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我只想当一个安静的学霸-第34部分
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“我说个事。”穆老师面向全体队员说到,然后看了眼沈奇:“这位是沈奇,大家欢迎一下。”
啪啪啪!
掌声响起。
“喂,沈奇来砸场子的,咱们为什么要鼓掌欢迎?”
“也有可能是友谊赛?”
队员们议论纷纷。
“需要自我介绍一下吗,沈奇?”穆老师问身边的沈奇。
沈奇问台下的十几个物竞队员:“需要吗?”
“不不不。”
“都懂都懂。”
队员们皆摇头摆手。
沈奇说到:“大家好,那我就不多说了,一切尽在不言中。”
穆老师对沈奇说:“下去找个位置坐下。”
沈奇走到林星宇旁边的座位,入座。
“大佬,什么个情况?”林星宇迫不及待的询问。
沈奇笑道:“互相访问,友好交流。憋说话林星宇,穆老师准备放大招了。”
林星宇狐疑的望向黑板,搞不清楚发生什么了事情。
穆老师敲了敲黑板:“这道潜水艇题,哪位同学得出了答案?”
刷!
刷刷!
台下队员们纷纷举手。
“看来CPhO初赛题目对你们来说不存在任何障碍,或许我的教学太保守。”穆老师看着齐齐举起的手臂,说到:“白玲烨,你上台给出答案。”
一位男生上台,在黑板上写出他的解答过程。
穆老师走到黑板一侧的多媒体操作台,启动电源,操作多媒体教学系统。
等待的时间中,沈奇问林星宇:“穆老师来物竞队多久了?”
林星宇:“刚来不久,春节前才来的,她春节前带过我们一堂训练课,然后就放假了。”
“我记得之前物竞队是岳老师带的?”沈奇问到。
“岳老师突发脑溢血,住院了。”林星宇露出可怕的表情。
岳老师接近六十岁快退休了,是南港二中的资深教师。沈奇也觉得可怕:“这……你们这群不成器的家伙,把岳老师气出脑溢血。所以还没来得及全面交接,穆老师就仓促上岗,她出这么简单的题目给你们做,是在摸底?”
“或许吧,但穆老师特别有学问,特别厉害。”林星宇崇拜的说到。
“她才带过你们一堂半的训练课,就有学问了?就特别厉害了?”沈奇反问。
“她是物理学的女博士耶。”林星宇满眼小星星。
“哦是吗,这么吊?哪个方向的博士?”沈奇瞟了眼正在操作多媒体系统的穆老师,她还是个物理学博士?
“天体物理,研究宇宙的。”林星宇对穆老师仰慕的不要不要的。
“厉害厉害,穆教主。”沈奇对穆老师的认识进一步加深,研究天体物理的女博士流落民间中学出low题,这背后究竟隐藏着什么不为人知的秘密?
这时台上的男生完成解答,穆老师说到:“不错,全对,白玲烨你回座位上去吧。”
沈奇初步观察,这支校物竞队的整体实力还凑合吧,至少林星宇和白玲烨具备晋级全国复赛的实力。CPhO的赛制是初赛、复赛、国决,跟CMO差不多,历经几轮考验后,最终选出最优秀的几位选手进入国家队,参加IPhO。
“请各位同学认真看大屏幕。”在穆老师的操作下,实验室前方缓缓落下一张屏幕,屏幕上投影出一部动画演示。
画面正中是一个红色小球,小球上标注一个黑色英文字母H。
很明显,这个小球代表着氢原子。
氢原子两端各有一个造型古怪的发射器,滋滋,发射器不断射出蓝色射线,向红色氢原子发起进攻。
咔咔。
多媒体音箱发出物体凝固冷却的声效。
代表氢原子的红色小球逐渐变色,球体颜色越来越淡,最终变为淡蓝色。
演示动画到这里就结束了。
包括沈奇在内,台下所有学生都看的津津有味。
世界上只有极少数尖端科研工作者能亲身参与原子层面的微观实验,大多数人都是依靠教学资料或者科幻片脑补。
“我向你们演示的是原子的激光冷却,看明白了吗?”穆老师问到。
“再演示一遍吧穆老师。”台下学生纷纷提议。
“好,再来一次。”穆老师重放一遍原子的激光冷却演示动画。
在这次演示中,穆老师同步讲解:“激光冷却是利用激光和原子的相互作用,减速原子运动以获得超低温原子的一门技术,世界上少数国家已掌握这门技术,其中美国处在领先地位,中国也在迎头赶上。华人科学家朱棣文先生凭借对这门技术的理论研究,荣获97年诺贝尔物理学奖,他被聘为中科院外籍院士。”
“那么我的问题是,在屏幕所展示的原子参考系中,由于反冲效应,温度存在一个最小值,请计算出这个最小值。”穆老师结束第二次动画展示,放出一张新图,是一张平面原子参考系示意图。
“这……”台下学生目瞪狗呆,刚才明明是物理竞赛初赛级别的难度,现在直接拉升到诺贝尔物理学奖层级,穆老师保守起来特别保守,一旦激进那便是要上天啊。
第080章 多普勒先锋官和德布罗意大将军
其实早在20世纪初,物理学家们就注意到光对原子有辐射压力作用,因为仪器设备的限制,直到最近几十年激光冷却装置发明出来之后,原子的激光冷却技术才得到实质性的发展。
朱棣文先生在斯坦福的实验室中,利用三维激光束形成磁光阱将原子囚禁在一个小区域空间中加以冷却,获得了更低温度的光学粘胶,这时是1985年。
之后苦心研究十几年,朱先生和他的科研伙伴更上层楼,他们利用这种技术得到了低于光子反冲极限的极低温度。凭此成果,朱先生、柯亨·达诺基、菲利普斯三人同时获得诺贝尔物理学奖,这时是1997年。
又过了十几二十年跨入21世纪,南港二中的实验室内,穆老师基于诺贝尔物理学奖的研究成果出了道题:“原子的激光冷却实验中,考虑到反冲效应,请问温度存在的最小值是多少?”
台下众学生抓耳挠腮:“穆老师,我们只是高中生啊,有这脑洞我们不拿诺贝尔奖了?”
只有沈奇沉默不语,他明白穆老师的题意,她没指望哪个高中生具备诺贝尔奖的水平。
这题又是激光发射器、又是原子囚禁什么的,乍一看无比高端,归根结底,原子的激光冷却实验是对多普勒、德布罗意等人理论假设的验证,并发扬光大逐步完善。
在高中物理课本里,高中生都学过多普勒效应、德布罗意波、光的波粒二像性、玻尔能级模型、α粒子轰击、原子电子基础理论等知识点。当然了,这些是高中物理最难理解的一部分内容。
沈奇已经自学到了大物,他理解起来的障碍相对较小。
仅仅就解题而言,如果不能熟练掌握必要的数学工具(公式、推论、定理等等),你将束手无策解不出相应的数学题,而物理题更多是理解程度上的递进,辅以少量计算。
“这并不需要诺贝尔奖级别的脑洞,你们只需具备物理竞赛级别的脑洞就足够了。”穆老师笑了笑,问到:“你们觉得这题难吗?”
“难!”
“IPhO的中等难度试题,或者CPhO国决理论试题,差不多就是这个难度吧。”穆老师扫视台下一周,说到:“要知道参加竞赛的时候,没人会给你们播放教学片,你们看不到3D演示动画,唯一的线索只有卷面上的平面示意图。喏,就是类似屏幕上的这张平面图。所以我给你们播放动画,播了两次,还给你们同步讲解,你们不该露出好奇宝宝的懵懂表情。未来的物理学家们,拿出点真本事来吧,请不要让我失望。”
台下瞬间鸦雀无声。
物竞队的队员们水平自然不会太差,自学过选修或者部分大物知识的也不仅仅只有沈奇一人而已。
物竞队所有队员拿起笔,埋头在草稿本上写写画画,推导计算。
沈奇没带笔也没带纸,他空手而来,死死盯着屏幕上的原子参照系二维示意图,凝神思考着什么。
“老哥,你不可能心算出最小温度值吧?”林星宇写着写着发现身边的沈奇抱臂而坐稳如山。
“心算?不存在的。”沈奇摇摇头,摊开一掌:“笔来。”
林星宇的笔袋里装有一堆笔,他取出一支价格最贵的水性笔递给沈奇。
“纸来。”沈奇再次摊掌。
嘶拉。
林星宇在自己的草稿本上撕下一页纸,递给沈奇。
想想一页草稿纸应该不够,嘶拉嘶拉,林星宇连撕几张。
“一张草稿纸够了。”沈奇摆摆手,持笔在草稿纸上进行推导。
在这个原子的激光冷却实验中,要计算出最小温度值,计算量不大,但推导的步骤比较繁琐,沈奇必须打草稿,装逼也要根据实际情况适当把握尺度。
刷刷刷。
沈奇运笔如飞,很快写满了草稿纸的正反两面。
“呼……原来如此。”沈奇仰头舒口气,扭扭脖子,搞定。
穆老师注意到了沈奇:“看来沈奇同学已有结果?”
啪。
沈奇打了个响指:“有了。”
啪啪。
穆老师左手右手连打响指:“那请沈奇同学展示一下你的结果。”
将黑板上刚才的潜水艇题擦干净,穆老师有请沈奇上台作答。
沈奇上台,拿根粉笔在黑板上写了起来。
这题的第一步首先要得到激光的频率,根据经典的多普勒效应可得:
ω(1+vx/c)
其实多普勒本人也不可能意识到,他当年灵光乍现提出的理论效应,在一两百年之后被广泛运用于全世界各个国家、诸多领域。
如今医院里的彩超就是基于多普勒效应,多普勒效应在军事上同样运用广泛,以及原子微观层面。
沈奇命多普勒为先锋官打开一个出口,结合题目设定,多普勒先锋官杀入敌营先搞一波突袭。
如果电子以正速率v朝我们轰来,可以得到一个朝后的运动,整个图形的横向尺寸将按c…v与c的比例缩小。
沈奇取二次导数后可以算出一个电场,当高能电子通过时它们沿前进方向发出辐射,这就是轫致辐射,多普勒先锋官的一波输出到此为止,他完成了沈奇下达的任务。
接下来轮到德布罗意大将军出马。
德布罗意波实际上已经涉及到了初步的量子力学,高中物理课本上并非泛泛而谈,课本上写的是精髓,只不过结论性的描述多,具体解释较少。
沈奇令德布罗意大将军马踏连营,他在黑板上给出原子吸收一个光子的动量为:
h(一竖上面多一横)ω0/c
假设温度为T时,对应的德布罗意波长为:
λ=h(一竖上面多一横)/根号mkT
波数是相位对距离的变化率,频率是相位对时间的变化率,ω和k在一个空间方向上与时间和空间相仿。
朱棣文先生利用三维激光束形成磁光阱将原子囚禁在一个小区域空间中加以冷却,穆老师刚才播放的3D动画简单模拟了这个实验过程,光在三维空间中的传播和原子发生作用,吸收光子后的原子数,及原子每一次吸收和辐射产生的动量浮出水面……沈奇写满了左边的黑板,求解过程接近完成一半。
穆老师不露声色的保持观望状态,台下的林星宇面前摆着沈奇刚才打的草稿。
林星宇低头看看沈奇的草稿,抬头瞅瞅黑板上的求解过程,这不对呀,沈奇打的草稿和他在黑板上写的不一样啊。
林星宇看黑板上的内容,基本上能看懂一大半,再看沈奇的草稿纸,根本看不明白。
因为沈奇在草稿纸上写的都是相对独立的核心步骤,思维跳跃性太强,除了他自己没几个人能读懂他想表达什么意思。
沈奇以核心步骤为纲领,在黑板上展开详细的求解,快了,答案马上就要出来了。
第081章 你也是本大佬的粉丝吗
当光照在电荷上引起电荷振荡时,在光束的方向上产生策动力即辐射压力或光压。
由原子每一次吸收和辐射产生的动量可得:
2<△p^2>=2h(一竖上面多一横)^2*ω0^2/c^2
于是在t时间内总的动量变化为:
2<△p^2>
故原子的冷却动量变化为:
p0^2=12<△p^2>γpm/(2β)=3h(一竖上面多一横)mγ'2∣δ∣/γ+γ/2∣δ∣'/4
光在每秒钟传递的推进动量,等于1/c乘以每秒钟从光所吸收的能量,即光所传递的动量总是为:
……
……
沈奇写满了左边的黑板,右边的黑板也被他写了一小半,粉笔写断一根。
实验室内静可聆针,穆老师和其他队员都在观摩沈奇的表演。
去年沈奇参加数学竞赛时的切身体验是,3级水平打省一级的竞赛是OK的。
6级的数学对较低等级的物理有一定的真实加成,系统是这么设定的。在数学爸爸的关照下,沈奇的物理实战能力较当前等级有所加成。
如果这是一出物理交响乐,沈奇在前面的演奏很棒,至少看上去是这样。
磅礴的乐章配上优雅的收尾才算完美,历经一黑板的推导说明后,沈奇给出答案,最小温度值为:
Tmin=2。4*10^…4K
即2。4乘以10的负四次方开尔文,这是非常接近绝对零度的一个值。
“求解完毕。”沈奇将半截粉笔放进槽中,拍拍手上的粉笔灰。
啪,穆老师习惯性的打了响指:“回答正确,聪明。”
“穆老师,也只有在实验室中,才能见到2。4乘以10的负四次方开吧?”沈奇和穆老师交流切磋。
穆老师说到:“1985年,朱先生成功完成原子的激光冷却实验,当时的实验温度正好就是2。4乘以10的负四次方开。21世纪的今天,科学家们已经可以在实验室内实现picoKelvin量级的冷却,即绝对零度以上一万亿分之一度的量级。应用物理的发展很快,但理论物理是基础支撑。”她也有偶像,那些物理学大牛就是她的偶像。
“物理学都是真的吧?”沈奇又问。
穆老师十分坚定:“当然!”
“搞了半天,穆老师引用了朱老先生的实验案例。”沈奇转身扫了黑板一眼,有点意思,物理学其实有点意思。
穆老师笑道:“到了国决或者国际赛场,那些出题老师十分热衷改编往年的诺贝尔物理学奖案例,开拓一下眼界并没有坏处不是吗。”
“确实。”沈奇点点头。
穆老师、沈奇师生二人有问有答、谈笑风生,台下的十几个物竞队员傻眼了。
“凭什么沈奇的物理也这么强?”
“莫非我们学的都是假物理?”
“惹不起。”
“真特么惹不起。”
“大佬。”
“绝对的大佬。”
“朕的物竞队江山,没了……”
台下哀嚎一片,但各队员又很佩服沈奇,这种心情比较复杂,一言难尽。
“讨教了。”沈奇对穆老师恭敬的拱了拱手。
“叨扰了。”沈奇面向台下的十几位物竞队抱了抱拳,这便转身离去。
“喂,沈奇!”穆老师追了出去。
队员们大眼瞪小眼:“十步杀一人,千里不留行!”
“事了拂衣去,深藏功与名!”
“我歌月徘徊,我舞影零乱!”
“长风几万里,吹度玉门关!”
“二中有人物,大佬名沈奇!”
“装完逼就跑,真特么刺激!”
实验室里的物竞队员们闹翻了天。
“猝不及防啊,我们物竞队都是老实本分的人,好好生生的上课,没招谁没惹谁,沈奇你冲进来就是一顿光电波扫射,这到底是为什么呀!”
“沈奇,你当我们物竞队是什么地方,你想来便来,想走便走?”
“白玲烨你个怂货,人家沈奇走了你哔哔个毛线,有种刚才就肛正面呀!”
“我特么……咋肛?”
忽然有人觉得不对劲:“大过年的正月初五,沈奇早不来晚不来,为什么偏偏这个时候来?我们的队伍里一定出了内鬼!林星宇,说,你是不是内鬼,是不是你将鬼子带进村的?”
“对,一定是林星宇,沈奇刚才坐他旁边,跟他挺熟的!”
“同志们,请不要误会,我高一入队也算是一名老队员了,我对物竞队是无比忠诚的!”林星宇大呼冤枉,其实内心挺虚的,他赶紧将沈奇的草稿纸收好,这可是大佬的手稿,随身携带涨点战斗力。
实验室外,穆老师追上沈奇问到:“喂,这就走了?”
沈奇说到:“今天初五,我得去舅舅家吃午饭,他家挺远的。”
“走亲戚是必须的,人之常情,话说沈奇,你还参加今年的数学竞赛吗?”穆老师问到。
沈奇摇摇头:“不准备参加了,该拿的我全都拿到了,接下来的几个月,我每天花在数学上的时间不会超过两小时,以巩固、梳理为主,这很有必要,适当的停留是为了今后更大的迈步。”
“闲着也是闲着,来物竞队玩玩?”穆老师求贤若渴。
沈奇不置可否:“考虑考虑。”
“别呀,三月底物理
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