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第269章 老师,它很物理!(三合一)

    组装体了,铖那一边的Tb(pcam-Br)s配合物,苏老师已经在排合成线了。

    Au(111)单晶基底已经定了俄铅冶那家。

    超高真空腔区已经开了。

    锁相放大器和X射线斩波系统,在苏老师他们手底下走“接口对线”。

    光束线那一头,等陆明远教授从京城回来再说。

    所以现在卡在中间这一摊的,全是软的……

    反演算法、配位场张量、谱拟合、相位标定。

    这一摊要不动,前面那一摊样品做出来了也没意义。

    後面陆明远的光束线调的再好,也只能拿到一组没人能看懂的隧穿谱。

    “所以你的活儿。”

    “今天上午,去跑一下数学那边。”

    李东微微一愣。

    “现在吗?”

    “嗯。”

    张燕点了点头。

    “咱们组里数学这一块,本来就是让你来挑大梁的。”

    “现在一开工,你的压力可不小哟。”

    “合城那边,列旺教授现在做的就是数学反演这一块。”

    “咱们这边再不下场,等他们做出来,咱们就只剩下“参考别人结论’的份儿了。”

    张燕继续说。

    “所以今天上午,你别管别的。”

    “先去隔壁那间小办公室。”

    “那间屋子隔音比较好,外头吵不到。”

    “你先把那两个数学瓶颈,自己再过一遍。”

    “先按现在公认的“反演’这条路推。”

    “别管你心里那个“方向不对’。”

    张燕看了他一眼,眼神很认真。

    “我知道你昨天心里有想法。”

    “但你想法没成型之前,咱们这边的进度不能停。”

    “哪怕你的想法是对的,你也得先证实“反演’这条路真的不通……”

    “否则你自己都说服不了你自己。”

    “明白吗?”

    李东看了她一下。

    心里那一句“原来你不光直觉好,思路也清”差点从嘴里溜出来。

    他点了点头。

    “行。”

    “我去过一遍。”

    “争取就是尽快跑出来,不卡在前面那一两步。”

    张燕点了点头。

    “嗯,前面那一两步,你能跑多远跑多远。”

    “现在国内国外这麽多组,全都卡在那。”

    “你能往前挪半步,咱们组就比别人快半步。”

    李东“嗯”了一声,就朝着办公室走去。

    来到房间後,李东也有自己的计划。

    他要做的可不只是跑一下数学那麽简单。

    他还要顺手验一件事。

    他清晨想的那一套物理切口,必须要有数据支撑。

    不是说他物理那一头脑补得再漂亮,就一定是对的。

    他得拿数学这边能跑出多远来做参照。

    万一数学方向真的只是小卡一下,後面一路畅通呢?

    那他这一晚上的物理切口,就成了无用功了。

    他不能拿一个直觉去推翻整个组的工程进度。

    所以他得先去把数学这边推到尽头。

    李东把包放在桌上,也不开电脑。

    他先把草稿纸和笔拿了出来。

    李东是搞纯数的。

    反问题,严格的说他不算专业。

    可是这些天,鄂伟南院士给的那一份书单,他已经啃下了一大半。

    Hadamard的良态性条件、Tikhonov正则化、谱截断、Backus-Gilbert方法…这些名字加上对应的核心定理,全都紮紮实实地挂在他记忆宫殿的【应用数学/反演】那一格。再加上他理解东西的速度,本来就在常人之上。

    因此他也有信心不比一般走应用数学的学者差。

    他坐下来,开始推导。

    第一步:测量算子K:T→S的形式定义,T是配位场张量空间,S是隧穿谱空间。

    第二步:核函数展开,把K拆成本征函数序列。

    第三步:上吉洪诺夫正则化,调整参数α。

    第四步:把K的奇异值谱分布,对应到T的低秩近似。

    第五步……

    他一步一步地推。

    每一步,他都对照着昨晚已经搭好的那一套物理参数,看数学这一头能不能合上。

    基本上前面五六步,都没有出大问题。

    Tikhonov那一段他卡了不到十分锺,就用一个加权范数把它处理掉了。

    基函数的选择那一段,他换了一组Whittaker型的局部基底,规避了一部分相位混淆。直到第七步。

    李东看着自己写出来那一行,皱起了眉头。

    【在(L2(R,du),〈·,·〉_K)上对相位算子做谱分解,要求三组基底的过渡矩阵收敛於一个无相位歧义的西变换……】

    “是这样吗?”

    “不对呀。”

    这一段,本来是要把不同基底的展开“硬合”在一起。

    按列正常思路,是用一个隐性约束量去反卡这个过渡矩阵的上界。

    可是李东推到这里,就是过不去。

    他换了三种正则化,结果一种比一种糟糕。

    他试着把鄂伟南院士点出来的那一根“隐性约束”硬塞进去。

    卡得住,又卡不死。

    第三峰从糊里头能拎出来一点点边,但拎到一半,又掉回去了。

    李东盯着那一行字,叹了一口气。

    “……果然啊。”

    “全国十几个组,全都卡在这。”

    就在他第三次放下笔的时候,背後突然冒出一个声音。

    “卡住了?”

    李东猛地回过头。

    吴开教授不知什麽时候已经站在了他的身後。

    李东赶紧站起来。

    “吴老师。”

    “您来了。”

    吴开摆摆手,走过来在他对面那张椅子上坐下。

    “我刚从化院开完会过来。”

    他看了一眼李东桌上的草稿纸。

    看见最上头那一张推到一半的过渡矩阵谱分解。

    吴开点了点头。

    这一块,他也是看得懂的。

    不是因为他数学多好。

    是因为这一块,全圈儿的人都卡在这儿。

    卡得太多了,他不熟也熟了。

    吴开笑了笑。

    “李东,你别急啊。”

    “这个东西,已经卡好几年了。”

    “国内国外大家都卡在你这一步呢。”

    “你今天上午就推到这儿,已经比绝大多数人快了。”

    “再说,你也别给自己压力。”

    他温和地看着李东。

    “我也没想过你一来就能解决问题啥的。”

    “咱们组的进度计划,是按“数学这一块磨一两年’排的。”

    “前面那一堆样品和针尖,咱们可以先把後续的衔接做了。”

    “等你这边反推回来,咱们再把它接上,也是可以的。”

    吴开这话说得是真心的。

    他怕李东受挫。

    李东毕竞还年轻。

    基础数学那一头,他跑得是真的太快了。

    这种年少成名的孩子,最怕的就是在另一个领域里被一面墙撞得头破血流。

    吴开过来的不光是问候。

    他是来给李东托个底的。

    李东点了点头。

    他听出了吴开的好意。

    心里挺感激。

    他正要开口说“老师我会好好磨的”。

    结果话还没出口,他想起来一件事。

    他刚才推到第七步卡住的时候,没再继续往第七步那一堵墙上撞………

    他用了另一种“绕”的方法,从纯数那一边借了一招过来,把第七步先放到一边,跳到了第八步。第八步往下,他一口气推了好几页。

    也不知道这样行不行,毕竟大家都没用纯数的方法来,万一在这里不行呢?

    所以他问道。

    “老师,这後头那一段我用的自己的方法,您给看一下这样行不行。”

    李东说完,就低头去翻草稿纸最下面那几张。

    然而听到这话的吴开整个人就在旁边僵住了。

    啥意思啊?你推过去了?

    吴开数学不算精通。

    他这辈子混的是化学合成。

    但数学这一头,因为这个项目卡了好几年,他这一两年也开始“陪着读”。

    反演这里头,每一步在哪儿、为什麽会卡、卡在哪个具体的点上…

    他门儿清。

    刚才李东桌面上那一张过渡矩阵谱分解。

    他一进门就看出来卡在哪了。

    可是李东刚才嘴里冒出来的那一段……

    “後头那一段”?

    哪一段“後头”?

    这一步根本就没“後头”啊。

    所有人都是卡死在这一步。

    吴开开口道。

    “等一下。”

    “李东,你刚才说的,是什麽意思?”

    李东抬起头。

    “啊?”

    “哦。”

    他指了指自己手里翻到一半的那几张纸。

    “就是这一步过去以後,会遇到什麽样的一个问题。”

    “我本来是想,您给看一下我这边推得对不对。”

    李东说得理所当然。

    吴开整个人愣了一下。

    “这一步过去以後?”

    他有点不太确定。

    李东没听出他语气里的反应。

    他的注意力还在自己那几页推导上。

    “嗯。”

    “您看这一段……这里我用的是局部Whittaker模型那一边的过渡函子,把三组基底的相位差先冻在一个固定的代数结构里……”

    吴开听到“局部Whittaker模型”五个字,他整个人都是懵的。

    这是什麽??

    他从应用数学那一头听过基函数、算符、反演,可从来没听过局部Whittaker模型啊。这不是反演里的语言。

    这是……

    朗兰兹纲领的语言。

    吴开的手不自觉地往李东那堆草稿纸抬去。

    “你这里………”

    “不止一张纸啊?”

    他这一抬手,才发现李东桌面上那一遝草稿纸,最上头那一张底下,还有厚厚一摞。

    吴开下意识地把最上面那一张过渡矩阵谱分解抽走,露出底下第二张。

    他低头一看。

    第二张上头,密密麻麻的全是符号。

    最顶上那一行,他认得……

    【设过渡矩阵U_ij之间的相位歧义为中∈R/2mZ,由偶极宇称选择定则有sgn(M_dipole) ∈ {+1,-1}固定】

    吴开看到“偶极宇称选择定则”这八个字的时候,眉毛挑了一下。

    这一路是物理那一边的玩法。

    可下头紧接着又是一行……

    【在GLs的局部基变换函子下,将三组基底的相位差归约为一个有限维代数表示的同构类,由L因子的局部根数决定】

    这一行下面,李东用了一个李东自己常用的对关联函数符号F_r(α),把中的可能取值死死卡在一组离散的值上。

    最後一步………

    他把F_n(α)的零点和宇称选择定则给的sgn合起来,得到一个干干净净的结论:

    【中=0】

    吴开盯着那一行【o=0】。

    看了三秒。

    看了五秒。

    他自己都没意识到,他端保温杯的那只手,已经把杯子里的水洒到了袖口上。

    第三张。

    第四张。

    每一张推到後面,李东开始展开第三配位壳层那一套。

    奇怪的是,李东这边推第三壳层,没有再用任何一种正则化。

    他用的是另一组语言。

    吴开看不太懂………

    但他认得最关键的那几个名词。

    “WKB”。

    “势垒衰减”。

    “伽莫夫因子”。

    吴开“嗖”地一下抬起头,盯着李东。

    他的喉结动了一下,吸了一口气。

    “李东。”

    “你……”

    吴开下意识想问……

    你这是把後面的反演也做了吗?

    可这一句又咽回去了,因为他感觉这不是反演。

    所以他换了一句最接近他直觉的话。

    “你把这一步……推过去了?”

    李东抬起头。

    他眨了眨眼,明显没明白吴开问的是哪一步。

    “什麽推过去了?”

    “没有啊。”

    李东很认真地摇头。

    吴开:……

    吴开把手里那一张草稿纸往桌上一摁,指着第二张【@=0】那一行。

    “那这是啥?”

    李东低头瞄了一眼。

    “哦,这个啊。”

    “我刚才在第七步这儿,把基函数相位歧义拆掉了。”

    “再後头第八步、第九步,是接着第三配位壳层那一段往下推的。”

    “再後面,就过不下去了。”

    吴开盯着李东那一张坦然的脸,足足愣了三秒。

    他终於反应过来了。

    李东刚才嘴里说的那一句“过不下去”

    不是他、不、不是国内外都卡死的那一堵墙!

    李东说的“过不下去”

    是这一整摊反演问题作为一个整体,过不下去!

    而眼前这一面所有人头破血流的墙,他……

    吴开干脆把【中=0】那一行拍出来,直接指着最上面那一张推导。

    “这一步……”

    “你看一下,就这一步啊!”

    “你推过去了吗?”

    李东低头看了一眼。

    他抬起头,对着吴开说了一句。

    “嗯。”

    “这一步不是很难。”

    吴开:???

    吴开心里立刻就开始吐槽了。

    不是很难?

    不是很难,全国十几个组会卡在这一步整整三年?

    李东压根没意识到吴开心里那一阵翻江倒海。

    他指了指自己那一行【o=0】下面的推导。

    “这里我是用Ls的局部基变换函子做的。”

    “就是把三组基底,先看成同一个全局自守表示在不同局部位置上的Whittaker模型。”“再用L因子的局部根数把过渡矩阵的相位差锁死在有限维代数表示里。”

    “最後用偶极宇称选择定则给的实符号收尾。”

    “基本上不算太绕。”

    李东说得很自然。

    吴开听得整个人都僵了。

    头一句“L.”,他还能跟。

    第四个字开始,“局部基变换函子”……他直接断片了。

    纯数那一头,朗兰兹纲领、自守表示、Whittaker模型………

    这些东西离他十万八千里。

    吴开无语了好半天。

    最後他憋出一句。

    “李东。”

    “你说人话。”

    李东:……

    李东这才算是反应过来。

    原来这一面墙,全国十几个组卡在这儿。

    不是卡在“反演”这一整块出不来。

    而是卡在“反演”里头具体的一步。

    就是基函数相位差那一步。

    他刚才一直以为,大家是卡在反演这一摊的总瓶颈上。

    所以吴开教授刚才说“卡好几年了”,他下意识地是把“几年”往整个反演那个大问题上想。结果不是。

    大家的几年,是卡在他半小时绕过去的那一步上。

    李东也不能笑话人家。

    他自己很清楚。

    他能半小时绕过去,是因为他手里的工具,本来就不是从反演里借的。

    他手里的工具,是朗兰兹纲领。

    对一个搞应数的学者来说,他根本不会想到要从GL.的局部基变换函子那一头,往一个谱反演问题里头钻。

    这是两套语言。

    这是两个圈子。

    如果不是李东这个本来就是给朗兰兹纲领“夯地基”的人,又恰好进了这个项目组。

    这两条路永远都不会装上。

    因为有一个搞纯数的学者会跑来这里高应用数学。

    所以这一步在外人看来是天堑。

    对他来说,是顺手。

    李东想通了这一点。

    他抬起头,看着吴开。

    深吸了一口气。

    “吴老师。”

    他认认真真地说。

    “这一步,其实不是真正的问题。”

    吴开还在震惊李东的进度,下意识的问道。

    “你说什麽?”

    李东语气平静。

    “咱们项目,乃至全世界这十几个组,真正卡的·……”

    “不是这一步。”

    “用数学反演这条路,本身就走不通。”

    屋子里静了下来。

    换做是十分锺以前,李东在他面前讲这一句话一

    吴开顶多礼貌地笑一笑,表示尊重,然後心里默默给这小子记一笔“还得磨”。

    毕竟,那是一句没有任何依据的话。

    可现在不一样了。

    现在李东已经把全球十几个课题组卡了三年的那一步,在一个上午里推了过去。

    不光推过去,还顺手在後头推了好几页。

    李东这一句“反演这条路本身就走不通”。

    就不是一个少年人凭直觉甩出来的话了。

    这是一个已经站在墙顶上的人,回过头来,对底下还在撞墙的人说的话。

    吴开让自己先冷静下来,然後才开口问道。

    “那你跟我说说。”

    “为什麽你觉得不行?”

    李东也没绕。

    他组织了一下语言说道。

    “老师。”

    “反演这一块,本质是一个病态算子的逆问题。”

    “病在什麽地方?”

    “病在它的核是不完整的,从隧穿谱反推回配位场张量的过程里,输入端任何一个噪声,都会被那个算子的小奇异值放大几个数量级。”

    “我们现在的所有数学工具。”

    “吉洪诺夫、谱截断、Backus-Gilbert本质都是在压那个奇异值谱。”

    “压的方法不一样,但是压的逻辑是一样的……”

    “我们硬塞一个先验进去,告诉算子:解应该长什麽样。”

    吴开点了点头。

    这一段,是他这一两年陪着读应数最熟的一段。

    李东接着说。

    “问题在於,所有的先验,都是数学先验。”

    “什麽叫数学先验?”

    “就是,我希望解是光滑的、我希望解是稀疏的、我希望解的范数最小。”

    “这些希望,跟单原子上那个铁原子周围的电子云长什麽样,没有任何物理上的关系。”

    “我们用一个数学的偏好,去压一个物理的解。”

    “两边的逻辑根本对不上。”

    “所以第三配位壳层的那一根峰,永远糊。”

    吴开微微皱起了眉。

    李东又说。

    “还有就是………”

    “反演问题本身,是把过程的结果倒过来推过程。”

    “你想清楚没有,这台机器测的是什麽?”

    “测的是一个X射线激发、电子跃迁、空轨道伸出、隧穿到针尖这样一个完整的物理过程产生的电流。”“它本来就是过程的结果。”

    “我们却在反过来,从结果倒推过程。”

    “那中间任何一段过程的物理细节,都会被压成一个有效算子,然後我们再去硬解这个算子。”“这不就等於我们把一段活生生的物理,先杀成一组冷冰的算符。”

    “再去问这组算符背後那段物理长什麽样?”

    “这中间天然有一道墙。”

    “墙不是物理给的,是我们自己造的。”

    吴开听到这儿,眉头皱得更紧了。

    他没说话。

    李东深吸了一口气。

    “老师,您问我有没有解决办法。”

    “我有一个方向。”

    “我有点不确定。”

    “但我是想试着说一下。”

    吴开看着他。

    “你说说看。”

    李东把今天清晨在草稿纸上搭好的那一套切口,简单地说了出来。

    “我们不要做反演。”

    “我们做正向。”

    “把那一组测量算子的逆问题,重新写成一个用物理参数化的正向模型。”

    “参数不再是配位场张量的抽象分量。”

    “参数是……”

    “偶极跃迁矩阵元、未占据轨道的对称性、轨道相对於针尖的取向、以及真空段的WKB衰减常数K。”“再把X射线偏振矢量正大光明地搬进来,作为模型的输入边界条件。”

    “偏振矢量在源头上选择哪条空轨道被激发……”

    “这件事本来就是物理在做的,不需要让基函数去吵。”

    “再有就是,第三配位壳层那一根糊掉的峰。”

    “我们不去拎它。”

    “我们让它自己长出来。”

    “每一个配位壳层,对应在隧穿这一关,有自己一根独立的KB衰减常数K。”

    “越外的壳层《越小,从针尖底下伸出去的尾巴越长。”

    “换而言之,第三壳层在隧穿电流的衰减曲线上,本来就有一段独属於自己的尾巴。”

    “这段尾巴不需要去拎。”

    “它在距离一档一档拉远的扫描里,会自己显出来。”

    “靠的就是那一根伽莫夫因子。”

    吴开听到“伽莫夫因子”四个字的时候,神色微微动了一下。

    李东最後说。

    “老师,简单总结一下。”

    “两堵墙我们不推。”

    “因为两堵墙之间,本来就有一道门。”

    实验室外头实验台上的“嘀嘀”声远远地传过来。

    办公室里没人说话。

    吴开放在桌上的那只手,慢慢的握了起来。

    他第一反应是不可能。

    怎麽可能?

    这这个方向已经一百年麽没人提出过新的思路了。

    因为走不通,所以最後大家会一起转向数学反演

    这是一条所有人筛了又筛、筛剩下来的路。

    怎麽可能突然冒出来一句“两堵墙中间本来就有一道门”?

    怎麽可能这道门是物理?

    吴开忍不住开口。

    “李东。”

    “我先不说你那一套数学物理上能不能合得上。”

    “我说一个最朴素的事。”

    “你说要正向。”

    “那意味着,你要在源头上,把那个X-ERT过程从头到尾,都用物理量参数化。”

    “可这里头,有一段东西”

    “针尖上方那一小段真空隧穿,再加上配体场和Au(111)衬底的相互作用-……”

    “它的有效势垒形状,谁都没真正测过。”

    “你那个伽莫夫因庙里的K,到底丫多宁?”

    “你不知道,我不知道,没人知道。”

    “我们之所以走反演,就丫因为这一段我们灭不过去。”

    “我们没法直接去测那一段势垒。”

    “所以我们才愿意承认,反演虽然病抗……”

    “但起码,每一项里都是“实验值’,再病态它也有数据撑着。”

    吴开顿了一万。

    “你那一头要的“乘理参数化’。”

    “它从一开始,源头那一段就丫空的。”

    “你拿什麽去填?”

    吴开越说越觉得自己说在了点上。

    这一块的核心矛盾就在这儿。

    大家不丫不想做正向,丫源头那一段没法直接测。

    所以才退一步,做反演。

    所以他最後摇了摇头。

    他的声4轻,但很笃定。

    “李东,你这套思路,整体上看丫漂亮。”

    “但丫从化学这一行的逻辑……”

    “它太悬了。”

    “我跟你直说。”

    “这一套很不化学!”

    屋里又安静了丐来。

    李东低头看着自己那一堆草稿纸。

    最上面那一张,丫他拿红笔涂的那一团。

    红色那一团旁边,他写的那五个字。

    “让原庙自己说”。

    他抬起头来,看着吴开。

    眼神平静,没有半点不服。

    “老师,我懂您的意思。”

    “在化学这条路上,看上去丫没有路的。”

    “但………”

    李东也很笃定的说道。

    “老师。”

    “它很乘理!”

    

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