。光源的准直、双缝的调节、干涉条纹的观测与测量,任何一个环节出现细微的偏差,都会导致实验结果的谬以千里。我希望大家严格按照实验手册上的步骤进行,注意安全,爱护仪器。如果谁把这几万块一台的氦氖激光器给我弄坏了,哼哼,学分事小,赔偿事大!”
台下的新生们闻言,纷纷缩了缩脖子,脸上的轻松表情收敛了不少。
“几万块一台?我的妈耶,比我一年学费都贵!”
“看来这周老师也不是善茬啊,笑里藏刀型的。”
“杨氏双缝干涉?高中不是做过吗?应该……不难吧?”一个戴着运动发带,看起来颇为自信的男生小声嘀咕道。他叫孙强,高中时也是物理竞赛的常客,动手能力自诩不错。
秦风坐在实验台前,安静地翻阅着实验手册。他的同组实验伙伴,正是那位在图书馆偶遇的“技术宅+学痴”——凌然。
此刻的凌然,正一脸兴奋地摆弄着实验台上的各种光学元件,什么氦氖激光器、扩束镜、狭缝片、可调双缝、精密光学导轨、读数显微镜……各种闪烁着金属光泽的精密仪器,在他眼中,简直比绝世美女还要有吸引力。
“秦神,你看这个双缝调节装置,用的是微米级的螺旋测微机构,精度真高啊!”凌然像个发现了新玩具的孩子,激动地对秦风说道。
“嗯,确实很精密。”秦风点了点头,目光却落在了实验手册上关于“系统误差分析”和“不确定度评定”的部分。
在他看来,实验的精髓,不仅仅在于操作,更在于对误差来源的深刻理解和有效控制。
很快,在周培远讲师详细讲解了实验原理、步骤和注意事项后,各个实验小组便开始动手操作。
一时间,偌大的物理实验室里,响起了各种细微的金属碰撞声、旋钮的转动声,以及学生们压低声音的讨论声。
然而,理想很丰满,现实很骨感。
不到十分钟,各个实验台前,便开始状况频出。
“哎呀!我的激光怎么打歪了?完全照不到双缝上啊!”
“这个扩束镜怎么调啊?光斑要么太大,要么太小,根本不均匀!”
“周老师!周老师!我们的干涉条纹出不来啊!屏幕上一片漆黑!”
“谁能告诉我,这个读数显微镜的十字丝,到底要对准亮条纹的中央还是暗条纹的中央啊?手册上写得好含糊!”
此起彼伏的求助声和抱怨声,让原本安静的实验室,瞬间变得如同菜市场一般嘈杂。
周培远讲师不得不来回奔波于各个实验台之间,时而皱眉指导,时而摇头叹息,额头上甚至渗出了一层细密的汗珠。
“孙强同学,你的激光器光轴和导轨不平行,差了至少三度!这样下去,你调到明天也出不了清晰的条纹!”周培远走到孙强的实验台前,毫不客气地指出了他的问题。
孙强闹了个大红脸,他刚才还自信满满,结果连最基本的光路调节都搞不定,急得满头大汗。
“还有你们这组,双缝距离屏幕太近了!条纹间距那么小,你们用肉眼能量得准吗?实验手册没看吗?”周培远又转向另一组,语气中带着一丝不悦。
被点名的几个学生,顿时像犯了错的小学生一样,低下了头。
实验室里,一片人仰马翻,哀鸿遍野。
这些平日里在理论学习上叱咤风云的天之骄子们,在冰冷而精密的实验仪器面前,纷纷折戟沉沙,露出了自己“手残”的一面。
而就在这片混乱之中,秦风和凌然所在的实验小组,却显得异常的……安静。
或者说,是行云流水般的顺畅。
只见秦风不疾不徐地按照实验步骤,首先将氦氖激光器固定在光学导轨上,然后开始调节激光束的准直。
他的双手,稳得如同磐石,指尖的动作,轻柔而精准。
“叮!”
就在秦风的手指触碰到激光器俯仰调节旋钮的瞬间,脑海中响起了熟悉的系统提示音。
“检测到宿主正在进行精密实验操作,【学神黑科技系统】之【实验微操辅助】功能已自动激活!”
“【实验微操辅助】:可为宿主提供亚微米级的操作精度辅助,实时动态视觉校准,以及对仪器微小形变、环境震动的智能补偿。辅助等级:初级。”
刹那间,秦风感觉自己的感官被无限放大了。
他能清晰地感知到旋钮每转动一丝所带来的激光束方向的微小变化。他的眼前,仿佛出现了一道道虚拟的辅助线,精确地标示出激光束的最佳出射角度和路径。
他轻轻转动旋钮,激光束如同被一只无形的手牵引着,精准地沿着光学导轨的中心轴线射出,不偏不倚。
接下来是扩束镜的调节。这个步骤的目的是将细小的激光束扩展成直径约1厘米的均匀平行光,以便充分照射双缝。
凌然在一旁看得有些紧张,他知道这个步骤很考验耐心和手感,稍有不慎,光斑就会变得不均匀,或者出现衍射环,严重影响后续的干涉效果。
然而,秦风的操作,却让他瞠目结舌。
只见秦风一手扶着扩束镜的镜筒,另一只手轻轻拨动着调节焦距的旋钮,眼睛微微眯起,仿佛在聆听光的声音。
他的动作,轻柔得如同抚摸情人的发丝,每一次微调,都恰到好处。
不过几秒钟的功夫,原本还有些散乱的光斑,便奇迹般地变得均匀、圆整,边缘清晰,亮度稳定。
“这……这就调好了?”凌然揉了揉眼睛,有些难以置信。他自己以前在高中做类似实验时,光是调节扩束镜,就得折腾十几分钟,还未必能调得这么完美。
秦风微微一笑,没有解释。他能感觉到,在【实验微操辅助】的加持下,他对仪器的操控,达到了一种人器合一的境界。每一个细微的调整,都仿佛是身体本能的延伸,精准无比。
接下来是放置狭缝片和可调双缝。
秦风小心翼翼地将刻有精密双缝的金属片安装到可调支架上,然后开始调节双缝的间距和相对于激光束的位置。
这个步骤,同样需要极高的精度。双缝必须严格平行,并且被激光束均匀照射,才能产生清晰、对称的干涉条纹。
在【实验微操辅助】的引导下,秦风的调节过程,依旧是那么的从容不迫,精准高效。
他甚至能通过手指触碰调节旋钮时传来的微弱震动,感知到双缝金属片在微米尺度上的位移。
很快,当白色的接收屏放置在双缝后方一定距离时,一组清晰、明亮、间距均匀的红黑色干涉条纹,赫然出现在屏幕中央!
那条纹,亮暗分明,边缘锐利,如同教科书上的标准图案一般完美!
“出……出来了!这么快?!”凌然激动得差点跳起来,声音都有些变调了。
他之前也看到其他小组,要么是条纹模糊不清,要么是亮度不够,要么是压根就没出来。而秦风,从开始调节光路到出现清晰的干涉条纹,整个过程,竟然只用了不到五分钟!
这简直是神乎其技!
“安静点,还没完呢。”秦风提醒道,脸上依旧是那副波澜不惊的表情。
接下来,是整个实验最关键,也是最考验操作精度的步骤——用读数显微镜精确测量干涉条纹的间距。
读数显微镜是一种带有精密测微装置的光学仪器,可以将微小的位移放大并精确读出。实验要求测量至少10条亮条纹的位置,然后通过计算得到多条条纹的平均间距,以减小偶然误差。
秦风将读数显微镜对准屏幕上的干涉条纹,开始调节焦距和十字丝的位置。
在【实验微操辅助】的加持下,他的视野中,干涉条纹被放大了数百倍,亮条纹的中央位置,被一道虚拟的绿色十字准星精确锁定。
他轻轻转动测微鼓轮,十字丝平稳地移动,每一次停顿,都精准地对准了下一条亮条纹的中央。
“第一条亮纹位置,x1=12.345 mmx_1 = 12.345 \\text{ mm}x1=12.345 mm。”秦风一边操作,一边清晰地报出读数。
凌然在一旁飞快地记录着数据,心中早已是惊涛骇浪。
12.345毫米?读数显微镜的估读一般只到0.01毫米,他竟然能估读到0.001毫米?而且,看他那副笃定的样子,显然不是瞎蒙的!
这……这是何等恐怖的眼力和手感?!
“第二条亮纹位置,x2=14.789 mmx_2 = 14.789 \\text{ mm}x2=14.789 mm。”
“第三条亮纹位置,x3=17.233 mmx_3 = 17.233 \\text{ mm}x3=17.233 mm。”
……
秦风的报数声,平稳而有节奏,如同最精准的节拍器。
他每一次调节,每一次读数,都显得那么的轻松写意,仿佛不是在进行一项枯燥乏味的精密测量,而是在欣赏一件完美的艺术品。
周围其他实验小组的学生,早已被这边的动静所吸引。
当他们看到秦风实验台上那清晰得不像话的干涉条纹,以及他那如同机器人般精准的测量操作时,一个个都张大了嘴巴,露出了见了鬼一般的表情。
“我靠!那……那是杨氏双缝干涉条纹吗?怎么比我们老师用ppt演示的还要清晰标准啊!”
“他是怎么做到的?我们这边连条纹的影子都还没看见呢!”
“你们看他的读数!小数点后三位!而且每次的差值都那么稳定!这……这还是人吗?”
“怪物!绝对是怪物!理论课上碾压我也就认了,怎么实验操作也这么变态啊!”
就连那位之前还颇为自信的孙强,此刻也彻底蔫了。他看着自己实验台上那团模糊不清的光斑,再看看秦风那边教科书般的干涉条纹,羞愧得恨不得找个地缝钻进去。
人比人,气死人啊!
周培远讲师也注意到了这边的“异常”。
他原本以为秦风这组能顺利出条纹就不错了,毕竟秦风在理论课上的表现虽然惊艳,但理论强不代表动手能力也强。
然而,当他走近秦风的实验台,看到那清晰无比的干涉条纹,以及秦风那行云流水般的操作时,他那副金丝眼镜下的眼睛,瞬间瞪大了!
“这……这光路是你调的?”周培远的声音中带着一丝难以置信。
“是的,周老师。”秦风停下手中的操作,礼貌地回答。
周培远凑近接收屏,仔细观察着那些干涉条纹。条纹的对称性、对比度、均匀性……几乎无可挑剔!
他又看了看秦风记录的数据,每一组数据都精确到了千分之一毫米,而且相邻条纹的间距惊人的一致!
“你……你以前做过这个实验?”周培远忍不住问道。这种水平,别说是大一新生,就算是他带过的很多高年级本科生,甚至一些研究生,都未必能做得这么完美!
“高中物理竞赛的时候,接触过类似的,但仪器没有这么精密。”秦风实话实说。当然,他没说的是,那时候可没有【实验微操辅助】。
“仅仅是接触过?”周培远显然不信。这操作,这精度,这数据的质量,分明就是老手才有的水准!
难道……这小子不仅理论天赋逆天,动手能力也是妖孽级别的?
周培远感觉自己的认知受到了强烈的冲击。他原本还想在实验课上好好“打磨”一下这些天之骄子,让他们知道什么叫“实践出真知”。结果,还没开始打磨,就遇到了一个“金刚钻”!
“你……你继续。”周培远深吸一口气,强压下心中的震惊,语气复杂地说道。他决定,等会儿一定要好好看看秦风的实验报告,特别是误差分析和不确定度评定部分,那才是真正体现一个实验者水平的地方。
秦风点了点头,继续进行测量。
在【实验微操辅助】的帮助下,他很快完成了所有数据的测量和记录。
接下来是数据处理。
根据杨氏双缝干涉的公式:Δx=λLd\\delta x = \\frac{\\lambda L}{d}Δx=dλL,其中 Δx\\delta xΔx 是条纹间距,λ\\lambdaλ 是光的波长(待求量),LLL 是双缝到屏幕的距离,ddd 是双缝间的距离。
秦风用游标卡尺和螺旋测微器精确测量了 LLL 和 ddd 的值,同样在系统的微操辅助下,读数精准无比。
然后,他开始计算平均条纹间距 Δx ̄\\overline{\\delta x}Δx,并代入公式计算光的波长 λ\\lambdaλ。
最后,也是最关键的一步——不确定度评定。
这部分内容,对于很多新生来说,简直比实验操作本身还要令人头疼。什么A类不确定度、b类不确定度、合成不确定度……各种复杂的公式和概念,足以让人抓狂。
然而,对于拥有【学神光环】和系统知识库辅助的秦风来说,这不过是小菜一碟。
他条理清晰地分析了实验中可能存在的各种系统误差和随机误差来源,并根据测量数据的标准差和仪器精度,一步步计算出各个物理量的A类和b类不确定度,最后合成了波长 λ\\lambdaλ 的总不确定度。
整个计算过程,严谨而流畅,没有丝毫拖泥带水。
当秦风将最终的实验结果工整地写在实验报告上时,旁边的凌然早已看得目瞪口呆,如同在瞻仰神迹。
“波长 λ=(632.8±0.3) nm\\lambda = (632.8 \\pm 0.3) \\text{ nm}λ=(632.8±0.3) nm……”凌然喃喃地念出秦风的实验结果,“氦氖激光的标准波长就是632.8纳米……这……这精度也太高了吧!相对不确定度竟然达到了千分之零点几的级别!”
他知道,对于本科阶段的物理实验来说,能将杨氏双缝干涉实验的波长测量做到百分之一的相对不确定度,就已经算是非常优秀了。而秦风这个结果,简直是……逆天!
下课铃声响起。
周培远讲师开始收取各组的实验报告。
当他拿到秦风的实验报告,看到那堪称完美的实验数据和严谨得不像话的误差分析时,他那张一向严肃的脸上,终于露出了难以掩饰的震惊和……一丝狂喜!
“秦风同学,你这份实验报告……是我近年来见过的,大一新生中最出色的一份!不,甚至比很多高年级学生的都要好!”周培远毫不吝啬自己的赞美之词,看向秦风的眼神,充满了欣赏。
“谢谢周老师。”秦风依旧是那副宠辱不惊的淡定模样。
周围的学生们,听到周培远讲师如此高的评价,看向秦风的目光,已经从最初的震惊,转变为深深的敬佩和……一丝丝的麻木。
跟这种妖孽在同一个班,压力山大啊!
“这家伙……真的是人类吗?不会是未来穿越回来的科研大佬,来新手村体验生活的吧?”一个学生忍不住小声吐槽。
“我决定了,以后物理实验课,我就抱紧秦风大神的大腿!大神吃肉,我跟着喝汤总行吧!”
“呜呜呜,同样是九年义务教育,为什么他这么优秀?难道我上的是假的九年义务教育?”
第一次物理实验课,在秦风的“常规操作”和众人的“集体自闭”中,圆满结束。
而秦风,凭借着【学神黑科技系统】的“微操”辅助,再次用无可辩驳的实力,证明了什么叫做“学神降临,寸草不生”!
大学的征途,才刚刚开始。
而他手中的“外挂”,也才刚刚展露出冰山一角。