这个学霸疑似巨额知识来源不明 第43章 机械加工

接下来的整个白天，江临都没有再碰手机。

坐在书桌前，疯狂地翻阅手头的线代教材和量子力学讲义，把那三页校正笔记整理得密密麻麻。

草稿纸用掉了一打。

各种算符的对易关係在纸上推了又推，特徵方程解了又解，直到感觉太阳穴里的血管开始突突狂跳，脑袋发胀，视线里的符號开始出现重影，懵懵的，才停下来，用力揉了揉眉心。

时间不知不觉来到了晚上九点多。

窗外的城市早已被霓虹灯点亮，主干道上不时传来汽车喇叭的急促声，透著一股现代社会的繁华与喧囂。

江临靠在椅背上，呆呆地看著天花板。

脑子里那些关於无穷维希尔伯特空间的抽象概念渐渐退去。

量子力学再美，也是纸面上的东西。

而他在废土里，不仅要面对黑板，还要面对生存。

他需要的不只是公式，还有能把理论变成现实的手段。

很快，他坐直身体，拿起手机，点开那个熟悉的对话框，发出了第二个问题。

这一次，他没有问贝尔不等式，没有问多世界詮释，也没有问角动量的本徵值。

他敲字：“陆老师，实在不好意思又来打扰您。除了理论，我还有一个和实验有关的问题想请教。”

“如果在非常低成本、甚至可以说简陋的条件下，想要做一些基础的物理测量，比如：用手机录像功能来测单摆的周期，用网上几十块钱买的低价传感器记录温湿度变化，用一些塑料管和镜片搭简易装置观察光强。在这种情况下，最容易被自学者忽视的盲区是什么？”

“我以前自己在捣鼓这些的时候，总是习惯性地先把公式列好，把数据处理表格画得漂漂亮亮。但是真正动手做那些小装置时，总是感觉误差来源很混乱，数据飘得厉害。很多时候我甚至不知道，问题到底是出在测量方法本身有缺陷，还是仅仅因为我的装置太不稳定，想听听您从专业角度的看法。”

发完这段话，他想了想，，顺便附上自己做过的单摆测重力加速度g的实验过程。

这个问题，带著浓浓的废土气息。

但也是他在那四十年里每天都要面对的困境。

第一天过去了，陆知行没有回。

第二天也过去了，对话框里依然安静。

江临没有焦躁，对方没有义务秒回他。

继续看书，继续推导公式，偶尔出门当街溜子，感受人间烟火。

直到第三天晚上的深夜。

江临刚洗完澡，正用毛巾擦著头髮，手机屏幕突然亮了一下。

消息来了。

这一次的回覆，比前一次討论量子力学时要短得多。

“你这个问题，更接近物理实验。”

“很多人觉得实验就是理论的附属品，是先有了漂亮的公式，然后再拿一堆东西去验证它，其实大错特错。”

“在低成本测量里，自学者最容易忽视的，从来都不是公式有没有写对，甚至不是传感器的精度有多差，而是测量链。”

“样品是怎么放置的，装置是用什么材料固定的，传感器的相对位置在多次操作中能不能保持绝对重复，周围的环境有没有发生暗中变化，读数之前有没有用標准件进行过標定，记录的格式和时间戳是不是严丝合缝的一致……是这些看似和物理原理无关的琐碎细节，最终决定了你拿到的那串数字，到底有没有比较的意义。”

“就拿你说的单摆测重力加速度g这个实验来说，公式简单得连初中生都知道。但真要动手，麻烦事全是物理之外的：摆长到底从哪算到哪，怎么精確测量，悬掛的那个点到底稳不稳，会不会隨著摆动发生微小的位移，摆角是不是严格控制在小角度范围內，你用来录像的手机镜头，是不是每一次都架在完全相同的三维空间坐標上？摆动的平面和手机镜头的光轴是不是严格垂直，支撑整个单摆的支架，在摆动时会不会產生共振晃动？”

“如果你连这些都控制不了，那结果只有一个：你以为你在比较两组不同时间测出来的数据，其实，你可能是在比较两套完全不同的实验装置。”

江临看著最后一句话，想起自己上一次废土闭关的日子，想起自己做过的实验。

做实验时，他心里其实是很谨慎的。

也以为自己已经做到了一个自学者，一个生存者能做到的极致。

甚至还为此沾沾自喜过，觉得自己在绝境中依然保持了高贵的严谨精神。

可现在，陆知行只用了一句话，就像撬棍一样，把那个偽装完美的盖子撬开，露出了千疮百孔的內里。

他真的比较的是废土和地球的重力吗？

那根尼龙绳在拉伸受力时，內部的纤维真的没有发生微小的弹性形变吗？

那个绑在钢筋上的绳结，在石头摆动了五十次之后，真的没有哪怕毫米级的滑动吗？

他所谓的估算摆长，误差到底有多大？

他那只举著手机录像的手，真的没有发生过轻微的晃动吗？

如果悬点在变，如果摆长在变，如果镜头在晃……

那他算出来的，根本就不是废土的重力加速度。

一念及此，江临的后背渗出了一层冷汗。

他倒是没有立刻去否定废土里的那个9.79。

在特定的精度要求下，那个数字依然有它的生存参考价值。

但这也是他活了这么久，第一次真正清醒地意识到：那个建立在简陋条件上的数据，它的可信度，薄得就像一层一戳就破的窗户纸。

不是他的公式推导错了。

不是他的数学底子不行。

而是他的装置，他的手，太粗糙了。

屏幕上，陆知行的消息又跳出来一条，似乎是意犹未尽，想把这层窗户纸彻底捅破。

“现在很多人有一种误区，一说做实验，就想著买最贵的数据採集卡，用最高级的软体擬合曲线。但很多人忘了，实验的首要任务，是一整套让观察对象稳定出现，让测量条件可以重复的物理手段。如果没有物理层面上的重复定位，没有刚性连接，你的数据处理算法再漂亮，擬合出来的r方再接近1，也只是在用一套华丽的数学工具，去处理一堆漂亮的噪声而已。”

江临放下毛巾，走到书桌前，拿起笔，在草稿纸上重重地写下四个字。

【重复定位】

就在这时，陆知行的最后一段话紧接著弹了出来。

“如果你真的对自己动手测东西感兴趣，先別急著去淘宝买什么高精度传感器，先试著做一个最简单的稳定的支架。”

“要求不高：能固定手机不低头，能掛一根摆线不晃动。最关键的是，你能把它拆成零件，然后再重新组装回去，並且儘量保证每一次组装完，手机和悬点的位置都和上一次一模一样。”

“如果你能纯手工做到这一步，你应该会对误差这两个字，有全新的理解。”

看完这段话，江临胸口涌起一股强烈的衝动，立刻就想打字回復受教了。

但他忍住了。

纸上得来终觉浅。

这位陆老师说得再透彻，剖析得再深刻，那也是属於別人的经验。

在废土里摸爬滚打了好几十年的江临比谁都清楚，道理懂了一万遍，都不如自己亲手搞砸一遍来得深刻。

江临拉开抽屉，拿出一个新的草稿本，写下六个字。

【復装误差测试】

接著，他在下面划出一张表格，开始列测试项目。

一、手机镜头中心到摆线平面的垂直距离。

二、悬点到摆锤质心的绝对长度。

三、手机光轴与摆动平面的夹角。

四、支架底座左脚、右脚相对桌面边缘的位置。

五、拆开重装后，上述参数的最大漂移量。

写完第五条，他停了一下，又在表格的最下方，重重地补上一行字。

【测试目的：不是为了测出重力加速度g，而是测同一套装置，究竟能不能回到它上一秒的状態。】

江临站起身，开始搜集材料。

十分钟后，书桌上多了一堆物件。

一只铝合金旧手机三脚架，带球型云台。

一只从自拍杆上硬拆下来的弹簧手机夹。

一卷0.8毫米线径的透明钓鱼线。

几枚形状规整的m8六角螺母。

一把三十厘米长的钢直尺。

一把两米长的小捲尺。

一张刚列印出来的a4方格纸。

一把游標卡尺。

东西找齐，江临开始搭建他的光学平台。

把三脚架撑开，放在书桌上，三个橡胶脚垫踩在桌面上，把手机夹固定在云台上，拧紧螺丝。

拿透明胶把那张a4方格纸平平整整地贴在墙面上，用手把四个角捋平，確保没有气泡鼓起。

这张纸，將作为整个系统的二维参考背景坐標系。

接著，他把那把钢直尺横压在几本厚实的工具书下面，直尺边缘探出桌面一截。

钓鱼线从钢尺冰冷的金属边缘垂下去，下端用死结绑住两枚六角螺母，作为摆锤。

搭建完毕。

江临拉过椅子坐下，开始第一次標定。

他把手机卡进夹子里，打开相机。

先用手轻微调整云台，让屏幕画面里的摆线儘量落在九宫格的中央。

接著，他切出相机，打开手机自带的指南针和水平仪app，仔细检查机身在x轴和y轴的倾斜角。

手机自带水平仪只能当粗略参考，传感器本身也没经过標定。

但在这个阶段，他连更好的角度测量工具都没有，只能先把它当作一把不太可靠的尺子。

做完这一切，才拿起游標卡尺和捲尺，开始记录第一组参数。

江临闭起一只眼睛，儘量让视线和刻度垂直，以避免视觉视差。

镜头到摆线平面的距离，他只能用捲尺沿桌面大致量出，再用钢直尺校正摆线投影的位置。

镜头到摆线平面距离：36.8厘米。

悬点到摆锤质心：50.2厘米。

底座左脚到桌沿：12.4厘米。

底座右脚到桌沿：11.9厘米。

手机俯仰角：约-2.0度。

五行数字落在草稿纸上看起来非常整齐。

这套系统，远比他当年在废土石屋里，用尼龙绳和石头搭出来的那个单摆要好太多了。

如果只是为了完成学校的作业，录个视频做一次简单的物理演示，这套东西完全能用，甚至能擬合出一条看起来很漂亮的正弦曲线。

但江临连视频录製都没点开，也没有去拨动那两枚螺母，只是静静地看了一分钟，然后伸出手，毫不犹豫地动手將其拆掉。

手机从夹子里拔出来。

三脚架的三个扳扣挨个掰开，铝合金管缩回去，合拢。

云台螺丝拧松，摆线解开。

钢直尺从书本底下抽出来。

一切归零，只保留墙上那张作为背景的方格纸。

原本还算看得过去的测量平台，又变成了一堆散落的零件。

江临看了一眼墙上的掛钟，等了整整三分钟。

这三分钟，足够让肌肉记忆变得模糊，足够让手腕扭动云台的力道被遗忘，也足够让刚才那套装置的三维空间残影从脑子里消散。

“开始復装。”

他轻声对自己说，然后凭藉著记忆，重新抓起三脚架。

拉开脚管，扳上扳扣。

他试图把三脚架的三个脚垫，放在桌面上那些隱约的灰尘印记上。

直尺重新压回书下，线重新垂下来，手机重新夹上。

儘量按照第一次的手感，去拧紧每一个关节。

组装完成，江临再次拿起卡尺和捲尺，第二次记录。

一边量，一边往表格里填数字，面沉如水。

镜头到摆线平面距离：37.6厘米。

悬点到摆锤质心：50.0厘米。

底座左脚到桌沿：12.1厘米。

底座右脚到桌沿：12.3厘米。

手机俯仰角：约 -3.5度。

江临看著这第二组新鲜出炉的数字。

距离差了0.8厘米，摆长差了0.2厘米，底座位置偏了几个毫米，最离谱的是手机俯仰角，直接变了1.5度。

他没有皱眉，也没有生气，因为这种结果在他意料之中。

橡胶脚垫是有弹性的，用力压和轻轻放，它在桌面上的铺展面积就不一样。

桌沿是有弧度的，捲尺靠上去的角度稍微歪一点，读数就会差几毫米。

他放下笔， 再次拆掉。

这是第三次重装。

这一次他刻意控制了放三脚架的力度，捲尺也贴得更紧。

数据出来，镜头距离神奇地回到了36.9厘米，只差了1毫米。

但他並没有感到欣慰。

因为当他打开手机相机时，肉眼就能看出来，画面里的摆线平面和镜头的夹角偏了。

方格纸上的线条在屏幕里变成了轻微倾斜的斜线。

他凑近那套装置，拿著手机的手电筒，对著各个关节照了很久。

光束扫过云台，扫过手机夹，最后落在了钢直尺伸出桌面的那个边缘。

他发现问题不在镜头，而在悬点。

那根0.8毫米的钓鱼线，並不是从一个固定封闭的孔洞里垂下来的。

它只是简单地绕在钢直尺的边缘，靠著直尺的摩擦力和螺母自身的重力勉强维持。

钢直尺的边缘看起来很平，但在物理学的微观视角下，一条线搭在一个直角边缘上，每一次重新放上去，线在这个微小直角上的切点都会发生隨机的滑移。

可能只滑了一点点，连一毫米都不到。

但就这一点点，对於五十厘米的摆长来说，已经是不可忽略的变化化。

它的摆动平面因此被硬生生扭转了一个极小的角度。

找出问题，那就解决问题。

第四次復装。

江临试著在钢直尺的边缘，用一小块黑色的绝缘胶带贴了一个极窄的定位標记。

然后小心翼翼地把钓鱼线卡在胶带边缘。

效果確实好了一些，左右滑移的隨机性问题减轻了。

可是新的问题隨之出现。

胶带有厚度，材质也是软的。

当两枚铁螺母的重力拉扯钓鱼线摆动时，钓鱼线会像刀子一样，在每次摆动產生的微小切向力作用下，一点点地切进胶带柔软的边缘里。

悬点依然在动。

却也在微不可察地慢慢下沉。

根本不是一个在几何学上確定不移的点。

第五次復装。

江临把悬点换成了一只带强力弹簧的小铁夹，夹在直尺边缘，让线从铁夹金属手柄的圆环里穿过。

金属对金属。

这次够硬了吧？

错。

问题又变成了弹簧夹开口部位的弹性回弹。

如果夹得太紧，尼龙钓鱼线直接被金属压扁，线径发生变化，內部应力分布改变。

如果为了保护线夹得稍微松一点，重物摆动几次之后，光滑的尼龙线就会在夹子光溜溜的铁皮內壁里发生肉眼看不见的滑动。

第六次復装。

江临放弃了悬点，把注意力转回了相机的角度固定上。

他发现，即使他每次都把手机夹精確地卡在云台的同一个刻度线附近，只要他最后去拧紧那个用来锁定的旋钮，角度就一定会变。

这是所有螺纹机构的通病，机械学上称之为侧向扭矩和螺纹间隙。

当你顺时针拧紧一颗螺丝时，螺纹咬合的斜面会產生一个不可抗拒的侧向扭力。

这个扭力会强行推动云台里的那个球体，发生一个轻微的位移。

这就是为什么，明明你用手扶著调好了水平仪的水泡，手一松，或者旋钮一拧紧，水泡立刻就跑偏了。

回弹的幅度並不大，可能只有零点几度。

可放在三十多厘米外的镜头视场里，这就意味著背景里的方格纸已经错位了两三个格子。

画面里的摆线平面，已经不再是上一秒的那个平面了。

江临终於停下了手里的动作。

桌面上的表格，不知不觉已经写满了整整六行。

每一行的数据都很乾净。

每一次的误差，也绝对算不上离谱。

如果把这张纸交给一个在学校里为了应付差事，不太较真的学生，对方甚至会觉得这数据好得不可思议，大手一挥说一句：“差不多，可以用了，丟进软体里跑一遍最小二乘，r方肯定很好看。”

可江临靠在椅背上，静静地看著那些差不多，心里跟明镜似的。

差不多，就是实验物理最大的问题。

他亲眼看到了自己亲手搭建的这套装置，是如何在每一次拆卸和重装中，不可逆转地，变成了另一套完全不同的装置。

第一套装置的摆长是50.2，附带橡胶的非线性形变。

第二套装置的摆长是50.0，附带云台受力后的结构扭曲。

第三套装置的悬点发生了摩擦力失效的滑移。

第四套装置的胶带產生了材料力学层面的软性蠕变。

【你以为你在比较两组数据，其实可能是在比较两套不同装置。】

陆知行的这句话，像宏大的钟声一样，再次在脑海里撞击出巨大的回音，震得他头皮发麻。

江临低头，目光扫过桌上的零件。

这堆东西有金属的光泽，有工业品的倒角，看起来很像那么回事。

可它们，仍然无法回答那个最朴素的物理问题。

拆开之后，你怎么保证它能严丝合缝地回到它原来的位置？

江临拿起手机，打字回復私信。

“陆老师，我左了一个简易的单摆拍摄装置，结果惨不忍睹。”

“最大的问题不是怎么用手机拍摄，也不是后期用什么软体去取点分析，而全栽在了固定和復装上。在我將它们拆散之后，根本无法將其恢復到十分钟前那哪怕差不多的同一状態。哪怕只是稍微一点肉眼看不见的错位，视场和悬点就全变了。”

“这个问题，我以前在做东西的时候其实隱约意识到过，但我一直自欺欺人地试图用多测几次求平均这种数学魔术来掩盖它，我从来没有把它当成测量链里，必须被在物理层面死死卡住的基础一环。”

消息发出去，陆知行回得极快，仿佛对方根本没在睡觉，就端著一杯咖啡，在手机屏幕前微笑著等著他撞上南墙一样。

“很好，这就是实验物理的第一课。”

“你已经摸到那扇铁门边缘了，很多人读到了博士，一辈子都在门外用数学公式打转，以为只要推导没错那就是物理。”

“你要记住，好的实验感觉，对物质世界真实阻力的敬畏，很多时候，是从手上长出来的，不是从脑子里凭空想出来的。”

“有机会的话，別光看书，去摸一摸真正的机械加工吧。哪怕只是最基础的銼平一块铁，钻一个孔，攻一段螺纹。当你亲手把一块毛糙的铁疙瘩变成一个尺寸精度达到零点几毫米的標准零件时，你对整个测量体系，对误差这两个字的理解，也会有天翻地覆的变化。”

江临看著屏幕上的这几行字，默默地放下了手机。

然后，他借著檯灯的光，摊开自己的双手，仔细地看了看。

这是一双少年人的手，皮肤白皙红润，骨节分明，除了右手中指有一个薄薄的茧子之外，再也没有其他痕跡。

但在废土的记忆里，这双手不是这样的。

他的手会挥舞工兵铲，翻开被辐射烘烤得硬如石头的红土地。

会搬起沉重的石块，垒起挡风的墙。

会搅和泥巴和碎草，修补墙壁上漏风的窟窿。

可那是一双纯粹为了活著而挣扎的求生之手。

不是一双能够去丈量宇宙，去探求微观真理的手。

他確实会做东西。

但他做不出任何精確可靠的东西。

“所以，机械加工吗？”

江临盯著自己的掌纹，喃喃自语。

那么问题来了，什么是机械加工？

半个小时后之后。

他在电脑的视频网站上，顺著各种关键词，找到了一个视频。

一个画质感人，几乎没有任何播放量和弹幕的职业院校內部实训教学视频。

【机电专业钳工基础技能教学：锯削、銼削、钻孔、攻丝標准动作演示】

钳工？

他以前当然听过这个词。

但也只是一个存在於新闻联播的劳动节报导的名词。

在江临的脑子里，这个词一直很模糊，甚至带著点陈旧的机油气息。

像某种离现代的高考，离优雅的理论物理，离坐在明亮教室里的大学课程都极其遥远的，属於上个世纪的粗糙手艺。

但经过一番了解，他意识到，这不是落后的手艺，而是现代工业精度训练的底座之一。

在没有任何电动工具的情况下，用手摇钻，把一个孔打得不偏不倚的能力。

用一把钢锯，把一块弯曲的铁条，稳稳地锯直的能力。

用丝锥，在一块金属里，纯手工攻出一段能和螺栓稳定咬合，没有明显偏斜和烂牙的內螺纹。

江临深吸了一口气，感觉浑身的血液都在往头顶涌。

点开那个实训视频。

画面真的很不清晰，带著古早的雪花噪点。

视频里，一个穿著深蓝色装的老教师傅，站在一台厚重的绿色台钳前，手里握著一把扁平的銼刀。

老师傅声音洪亮，带著浓重的口音对著镜头说：“都给我记住了，銼削，不是让你拿把銼刀在铁疙瘩上瞎蹭。”

“身子要站稳，腰板要直，手腕要锁死，发力要匀称，推出去的时候加力，回程的时候要轻，绝对不能拖泥带水，不然会毁了銼齿。”

“在这个台子上，眼睛是会骗你，手感也会骗你。你觉得磨平了，那叫自欺欺人。最后，要靠这把角尺，要靠量具，要靠透光法说话。卡上去，迎著光看，光透不过去，那才叫平。”

江临盯著屏幕里那块被紧紧夹在台钳上的黑色铁块，眼睛一眨不眨。

视频里，没有复杂的偏微分方程。

没有眼花繚乱的矩阵推导。

没有薛丁格方程那漂亮的函数图像。

师傅双手握住銼刀的木柄和前端，身体微微前倾，重心低压。

“唰——”

銼刀平稳而有力地推过去。

伴隨著刺耳但有节奏的金属摩擦声，细细的银白色铁屑，像初冬的雪花一样，从粗糙的金属表面簌簌落下来，掉在满是油污的工作檯上。

块原本布满氧化皮的低碳钢料，在师傅銼刀几百次的推拉下，一点点地发生蜕变。

它从自然冷却的粗糙状態，开始变得平整，变得光洁，露出了金属內部致密的纹理。

它正在跨越宏观的混乱，向著几何学意义上那个完美的平面，一点点地逼近。

江临就这样一动不动地看了一个多小时。

一度觉得那刺耳的摩擦声，比世界上任何音乐都要动听。

看完之后，他关掉手机，回到书桌前，翻开新的一页草稿本，提笔写下。

【第五次废土准备计划：基础金属加工与机械復位能力】