我只想當(dāng)一個安靜的學(xué)霸 080章 多普勒先鋒官和德布羅意大將軍

其實(shí)早在20世紀(jì)初，物理學(xué)家們就注意到光對原子有輻射壓力作用，因?yàn)閮x器設(shè)備的限制，直到最近幾十年激光冷卻裝置發(fā)明出來之后，原子的激光冷卻技術(shù)才得到實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。

朱棣文先生在斯坦福的實(shí)驗(yàn)室中，利用三維激光束形成磁光阱將原子囚禁在一個小區(qū)域空間中加以冷卻，獲得了更低溫度的光學(xué)粘膠，這時是1985年。

之后苦心研究十幾年，朱先生和他的科研伙伴更上層樓，他們利用這種技術(shù)得到了低于光子反沖極限的極低溫度。憑此成果，朱先生、柯亨-達(dá)諾基、菲利普斯三人同時獲得諾貝爾物理學(xué)獎，這時是1997年。

又過了十幾二十年跨入21世紀(jì)，南港二中的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，穆老師基于諾貝爾物理學(xué)獎的研究成果出了道題：“原子的激光冷卻實(shí)驗(yàn)中，考慮到反沖效應(yīng)，請問溫度存在的最小值是多少？”

臺下眾學(xué)生抓耳撓腮：“穆老師，我們只是高中生啊，有這腦洞我們不拿諾貝爾獎了？”

只有沈奇沉默不語，他明白穆老師的題意，她沒指望哪個高中生具備諾貝爾獎的水平。

這題又是激光發(fā)射器、又是原子囚禁什么的，乍一看無比高端，歸根結(jié)底，原子的激光冷卻實(shí)驗(yàn)是對多普勒、德布羅意等人理論假設(shè)的驗(yàn)證，并發(fā)揚(yáng)光大逐步完善。

在高中物理課本里，高中生都學(xué)過多普勒效應(yīng)、德布羅意波、光的波粒二像性、玻爾能級模型、α粒子轟擊、原子電子基礎(chǔ)理論等知識點(diǎn)。當(dāng)然了，這些是高中物理最難理解的一部分內(nèi)容。

沈奇已經(jīng)自學(xué)到了大物，他理解起來的障礙相對較小。

僅僅就解題而言，如果不能熟練掌握必要的數(shù)學(xué)工具（公式、推論、定理等等），你將束手無策解不出相應(yīng)的數(shù)學(xué)題，而物理題更多是理解程度上的遞進(jìn)，輔以少量計(jì)算。

“這并不需要諾貝爾獎級別的腦洞，你們只需具備物理競賽級別的腦洞就足夠了?！蹦吕蠋熜α诵Γ瑔柕剑骸澳銈冇X得這題難嗎？”

“難！”

“IPhO的中等難度試題，或者CPhO國決理論試題，差不多就是這個難度吧。”穆老師掃視臺下一周，說到：“要知道參加競賽的時候，沒人會給你們播放教學(xué)片，你們看不到3D演示動畫，唯一的線索只有卷面上的平面示意圖。喏，就是類似屏幕上的這張平面圖。所以我給你們播放動畫，播了兩次，還給你們同步講解，你們不該露出好奇寶寶的懵懂表情。未來的物理學(xué)家們，拿出點(diǎn)真本事來吧，請不要讓我失望?！?p/> 臺下瞬間鴉雀無聲。

物競隊(duì)的隊(duì)員們水平自然不會太差，自學(xué)過選修或者部分大物知識的也不僅僅只有沈奇一人而已。

物競隊(duì)所有隊(duì)員拿起筆，埋頭在草稿本上寫寫畫畫，推導(dǎo)計(jì)算。

沈奇沒帶筆也沒帶紙，他空手而來，死死盯著屏幕上的原子參照系二維示意圖，凝神思考著什么。

“老哥，你不可能心算出最小溫度值吧？”林星宇寫著寫著發(fā)現(xiàn)身邊的沈奇抱臂而坐穩(wěn)如山。

“心算？不存在的?！鄙蚱鎿u搖頭，攤開一掌：“筆來。”

林星宇的筆袋里裝有一堆筆，他取出一支價格最貴的水性筆遞給沈奇。

“紙來。”沈奇再次攤掌。

嘶拉。

林星宇在自己的草稿本上撕下一頁紙，遞給沈奇。

想想一頁草稿紙應(yīng)該不夠，嘶拉嘶拉，林星宇連撕幾張。

“一張草稿紙夠了?！鄙蚱鏀[擺手，持筆在草稿紙上進(jìn)行推導(dǎo)。

在這個原子的激光冷卻實(shí)驗(yàn)中，要計(jì)算出最小溫度值，計(jì)算量不大，但推導(dǎo)的步驟比較繁瑣，沈奇必須打草稿，裝逼也要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)把握尺度。

刷刷刷。

沈奇運(yùn)筆如飛，很快寫滿了草稿紙的正反兩面。

“呼……原來如此。”沈奇仰頭舒口氣，扭扭脖子，搞定。

穆老師注意到了沈奇：“看來沈奇同學(xué)已有結(jié)果？”

啪。

沈奇打了個響指：“有了。”

啪啪。

穆老師左手右手連打響指：“那請沈奇同學(xué)展示一下你的結(jié)果?！?p/> 將黑板上剛才的潛水艇題擦干凈，穆老師有請沈奇上臺作答。

沈奇上臺，拿根粉筆在黑板上寫了起來。

這題的第一步首先要得到激光的頻率，根據(jù)經(jīng)典的多普勒效應(yīng)可得：

ω（1+vx/c）

其實(shí)多普勒本人也不可能意識到，他當(dāng)年靈光乍現(xiàn)提出的理論效應(yīng)，在一兩百年之后被廣泛運(yùn)用于全世界各個國家、諸多領(lǐng)域。

如今醫(yī)院里的彩超就是基于多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)在軍事上同樣運(yùn)用廣泛，以及原子微觀層面。

沈奇命多普勒為先鋒官打開一個出口，結(jié)合題目設(shè)定，多普勒先鋒官殺入敵營先搞一波突襲。

如果電子以正速率v朝我們轟來，可以得到一個朝后的運(yùn)動，整個圖形的橫向尺寸將按c-v與c的比例縮小。

沈奇取二次導(dǎo)數(shù)后可以算出一個電場，當(dāng)高能電子通過時它們沿前進(jìn)方向發(fā)出輻射，這就是軔致輻射，多普勒先鋒官的一波輸出到此為止，他完成了沈奇下達(dá)的任務(wù)。

接下來輪到德布羅意大將軍出馬。

德布羅意波實(shí)際上已經(jīng)涉及到了初步的量子力學(xué)，高中物理課本上并非泛泛而談，課本上寫的是精髓，只不過結(jié)論性的描述多，具體解釋較少。

沈奇令德布羅意大將軍馬踏連營，他在黑板上給出原子吸收一個光子的動量為：

?ω0/c

假設(shè)溫度為T時，對應(yīng)的德布羅意波長為：

λ=?/根號mkT

波數(shù)是相位對距離的變化率，頻率是相位對時間的變化率，ω和k在一個空間方向上與時間和空間相仿。

朱棣文先生利用三維激光束形成磁光阱將原子囚禁在一個小區(qū)域空間中加以冷卻，穆老師剛才播放的3D動畫簡單模擬了這個實(shí)驗(yàn)過程，光在三維空間中的傳播和原子發(fā)生作用，吸收光子后的原子數(shù)，及原子每一次吸收和輻射產(chǎn)生的動量浮出水面……沈奇寫滿了左邊的黑板，求解過程接近完成一半。

穆老師不露聲色的保持觀望狀態(tài)，臺下的林星宇面前擺著沈奇剛才打的草稿。

林星宇低頭看看沈奇的草稿，抬頭瞅瞅黑板上的求解過程，這不對呀，沈奇打的草稿和他在黑板上寫的不一樣啊。

林星宇看黑板上的內(nèi)容，基本上能看懂一大半，再看沈奇的草稿紙，根本看不明白。

因?yàn)樯蚱嬖诓莞寮埳蠈懙亩际窍鄬Κ?dú)立的核心步驟，思維跳躍性太強(qiáng)，除了他自己沒幾個人能讀懂他想表達(dá)什么意思。

沈奇以核心步驟為綱領(lǐng)，在黑板上展開詳細(xì)的求解，快了，答案馬上就要出來了。