長錦小說網 > 都市言情 > 學霸的征途是星辰大海 > 第180章知識的詛咒一

數天後,徐辰覺得自己準備好了。

他打開電腦,調出了張樂陽發給他的那幾千組原始數據。

屏幕上,密密麻麻的數字如同瀑布般流淌。

「先試試能不能用純數學的方法暴力破解。」

徐辰並冇有急著去思考物理機製,而是習慣性地祭出了數學工具。在他看來,隻要函數足夠複雜,就冇有擬合不了的曲線。

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他打開matlab,手指在鍵盤上飛快敲擊。

「既然雙帶模型不行,那就試試多項式擬合。魏爾斯特拉斯逼近定理告訴我們,閉區間上的連續函數都可以被多項式一致逼近。」

徐辰的手指在鍵盤上停頓了一瞬。

這個定理是老熟人了,想當初在安城三中,他就是祭出了這個公式,把教導主任王德發忽悠得找不著北,最後隻能留下一句「極具啟發性」便落荒而逃。

徐辰的嘴角勾起一抹懷念的微笑,隨後註意力又很快回到了現實。

他直接調用了matlab的polyfit函數,設置了一個高達12階的多項式模型,點擊運行。

屏幕閃爍了一下,一條藍色的曲線出現在散點圖中。

「嘖……」

徐辰皺起了眉頭。

擬合是擬合上了,曲線完美地穿過了每一個數據點。但是,在數據點的邊緣,曲線出現了劇烈的震蕩,像是一條發瘋的蛇。

這是典型的龍格現象。高階多項式雖然能強行穿過數據點,但失去了物理意義,這種震蕩是純粹的數學偽影。

龍格現象是數值分析中一個著名的反直覺例子。1901年,德國數學家卡爾·龍格發現,當使用高階多項式在等距節點上進行插值時,雖然在節點處的誤差為零,但在區間的邊緣,插值多項式會出現劇烈的震蕩,誤差反而趨向於無窮大。

這就像是為了強行穿過幾個固定的針眼,線頭不得不瘋狂扭動,最終織出了一張亂七八糟的網。

此路不通。

「那就換個思路。既然張樂陽說可能是噪聲,那我就看看這噪聲到底長什麽樣。」

徐辰刪掉了多項式模型,重新加載了張樂陽他們用的「雙帶模型」。

運行,擬合,計算殘差。

屏幕上跳出了一張新的圖表——殘差圖。

所謂的殘差,就是實驗數據減去理論模型後的剩餘部分。如果模型是完美的,那麽殘差應該是一堆圍繞著零軸隨機跳動的白噪聲,就像高斯分布描述的那樣,無序且均勻。

但此刻,徐辰盯著屏幕上的殘差圖,眼神逐漸變得凝重。

「這不對勁。」

屏幕上的殘差點,並冇有隨機跳動。

它們連成了一條線。

一條有著明顯規律的丶類似正弦波的波浪線。

……

愛因斯坦說過,「上帝不會擲骰子」。雖然量子力學證明他是錯的,但在宏觀的統計規律下,上帝更不會擲出正弦波。這絕對不是隨機噪聲。隨機噪聲是熵增的產物,是無序的;而這個「噪聲」,太有秩序了。

「難道是熱漂移?」

這是物理實驗中最常見的誤差來源。隨著測量時間的推移,溫度的微小變化會導致電阻發生線性漂移。通常可以通過檢查殘差與時間的相關性來排除。

徐辰立刻調出了數據文件中的元數據,提取了每一個數據點的時間戳。

他將殘差對時間作圖。

結果顯示,殘差與時間並冇有明顯的線性關係。

「不是熱漂移。」徐辰排除了這個可能性,「如果是熱漂移,誤差應該隨時間單調增加。但這個誤差是隨著磁場的變化而震蕩的。」

「那難道是霍爾效應混入?」

這是張樂陽他們最懷疑的點。如果電極不對稱,測量縱向電阻時會混入橫向的霍爾電壓。

徐辰調出了霍爾電阻的數據,將其與殘差進行對比。

「形狀不像。」徐辰搖了搖頭,「霍爾電阻在強磁場下是線性的,而這個殘差包含著高次諧波項。兩者雖然有關聯,但不能完全解釋。」

……

排除法一個個做下來,徐辰陷入了沉思。

不是數學擬合不夠好,不是隨機噪聲,不是熱漂移,也不是簡單的霍爾混入。

「那就隻剩下一個可能了。」

徐辰的目光變得銳利起來,想起了福爾摩斯的那句名言:「當你排除了所有不可能,剩下的那個,無論多麽不可思議,都是真相。」

「最後的可能就是——模型本身就是錯的。」

……

他重新審視張樂陽發給他的處理代碼。代碼寫得很規範,每一步都有註釋,顯然是經過了多次打磨的標準流程。

徐辰的目光,最終鎖定在了第24行:

#對數據進行對稱化處理,以消除霍爾效應和熱漂移r_sym=(r(h)+r(-h))/2

這行代碼看起來是那麽的理所當然。

在凝聚態物理中,這幾乎是教科書級的操作。其理論基礎是著名的「昂薩格倒易關係」。1931年,拉斯·昂薩格基於微觀可逆性原理推導出了這一關係,並因此獲得了諾貝爾化學獎。根據這個關係,電阻張量在磁場反轉下應該保持對稱,即r??(h)=r??(-h)

任何不對稱的部分(奇函數項),都被視為誤差(比如霍爾效應),必須通過(r(h)+r(?h))/2(r(h)+r(-h))/2(r(h)+r(?h))/2來剔除。

這就像是物理學界的「公理」,在過去的幾十年裡,無數實驗物理學家都遵循著這一原則處理數據,從未有人質疑過。

「但是……」

徐辰的手指懸在鍵盤上。

「昂薩格倒易關係有一個前提:係統必須具有時間反演對稱性,或者雖然破壞了時間反演,但宏觀上冇有破壞空間反演。」

「如果那個『幽靈』般的正弦波殘差,恰恰就是被這行代碼強行剔除掉的奇函數項呢?」

他深吸一口氣,做了一個大膽的決定。

他在這行代碼前,敲下了兩個斜杠//。

註釋掉!

「不許平均。我要看原原本本的丶赤裸裸的數據。」

徐辰重新編寫了繪圖腳本。這一次,他將正向磁場(h>0h>0h>0)的數據畫成紅線,將反向磁場(h<0h<0h<0)的數據取絕對值後畫成藍線,並將它們疊加在同一張圖上。

回車,運行。

屏幕刷新。

徐辰的瞳孔猛地收縮。

「抓到你了。」

屏幕上,紅線和藍線並冇有重合。

它們之間,裂開了一道縫隙。

這道縫隙並不是雜亂無章的,它隨著磁場的變化,呈現出一種極其優美的丶周期性的呼吸感。在某些磁場區間,紅線在藍線之上;在另一些區間,藍線反超了紅線。

這根本不是誤差!

這是一個完美的丶具有特定頻率的物理信號!

「這就解釋了為什麽之前的擬合總是有『鼓包』。」徐辰恍然大悟,「因為張樂陽他們把這個本來存在的差異給強行平均了。就像是古希臘神話裡的普羅克拉斯提斯之床,為了適應床的長度,強行把客人的腿截斷或拉長。張樂陽他們為了適應『偶函數』這個床,強行截斷了數據的『腿』!」

……

但問題來了。

為什麽會有這個差異呢?

為什麽r(h)≠r(-h)?

這可是挑戰了昂薩格倒易關係啊!那可是熱力學的基石,是寫進教科書裡的鐵律。如果這個關係失效,那就意味著這塊材料裡,發生了一些非常規的丶甚至可以說是「離經叛道」的物理過程。

徐辰的大腦飛速運轉,調動著這幾天在圖書館惡補的知識。

「昂薩格倒易關係失效?這不太可能,那是熱力學第二定律的推論。」

昂薩格倒易關係是不可逆熱力學的核心。它表明,如果一個係統處於平衡態附近,那麽它的響應係數矩陣是對稱的。

例如,熱電效應中的塞貝克係數和帕爾帖係數是相等的。這個關係的微觀基礎是時間反演對稱性,即微觀粒子的運動方程在時間倒流下是不變的。如果宏觀上觀測到了不對稱,那就意味著微觀的時間反演對稱性被打破了。

「除非……」

徐辰的腦海中閃過了一個極其冷門的概念——「磁手性各向異性」。

「除非,這個係統同時破壞了時間反演對稱性和空間反演對稱性!」