《穿越之後我帶領國家登臨宇宙之巔》第40章 暑假自學大學物理(1)

作者:穿越者大軍的一員·28天前

暑假的第一天,林小鏡早上六點就醒了。

不是鬧鐘叫醒的,是生物鐘。她的生物鐘不需要調整,不管前一天幾點睡,第二天早上六點都會準時醒來,誤差不超過兩分鐘。這個能力她從未向任何人展示過——每天早上她都會等鬧鐘響了之後再“迷迷糊糊”地按掉,然後“掙扎”幾分鐘才起床。這是她偽裝的一部分:一個十五歲的女孩不應該有精確到分鐘的生物鐘。

但暑假不需要偽裝。暑假是她一年中最自由的時間——不用上學,不用面對老師和同學,不用在課堂上“假裝學習”。她只需要在蘇婉清和林建國面前保持“正常”,但“正常”在暑假的定義比在學校寬鬆得多。她可以睡到自然醒(雖然她的自然醒是六點),可以穿著睡衣坐在書桌前看一上午的書,可以不吃午飯(不,這個不行,蘇婉清會嘮叨),可以熬夜到很晚(不,這個也不行,蘇婉清會沒收她的手機)。

所以她調整了暑假的“表演策略”:在家裡表現得像一個“愛學習但不算瘋狂”的高中生——每天學習八小時左右,其他時間“休息”“娛樂”“幫媽媽做家務”。這個學習量,對於一個成績好的高中生來說,是“正常”的。不會引起蘇婉清的擔心(“學太多了,會不會太累”),也不會引起蘇婉清的懷疑(“怎麼不學習?是不是退步了”)。

但她的“八小時”和別人的“八小時”不一樣。別人的八小時可能只能看完幾十頁書、做完幾張試卷。她的八小時,可以學完別人需要八十小時才能學完的內容。不是因為她“效率高”,而是因為她的“異常能力”——閱讀速度快十倍,理解速度快十倍,記憶速度快十倍。別人一小時讀二十頁,她一小時讀兩百頁;別人一小時理解一個概念,她一小時理解十個概念;別人需要重複十次才能記住一個公式,她一遍就記住了。

這意味著,她暑假的“八小時”,相當於別人的“八十小時”。一個暑假六十天,六十乘以八十等於四千八百小時。四千八百小時,如果按每天學習八小時計算,相當於六百天,差不多兩年。也就是說,她一個暑假學到的東西,相當於別人兩年的學習量。

這個數字她以前沒有認真算過。現在算出來,她自己都嚇了一跳。

她在“問題”筆記本上寫下了這個計算,然後在下面寫了一行字:“我的異常能力,比我想象的更強大。需要更小心地隱藏。”

她合上筆記本,開始執行暑假計劃。

暑假的學習計劃分三個部分:量子場論、廣義相對論、航天工程。

量子場論是她目前學得最深入的理論物理分支。她在高一已經自學完了《量子場論》上冊的前半部分——拉格朗日形式、正則量子化、費曼規則。暑假的目標是學完上冊的後半部分——重正化、量子電動力學、弱相互作用。這是研究生水平的內容,很多物理系的學生到了研究生階段才能完全掌握。她打算用六十天學完。

廣義相對論是她最早接觸的理論物理分支——她在小學六年級就開始讀相關的科普書,初中學完了微分幾何的基礎,高一學完了愛因斯坦場方程和史瓦西解。暑假的目標是學完更深入的內容——克爾解、引力波、宇宙學。這也是研究生水平的內容。

航天工程是她新開的“課程”。她不是要學“怎麼造火箭”——那是工程師的事。她要學的是“航天飛行的物理原理”——軌道力學、推進理論、姿態控制、深空探測。這些內容是應用物理學的分支,是她從“理論”走向“應用”的第一步。

她把這三門課程的目標寫在便利貼上,貼在書桌前的牆上。三張便利貼,三種顏色:藍色(量子場論)、黃色(廣義相對論)、綠色(航天工程)。每天學完一門,就在對應的便利貼上畫一個勾。

暑假第一週,她集中精力攻克量子場論。

她從重正化開始。重正化是量子場論中最難的概念之一——它解決了量子場論中的無窮大問題,但方法本身非常抽象,涉及複雜的數學技巧。林小鏡讀著書上的推導,眉頭微皺。不是讀不懂——她能讀懂每一個步驟。但她不理解“為什麼”要這樣做。為什麼可以用“抵消無窮大”的方法來得到一個有限的物理量?這種“抵消”在數學上是不嚴格的,但在物理上卻有效。這讓她不舒服。

她在筆記本上寫下了:“重正化:數學上不嚴格,但物理上有效。為什麼?也許因為量子場論不是終極理論。也許在更基本的理論中,無窮大根本不會出現。比如弦理論?”

她繼續讀。讀到量子電動力學(QED)的時候,她的眉頭舒展開了。QED是量子場論中最成功的理論之一——它精確地描述了電磁相互作用,理論預測和實驗結果的吻合程度達到了小數點後十一位。這是人類歷史上最精確的物理理論。林小鏡看著那些費曼圖,看著那些散射截面公式,心裡湧起一種敬畏的感覺。人類——費曼、施溫格、朝永振一郎——用數學語言描述了電子和光子的相互作用,精確到了不可思議的程度。這是人類智慧的巔峰。

她花了三天時間學完QED。不是“讀完”,是“學完”——每一個公式都推導了,每一個費曼圖都畫了,每一個計算都驗證了。她在筆記本上寫滿了推導過程,字跡工整,步驟清晰。這些筆記,她不會給任何人看。但寫下來本身,就是她理解的過程。

暑假第二週,她開始學廣義相對論。

她學完了史瓦西解(靜態球對稱黑洞)之後,開始學克爾解(旋轉黑洞)。克爾解的數學比史瓦西解複雜得多——度規張量不是對角的,交叉項出現了,事件視界和無限紅移面不再重合。她在筆記本上寫下了克爾度規的表示式,然後開始推導事件視界的位置。她算了兩個小時,得出了正確的結果。她靠在椅背上,揉了揉眼睛。

克爾解比史瓦西解更“真實”——宇宙中的黑洞都是旋轉的,不旋轉的黑洞只是理想化模型。這意味著,她學到的克爾解,更接近真實的宇宙。真實的宇宙,是旋轉的。真實的黑洞,是旋轉的。真實的時間和空間,在旋轉的黑洞附近被拖曳著一起旋轉。這是廣義相對論預言的“參考系拖曳”效應。

她在筆記本上寫下了:“參考系拖曳。時間不是獨立的,空間不是獨立的。它們被物質和能量拖曳著,像一個漩渦。宇宙是一個巨大的漩渦,我們都在漩渦中。”

然後她翻到下一頁,繼續學引力波。

引力波是廣義相對論的另一個重要預言——加速運動的質量會產生時空的漣漪,以光速傳播。林小鏡在新聞裡看到過這個世界的引力波探測成果——和原世界一樣,2015年首次探測到,獲得了諾貝爾獎。她當時看到那條新聞的時候,心裡震了一下。兩個世界,同一個發現。LIGO,引力波,1.3億光年外的黑洞併合。一樣。一樣。一樣。

她學完了引力波的理論部分——四極輻射公式、引力波對測試粒子的影響、引力波的探測原理。然後她合上書,閉上眼睛,在腦子裡想象兩個黑洞互相繞轉、併合、產生引力波的過程。那個過程,釋放的能量比全宇宙所有恆星發出的光還要強。但在地球上,LIGO探測到的引力波訊號,比一個質子的直徑還要小。人類的科技,已經精密到了可以測量質子直徑的千分之一的程度。這是工程學的奇蹟,也是物理學的勝利。

她睜開眼睛,繼續學。

暑假第三週,她開始學航天工程。

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