纠缠(1)

       何秋出身在一个普通的工薪阶级家庭,父亲常年在外忙碌做些小生意,母亲在一家中型企业当会计,日子过的还算富裕。何秋跟那个年代的大多数孩子一样是独生子女,没有兄弟姐妹,大多数时间只有一个人待在家里。有学者专门做过调查,那个年代出生的孩子要比其他年代的孩子有更强的思维能力和理解能力,但相对的社交能力要弱一些。

  何秋从小是一个内向的孩子,经常把自己关在屋子里搞些“小发明”,她不喜欢其他小女孩子都喜欢的玩偶、画笔、芭比娃娃这些,反而更喜欢男孩子们玩的赛车、玩具枪、机器人类的东西。每次新玩具买回来没几天玩够了,她就会拆坏玩具再按自己的想法组装成其他的东西。

  小时候她的房间里最多的就是从玩具上拆下的电池、电线、磁铁、小马达、小齿轮……还有一些她自己组装起来的小汽车、小手枪这些乱七八糟的东西。

  她的学习成绩很好,又是老师眼中的乖乖女,一直到平平稳稳的考上了大学。家里人都不理解她为什么要选一个听起来就不怎么热门的物理专业,而不去选家里早就为她规划好的金融专业。那是她第一次跟家里人争吵,一直是一个乖乖女形象的何秋第一次当着爸爸妈妈的面摔门而出。

  在她打开录取通知书的那一刻,她叹了一口气,她也不明白自己哪里来的坚持,只是潜意识里充满了对物理的热爱。大学的经历证明了她的选择是正确的,杨教授评价她说:何秋就是为了物理而生的。

  她没有辜负自己的坚持,在她毕业那年,杨教授的实验室刚刚成立,她顺理成章的成了实验室的第一批成员。

  新成立的实验室不大,是一间学校的普通教学实验室改建的,实验设备算不上先进,更多的时候他们只能做一些理论上的实验推理。杨教授最欣赏的一个地方就是何秋的想象力,理论推理没有想象力是不行的,在这上面何秋有很大的天赋,当时她推理出的几种材料的性质在随后几年的实验中都得到了证实。

  刚开始的两年,实验室并没有什么收入,完全靠学校的教研资金维持,研究范围很受限制。直到杨教授的常温超导材料“冰线”的研发,才改变了这个现状。“冰线”能在280K的温度下超低损耗的导电,但是由于技术限制和制作费用昂贵的原因不能大量生产,最初只能应用在特殊的行业领域。

  随着项目运营开始有起色,实验室换上了先进的实验设备,实验室的研究范围得到扩大。杨教授为实验室确定了一个新的研究方向——观测116号元素衰变过程中的原子核外电子层结构变化规律。

    从2000年发现第一个人工合成的116号元素以来的几十年间,全球有七十多家实验室都在进行着对它结构性质的研究,尤其是核外电子层结构变化对了解衰变过程有重要作用。116号元素的衰变期只有约60毫秒,在这期间想要快速的观测到它的核外层结构就需要事先进行大量的理论推理,确定最主要的观测目标。

  杨教授实验室里有一台旧式的小型粒子加速器,可用于撞击实验合成116号元素。方法就是用20号元素Ca撞击96号靶元素Cm,这是常用的也是当时成功率最高的超重元素合成法。

  在最初的几次测试实验中,杨教授的团队成功合成出了两个新原子,最长的一个存在了约62毫秒就衰变成了114号元素,接着在不到半秒钟的时间内又衰变成了112号新元素。前几次的实验没有观测到什么有用的信息,只是验证了加速器的合成性能。

  随后的正式实验,实验室进行了六个多月的研究,过程进展的很顺利,实验室得到了116号元素衰变的核外电子模型,研究进入了收尾阶段。就在这时,第十三次实验出现了意外。

  因为有了前十二次的经验,这次的实验只有包括何秋在内的三个操作人员完成。实验按步骤进行,在撞击结束后,何秋按照流程记录观测到的数据,这时她发现检测仪上记录的原子变化形状和之前不太一样,由原先的一个模糊不清的小点变成了一个约三毫米长的线段。

  本着科学的严谨态度,她没有忽略掉这个现象,起初她以为是仪器出现了问题,检测过后发现仪器一切正常。排除仪器故障和操作失误,这个现象的出现在理论上就不难解释了。

  检测仪观察加速器中原子的内部结构,首先需要锁定原子位置,原子运动时会留下运动轨迹,以往的操作中,原子被束缚在强磁场中,撞击所得到的动量可忽略不计,在60毫秒的时间里对观测结果的影响可忽略不记,宏观看起来就是一个模糊的小点。

  现在的情况很显然,原子的动量不可忽略,运动轨迹被记录了下来,何秋和其他两个操作人员检查了电磁场运转情况,也很正常。受力不变,动量不变,轨迹增大了,只有一种可能,就是时间变了,或者说是新元素存在的时间变了。

  放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的,与外界的任何状态都无关,一般来说同种元素的衰变期差距不会很大。在事实面前何秋第一时间去查看了衰变记录,加速器详细的记录下了粒子从撞击到合成再到衰变的详细过程。仪器会出故障,但不会所有的仪器一起出故障,数据更不会骗人,屏幕上的折线图显示出这次实验共合成了四个116号原子,原子衰变时间分别为合成后的第63毫秒、58毫秒、3.322秒、62毫秒。

  “第三个原子……”

  “存在了3.322秒!”旁边的人把何秋没有说完的话喊了出来。

  “天呐!我们发现了什么!”

  实验室除去杨教授一共有七个人,当天杨教授带着两个人出去调查“冰线”的应用情况,剩下的五个人在实验室里一遍遍的确认着实验过程和观测结果。经过多次的检查后确定了,这次的实验操作和以往的十二次没有任何不同,合成的第三个存在了3.322秒的原子应该是116号元素一个新的稳定的同位素,至于为什么会在这次实验里出现,只能解释成这是一个合成概率非常小的事件,正好被这次实验碰上了。

  接下来的一个多月时间里,实验室转变了研究方向,投入到了对新发现的116号元素同位素的研究中,同样的撞击实验又被重复做了七次,但是再也没能合成出超寿命的原子。既然被认定为低概率事件,那么再次合成的希望几乎为零,最终他们放弃了实验合成,把重点转移到了理论推理和第十三次实验的实验数据分析上。

  在多次的理论推理过程中,始终没有发现116号元素存在超寿命的原子,研究回到了数据分析上。通过对当时的实验记录和衰变残留轨迹的分析,杨教授得到了第十三次撞击实验得到的超寿命原子的质量数,另他们没想到的是,质量数竟然是熟悉的293,这是人们已经确认的同位素。在二十次的撞击实验中,共观测到了32个116号元素原子,其中质量数为293的就有11个,这说明发现的超寿命原子并不是新的同位素,在组成上它是已知的。

  这个结果让实验室陷入了更大的疑惑中,既然它与已知的原子相同,为什么它的寿命延长了几十倍?结合之前的观测结果,他们意外的发现超寿命原子的核外电子层多了一层,最外层多了两颗孤零零的电子,最合理的解释好像只有衰变的巧合性了,正巧合成这个原子时因为某些情况导致外层结构多了两个电子,衰变的时间被延迟到了3.322秒。

  但是这个解释不被他们接受,既然多了两个电子的结构会让原子更加稳定,那么合成出的原子应该更多的是这种结构才对,现实情况却是合成这种结构的概率不比把宇宙中几十万亿亿颗恒星放在一个箱子里从中一次抽中太阳的概率高多少。

  研究又断断续续的进行了三个多月,仍是没有一点进展,唯一的线索只有那3.322秒内被记录下来的运动轨迹和衰变过程留下的痕迹。渐渐的,实验室搁置了这项研究,只当那是一次实验意外。

  ……

  这天,何秋跟着杨教授外出测试新一代“冰线”的实地应用情况。上一代“冰线”在应用过程中出现了一个问题,每隔百米左右输电耗损率会发生一个突变,每百米电能的损耗率比上一百米增加0.3倍左右,在应用过程中造成了不少的损失。杨教授在新一代“冰线”中又加入了一种纳米合金,理论上能使得“冰线”导电性能更加稳定。

  “何秋,你知道引起耗电率每百米突变的原因是什么吗?”看着场地上正在搭建的几百米的“冰线”管道,杨教授问道。

  “是冰线电阻在每百米的积攒,冰线的纳米结构导致阻力集中在了一点爆发,也就发生了突变现象。”何秋很熟练的回答。

  “这是科学的解释,通俗一点的呢?”教授继续问。

  “通俗一点……”何秋想了想摇了摇头,“我不知道了。”

  “来,我们做一个理论推理吧。电流的实质是什么?”

  “电子的流动。”

  “在传统电线中电子是如何流动的?”

  “通过电压在原子间转移。”

  “很好,那在冰线中呢?”

  “冰线结构中有特殊的电子通道,电子在通道中穿梭而过。”

  杨教授笑了笑,递给何秋一个遮阳帽,这时的日头正烈,远处的“冰线”才搭建了一半。

  “你觉得像不像这条河?”

  “什么?”何秋疑惑的看着杨教授手指的方向,这是贯穿整个城的一条小河,水是黄河水,不到二十米的河两岸上全是细细的黄沙。水位随着黄河起降,傍晚接近断流时,第二天一早可能就要溢出河道。这时的水位正高,何秋没看出这翻涌的黄河水跟杨教授的问题有什么关系。

  “假设有一个电子要形成电流,我们给它编号A,A电子进入到普通电线中撞在了第一个原子上围绕原子核旋转,不考虑能量损耗,这时第一个原子上就要飞出一个电子撞向第二个原子,以此类推,就算侥幸第一个原子上飞出的依旧是电子A,那总有第二个、第三个原子上会飞出电子B,这样一直到电线的另一端飞出的就会是电子N,总之不会是一开始进入的电子A。”

  杨教授见何秋点了点头,继续说道:“再来看另一种情况,电子A进入冰线,它不用跟原子交换电子,直接穿过电子通道,这时从冰线另一端出来的依旧是电子A。”

  “你看这河……”杨教授转过身对着河的方向继续说:“水流就像电流,涨水时上游的水压压下来,后面的水推着前面的水跑,水分子之间就会发生挤压,前面的水对后面的水产生的阻力就是持续的,如果下游有一个水库,这时率先流入水库的并不是上游产生压力的水;而当水位低时,水的流动主要靠自身的势能,前后的水之间没有过多的挤压,出水口流出的水就是产生流动力的水……”杨教授没有说完,他相信以何秋的聪明她能自己得到结论了。

  何秋皱着眉想了一会,她已经想到了,只不过不敢确定又在心里推理了几次,“所以水位高时水分子就像在普通电线中的电子一样,会持续的受到阻力而减少能量;水位低时,水分子之间开始时没有阻力,随着走在最前面的水分子受到空气、摩擦等阻力的减速,与后方水分子相撞,动能瞬间消耗……这就是冰线耗损率突变的原因!”何秋恍然大悟。

  “冰线中虽然有特殊的电子通道,理论上可以保证电流无损耗的通过,但是在实际情况中总有温度压力等的因素对电子产生微小的阻力。通俗一点讲,假设电子以单排的形式保持一定距离一个接一个的通过电子轨道,这时最前方的电子就会受到阻力减速,走过一定距离后就会与后方第二个电子相撞,同样的减速过程,第一二个电子结合在一起经过一定距离之后又会与第三个电子相撞……在宏观上的表现就是每隔一定距离电量耗损率就发生一个突变。当然实际情况下电子并不是单排排列,但是基本原理是相同的。”

  杨教授在“冰线”中新加入的合金只是增加了电子通道的稳定性,把突变控制在了可接受的范围内,并没有从根本上解决问题。

  "那如果冰线足够长的话……应用到跨地区式的国家工程……"何秋低着头,一边想一边说。

  “没错……”杨教授接着说道,“冰线不能应用在超远距离输电上,距离越远突变累计下来产生的效果就越明显,在足够远的距离之外冰线的输电效率就不如一根普通的电线了。”

  “没有什么办法解决吗?”

  “除非能找到在任何条件下都稳定的电子通道,不过这是不可能的。外界条件是一直变化的,就像这里的温度、风速、气压,找到任何一种固定条件下的稳定通道容易,但是想找一条在任何条件下都稳定的通道那就难了。”

  冰线轨道搭建完成后,接下来的测试进行的很顺利,跟理论推理的结果一样,耗损率的突变现象控制在了极值以下,不会影响现有的应用。

  回去的路上何秋一直在想杨教授说的电子轨道的问题,有没有什么办法可以绕过条件变化的怪圈呢?比如说……找一条更大的河?她想到了那条河,杨教授很喜欢用这样类比的方式跟学生讲解深奥的科学知识,何秋恰巧也很喜欢这种方式。

  她笑了笑自己,找一条更大的河?真是个“愚蠢”的想法。但是她没有停下来,继续在自己的思维里探索,这是她习惯的了,总是有一些明知道是离奇不可能的想法也能在她脑子里想很久,杨教授说这可能就是她理论推理的天赋。

  冰线的测试场地在郊外,离最近的公路有十分钟的步程,车子只能停在公路上。杨教授看着这个自己最满意的学生低着头走在河岸上,旁边就是翻涌的黄河水,这次带她出来也是为了让她长长见识。杨教授很欣赏何秋的天赋,但是只知道待在实验室里埋头苦干是不行的,他相信只要好好培养,何秋以后的成就一定会超过自己,教出一个超过自己的学生可是比研发出冰线来的更有意义。

  “想到什么了?”杨教授打断了何秋的思考,抱歉的笑了笑。

  “没什么,教授。”何秋笑道,“又胡思乱想了。”

  “哈哈,说来听听。”在工作之外的交流中,这对师生没了那副学者的严谨,倒是多了一些风趣。

  “教授, 你说把河挖宽一些会怎么样?”何秋一脸认真的指着旁边的小河,“挖的足够宽,再多的水通过也不会拥挤了。”

  “哦哦,这倒是个好办法。”杨教授也笑了笑,“把电子通道加宽,这样外部条件的影响对通道来说就不大了,造成的微小的收缩膨胀也就不会阻碍电子的通过。”

  杨教授当时五十多岁,对这个二十多岁的小姑娘就像对自己的女儿一样,在何秋面前笑起来的时候格外的慈爱。

  何秋皱了皱眉头,这次不是在思考问题,而是觉得杨教授又在嘲笑自己,假装生气的说道,“教授肯定早就想到了,只是自己还办不到。”

  “哈哈,我年纪大了,不如你们年轻人聪明了,那这个问题就当做一个项目交给你吧,你回去给我搞出来。”杨教授假装严肃道。

  何秋哼了一声没有回话。

  ……

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