正文卷 080章 多普勒先锋官和德布罗意大将军

    其实早在20世纪初，物理学家们就注意到光对原子有辐射压力作用，因为仪器设备的限制，直到最近几十年激光冷却装置发明出来之后，原子的激光冷却技术才得到实质性的发展。

    朱棣文先生在斯坦福的实验室中，利用三维激光束形成磁光阱将原子囚禁在一个小区域空间中加以冷却，获得了更低温度的光学粘胶，这时是1985年。

    之后苦心研究十几年，朱先生和他的科研伙伴更上层楼，他们利用这种技术得到了低于光子反冲极限的极低温度。凭此成果，朱先生、柯亨-达诺基、菲利普斯三人同时获得诺贝尔物理学奖，这时是1997年。

    又过了十几二十年跨入21世纪，南港二中的实验室内，穆老师基于诺贝尔物理学奖的研究成果出了道题：“原子的激光冷却实验中，考虑到反冲效应，请问温度存在的最小值是多少？”

    台下众学生抓耳挠腮：“穆老师，我们只是高中生啊，有这脑洞我们不拿诺贝尔奖了？”

    只有沈奇沉默不语，他明白穆老师的题意，她没指望哪个高中生具备诺贝尔奖的水平。

    这题又是激光发射器、又是原子囚禁什么的，乍一看无比高端，归根结底，原子的激光冷却实验是对多普勒、德布罗意等人理论假设的验证，并发扬光大逐步完善。

    在高中物理课本里，高中生都学过多普勒效应、德布罗意波、光的波粒二像性、玻尔能级模型、α粒子轰击、原子电子基础理论等知识点。当然了，这些是高中物理最难理解的一部分内容。

    沈奇已经自学到了大物，他理解起来的障碍相对较小。

    仅仅就解题而言，如果不能熟练掌握必要的数学工具（公式、推论、定理等等），你将束手无策解不出相应的数学题，而物理题更多是理解程度上的递进，辅以少量计算。

    “这并不需要诺贝尔奖级别的脑洞，你们只需具备物理竞赛级别的脑洞就足够了。”穆老师笑了笑，问到：“你们觉得这题难吗？”

    “难！”

    “IPhO的中等难度试题，或者CPhO国决理论试题，差不多就是这个难度吧。”穆老师扫视台下一周，说到：“要知道参加竞赛的时候，没人会给你们播放教学片，你们看不到3D演示动画，唯一的线索只有卷面上的平面示意图。喏，就是类似屏幕上的这张平面图。所以我给你们播放动画，播了两次，还给你们同步讲解，你们不该露出好奇宝宝的懵懂表情。未来的物理学家们，拿出点真本事来吧，请不要让我失望。”

    台下瞬间鸦雀无声。

    物竞队的队员们水平自然不会太差，自学过选修或者部分大物知识的也不仅仅只有沈奇一人而已。

    物竞队所有队员拿起笔，埋头在草稿本上写写画画，推导计算。

    沈奇没带笔也没带纸，他空手而来，死死盯着屏幕上的原子参照系二维示意图，凝神思考着什么。

    “老哥，你不可能心算出最小温度值吧？”林星宇写着写着发现身边的沈奇抱臂而坐稳如山。

    “心算？不存在的。”沈奇摇摇头，摊开一掌：“笔来。”

    林星宇的笔袋里装有一堆笔，他取出一支价格最贵的水性笔递给沈奇。

    “纸来。”沈奇再次摊掌。

    嘶拉。

    林星宇在自己的草稿本上撕下一页纸，递给沈奇。

    想想一页草稿纸应该不够，嘶拉嘶拉，林星宇连撕几张。

    “一张草稿纸够了。”沈奇摆摆手，持笔在草稿纸上进行推导。

    在这个原子的激光冷却实验中，要计算出最小温度值，计算量不大，但推导的步骤比较繁琐，沈奇必须打草稿，装逼也要根据实际情况适当把握尺度。

    刷刷刷。

    沈奇运笔如飞，很快写满了草稿纸的正反两面。

    “呼……原来如此。”沈奇仰头舒口气，扭扭脖子，搞定。

    穆老师注意到了沈奇：“看来沈奇同学已有结果？”

    啪。

    沈奇打了个响指：“有了。”

    啪啪。

    穆老师左手右手连打响指：“那请沈奇同学展示一下你的结果。”

    将黑板上刚才的潜水艇题擦干净，穆老师有请沈奇上台作答。

    沈奇上台，拿根粉笔在黑板上写了起来。

    这题的第一步首先要得到激光的频率，根据经典的多普勒效应可得：

    ω（1+vx/c）

    其实多普勒本人也不可能意识到，他当年灵光乍现提出的理论效应，在一两百年之后被广泛运用于全世界各个国家、诸多领域。

    如今医院里的彩超就是基于多普勒效应，多普勒效应在军事上同样运用广泛，以及原子微观层面。

    沈奇命多普勒为先锋官打开一个出口，结合题目设定，多普勒先锋官杀入敌营先搞一波突袭。

    如果电子以正速率v朝我们轰来，可以得到一个朝后的运动，整个图形的横向尺寸将按c-v与c的比例缩小。

    沈奇取二次导数后可以算出一个电场，当高能电子通过时它们沿前进方向发出辐射，这就是轫致辐射，多普勒先锋官的一波输出到此为止，他完成了沈奇下达的任务。

    接下来轮到德布罗意大将军出马。

    德布罗意波实际上已经涉及到了初步的量子力学，高中物理课本上并非泛泛而谈，课本上写的是精髓，只不过结论性的描述多，具体解释较少。

    沈奇令德布罗意大将军马踏连营，他在黑板上给出原子吸收一个光子的动量为：

    ћω0/c

    假设温度为T时，对应的德布罗意波长为：

    λ=ћ/根号mkT

    波数是相位对距离的变化率，频率是相位对时间的变化率，ω和k在一个空间方向上与时间和空间相仿。

    朱棣文先生利用三维激光束形成磁光阱将原子囚禁在一个小区域空间中加以冷却，穆老师刚才播放的3D动画简单模拟了这个实验过程，光在三维空间中的传播和原子发生作用，吸收光子后的原子数，及原子每一次吸收和辐射产生的动量浮出水面……沈奇写满了左边的黑板，求解过程接近完成一半。

    穆老师不露声色的保持观望状态，台下的林星宇面前摆着沈奇刚才打的草稿。

    林星宇低头看看沈奇的草稿，抬头瞅瞅黑板上的求解过程，这不对呀，沈奇打的草稿和他在黑板上写的不一样啊。

    林星宇看黑板上的内容，基本上能看懂一大半，再看沈奇的草稿纸，根本看不明白。

    因为沈奇在草稿纸上写的都是相对独立的核心步骤，思维跳跃性太强，除了他自己没几个人能读懂他想表达什么意思。

    沈奇以核心步骤为纲领，在黑板上展开详细的求解，快了，答案马上就要出来了。