十一月中旬,物理竞赛的选拔考试如期举行。
林知意走进考场的时候,发现教室里坐了不少人。大概有三十多个,来自年级各个班,大部分是实验班的,也有几个普通班的面孔。她扫了一圈,在最后一排看到了陆辞。他低着头,手里转着一支笔,面前的桌上什么都没有,看起来不太像是在复习,更像是在发呆。
她在前排找了个位置坐下,把笔袋和草稿纸摆好。方老师走进来,手里拿着一沓卷子,表情比平时严肃。
“两个小时,五道大题。做完可以提前交卷,但不建议你们提前交,有时间就检查。”方老师一边发卷子一边说,“竞赛不比平时的考试,不是做完了就行,是要做对。做错一道,可能就无缘复赛了。”
卷子传到林知意手里,她先翻了一遍。五道大题,三道力学,两道电磁学。力学的难度跟方老师之前给的那套差不多,电磁学她没怎么接触过,但看起来也不算太离谱。
她深吸一口气,开始做题。
第一道是力学题,一个弹簧振子系统,问周期和能量。她之前在费曼的书里看过类似的推导,做起来很顺手,十五分钟就写完了。
第二道是电磁学,一个带电粒子在电场和磁场中的运动。这道题她花了一点时间,因为电场和磁场的方向不是垂直的,粒子走出来的轨迹是一个螺旋线。她先在草稿纸上画了一个三维坐标系,把速度分解成平行于磁场和垂直于磁场的两个分量,然后分别写出运动方程。解到一半的时候,她发现自己的计算越来越复杂,代数式堆了好几行。她停下来,重新看了一遍题目,发现可以用一个技巧——把电场变换到一个以某个速度运动的参考系中,在新的参考系里电场就消失了,问题简化成一个单纯的回旋运动。
她试了一下,果然简单了很多。最后得出来的轨迹方程很简洁,她看着那个式子,觉得舒服。
第三题是力学,一个碰撞问题。两个小球,一个静止,一个运动,碰撞后运动方向夹角已知,求恢复系数。这道题不难,但计算量很大。她一步一步地算,列了动量守恒、能量守恒、还有碰撞方向的关系式。三个方程,三个未知数,解出来之后代入恢复系数的定义式,得到了一个具体的数字。
她对了对草稿纸上的中间结果,没发现错误,就继续往下做。
第四题和第五题也顺顺当当,虽然中间卡了两次,但她都找到了办法绕过去。做完最后一题的时候,她看了一眼墙上的钟,还有一个小时。
她从头到尾检查了一遍。每一道题的每一步推导,每一个代数式,每一个数值,她都重新看了一遍。检查到第三题的时候,她发现自己在代入数值的时候把一个小数点写错了位置——应该是0.5,她写成了5。她改过来,重新算了一遍,答案变了。
如果没检查,这道题就错了。
她在心里对自己说了一句:还好。
方老师说得对,竞赛不是做完了就行,是要做对。
检查完最后一道题,还有十五分钟。她没提前交卷,坐在座位上把五道题的答案又看了一遍,确认没有漏掉什么。
铃声响了,她交卷,收拾东西走出考场。
走廊里,几个考完的学生在讨论题目。有人说第二题太难了,根本不知道从哪下手;有人说第四题的电磁场方向搞反了,算出来的结果肯定不对。林知意没加入讨论,低着头往外走。
“林知意。”
她回头。陆辞站在考场门口,手里拿着笔袋,正看着她。
“嗯?”
“第二题你用的什么方法?”
“变换参考系。”
陆辞微微点了一下头。“我也是。但我在变换的时候把速度算错了,后来才发现。”
“那最后算出来了吗?”
“算出来了。轨迹是一个螺旋线,螺距是……”
“不用告诉我答案,”林知意打断他,“我不想对答案。”
陆辞看了她一眼,没再说什么。
林知意转身走了。不是不想跟他说话,是真的不想对答案。对答案这种事,除了让自己焦虑之外没有任何意义。考完了就是考完了,分数不会因为你跟别人对了几道题就改变。
与其浪费时间去对答案,不如想想接下来要做什么。
选拔考试的结果在一周后公布。
方老师在物理课上念了入选名单。十个人,林知意的名字在第一个,后面跟着陆辞、还有另外八个来自实验班和普通班的同学。
“入选的同学从下周开始,每周三和周五下午最后一节自习课来物理实验室集训,”方老师说,“集训的内容会比选拔考试难很多,你们要有心理准备。”
林知意在笔记本上记下了集训的时间。周三和周五,正好跟她原来的计划不冲突。她原本就打算在这两天做物理竞赛的题目,现在有人带着做,反而更好。
陈苒在旁边小声说:“恭喜你啊。”
“谢谢。”
“你不高兴吗?”
“高兴。但还没到可以放松的时候。”
陈苒叹了口气。“你这个人,高兴的时候也是这个表情,不高兴的时候也是这个表情。我有时候真的看不出来你在想什么。”
林知意想了想,说:“我在想物理。”
陈苒被她这句话噎了一下,然后笑了。“行吧,当我没说。”
周三下午,林知意第一次去物理实验室。
实验室在教学楼的五楼,最东边那间。她到的时候,门已经开了,里面坐了五六个人。实验室的桌子比普通教室的大,上面摆着各种仪器——示波器、电源、电阻箱、滑动变阻器,还有一些她叫不出名字的东西。
她找了一个靠窗的位置坐下。窗外能看到学校的操场和远处的小山丘,视野很好。
陆辞走进来的时候,教室里只剩她旁边的位置是空的了。他看了一眼,走过来坐下。
“介意吗?”
“不介意。”
他把书包放在桌上,从里面抽出一本厚厚的笔记本,翻开。林知意瞥了一眼,看到上面密密麻麻地写满了公式和推导过程,字迹很端正,每一页都有标题和日期。
方老师走进来,手里拿着一沓卷子。
“第一次集训,我们先不讲新内容。上次选拔考试的卷子我改完了,今天讲评。”
她把卷子发下来。林知意接过自己的卷子,看了一眼分数——九十四分。满分一百。扣了六分。
她翻到扣分的地方。是第四题,电磁学那道。她的思路是对的,变换参考系的方法也没问题,但在最后一步计算磁矩的时候,她漏了一个因子。
不是不会,是粗心。
方老师开始讲评。她把每一道题的解题思路都讲了一遍,重点讲了大家普遍做错的第四题和第五题。林知意听着,在笔记本上把第四题的完整解法记了下来,在漏掉因子的地方画了一个大大的红圈。
讲完第五题,方老师放下粉笔,拍了拍手上的灰。
“这次选拔考试,最高分九十四。只有一个。”她看了一眼林知意,“林知意。”
教室里安静了一瞬,然后有人小声说了句“厉害”。林知意低着头,没看任何人。
“第二名八十九分,陆辞。”方老师继续说,“其他人在七十分到八十五分之间。这个成绩不算差,但也不算好。市里的竞赛,强校的学生平均分都在九十分以上。你们要想在市里拿名次,至少得再往上提十五到二十分。”
她顿了顿,目光在每个人脸上扫了一圈。
“接下来的集训会很辛苦。每周两次课,每次一个半小时,课后还有大量的练习题。如果你们觉得自己扛不住,现在退出还来得及。”
没人动。也没人说话。
方老师点了点头。“好。那我们开始今天的正题——刚体的平面运动。”
林知意翻开笔记本,在新的页面上写下标题:刚体的平面运动。
方老师的课讲得很好。她不是那种照本宣科的老师,每一个概念都会用具体的例子来解释。讲刚体的转动的时候,她拿了一个车轮模型,在手里转着给大家看。
“刚体的平面运动可以分解为质心的平动和绕质心的转动,”她说,“这个分解是解题的关键。”
林知意在笔记本上画了一个车轮,标出质心,画了平动和转动的方向。她发现这个分解方法跟之前做的那道斜面题有点类似——都是把一个复杂的运动拆成几个简单的运动,分别分析,再合起来。
物理学的很多方法,本质上都是这样:把一个复杂的问题,拆成几个简单的问题。
集训课结束的时候,方老师布置了一大堆练习题。林知意翻了翻,大概有二十多道,每一道都比选拔考试的题目难。
她没觉得压力大。反而有一种莫名的兴奋。
收拾东西的时候,旁边的陆辞忽然开口。
“你第四题漏了一个因子。”
林知意看了他一眼。“你怎么知道?”
“我看了你的卷子。方老师讲评的时候放在投影仪上了。”
“哦。”
“那个因子是2,对吧?”
“嗯。”
“我一开始也漏了。后来检查的时候发现的。”
林知意没接话。她把笔记本合上,塞进书包里。
陆辞又说:“你做第三题的时候用了动量守恒和能量守恒联立,其实可以用恢复系数的定义直接列一个方程,省掉一半的计算量。”
林知意拉书包拉链的手停了一下。她想了想,发现陆辞说得对。
“下次可以试试。”她说。
“嗯。”
两个人一前一后走出实验室。走廊里很安静,其他教室都已经没人了。五楼只有物理实验室的灯还亮着,光从门缝里漏出来,在走廊的地面上画了一条亮线。
下楼的时候,陆辞走在前面,林知意走在后面。楼道里的声控灯坏了,每走几步就暗下去,得跺一下脚才能亮起来。陆辞每走几步就跺一下脚,声音不大,但刚好能让灯亮。
林知意跟在他后面,踩着他弄亮的光,一步一步往下走。
走到一楼的时候,陆辞忽然停下来。
“你家住哪边?”
“北边。”
“我住东边。不顺路。”
“嗯。”
“那明天见。”
“明天见。”
林知意看着他走出教学楼的大门,校服外套被晚风吹得贴在身上。他走路的姿势还是那样,不快不慢,目不斜视。
她站在原地愣了两秒,然后也走出去了。
外面风很大,十一月底的风已经有了冬天的意思。她把校服外套的拉链拉到最上面,缩了缩脖子,往校门口走。
走到校门口的时候,她看到路边有一个卖烤红薯的摊子。热气从铁皮炉子里冒出来,在路灯下变成一团白色的雾。她站了一会儿,没买,继续往前走。
她想起小时候,冬天放学的时候,妈妈偶尔会买一个烤红薯给她。两个人一人一半,站在路边吃,红薯很烫,得在两只手之间来回倒。
她已经很久没吃烤红薯了。
集训的日子比林知意预想的要充实。
每周三和周五的下午,她都会准时出现在物理实验室。方老师每次都会讲一个新的专题,然后布置一堆练习题。林知意把这些练习题按难度分成三类——基础题、进阶题、挑战题。基础题她在课上就能做完,进阶题回家做,挑战题有时候要花一整个晚上。
陆辞每次都坐在她旁边。不是她选的,也不是他选的,就是每次到的时候,只有对方旁边的位置是空的。
两个人坐在一起,但很少说话。偶尔讨论题目,也是三言两语就结束了。林知意发现陆辞是一个很“省事”的同桌——他不废话,不打扰,不会突然凑过来问你在干嘛。他就安安静静地坐在那里,做自己的题,偶尔在草稿纸上写写画画。
她喜欢这种安静。
不像苏晚,坐在一起的时候嘴就没停过。也不像陈苒,虽然不吵,但总有一种“你是不是该跟我说点什么”的气氛。
陆辞不一样。他跟林知意是同一类人——不需要用说话来填补沉默。
有一次集训课,方老师讲了一个很难的专题——刚体的转动惯量计算。这个专题涉及积分,而积分他们还没在数学课上学过。方老师花了大半节课讲怎么用积分算转动惯量,从细杆到圆环到圆盘到球体。
林知意听着,觉得有点吃力。不是听不懂,是太快了。积分她暑假的时候自学过一点,但不太熟练。方老师讲到球体的转动惯量的时候,她已经开始跟不上了。
她低头在笔记本上记下关键步骤,准备回去自己再推一遍。
旁边的陆辞忽然推过来一张草稿纸。上面用铅笔写着几行字,是球体转动惯量的推导过程,写得非常详细,每一步都有注释。
林知意看了他一眼。他没看她,正低着头在笔记本上写东西,好像那张草稿纸跟他没关系似的。
林知意把那张草稿纸拿过来,仔细看了一遍。推导过程很清晰,她把几个自己没看懂的地方圈出来,在旁边打了个问号。
下课之后,她把草稿纸还给陆辞。
“谢谢。这三个地方我没看懂。”
陆辞接过来,看了一眼她圈出来的地方。
“第一个是坐标变换,把直角坐标换成球坐标。第二个是积分限,从0到R。第三个是用了对称性,x平方加y平方加z平方等于r平方,所以三个方向的转动惯量相等。”
他解释得很清楚,没有多余的废话。林知意听完就懂了。
“明白了。谢谢。”
“不客气。”
那天晚上回家,林知意把球体转动惯量的推导重新做了一遍。这次她没看陆辞的草稿纸,全靠自己推。推完之后对了对结果,跟课本上的一样。
她在笔记本上写了一句话:“能推出来的,才是自己的。”
周五的集训课上,方老师让大家做一套模拟题。限时一个半小时,跟正式竞赛一样。
林知意拿到卷子就开始做。第一道题是一个刚体平面运动的问题,一个圆柱体从斜面上滚下来,问质心的加速度和角加速度。她用了方老师上节课讲的方法——把运动分解成平动和转动,分别写方程,联立求解。
做到一半的时候,她发现自己的方程数量不够。两个未知数,只有一个方程。她停下来想了想,忽然意识到自己漏了一个约束条件——纯滚动条件。圆柱体与斜面之间没有相对滑动,所以质心的加速度和角加速度之间有一个关系式。
加上这个关系式,两个方程,两个未知数,解出来了。
她继续往下做。第二题是电磁学,一个导线框在磁场中转动,求感应电动势。这道题她做得很快,因为之前在费曼的书里看过类似的例题。
第三题是力学,一个复杂的连接体问题。三个物体,两个滑轮,好几根绳子。她画了一个受力分析图,把每个物体的受力情况都标出来,然后列了六个方程。
解到一半的时候,她发现有一个方程写错了符号。她把符号改过来,重新解了一遍。
第四题和第五题也顺顺当当,虽然花了一些时间,但都做出来了。
做完之后,她抬头看了一眼墙上的钟。还有一个小时。
她开始检查。第一题检查了一遍,没问题。第二题检查了一遍,也没问题。第三题检查到一半的时候,她发现一个问题——她列的那六个方程,其实只有五个是独立的,有一个可以由另外五个推导出来。这意味着她实际上只有五个有效的方程,但未知数有六个。
解不出来。
她心里咯噔了一下。
她重新看了一遍题目。是不是漏了一个条件?绳子是轻质的,滑轮是光滑的,这些条件都已经用了。还有什么?
她想了很久,忽然想到——绳子不可伸长。这个条件意味着三个物体的位移之间有一个约束关系。她之前没把这个约束关系写进方程里。
她在草稿纸上写出了位移约束方程,然后对时间求导,得到了速度约束和加速度约束。加上这个约束,六个方程,六个未知数,可以解了。
她重新解了一遍,这次得到了一个合理的答案。
她长出了一口气。
如果刚才没检查,这道题就全完了。
检查完所有题目,还有二十分钟。她把每道题的答案又看了一遍,确认没有漏掉什么,然后把卷子翻过来扣在桌上。
旁边的陆辞还在做。他皱着眉,笔在草稿纸上刷刷地写,表情很专注。
林知意没看他,转头看向窗外。天已经快黑了,操场上一个人都没有,只有几盏路灯亮着,发出昏黄的光。
集训课结束的时候,方老师让大家把卷子交上去。
“这套模拟题难度跟市赛差不多,”她说,“下周我改完发给你们,到时候我们再讲评。”
收拾东西的时候,陆辞忽然说了一句:“第三题我差点没做出来。”
林知意看了他一眼。“我也是。位移约束那个条件一开始没想到。”
“我用了虚功原理,绕过了约束分析。”
“虚功原理?”
“嗯。方老师之前提过一次,我回去自己看了。那个方法不用列约束方程,直接写虚功为零就行。”
林知意想了想,觉得这个思路很有意思。“你能教教我吗?”
陆辞看了她一眼,似乎没想到她会主动问。
“可以。下次集训的时候我跟你讲。”
“好。”
两个人一起走出实验室。五楼的走廊还是那么安静,声控灯还是那么不好使。陆辞走在前面,每走几步就跺一下脚,林知意跟在后面,踩着他弄亮的光。
走到一楼的时候,陆辞忽然停下来。
“你今天做完了吗?”
“做完了。”
“检查了吗?”
“检查了。”
“我也是。”
两个人站在教学楼门口,外面的风很大,吹得门框上的铁皮哗哗响。林知意把校服外套的拉链拉到最上面,缩了缩脖子。
“走了。”她说。
“嗯。”
她转身往校门口走。走了几步,忽然听到身后传来一声:“林知意。”
她回头。
陆辞站在教学楼门口的灯光里,校服外套被风吹得鼓起来。
“那道第三题,其实还有一种解法。”
“什么解法?”
“用拉格朗日方程。”
林知意愣了一下。“那是什么?”
“大学分析力学的内容。你感兴趣的话,我可以把我的笔记借给你看。”
林知意想了想,说:“好。下次集训的时候给我。”
“行。”
她转身继续往校门口走。风从背后推着她,像是在催她走快一点。她没走快,还是那个不快不慢的速度。
到家的时候,妈妈正在看电视。看到林知意进门,妈妈把电视关了,站起来。
“饿不饿?给你留了饭。”
“不饿。我先去写作业。”
“作业还没写完?”
“集训的题还没做完。”
妈妈叹了口气。“你天天做这些题,不累吗?”
“不累。”
“真的不累?”
林知意想了想,说:“有时候会累。但做出来的时候就不累了。”
妈妈看了她一眼,没再说什么。
林知意走进房间,打开台灯,把集训的练习题拿出来。今天方老师布置了二十多道题,她在课上做了一部分,还剩十几道。
她拿起笔,开始做。
做到第十道的时候,她的手机震了一下。她拿起来看,是苏晚发来的消息。
“林知意!你在干嘛?”
“做题。”
“又是做题。你能不能有点别的生活?”
“做题就是我的生活。”
苏晚发过来一个翻白眼的表情。“我跟你说,我今天参加了一个社团,叫‘天文社’。你猜怎么着?我们在操场上用望远镜看星星了!超级好看!你下次要不要一起来?”
林知意想了想,回了一句:“冬天在外面看星星不冷吗?”
“冷!冷死了!但我穿了两件羽绒服,还好。”
“那下次再说吧。”
“你每次都这么说。”
林知意没回。她把手机放回抽屉里,继续做题。
做到第十一道的时候,她卡住了。是一道电磁学的题,一个带电粒子在变化的磁场中运动,问它的轨道半径随时间的变化关系。
她想了很久,换了好几种思路,都不对。
她放下笔,靠在椅背上,看着天花板。
天花板上那些裂缝还在。有一条裂缝从灯座旁边一直延伸到墙角,弯弯曲曲的,像一条河流。她盯着那条裂缝看了一会儿,脑子里还在想那道题。
变化的磁场会产生感生电场,感生电场会对带电粒子做功,改变它的能量。能量变了,速度就变了,速度变了,轨道半径就变了。
她想通了。
她重新拿起笔,在草稿纸上写下了感生电场的表达式,然后写出粒子的运动方程。解出来之后,得到了一个关于轨道半径的微分方程。解这个微分方程,得到了半径随时间变化的函数。
她对了对课本后面的答案,是对的。
她在笔记本上把这题的解题思路记了下来,在旁边画了一个星号,写了一句:“微分方程在物理中的应用。”
做完所有题的时候,已经快十二点了。
她合上笔记本,关掉台灯,躺在床上。
窗外的风呼呼地吹,吹得窗户的玻璃微微震动。她听着风声,脑子里还在想今天集训课上讲的刚体转动惯量,还有陆辞说的拉格朗日方程。
拉格朗日方程。她从来没听说过这个东西。
她忽然很想知道那是什么。
她拿出手机,在搜索栏里打了四个字——拉格朗日。
屏幕上跳出来一大堆东西。她点开了一个百科页面,看了几行,发现里面全是她没学过的数学符号。偏微分,广义坐标,变分法。
她看不懂。但她没关掉页面,而是一行一行地往下看,看到不懂的地方就跳过,看到能懂的就多看两眼。
看了大概二十分钟,她大概知道拉格朗日方程是干什么的了——它是另一种描述力学系统的方法,不用受力分析,不用列约束方程,只要知道系统的动能和势能,就能写出运动方程。
她觉得这太神奇了。
不用受力分析,不用列约束方程。那得省多少事啊。
她关掉手机,闭上眼睛。
明天,她要去问陆辞借那本笔记。
窗外,风还在吹。梧桐树的叶子已经落得差不多了,光秃秃的树枝在路灯下投下细长的影子。
十一月就要过完了。
冬天要来了。