I-House的暖氣系統大概和這棟樓一樣老,管道裏整晚都迴響着“哐啷,哐啷”的怪聲,像是裏面藏着個鐵皮幽靈。
林允寧在吱吱作響的木板牀上對付了一宿,因爲時差的關係,睡得昏昏沉沉,天一亮就起來了。
窗外,芝加哥的天還是灰濛濛的。
他衝了個澡,換上乾淨的連帽衫和牛仔褲,背上那臺IBMX40筆記本,步行前往物理系。
芝加哥大學的校園是開放式的,經典的哥特式建築羣,和現代樓宇交錯在一起。
清晨的草坪上覆着一層薄霜,松鼠在光禿禿的橡樹枝上跳來跳去,一點也不怕人。
按照宋教授郵件裏面所說,詹姆斯?弗蘭克研究所(JFI)剛搬了新家,從老樓搬進了街對面的戈登綜合科學中心。
這是一座嶄新的大樓,主體由玻璃和鋼結構組成。
透過巨大的落地窗,能看到裏面開闊明亮的大廳和正在安裝的嶄新儀器。
門口,勞拉?宋正和一個慄色頭髮,穿着白大褂的女生,以及一個身材高瘦、穿着格子襯衫的白人男生說着什麼。
“林,你來了。”
勞拉看到他,招了招手。
“宋教授你好。”
林允寧走上前。
“叫我勞拉就可以。感覺怎麼樣?時差還適應嗎?”
勞拉的問候很簡短,透着一股效率至上的作風,“我們剛搬到這裏,一切都亂糟糟的。給你介紹一下,這是瑪利亞,做扭轉雙層石墨烯實驗的。這是埃米特?卡特,我們組的理論計算專家。
那個叫瑪利亞的慄色頭髮女生對他露出了一個友善的微笑,而瘦高的埃米特?卡特只是禮貌性地點了點頭,眼神裏帶着一絲審視。
“我今天上午有幾個會,”
勞拉看了一眼手錶,“就不帶你了。你剛剛來這裏,先跟着瑪利亞和埃米特熟悉一下環境,看看大家都在做什麼,晚點咱們再好好談談。”
說完,她便踩着高跟鞋,匆匆走向了大樓深處。
“跟我來吧,”
瑪利亞很熱情,指着裏面笑着說,“我們剛搬過來不到兩個月,很多儀器還在調試。不過這裏比老樓好多了,至少窗戶不漏風。我們組在三樓,風景很好,能看到中央草坪。”
新的實驗室是開放式的大平層,採光極好。
一張張實驗臺整齊排列,上面是各種閃着金屬光澤的儀器和密密麻麻的紅綠導線。
最引人注目的,是牆上掛着的幾塊巨大的白板。
上面寫滿了推導到一半的公式、潦草的示意圖和各種顏色的便利貼,旁邊還留着幾個咖啡杯印。
埃米特?卡特走在前面,介紹得言簡意賅:
“這是低溫輸運測量區,那邊是材料製備和表徵區。咖啡機在那邊,自己動手。”
他的語氣禮貌,但也有點冷淡。
路過一個公共區域時,埃米特在一塊巨大的白板前停下了腳步。
上面寫滿了密密麻麻的公式推導,有好幾處被紅筆圈了出來。
“我們在計算扭轉雙層石墨烯在‘魔角’附近的能帶結構,”
埃米特用記號筆的末端敲了敲白板,像是隨口一提,“但貝里曲率在狄拉克點附近會出現奇異性,用標準的k.p微擾論算出來的結果總是不收斂。你對這個有想法嗎?”
瑪利亞在一旁悄悄對林允寧眨了眨眼,示意他別緊張。
這是埃米特最喜歡乾的事,用一個他自己都沒搞明白的難題去“測試”新人。
林允寧看着那堆複雜的哈密頓量和矩陣元,沒說話。
埃米特以爲他被問住了,鏡片後的眼神裏閃過一絲果然如此的瞭然。
一個高中生,就算再天才,基礎也肯定不紮實。
“你不知道就算了,這很正常,”
他正準備用前輩的口吻安慰一句,“這個問題確實………………”
“爲什麼要用微擾論?”
林允寧忽然開口了。
這回輪到埃米特愣了一下:
“不然呢?”
“貝里曲率本質上是個幾何概念,”
林允寧走到白板前,拿起一支藍色記號筆,“它描述的是波函數在動量空間裏的‘扭曲’程度。
“我和以前課題組的一個師兄曾經證明過,在狄拉克點這種拓撲保護的奇點上,任何基於局域展開的微擾方法都會失效。”
他在白板的空白處畫了一個簡單的示意圖。
“你應該直接從它的拓撲定義出發,把它看作動量空間中的一個‘磁單極子”。
“它的總磁通量,也就是陳數,必須是量子化的整數。你只需要計算波函數繞着奇點走一圈的纏繞數,就能直接得到積分形式的貝里曲率,根本不需要處理那個發散的點。”
埃米特?卡特看着白板上那個簡潔的示意圖,沉默了。
他原本是想用計算的複雜性來考校對方一下,沒想到這個高中生根本沒往計算的泥潭裏跳,而是直接從物理圖像的層面,給出了一個更巧妙的框架。
足足過了五秒鐘,他才推了推眼鏡,用一種非常輕的聲音說:
“......這是個很有趣的想法,回頭我會試試。
他意識到,這個看起來年輕得過分的高中生,腦子裏裝的東西,可能比他想象的要多得多。
“好了埃米特,別爲難我們的新朋友了。”
瑪利亞笑着打圓場,“林,你想先從哪裏看起?”
“能看看你的課題麼。”
林允寧說。
瑪利亞的工位上,兩臺24英寸的戴爾顯示器並排擺着,上面是一張看起來雜亂無章的曲線圖。
“就是這個,快把我逼瘋了。”
瑪利亞指着屏幕,一臉無奈,“這是扭轉雙層石墨烯的電導隨柵極電壓變化的曲線。理論上,在某些特定的填充因子下,應該能看到清晰的量子化平臺。但你看我測出來的......”
她放大了一部分曲線。
那條線劇烈地抖動,上面佈滿了各種毛刺和尖峯,偶爾能看到一兩個模糊的平臺,但很快就被巨大的噪聲淹沒了。
“我檢查了所有的設備,屏蔽了電磁干擾,也優化了接觸電極,但就是這樣。埃米特說這是材料本身的問題,有太多的缺陷和雜質。”
林允寧看着那張圖,問:
“我能看看原始數據嗎?”
“當然。”
瑪利亞打開了文件夾。
林允寧直接在瑪利亞的備用機上坐了下來。
這是一臺安裝了Linux系統的惠普工作站。
“這很可能是隨機電報噪聲(RTS),我來試試看,你的Python是什麼版本的?”
“是Python2.7。”
周圍幾個正在忙碌的博士生,也好奇地湊了過來。
他們都聽說了一個來自華夏的高中生被勞拉破格帶進了組裏,想看看他到底有什麼本事。
林允寧點了點頭,打開終端,手指在鍵盤上敲得飛快。
aether_chrono --input *.dat --model rts_noise --constraint physical_bounds=true
只用了不到十分鐘,他就寫好了一個簡短的腳本。
“這是什麼?”
瑪利亞看着屏幕上那些她看不太懂的代碼,好奇地問。
“一個信號處理腳本。”
林允寧回答。
埃米特?卡特也站在後面,抱着手臂,一言不發地看着。
他倒要看看,這個少年能玩出什麼花樣。
用軟件處理一下就能解決的問題,還需要等到今天?
林允寧在開源網站下載了Aether,然後導入寫好的Python腳本,按下回車。
程序開始運行。
幾秒鐘後,屏幕上彈出了一個新的繪圖窗口。
窗口裏,是兩張並排的對比圖。
左邊,是瑪利亞那張充滿噪聲,幾乎無法辨認的原始曲線。
而右邊,是一條幹淨得多的曲線,雖然仍有一些雜亂的毛刺,但信號已經可以清晰分辨。
一個個寬度不同,但高度嚴格量子化的平臺,清晰地排列在整數和分數量子霍爾效應應在的位置上。
“這......上帝,那些平臺......一直都在那裏,只是我們看不見?”
瑪利亞輕輕按住了胸口的鍍金十字架,眼睛瞪得滾圓。
周圍響起一片倒吸涼氣的聲音。
“這......這是怎麼做到的?”
一個博士生忍不住問。
埃米特?卡特猛地向前一步,湊到屏幕前,死死盯着右邊那張圖,眼神裏全是難以置信。
“你用的什麼去噪算法?”
他的聲音有些乾澀,“傅里葉變換?還是小波分析?不可能,這麼強的白噪聲,任何線性濾波器都會讓信號失真。”
“我沒用濾波器。”
林允寧的回答很平靜。
他指着屏幕上的代碼解釋道:
“我只是建立了一個包含儀器熱噪聲和接觸電阻漲落的物理模型,然後用貝葉斯框架,把最符合這個模型的‘真實信號’給反演了出來。”
“那套軟件......就是你在戈登會議上報告的Aether?”
埃米特?卡特忽然反應了過來。
“只是其中一個模塊,我曾經幫蘇黎世的裏希特教授處理過他們遇到的隨機電報噪聲問題。
整個工位區,陷入了死一般的寂靜。
所有人都呆呆地看着那個清晰的曲線圖,又看了看旁邊這個一臉平靜的少年,感覺自己的世界觀受到了衝擊。
他們辛辛苦苦花了幾周甚至幾個月都無法解決的實驗難題,被這個高中生,用了十分鐘,寫了幾十行代碼,就這麼...………解決了?
埃米特?卡特看着林允寧,表情複雜。
最終,他深吸一口氣,像是做出了什麼重大決定,對林允寧說:
“嘿,林。想喝杯咖啡嗎?我知道一個地方,他們的濃縮咖啡還不錯。”
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