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第333章 学分是什么?能吃吗?秦教授课堂的“常驻嘉宾”!(1 / 2)

燕京大学,物理学院,大二学年,《电动力学》课堂。

这门被誉为物理系本科阶段“四大神兽”之一、令无数英雄好汉闻风丧胆、挂科率常年高居榜首的硬核专业课,以其理论之艰深晦涩、公式之繁复冗长、以及对学生数学逻辑和物理直觉的双重无情碾压而闻名遐迩。不知多少风华正茂的物理系学子,在这门课的期末考试中折戟沉沙,头破血流,最终只能含泪在自己的成绩单上,为那鲜红的“F”献上一曲悲壮的挽歌,并发出“只要电动不挂科,人生何处不青山,若能重来一次,我选文史哲”的灵魂呐喊。

授课的,是物理系一位以治学严谨、不苟言笑、铁面无私、六亲不认(学术上)着称的老教授——张承德。张教授年过花甲,头发已然花白稀疏,常年戴着一副厚得能当啤酒瓶底的黑框眼镜,镜片后的眼神却依旧锐利如鹰,仿佛能洞穿一切学生试图蒙混过关的小伎俩。他讲起课来中气十足,逻辑清晰,板书工整得如同印刷体,但对学生的要求也极为严格,课堂提问如同家常便饭,作业难度堪比奥赛真题,考试风格更是以“偏、难、怪”着称,素有“物理系第一阎王”、“学分收割机”、“挂科率守护神”等一系列令人闻风丧胆的雅号。

此刻,张承德教授正站在讲台上,一手拿着粉笔,一手扶着眼镜,唾沫横飞地推导着麦克斯韦方程组在各向异性非线性磁介质中的宏观形式,以及由此引发的各种令人头皮发麻的边界条件和能量守恒问题。白板上,密密麻麻的张量符号、旋度梯度、以及各种稀奇古怪的积分路径,如同天书一般,看得台下大部分学生是云里雾里,如坠五里迷雾,昏昏欲睡,甚至有几个心理素质稍差的,已经开始默默地掏出手机,查询下学期重修这门课的选课时间和地点了。

“……所以,通过引入电位移矢量D的旋度和磁场强度H的时间偏导数之间的反对称张量关系,我们可以将真空中简洁优美的麦克斯韦方程组,完美地、毫无瑕疵地推广到这种极端复杂的、甚至可以说是‘反人类’的各向异性非线性磁介质之中!这个推导过程,逻辑虽然有些绕,但物理图像依旧是清晰的!是电动力学理论体系中一块不可或缺的、闪耀着智慧光芒的基石!也是我们下下周小测验的……必考重点内容!希望同学们课后务必……嗯,焚香沐浴,斋戒三日,然后用心体会,反复推敲,争取做到……做梦都在推导麦克斯韦方程!”张承德教授推了推鼻梁上那厚重的眼镜,目光如同两道X射线般,威严地扫视着台下那些或迷茫、或呆滞、或已经开始神游太虚的眼神,试图从这些年轻的灵魂中,捕捉到哪怕一丝一毫对物理学真理的渴望与敬畏。

然而,当他的目光如同探照灯般扫到教室后排靠窗的那个空荡荡的座位时,眉头不由得微微一皱,心中那股刚刚因为成功推导出复杂公式而升起的些许得意与满足,瞬间便被一丝不易察觉的……嗯,姑且称之为“既爱又恨、既期待又头疼”的复杂情绪所取代。

那个空位,本该坐着的是他这学期,乃至他整个教学生涯中,所遇到的最“期待”,也最“头疼”,最“妖孽”,也最“不按常理出牌”的一个学生——秦风。

说“期待”,是因为秦风这小子,在开学初选修这门被无数人视为“噩梦”的《电动力学》时,就给他这位“物理系第一阎王”留下了一个……嗯,永生难忘的“下马威”。

当时,张承德教授按照惯例,在第一堂课上,先是简要介绍了《电动力学》的课程大纲和考核方式,然后便抛出了几个他精心准备的、自认为足以“震慑全场,劝退学渣”的开放性思考题,例如“试论麦克斯韦方程组的洛伦兹协变性及其与狭义相对论的内在联系”、“如何从规范场论的角度理解电磁相互作用的本质”、“试探讨在弯曲时空中电磁场的行为及其可能的引力效应”等等。

这些问题,每一个单独拿出来,都足以让普通的本科生当场懵逼,让优秀的研究生抓耳挠腮,甚至让一些资深的物理学教授都得仔细琢磨半天。

然而,就在全场一片死寂,所有学生都被这些“天书”般的问题给震得大气都不敢喘一口的时候,坐在后排的秦风,却慢悠悠地举起了手。

张承德教授当时心中还小小地“惊喜”了一下,以为终于有个不怕死的“勇士”敢于挑战他的权威了。他清了清嗓子,用一种“我看你小子能问出什么幺蛾子”的眼神,示意秦风发言。

结果,秦风站起身,先是礼貌地鞠了一躬,然后用一种平静得近乎于“凡尔赛”的语气,不紧不慢地说道:“张教授您好,关于您刚才提出的那几个问题,我个人有一些不太成熟的浅见。比如关于麦克斯韦方程组的协变性,我认为可以从四维时空矢量和电磁场张量的角度入手,将其统一表述为?μFμν=μ0Jνpartial_uF^{unu}=u_0J^nu?μFμν=μ0Jν和?λFμν+?μFνλ+?νFλμ=0partial_bdaF_{unu}+partial_uF_{nubda}+partial_nuF_{bdau}=0?λFμν+?μFνλ+?νFλμ=0这两个简洁优美的方程,其形式在洛伦兹变换下保持不变,完美体现了狭义相对论的精神。至于规范场论,我们可以将电磁场视为U(1)规范对称性下的规范场,其相互作用由规范耦合常数(即基本电荷)决定,这为后续将弱相互作用和强相互作用纳入统一的规范场框架奠定了基础。而在弯曲时空中,电磁场的行为则需要考虑度规张量对麦克斯韦方程的影响,例如在某些特定的黑洞背景下,可能会出现有趣的‘超辐射’现象或‘彭罗斯过程’的电磁类比……”

秦风的这番回答,如同打开了话匣子一般,滔滔不绝,引经据典,从经典的杰克逊《经典电动力学》,到现代的温伯格《量子场论》,再到一些最新的广义相对论和宇宙学前沿文献,各种深奥的理论、复杂的公式、以及令人拍案叫绝的物理洞见,如同不要钱一般,从他口中源源不断地涌出。

他讲得是深入浅出,游刃有余,仿佛不是在回答一个本科生课堂上的提问,而是在某个国际顶级的物理学研讨会上,做着一场关于“电磁理论的前世今生与未来展望”的主题报告。

整个教室,鸦雀无声。

所有学生,包括那些自诩为“学霸”的尖子生,都如同被施了石化魔法一般,一个个张大了嘴巴,瞪圆了眼睛,满脸都是“我是谁?我在哪儿?我刚才听到了什么宇宙级天书?”的呆滞表情。

而讲台上的张承德教授,更是从最初的微微惊讶,到后来的眉头紧锁,再到最后的……目瞪口呆,瞠目结舌,甚至连手中的粉笔掉在了地上都浑然不觉!

他研究了一辈子电磁理论,自认为在这个领域已经达到了炉火纯青、登峰造极的境界。但听完秦风这番“浅见”,他才猛然发现,自己那点引以为傲的知识储备,在这个年仅大一(或大二)的年轻人面前,简直是……小巫见大巫,萤火之光与皓月争辉!

秦风所提及的那些关于规范场论的深层理解、弯曲时空中的电磁效应、甚至是一些涉及到量子引力前沿的猜想,有很多,连他自己都只是一知半解,甚至是从未接触过的!

这……这哪里还是个本科生啊?!这分明就是一个披着本科生外皮的……理论物理大宗师啊!

那堂课的后半段,几乎就变成了秦风的个人“学术报告会”。张承德教授这位“物理系第一阎王”,竟然破天荒地将讲台让给了秦风,自己则像个虚心求教的小学生一样,搬了个凳子坐在。

那场面,看得台下的学生们是三观尽碎,怀疑人生。他们甚至开始怀疑,自己和秦风上的,究竟是不是同一个燕京大学,学的究竟是不是同一个物理学。

说“头疼”,则是因为,自从那次“开学第一课”的“惊艳亮相”之后,秦风这小子,就彻底……“放飞自我”了!

开学第二周,他就直接向张承德教授递交了一份……“《电动力学》课程免修暨挑战性期末考试申请书”!

理由写得是冠冕堂皇,言辞恳切:“尊敬的张教授,鉴于本人已通过自学,基本掌握了《电动力学》(包括杰克逊、格里菲斯、朗道等多版本教材)的全部核心内容,并对相关前沿领域(如等离子体物理、非线性光学、量子电动力学等)有一定程度的涉猎和独立思考。为节约宝贵的教学资源,提高个人的学习效率,将更多精力投入到更具挑战性的科研探索之中,特此申请免修本学期的《电动力学》课程,并希望能有机会直接参加期末的挑战性考试(难度可适当提升,例如增加一些与最新科研进展相关的开放性论述题),以检验本人的真实学习成果。恳请批准!学生秦风顿首。”

张承德教授当时看到这份措辞严谨、礼貌周全、但字里行间却透着一股子“老子就是这么牛逼,不服来战”的嚣张气焰的申请书,差点没把办公桌给掀了!

他教了几十年的《电动力学》,什么样的天才学生没见过?但像秦风这么“嚣张”到清新脱俗,这么“凡尔赛”到令人发指的,还真是……开天辟地头一遭!

一个大二的毛头小子,竟然敢说自己“基本掌握了《电动力学》的全部核心内容”?还“对相关前沿领域有一定涉猎和独立思考”?你以为你是谁?是法拉第转世灵童,还是麦克斯韦的私生子啊?!

张承德教授当场就想把这份申请书揉成一团,塞进碎纸机,然后把秦风叫到办公室,用他珍藏多年的、据说是从某个古战场遗址刨出来的、沾染过无数“学渣”怨念的“戒尺”,好好地给他上一堂关于“尊师重道”、“谦虚谨慎”、“以及做人不能太秦风”的思想品德教育课。

但转念一想,这小子毕竟是刘仁轨那个老狐狸捧在手心里的宝贝疙瘩,而且最近在常温超导领域以及后续的各种应用研究中搞出来的动静,也确实是……有点太吓人了,连国家最高层都惊动了好几次。万一这小子真不是在吹牛皮,而是个深藏不露、百年不遇的绝世妖孽呢?自己要是真把他给得罪狠了,回头刘仁轨那老家伙找上门来“理论理论”,他这张老脸可往哪儿搁啊?

于是,本着“不放过一个真正的天才,也绝不姑息一个虚假的狂徒”的科学精神,以及“惹不起我还躲不起吗”的明哲保身之道,张承德教授按捺住心中的万千草泥马,决定亲自给秦风出一套……嗯,足以让任何一个正在攻读理论物理博士学位的研究生都当场怀疑人生、怀疑专业、甚至怀疑自己是不是个智障的“《电动力学》宇宙终极无敌炼狱难度摸底测试卷”。

他就不信了,凭借自己浸淫电磁理论数十载的深厚功力,还治不了你这个不知天高地厚、尾巴都快翘到天上去了的小子!

结果……

结果就是,秦风只用了不到一个小时的时间——期间还包括了去上了个厕所,顺便在自动售货机买了瓶冰阔落的时间——就将那份被张承德教授寄予了“劝退学渣,震慑妖孽”厚望的、长达二十页的、包含了从经典静电场到相对论电动力学、从麦克斯韦方程的各种骚操作解法到最新的规范场理论前沿应用的“炼狱级”试卷,写得是满满当当,字迹工整得如同印刷体,而且……全对!一分不扣!甚至连那些故意设置的、极其隐蔽的“陷阱题”和“概念辨析题”,都被他以一种近乎于“上帝视角”的方式,轻松化解,并顺便指出了题目本身在表述上存在的几处“微小瑕疵”!

不仅全对,对于某些开放性的、需要进行复杂推导和深刻论述的“超纲题”,秦风给出的答案,其思路之新奇独特,逻辑之严密无懈,数学推导之精妙绝伦,物理图像之清晰深刻,甚至让张承德这位研究了一辈子电磁理论的老教授都看得是拍案叫绝,茅塞顿开,自愧不如,恨不得当场拜秦风为师!

例如,在最后一道关于“在强引力场(如黑洞视界附近)和极端电磁场(如磁星表面)耦合作用下,真空极化效应与时空度规的非线性相互作用及其可能产生的奇异量子现象(如霍金辐射的电磁类比、轴子-光子振荡等)”的附加思考题中,秦风竟然从Kaza-Kle高维理论的视角出发,巧妙地引入了纤维丛和陈类等高等微分几何的工具,将原本看似风马牛不相及的引力、电磁、以及某些未知的“第五种力”的可能性,纳入到一个统一的、自洽的、并且具有内在美感的数学框架之中进行分析,其展现出的理论物理的宏大视野和数学工具的娴熟运用,简直如同一首波澜壮阔、荡气回肠的宇宙交响诗篇!

张承德教授当时看着那份堪称“降维打击”的、闪耀着智慧光芒的、甚至可以直接拿去《物理评论D》或者《高能物理杂志》当封面文章发表的答卷,足足在办公室里枯坐了三个小时,期间喝了五杯浓茶,抽了半包香烟,才终于从那种“我是谁,我在哪儿,我这几十年物理是不是都学到狗身上去了”的巨大冲击和自我怀疑中,艰难地缓过神来。

最终,他颤抖着双手,在那份答卷的末尾,用一种近乎于“朝圣”般的虔诚,写下了三个鲜红的、力透纸背的大字——“免修!A+!”(后面其实还想再加一句“秦老师,请受学生一张某一拜!”,但考虑到为人师表的尊严,还是强行忍住了)。

从那以后,秦风就再也没有出现在《电动力学》的课堂上。他的那个座位,也成了班级里一个“传说中的圣地”,据说,期末考试前去摸一摸那个空座位,可以增加考过的几率……

而张承德教授,虽然心中依旧对这个“妖孽”到不讲道理的学生感到有些“不爽”(主要是因为自己的“物理系第一阎王”的赫赫威名,竟然被一个大二的小子给轻松破防了,面子上实在有点挂不住),但更多的,却是一种……难以言喻的敬畏、欣赏、以及……深深的期待。

他甚至开始有些后悔,当初为什么不把那套“宇宙终极无敌炼狱难度摸底测试卷”出得再难一点,再偏一点,再“丧心病狂”一点,说不定……还能从秦风那里,学到更多自己以前连想都不敢想的、关于电磁理论的“宇宙级黑科技”呢?

“唉,现在的年轻人啊,真是……长江后浪推前浪,前浪直接被拍死在沙滩上,连个水花都翻不起来,还得自己挖个坑把自己埋喽!”张承德教授在心中默默地感慨了一句,然后清了清嗓子,强打起精神,继续他那在秦风看来“略显基础”的讲课。

然而,他不知道的是,此刻的秦风,虽然没有出现在他的《电动力学》课堂上,却以一种更为“神出鬼没”、“防不胜防”的方式,活跃在燕京大学物理学院的……各个高年级专业课甚至研究生课程的课堂之上,成为了那些授课老教授们眼中最令人“期待”、也最令人“头疼”的……“常驻旁听嘉宾”!

物理学院,研究生院,一间能容纳近百人的大型阶梯教室内,座无虚席。

这里正在进行的,是物理系理论物理方向研究生的核心专业必修课——《高等量子场论》。

这门课,以其概念之抽象、数学之艰深、以及对物理图像理解要求之极致而着称,是所有理论物理研究生的“噩梦”与“圣杯”并存的存在。能够完整地听懂并掌握这门课的精髓,基本上就意味着,你已经拥有了在理论物理这个“神仙打架”的领域里,勉强混口饭吃的资格。

授课的,是国内量子场论领域的泰山北斗,中科院院士,燕京大学物理学院的镇院之宝——王之昂教授。

王之昂教授年近八旬,须发皆白,但精神矍铄,目光炯炯,讲起课来依旧是声如洪钟,底气十足,思路清晰得如同计算机程序,时不时还会从那些枯燥的公式和概念中,引申出一些关于科学哲学、宇宙人生、乃至……“如何才能在科研的道路上保持发量”的充满人生智慧的“金句良言”,深受一代又一代物理系学子们的爱戴与敬仰。

此刻,王之昂教授正讲到量子电动力学(QED)中的一个核心,也是最令人头疼的概念——重整化(Renoralization)。

“……所以,同学们,我们必须清醒地认识到,在量子场论的框架之内,发散,是不可避免的,是如同幽灵般与生俱来的!无论是由于在高能区(紫外区)虚粒子贡献而导致的紫外发散,还是由于在低能区(红外区)软光子或零质量粒子发射而导致的红外发散,它们都像一根根尖锐的刺,深深地扎在每一个试图用量子场论来精确描述我们这个世界的理论物理学家的心中,让我们夜不能寐,食不知味!”

“而重整化,就是我们这些可怜的物理学家们,在面对这些‘无穷大’的狰狞面目时,所能祭出的最强大,也是最……嗯,最‘流氓’的武器!它允许我们通过一系列看似‘不讲道理’、‘暗箱操作’、甚至有点‘自欺欺人’的数学技巧——例如引入一个临时的截断能标、或者进行解析延拓、或者干脆就是‘我不要你觉得,我要我觉得,这个无穷大它就是个有限的常数’——将这些令人抓狂的无穷大发散项,巧妙地、不露痕迹地‘隐藏’或者说‘打包吸收’到那些我们从实验上无法直接测量的‘裸’质量、‘裸’电荷、以及‘裸’耦合常数之中,从而最终得到与实验结果高度符合的、有限的、可预测的物理量……”

王之昂教授讲得是深入浅出,风趣幽默,将原本枯燥乏味的重整化理论,讲得如同评书一般引人入胜。台下的那些博士生、硕士生们,一个个都听得是如痴如醉,聚精会神,恨不得把王教授说的每一个字、每一个公式、甚至每一个表情包(如果王教授会用的话),都深深地刻在自己的DNA里。

然而,就在这时,教室后排一个不起眼的角落里——那个传说中只有真正的学神或者学渣才会选择的“风水宝地”——突然传来一个略显稚嫩,但却异常清晰、冷静、且充满了思辨意味的声音:

“王教授,学生有一个问题,不知当讲不当讲?”

唰——!

整个阶梯教室,瞬间安静了下来,落针可闻。

所有人的目光,都如同被磁铁吸引的铁屑一般,齐刷刷地投向了那个声音的来源——一个看起来只有大一、大二年纪,穿着一件洗得有些发白的格子衬衫和一条普通的蓝色牛仔裤,脸上还带着一丝未脱的青涩,但眼神却异常明亮、深邃、仿佛蕴藏着整个星空的年轻男生。

正是……神出鬼没的秦风!

他竟然……又双叒叕跑到研究生的《高等量子场论》课堂上来“蹭课”了!而且,看他那副气定神闲、胸有成竹的模样,显然不是第一次来了!

更要命的是,他一开口,就直接挑战了量子场论中最核心、最敏感、也最具争议性的“重整化”问题!

“这位同学,你……你是哪个研究方向的?叫什么名字?”王之昂教授扶了扶鼻梁上的老花镜,有些惊讶地看着秦风。他教了几十年的研究生课程,还是第一次见到有本科生敢在他的《高等量子场论》这种“神仙打架”级别的课堂上,如此从容不迫地举手提问,而且问的还是这种……足以让在场所有博士生都当场自闭、甚至连他自己都得仔细斟酌才能回答的“哲学终极拷问”!

“王教授您好,学生秦风,是物理学院大二(或大一)应用物理专业的。”秦风礼貌地站起身,对着王之昂教授微微鞠了一躬,不卑不亢地说道。

“秦风?!”

这两个字一出,整个阶梯教室顿时如同被投入了一颗深水炸弹,瞬间响起一片倒吸凉气和窃窃私语的声音!

“我靠!他……他就是那个传说中的秦风?!那个用食堂剩饭搞出常温超导,还在IUPAP听证会上把诺奖提名者Y教授给怼得当场自闭、怀疑人生的……秦神?!”