神系统:从高三开始引领科技革命

罗曼黑斯廷斯

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第63章 要干嘛?当然是招募天文学家!

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“交卷!”

这轻轻的两个字,在落针可闻的考场里,却如同一颗投入平静湖面的深水炸弹。

“轰!”

所有正在与函数和几何图形苦苦搏斗的学生,瞬间被震得抬起了头。他们的目光汇聚在后排那个站起身的男生身上,眼神里写满了震惊、茫然,以及一丝丝的……恐惧。

开考十五分钟?交卷?

这是什么操作?自暴自弃也不带这么快的吧!

就连讲台上两位经验丰富的监考老师,也都愣住了。他们交换了一个不可思议的眼神,其中一位连忙走下讲台,快步来到陈启明身边,压低声音劝道:“同学,考试时间还很长,你再检查检查,不要冲动!”

陈启明只是平静地将试卷和答题卡翻过来,示意自己已经写完,然后礼貌地点了点头,径直走出了考场。

整个考场死一般的寂静,只剩下那扇门被轻轻关上的声音。

过了好几秒,所有人才如梦初醒。一个男生手里的笔“啪嗒”一声掉在地上,成为了打破沉寂的唯一声响。

众人看着那个空荡荡的座位,感觉自己的世界观受到了前所未有的冲击。

那家伙……是魔鬼吗?

下午五点,数学考试结束的铃声终于敲响。

如果说语文考完是“哀鸿遍野”,那么数学考完,整个江南二中简直就是一片人间地狱。

“杀人了!这他妈是人做的题吗?最后那道解析几何我连题目都没读懂!”

“出题人你没有心!我学了三年的数学,不是为了在考场上证明自己是个傻子的!”

“那个附加题是什么玩意儿?天书吗?还猎人抓兔子,他怎么不让我去抓外星人?”

走廊上、楼梯间、校道上,到处都是崩溃的学生。有的三五成群,激动地对骂着出题人;有的双目无神,瘫坐在角落里,仿佛被抽干了灵魂;还有的女生已经忍不住趴在同伴的肩膀上,低声抽泣起来。

在这片混乱的背景音中,一个爆炸性的消息如病毒般飞速传播开来。

“听说了吗?高三(1)班有个猛人,开考十五分钟就交卷了!”

“卧槽?真的假的?十五分钟?我选择题都没做完!”

“千真万确!我们考场的,监考老师拦都没拦住!那哥们交完卷就走了,潇洒得一批!”

“他叫啥?陈启明?就是上次考试近乎满分的超级学神?”

“对对对!就是他!妈的,学神的世界我们果然不懂,估计是觉得题目太简单,不屑于做吧。”

一时间,“陈启明十五分钟交卷”的传说,盖过了所有对试题难度的抱怨,成为了九省联考数学场最大的话题。有人觉得他是在装逼,有人觉得他是真的牛逼,但所有人都记住了这个名字。

校门口,这场风暴的主角正悠闲地等着他的小伙伴。

不一会儿,刘利伟和顾知夏并肩走了出来。刘利伟的表情虽然也有些郁闷,但远没有其他人那么夸张。

“明神!”刘利伟快步走过来,一拳捶在陈启明肩膀上,“你又火了!十五分钟交卷,现在全校都在传你的光辉事迹!”

陈启明无所谓地耸耸肩:“题目做完了,待着也无聊。”

“那你也太夸张了!”刘利伟一脸的佩服,“不过这次的数学确实变态,我感觉最后两道大题可能悬了,满分估计没戏了。”

陈启明看向一旁的顾知夏,她依旧是一副清冷的样子,但眼神里却透着一股自信。

“你呢?”他问道。

顾知夏推了推眼镜,平静地回答:“前面的题都做完了,正确率应该没问题。就是最后那个附加题,完全没有思路,空着了。”

“我也是!那附加题根本不是高中生该做的东西!”刘利伟立刻附和道,“明神,你不会连那个附加题也给做了吧?”

陈启明笑了笑,没有直接回答。

“走吧,回家。”陈启明拍了拍两人的肩膀,率先向前走去,“明天还有物理和英语,后天还有化学和生物,那些也是真正的大头。”

看着陈启明轻松的背影,刘利伟和顾知夏对视一眼,都从对方眼中看到了一丝无奈和叹服。

这家伙,好像真的把这场联考,当成了一场游戏。

……

第二天,更是离谱,数学物理的出题老师,跟魔鬼一样,普通的题目都出的很难,但是,居然都要出附加题,也不知道是为什么!

又来?

昨天是猎人抓兔子,今天是望远镜看星星。这九省联考的出题组,是想干嘛?秘密招募天文学家吗?

本来陈启明只需要10分钟不到的时间就可以做完交卷了,奈何出了一道这样的附加题,虽然他之前因为光刻机也学了很多物理学的基础知识,但是并没有像数学那样那么深入,而且当时针对性很强,也因此没有那么熟练。

题目:天文学家通过氢原子的超精细结构辐射(21厘米谱线)研究银河系质量分布。氢原子基态电子与质子自旋相互作用导致能级分裂,跃迁时发射波长为21厘米的光子。本题要求利用多普勒效应测量银河系中氢云的径向速度与距离。

已知数据:

太阳绕银河系中心做匀速圆周运动,轨道半径 R0=8.00kpc,速度 v0=220km\/s。

氢原子21厘米谱线的本征频率 f0=1.42Ghz。

观测方向银经 l=30°,测得三个氢云发射线的频移分别为 Δf=0.03mhz、0.15mhz、0.26mhz。

他扫完题目,瞬间抓住了问题的核心:这是一道将微观原子物理与宏观宇宙尺度巧妙结合的题目。本质上,就是利用物理学的基础原理——多普勒效应,去测量一个宏大到难以想象的宇宙结构。

他的大脑中,“逆天悟性”开始发挥作用,相关知识点如同被检索的数据库文件,被迅速调取、关联和重组。

21厘米谱线……氢原子基态超精细结构跃迁……这是宇宙中最常见的信号,是星际探测的“标尺”。

多普勒频移……波源与观测者相对运动导致的频率变化,可以直接反映氢云的相对速度。

银河系旋转模型……太阳和氢云都在绕着银心做近似的圆周运动,它们的相对速度,需要在同一个坐标系下进行几何分解。

“有点意思。”陈启明低声自语。

他没有像解数学题那样瞬间洞悉一切,而是决定放慢节奏,一步步拆解这个问题,享受这个推导的过程。

第一步:公式推导。

这部分是基础。非相对论条件下的多普勒效应公式,v_r\/c = Δf\/f?,变形一下,径向速度v_r的表达式就出来了。

难点在于距离R的表达式。陈启明在草稿纸上画了一个简易的银河系俯视图,标出银心、太阳和氢云的位置。这是一个简单的三角几何问题。利用视线方向的速度投影关系和正弦定理,经过几步代数换算,目标公式便跃然纸上。他还顺手验证了一下:如果径向速度为正(红移),算出来的距离R大于R?,逻辑自洽。

第二步:数值计算。

这部分纯粹是体力活,但考验的是细心和单位换算的熟练度。kpc、km\/s、mhz、Ghz……这些单位在普通学生看来足以让人头皮发麻,但在陈启明这里,只是简单的指数运算。

光速c取3.00x10? km\/s,本征频率f?换算成1.42x103 mhz。

然后就是套公式:

Δf = 0.03mhz -> v_r ≈ 6.34 km\/s -> R ≈ 0.95 R?

Δf = 0.15mhz -> v_r ≈ 31.7 km\/s -> R ≈ 0.78 R?

Δf = 0.26mhz -> v_r ≈ 54.9 km\/s -> R ≈ 0.67 R?

他心算的速度极快,草稿纸上只留下了几个关键的中间值。结果清晰明了,且趋势合理:频移越大,径向速度越大,计算出的氢云离银心越近。

第三步:物理洞察。

做完题,陈启明并没有立刻停笔。他看着这组数据,大脑中的信息流开始向更深层次挖掘。

他注意到,这道题实际上是一个简化版的“星系旋转曲线问题”。按照牛顿引力定律,星系外围物质的速度应该随着距离增加而下降,但观测事实却是几乎保持不变。这暗示了什么?

——暗物质!

这道题的出题人,不仅仅是在考察学生的计算和推导能力,更是在引导他们去思考当代物理学最前沿的未解之谜。21厘米谱线,正是人类探测宇宙这张“黑暗森林”地图的“雷达”。

“格局不小。”陈启明赞了一句。

他拿起笔,在答题卡的附加题区域,条理清晰地写下了推导过程、计算结果,并在最后,画龙点睛般地加上了一句物理结论:

【……物理结论:观测数据与经典的开普勒定律存在偏差,间接支持了宇宙中存在不可见物质(暗物质)的假设。】

写完,他看了一眼时间,距离开考过去了整整15分钟。

跟昨天一样,但足够了。

他再次在全考场惊愕的目光中站起身,交卷,离场。留下的,又是一屋子怀疑人生的考生。

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