第57章 让机械结构自己开口（1/2）

翌日，星期天，清晨。

“我出去一趟，下午回来。”

“去哪儿？”

“江城大学，和一位老师约好的，请教几个题目的事。”

“大学里的老师？那你可得懂点礼貌，別空著手去，要不我给你拿点什么？”

“不用了妈，只是谈点学习上的事，带东西反而奇怪，我走了。”

“路上骑车慢点，早点回来吃晚饭。”

江临回应著，出了门。

过了两个红绿灯路口，一条宽阔的內河横亘在前方，一座有些年头的双向四车道水泥桥跨越其上。

江临把自行车骑上桥面。

河面上有雾，像一层半透明的纱幔，悬浮在缓慢流淌的河水上方，把对岸那些高低错落的现代楼盘剪影都晕染了一圈。

他在废土里没有见过雾。

废土的空气乾燥，水汽含量低，清晨的荒原只有风，不会有这种把什么都软化的湿润。

他深吸了一口充满水分子的空气，双腿发力，自行车在桥面上加速，一头扎进了前方的薄雾里。

四十分钟后，到了江城大学物理楼b栋。

把自行车停在楼下，掏出手机，点开昨天刚刚加上好友的微信號，给陆老师发了一条消息。

“陆老师，我到了，在b栋正门。”

两分钟后，陆知行回过来一条消息。

“稍等，我下来接您。”

江临把手机揣回兜里，退后两步，抬头打量著眼前这栋建筑。

物理楼b栋看著像是一栋建於上世纪八十年代的苏式建筑。

灰色的水刷石外墙，狭小的高窗，厚重的水泥承重柱，散发著一种古典物理学特有的厚重气息。

江临等了没五分钟，那位在《量子力学没那么玄》的科普视频里侃侃而谈的陆老师，匆匆从幽暗的楼梯间里走了出来。

真人比视频里看起来瘦削。

穿著一件领口有些松垮的灰色高领毛衣，外面胡乱套著一件黑色的长款羽绒服，头髮乱蓬蓬的，眼下有明显的熬夜痕跡，显然是这几天根本没顾上打理。

当江临迎上去主动上前问好的时候，陆知行的脚步猛地停顿了一下。

错愕的目光在江临那张年轻的脸庞上停留了足足三秒钟，大脑在瞬间短暂地重新校准了某种预期。

因为来人比他想像的年少太多了。

在他的潜意识里，能写出那封直击底层力学痛点，数据详实克制邮件的人，至少应该是个在工程力学所泡了五六年的高年级博士，甚至可能是一位常年在军工企业摸爬滚打的青年高工。

而眼前这个人，深灰色的夹克，黑色的连帽卫衣，旧运动鞋，背著一个学生气十足的双肩包。

瞧著至多也就本科生。

不过，短暂的意外之后，陆知行很快收起了外露的情绪。

在江城这样的大学物理学院里，从来都不缺年轻得过分的怪物。

强基计划拔尖进来的天才，本科二年级就提前进组推导公式的科研疯子，从小泡在奥林匹克竞赛里的做题机器，还有隔壁少年班那些十六七岁就开始算费曼图的妖孽。

各种不讲理的成长路径这里都有。

陆知行自己带的课上，就有几个大二的学生，提问的角度刁钻到能让他在讲台上直冒冷汗。

少数几个本科高年级的神仙，甚至能在组会里把二年级的博士生问得下不来台。

陆知行重新打量了江临一眼。

身上有一种还没被实验室八股文完全泡坏的工科生气质。

很沉稳。

“江临是吧？”陆知行伸出手，和江临握了一下。

手掌冰凉，但很有力。

“是我，陆老师。”

“走吧，外面风大，我们去楼上说。”陆知行没有多余的寒暄，直接转身带路。

两人一前一后，沿著楼梯往上走。

在三楼走廊，一间门牌上標著302会议室的木门前停了下来。

陆知行推开门。

这是一个典型的大学课题组活动空间。

房间的面积不小，中央拼著几张长条桌，周围横七竖八地散落著十几把摺叠椅。

靠墙的一块巨大的白板上，密密麻麻地写满了哈密顿量、薛丁格方程的推导步骤，以及一些外人根本看不懂的张量缩写，字跡有红有黑，有些地方被板擦胡乱抹过，留下一片片浑浊的阴影。

房间的一角堆著几个亚马逊的快递纸箱，里面装满了各种型號的运算放大器、电容和杜邦线。

一台老旧的爱普生投影仪正掛在天花板上，將一幅复杂的频谱分析图投射在正前方的幕布上。

房间里已经坐了三个人，气压却低得让人喘不过气。

坐在长桌靠窗位置的，是一个顶著鸡窝头的男生。他正死死盯著面前的外星人笔记本电脑屏幕，手指在键盘上疯狂敲击。

屏幕上是黑底彩字的python开发环境，窗口里正在跑一段极其复杂的卡尔曼滤波函数代码。

江临后来知道，他叫孟澈，是这个组里负责软体算法和控制理论的博士三年级学生，处於毕业边缘的高压状態。

靠著另一侧实验台站著的，是一个身形微胖、戴著黑框眼镜的男生。

他手里正翻阅著一份列印出来的冗长参数表，手上戴著一双为了防尘但已经起球的白色防静电手套。

叫尹航，博士二年级，组里的硬体和电路担当。

角落里，有一张单独的小桌子。

一个女生正坐在那里，对著双屏显示器整理著海量的数据波形。

她穿著一件宽大的格子衬衫，头髮隨意地用鯊鱼夹扎在脑后，耳朵上戴著降噪耳机，眉头紧锁。

叫姚思雨，硕士三年级。

听到开门声，两博一硕同时抬起头，看了江临一眼。

他们的眼神中带著一丝被打断的烦躁和明显的疑惑，陆导在这个火烧眉毛的节骨眼上，怎么带了个看著像本科生的小孩进来？

陆知行没有介绍江临的真实来歷，只淡淡说了一句：“这位同学今天是旁听的，你们照常匯报。”

三人听了纷纷收回视线。

组会上，负责报告的是孟澈。

他嘆了口气，走到幕布前，拿起雷射翻页笔，按了一下。

屏幕上的频谱图消失，取而代之的是一张极其复杂的艾伦方差图，旁边並排著一张功率谱密度图。

“陆老师，各位同学，这是我们在过去72小时內，对那套干涉仪的低频漂移做出的最新数据分析。”

他用雷射笔的光点在屏幕上画了一个圈。

“大家可以清楚地看到，红色的曲线代表了我们探测器採集到的原始干涉信號。在频域10?3 到10??这个极低频的区间內，存在著一个明显隆起的 1/f 噪声包络。这个隆起，对应的就是审稿人死咬住不放的那段四十分钟周期的缓慢漂移。”

孟澈按了一下翻页键，切换到下一张幻灯片，密密麻麻的状態空间矩阵方程。

“我这几天反覆排查了控制迴路，我强烈怀疑，是咱们原有的pid控制迴路，在低频段的积分增益给得不够，导致系统在面对这种缓慢的累积性的热扰动时，积分器出现了发条效应，无法產生足够强大的低频反馈来有效抑制这个漂移。”

“所以，我尝试了一个大胆的方案。我在反馈环路里，摒弃了传统的pid，强行加入了一个带有遗忘因子的自適应卡尔曼滤波器，大家看这里的状態更新方程和协方差矩阵预测……”

孟澈的数学功底確实相当扎实，他在白板面前边说边写，推导过程严丝合缝，无懈可击。

隨著他在旁边的电脑软体中模擬投入这个新的滤波器算法，屏幕右侧立刻生成了一条绿色的处理后曲线。

那条绿色的曲线漂亮极了，原本那个恼人的低频隆起，像被一把无形的熨斗生生烫平了，残差数据瞬间回到了prl审稿人可以勉强接受的水平线以內。

“大家看这里。”孟澈的语气中带著一丝抓住救命稻草的迫切，甚至有些激动，“只要我们今天下午修改下位机的fpga底层代码，把这个新的滤波算法烧录进去，替换掉旧的pid，我们的数据就能用，这篇文章就能救回来。”

“不行。”

一个声音直接打断了孟澈的狂热。

说话的是坐在窗边的尹航。他不知什么时候已经摘下了眼镜，正用两根手指用力揉捏著鼻樑。

“你这纯粹是在自欺欺人，孟澈。”

尹航毫不客气地指出了问题，语气里满是通宵后的暴躁。

他猛地站起来，大步走到电脑前，一把夺过滑鼠，调出了另一张隱藏在后台的监控图表。

“大家看这个。”

尹航指著屏幕上一条几乎要顶破天花板的红色折线。

“你用卡尔曼滤波在软体层面把那段低频数据硬生生压下去了，看起来是很美。但你有没有想过，那个漂移在真实的物理层面上，並没有消失。”

他转过头，盯著孟澈。

“你看看你输出给pzt的补偿电压，为了维持干涉条纹的锁定状態，你的算法指挥压电陶瓷疯狂伸长。现在加在pzt上的补偿电压，已经逼近了它满量程的80%。”

“你知道这意味著什么吗？这意味著我们的核心光路，在实际上已经发生了几十纳米甚至上百纳米的巨大物理位移。你只是在用压电陶瓷的形变，像个裱糊匠一样强行把它拉回原点。如果这个漂移的幅度再大哪怕百分之二十，pzt的电压就会彻底饱和。到时候，整个干涉系统就会在一秒钟內直接失锁，所有的条纹全部消失，我们在里面测出来的数据就是一堆垃圾。”

尹航的声音在会议室里迴荡，带著一种理工男特有的绝望。

孟澈的脸色一阵青一阵白，他反唇相讥：“那你说怎么办，啊？你硬体牛逼，你找原因啊？光电探测器的暗噪声我们测试了三遍，温漂在皮安级別，没问题。外腔半导体雷射器的稳频环路死死锁在銣原子吸收线上，没问题。我们那间该死的恆温室，空调控制精度到了正负0.1度，也没问题。”

孟澈一巴掌拍在桌子上：“除了靠算法做软体补偿，你尹大博士还能在这套百万级的系统里，找出別的噪声源吗？”

“肯定是光电放大器前端的那块运放晶片存在难以监测的温漂效应！”

尹航坚持著自己的硬体视角，一步不让。

“现在的半导体工艺，即便环境温度只变了0.1度，晶片內部因为电流热效应產生的结温变化，也可能导致输入偏置电流发生非线性的漂移。我前天就建议过了，把前端放大电路板全部废掉，重新画板子，换上带內部恆温槽的军工级运放晶片。”

“你疯了吗？”角落里一直没说话的姚思雨突然摘下耳机，忍不住喊出了声，“重新画板子，找厂家打样，邮寄过来，再手动贴片、调试除错，这一套流程走下来最快也要两个星期。”

姚思雨眼圈都有些红了，指著桌子上的日历：“prl编辑部给我们的修回期限只剩最后二十天了，这中间还要留出时间重新跑几十个小时的稳定性数据，还要修改正文。老板王衡教授昨天刚发微信问过进度，你现在说要推翻硬体重来，你想让整个实验室的人都陪著你死吗？”

会议室里瞬间陷入了激烈的爭吵。

软体派的孟澈认为只能靠算法兜底，硬体派的尹航固执地认为是电路板晶片有瑕疵，而负责数据的姚思雨则在截止日期的悬崖边上处於崩溃边缘。

空气中充满了焦躁挫败，以及那种即將被拒稿的恐慌感。

陆知行一直坐在主位上，双手交叉抵住下巴，目光深沉地看著桌面，一言不发。

他知道孟澈的算法实际上是一种掩耳盗铃，是用软体在掩盖物理上的溃疡。

他也知道尹航换晶片的建议不仅远水解不了近渴，而且凭藉他多年的经验，晶片温漂的噪声频谱特徵，根本不长这样，换了顶级晶片也未必能真正解决这个周期长达四十分钟的缓慢漂移。

但他们能怎么办呢？

他们都在试图用自己最擅长最依赖的手段，去修补一个完全处於认知盲区的未知漏洞。

这就像是一个手里只有一把锤子的人，看世界上所有出问题的地方，都像是一颗需要敲击的钉子。

会议室里的爭吵逐渐耗尽了力气，进入了无解的死胡同。

孟澈颓然地拉开椅子坐下，双手痛苦地抱著头，把头髮揉得一团糟。

尹航也烦躁地合上了笔记本电脑的盖子，转过身看著窗外灰濛濛的天空，大口大口地喘著粗气。

没有人再说话。

陆知行却半点没有要散会的意思，他扭头去看江临。

从进门到现在，这个年轻人一直安静地听著。

他没有拿出笔记本做记录，没有因为听到那些复杂的专业术语而露出茫然，也没有因为这场激烈的爭吵而显得侷促。

“江临同学，有什么想说的吗？”陆知行开口打破了会议室的僵硬气氛。

二博一硕的目光齐刷刷地转向江临，他们不明白老板为什么在这个时候去问一个旁听的。

江临想了一下，目光平静地看向尹航，说道：“能不能麻烦你，把刚才那段漂移数据的，最原始的採样文件调出来让我看一下。”

尹航皱了皱眉，有些不耐烦地摆摆手：“我们做频域分析的时候，当然都已经看过原始数据了。低频包络都在那里，直接看时域图看不出什么物理本质。”

“我说的是最原始的那一层，没有经过任何卡尔曼平滑，没有做前馈补偿，没有归一化处理，没有剔除你们认为的异常点。直接从adc晶片的寄存器里，吐出来的十六进位採样序列。”江临解释道。

尹航转头看了看陆知行，见导师没有反对的意思，才有些生硬地嘟囔了一句：“科研数据处理是有標准降噪流程的，看那些全是毛刺的原数据有什么意义？”

“我知道。”江临看著他，“但我就是想看处理之前的。”

尹航也只能从底层资料库里拉出了一份庞大的原始.csv文件，用画图软体將其在主屏幕上铺开。

数据图出来了。

这是一张布满了杂乱毛刺的折线图，看起来就像是一片长满杂草的荒原。

江临走近了，站到屏幕前，如同一尊雕塑般，静静盯著图看了大约三分钟。

低频漂移的主成分確实如孟澈所说，隱伏在海量的高频噪声之下。

那个周期约四十分钟的缓慢起伏，在幅值上，滤波之后被强行压到了量程的百分之零点几，但在眼前这幅未经雕琢的原始图景里，它的庞大轮廓依然清晰可辨。

不过他注意到一件事。

这段漂移的波形，根本不是对称的正弦波或余弦波。

它的上升沿，明显比下降沿要陡峭得多。

更关键的是，他在脑海中滤掉了那些隨机的电子学白噪声后，敏锐地捕捉到，在其中几个特定时段的陡峭上升段里，存在一个持续时间极短的小台阶。

那个台阶非常突兀，宽度在时间轴上大约只有三到五分钟。

它硬生生地把原本平滑上升的斜坡打断了一下，在此期间漂移量保持恆定，五分钟后，斜坡才继续以原先的斜率向上攀升。

这种特徵太丑陋了，所以在姚思雨的標准数据清洗流程里，它被当成某种机械震动的偶发异常点，或者被平滑算法一口直接吃掉了。

但在江临的眼中，这根本不是什么异常点。

他在脑子里，把这个突兀的台阶，和昨天凌晨陆知行邮件里描述的那个含有定位销孔的铝钢组合转接板的机械图纸，瞬间对叠在了一起。

接触刚度突变……两块金属的线膨胀係数差异达到临界点……定位销与孔壁之间的微观间隙被完全吃掉並发生硬挤压……热平衡时间的传导常数……系统过渡態的弛豫宽度……

全部对得上。

陆知行见他看的差不多，开口问：“能不能把你在邮件里提到的，那组数据，给我看看？”

江临转过身，从书包里拿出那个透明的塑料文件夹，抽出那叠整理好的三十页手稿和数据说明，走到长桌前，递给了陆知行。

陆知行接过材料。

他先是扫了一眼最上面的那张数据说明。

当看到上面列出的那些大得离谱的系统误差估计，以及简陋到让人髮指的测量环境描述时，他的嘴角不可抑制地微微抽动了一下。

他没有说话，直接把说明纸翻到后面，开始看江临在废土上记录的数据折线图。

陆知行看数据的方式，和江临预期的不太一样。

没有先看横纵轴的標註，而是先看数据点的散布情况，看了大约三十秒，然后用指尖点了一下某个区域，问：“这个温度下降区间的三个数据点，你標註的误差棒，比旁边正常区域的数据点大了將近三倍。这是什么原因造成的？是偶然读数失误，还是系统性偏差？”

二博一硕都惊呆了，三人不明白为什么导师会对看起来像是手绘的数据图这么认真。

“那几次测量，是在环境温度剧烈下降的凌晨两点做的。我当时用来测温的工业热电偶探头老化了，在这个特定的低温区间里，热电势输出有一段明显的非线性。因为缺乏標准源，我后期的数学修正不够准確，为了严谨，我只能强行放大了那个区间的不確定度。”江临不假思索地答道。

陆知行点了点头，眼神中闪过一丝讚许。

在实验物理领域，诚实地暴露仪器的极限，比用算法强行画出一条完美的虚假曲线要可贵一万倍。

他继续往下翻，翻到了江临手写的模型推导部分。

那是江临在无数个沙暴呼啸的夜晚，点著露营灯，用铅笔推导出来的多材料接触刚度演变模型。

陆知行读了第一页的边界条件假设。

他停了下来，闭上眼睛思考了片刻，然后把第一页重新逐行地从头看了一遍。

確认无误后，才继续往后翻。

他翻得很慢，像是在品鑑一份古老的文献。

偶尔会停下来，从胸前的口袋里掏出一支自动铅笔，在手稿的页边距上做一个极小的记號。

那记號很小，连坐在旁边的尹航都看不清他写了什么。

当读到第三章热循环下预紧力塑性鬆弛的动力学演变那一节时，陆知行停了下来，抬起头。

“你的鬆弛函数，在这里用的是指数衰减模型。指数模型里，时间常数t是决定整个过程快慢的核心。但在复杂的机械装配体中，这个常数极难確定，你是怎么定的？”

“用热扩散时间估算的。特徵时间大致按l2/α取量级，l取装配体里主要热梯度方向上的等效厚度，α取铝钢接触副的等效热扩散率。”

“等效热扩散率怎么取，串联热阻，还是按接触面积加权？”陆知行追问，语气带著考校。

“我是根据接触面两侧铝和钢各自的热扩散係数，做了一个加权平均。权重的係数，是它们在粗糙度约束下，各自实际发生微观接触的面积占比。”

江临语气平淡，但在场的所有人都能听出其中包含的庞大计算量。

陆知行把那一页手稿重新看了一下，眼神越来越亮。

他没有继续在这个问题上追问，而是加快速度，把整叠三十多页的材料一口气翻完。

最后合上，轻轻地拍在了实验桌上，深深地嘆了口气：“你这组数据的精度，真的很差。差到如果这是一篇论文，任何一个审稿人都会在第一秒把它拒掉。我看过你的数据说明了，我知道你是在什么极其受限的条件下做出来的。”

话锋一转。

“但是，有一件事让我很感兴趣，你在数据说明里，给自己写了四条严苛的限制条件，这说明你非常清楚自己这套数据的致命缺陷在哪里，而且，你用了一个学术词汇——代理指標。”

“你在这个模型里测的，根本不是接触刚度本身，因为那种微观刚度没有顶级设备是测不出来的。你测的，是接触刚度变化的某个代理量。”

“是的。”江临坦然承认，“在那种环境下，我没有办法直接测量法向接触刚度k?。所以我退而求其次，我测的是接触面上，微凸体在受到挤压后留下的压痕面积分布。就把这个压痕作为代理变量，用塑性力学反推接触刚度的相对变化率。”

“这个代理量的误差传导链，你做过严密的蒙特卡洛分析吗？”

“做过，在模型推导附录的最后几页，我列出了由於表面粗糙度高斯分布假设不完美，所引入的传递误差极限。”

陆知行不用再去翻了，他刚才已经看到了那部分堪称强迫症般的误差推导。

“你那个推导模型里，最后预测的那个低频角度扰动。如果你的参数取值是准確的，那么这个由机械形变引起的角度扰动，在相位上，必然会滯后於环境温度的实际变化。而这个滯后量的大小，完全取决於整个金属装配体的热传导时间常数。”

“对。”江临点头。

“江临。”陆知行叫了他的名字，“这个特徵，这个相位滯后特徵，我们在过去的三周里，在那段漂移数据中，反反覆覆地看到了。”