炼化学—基础原理发展史(上)
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记录ID: 2021-1-23-TH-01
来源: 来自于Area-CN-07-β,“圣所”,的奇术学科讲座的文字与语音记录
内容: 统合奇术-炼化学基础理论与发展历程

以下为文字/图象记录

诸位午安。我是来自Area-CN-07-β的奇术学讲师三文鱼,将负责各位这一阶段的炼化学课程。可以直接喊我三文鱼,至于老师或者博士这类的称呼就免了。本次讲座的原定内容是一场纯理论的介绍课程,但我想,如果直接对着你们干讲那么太无聊了。我想串着历史来讲讲理论的发展,如果有机会的话还能提一嘴一些更加直观的发展,这样或许更有意思点。

最后,本次讲座照常有不限量的咖啡和甜甜圈提供——午餐时食堂的师傅额外给我们做了一点,需要请自取,这就不需要举手示意了。

好,人都到齐了,我们开始。

咳嗯。提到炼化学,我想大多数人的第一印象应该是一口煮着什么古怪混合物的大锅和一旁埋在阴森斗蓬里的可疑法师,或者打算用什么贤者之石从奇奇怪怪的东西中炼出黄金的炼金疯子。但实际上,炼化学是一门极其强调技术性和现代科学应有的理性的学科。绝大多数的炼化学研究员在本职的炼化学之外,都有诸如物理学和化学,或者是工程学领域等等的一份学位。

那……冒昧的问一下,三文鱼你的学位是?

什么?你问我?我只是个讲历史的啊……

[笑声]

好了,不提别的。现代炼化学对自身的定义是一门“注重奇术研究与自然科学发展相结合,相促进的效用型统合奇术学科”。相比于法阵学的内容,炼化学可以说是更加注重理论规范性和实际操作中的可复制性。诸如许多能够被量产的现代奇术设备,一些在我们这随处可见的仪器。它们的发明与炼化学是脱不开关系的,炼化学对现代奇术理论体系的建立也是大有功劳。

大家都知道,炼化学是和法阵学齐名和两个现代奇术学科之一——我不知道外面怎么称呼,但至少在基金会的教材中,我们只设置了两项基本学科。相较于动辄就能有上千年历史的法阵学来说,炼化学几乎95%以上的知识和技术都是出现在1920年以后的。

首先,让我们从一个业界内如雷贯耳的名字开始。帕斯拉克,或者说,亚历克斯·冯·帕斯拉克1。这位可敬的老爵士对炼化学,乃至整个统合奇术的贡献都是几乎无可比拟的,甚至可以说,现代奇术理论2的绝大多数地基由他一手建立,我们将在后面多次提到他的名字。

帕斯拉克爵士在1920年与欧洲的多位奇术师一同提出了大名鼎鼎的ARad场3理论,为了与现代的场理论区分,我们一般称呼它为早期场理论4。它具有非凡的跨时代意义,因而被称为是20世纪最伟大的两个奇术理论之一,另一个能与之相提并论的理论要在50多年后才出现。

帕斯拉克的早期场理论是统合奇术出现后人类用现代科学的理性眼光去看待,思考和探索奇术的最好例子。它超越了以往任何假说和理论中那些唯经验论与主观的、唯心的臆断的局限性,将奇术提升到了一种原理未明的自然科学的高度,而不是将其作为一种超自然的异常现象去看待,并对一些具体现象给出了合理的解释。

早期场理论分为EVE普遍性理论、ARad场理论与场浓度理论三部分。EVE普遍性理论是其中最基础的部分,我们一般称为第一条早期定律,这条定律的其中一部分到如今也是奇术研究的根本基础。第一条定律主要对EVE粒子的存在做了基本定义,帕斯拉克认为EVE粒子是“弥散在整个宇宙中,并且不为任何的‘惰性物质’所阻挡的,自由运动的粒子”,并认为EVE粒子“虽然弥散分布,但并不是一直维持均匀状态。局部地区的集聚是奇术进程的基础,这也会促使集聚的EVE粒子重新进入均匀分布的状态”。

这话可能有些难以理解,我稍微具体的解释一下。首先,帕斯拉克认为EVE粒子具有普遍存在性,你可以在任何地方发现自由运动着的EVE粒子。通常情况下,EVE粒子的运动不为我们认识中的常规物质所阻碍,它们可以自然的穿过其间或者其中,一如穿过真空一样,这就是所谓的“惰性物质”。而一些非“惰性”的物质则具有阻碍EVE粒子穿透的能力,经典的例子是广为人知的遮断合金,当然,除了异常材料外,一些经典的材料也能作为非“惰性”物质而存在,如用在SRA5上的那些特制铍青铜合金等。

特制铍青铜合金?

对,和那些可以用来造弹簧的东西不一样,这些娇贵的东西可不能拿去做什么机械部件。一是因为它实在是太贵了,铺设几台SRA所用的合金可能能烧空我们这分站点今年的资金;二是因为它的异常性质,这些铍青铜的生产难度也挺大。这些非重点的内容就暂且不提,让我们继续。

EVE粒子在宏观上虽然具有普遍存在性,但在一定空间范围内,EVE粒子的总数可能会远大于其他空间区域,这类似沙漠。整个沙漠中没有一处地方没有沙子,但总有些地方多一些,有些地方则少一些。EVE粒子的不均匀分布是奇术进程的根本基础,而在奇术进程的作用下,原本相对不均匀的EVE粒子会重新进入均匀分布的过程,即空间中相对粒子数更多的区域中的部分会向相对更少的区域移动。

第二条的ARad场理论则更多是一种假说性的理论,作为一种以静电场或磁场作为基础的假设,帕斯拉克认为ARad场具有天然的平滑的强度梯度6。在场中心的源有整个场域中最高的强度,而整个场的边缘区域与背景场强处于同一水平——它们在此间是均匀变化的。当然,这个模型也拥有强度相反的情况,但实际上,无论是何种情况,它与现代奇术中所定义的“场”存在一些本质概念上的不同。

实际上,我们现在所使用的“场”概念,与常规认识中的“场”概念有相当大的差距。最早在1978年,奇术师们就已经发现了场强度梯度天然的不均匀性,这不仅限于一些梯度曲线上的细微弯曲,而是断层级别的下降或上升。很显然,这并不可能是场之间相互干涉导致的结果,它们并没有这么的明显。

那么,什么是场干涉呢?

关于场干涉理论的内容,我们在后面会有提到,不过现在让我们先着眼于这张图上。

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示例图

我简单的模拟了一次区域内场强度测量的结果,距离取值略微有些随意,在实际的精确测量中我们一般会以厘米精度取点,那样得到的数据曲线会平滑的多。这张图中也除去了基准场7的强度,默认它是0就好。

理想的情况下,ARad场的强度是伴随距离而均匀下降的,但无论是根据干涉理论可能做出的红色曲线还是理想的蓝色曲线,其理论得到的结果与我们实际测量的绿色曲线值有巨大的差距。我们甚至能发现在一定的距离范围内,实际的场强度降低趋势远低于理论值。

三文鱼博士,这是不是就意味着帕斯拉克对于ARad场的理论有误呢?

的确是这个样子!这就是为什么我用“假说”来称呼这一理论的原因。形态辐射场其实是个非常反常理的东西,如果我们用一贯的眼光去看待这个“场”,那么是无法得到一个合适模型的。在现代,我们认为ARad场是完全平均的,而不是呈现一种均匀下降或上升趋势。

这意味着你在一个区域内观察到的场强应当是处于上图紫线的状态,在一个足够远的距离时会突然变成零,而在达到足够远之前场强不会有任何改变。

那这样不是和我们测得的实际数据有更大差距吗?

没错,但在统一大理论中,我们会有专门的部分来解释为什么原本完全相同的区域场强会出现不均匀变化的情况,让我们继续早期场理论的第三条。

场浓度理论其实是对第二条理论无法解释情况的一个补充,它用那个时代的认识去解释了为什么实际情况和理论模型有如此出入。但在第二条也被证伪的情况下,它的错误也是无法避免的。当然,除了出发点有误以外,场浓度理论也严重的忽视了EVE粒子本身的量子性。而EVE粒子的量子性必然导致ARad场与ARad辐射的量子性。当帕斯拉克爵士对于量子论有更多的了解后,他就会提出一种更加贴近现代认知的模型。

对奇术作出如此巨大的贡献后,年迈的帕斯拉克爵士并没有停止探索。在他生命的最后几个年头,他游历于欧洲各地,展开实地调研并试着去用一些早期的方法采集实验数据。在此之上,他总结出了ARad辐射假说来作为一种场理论的补充,并在1926年正式提出8。这一假说在现代已经被证明,也就是我们现在所说的辐射定律。

“……EVE粒子团在进行能量转换的过程中,团中的部分粒子会通过ARad辐射的形式散失能量,而不是参与奇术进程。这一能量应当和参与散失的粒子总数挂钩,意味着它很可能会是非连续的……”

很难不去想象写下这段文字的帕斯拉克没有受当时欧洲物理学界正盛行的量子论的影响,这一假说要远比早期场理论更贴近EVE粒子量子性的实质。同时,长期的研究也让他发现了一个惊人的现象。在同一场中,同一条件下的ARad场强并不是一个恒定的大小,而是呈现出一种让人迷惑的缓慢提升现象。一些早期教会奇术进程的结果已经与其原始记录出现了较大的偏差,最明显的是作为早期的奇术显形门路落点,有些已经出现了几米甚至十数米的差距。他原本认为这是个偶然的测量误差,但很快这一想法就被更有说服力的现实所打败。

这是个普遍现象!

帕斯拉克很显然对此产生了浓厚的兴趣,我们在他留下的几木箱手稿中至少整理出了四篇和这一现象——我们现在称呼其为势能上升现象9——有关的研究数据或论文。但可惜的是,常年的奔波和过高的年龄使得帕斯拉克没能对他在1927年发现的这个现象做出更多的解释。27年一个秋日的下午,他因心脏病突发病逝于自挪威返回德国的列车上。

帕斯拉克的去世宣告了数位天才所支撑起的黄金年代的结束。实际上也宣告了第六次超自然大战中突飞猛进的炼化学辉煌的结束。下一次发展的高峰远在三十年之后,始于一个简单的发明。

[响声]

就是我手上的这个长的像长日光灯管的干涉管。日光灯管现在已经很少看的到了,但干涉管我们还一直有在用,因为它实在是太方便了。干涉管对于奇术不亚于尺轨之于作图。我们都知道现代奇术的理论基础是ARad场理论,但场是个看不见摸不着的东西,它不像你的桌子,有长宽高,是定型的,有颜色。

咦?你们的桌子为什么突然间变透明了,现在你们该怎么判断它存在与否呢?用手触摸去测量是个不错的想法,我也看到有人在用笔在表面划线,这都可以标识出这个肉眼不可见的桌子的大小,没错。

但万一,就像现在这样,你们的桌子彻底看不见也摸不着的话,该怎么去判断这张桌子的大小与体积呢?你还能确定它真的存在吗?

我们在面对ARad场时大抵也是这个情况。它不像电磁场,至少我们能通过铁粉磁粉什么的去直观而间接的表现出场的存在。根据第一条早期定律,EVE粒子几乎不与物质世界产生联系,我们也可以说ARad场也几乎不与物质世界产生交互。而干涉管的发明为解决场不可见这一问题提供了道路。

干涉管的原理是场干涉理论,不过确切来说,是干涉管的发明导致了场干涉理论的提出。当时人们已经知道两个ARad场之间会产生相互作用,干涉管正是利用了这一现象。其底部由一个时新的电驱动EVE源10构成,中段则是场相互干涉的探测区域,由一个类三极管的设备组成,探测干涉现象的栅极同时作为立柱支撑上下两段,源极埋在下部以输入内部场强,漏极则置于上段的接受板下方,以向接受板输出信号。探测部分的外壳一般由铅玻璃或者其他能比较有效隔绝干扰的材料制成,内部则抽成真空,也是为了防止干扰。上段连接了一个接受板和对应的效应接口,可以拓展一些可以利用变化场强的外部设备。

正常情况下,干涉管在供电并稳定后会在探测区输出一个恒定大小的场强,当其处于非平行探测区方向的外部场中时,效应借口所得到的EVE能会随外部场强的变化有一定的升降。

看上去非常简单,但的确是非常天才的想法。直到今天,干涉管依然是我们作粗略测量的主要工具。不仅在于其简单且易于放大的结构设计(一般来说,更大更长的干涉管会更加灵敏),还在于其低廉的造价。相比一众需要使用遮断合金做抗干扰材料的设备,铅玻璃要便宜的多。而且干涉管不需要什么前期练习就能直接使用,你甚至可以在效应接口插一个EVE-电转换模块然后接个发光二极管或者灯泡什么的,就能根据闪光强度来判断当前场强。对比一下,你不会想在未经练习的情况下就被直接剥夺可见光视野吧?

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已经被拆除了主要结构的方尖碑底座,注意后面巨大的信号天线

干涉管的首次大规模应用是在被称为“方尖碑”的第一代场强探测设备上,也是最早的ARad场可视化技术。之所以得名方尖碑,是因为早期电驱动EVE源和其散热设备巨大的占地面积,以及为了更灵敏测量并消除干扰而不断拉长的干涉管。即使到了七十年代,高耗电和体积巨大这两个问题仍然没有本质上的改观。

方尖碑主要由两组核心部件组成。其中一组就是我们刚刚已经介绍了的干涉管,三根在方型管身一组对面镀上遮断合金,以进行特定方向屏蔽的干涉管可以输出三维坐标上场强的变化,但只输出变化并不足够,这时就需要另一组核心元件派上用场。这便是铍青铜—遮断合金簧管。

它是最早的EVE—电转换元件。我们在之前曾经提到过铍青铜合金和遮断合金作为非惰性物质对EVE粒子的阻碍能力。铍青铜拥有一个相当高但不是极端大的阻率,使得它很适合作为簧管内的测量部分,而遮断合金的阻率近乎无限大,能够完全的屏蔽EVE粒子,创造一个基本无外部干扰的环境。

在一对相向紧贴的细铍青铜丝两端加上一定电压,将干涉管变化的输出施加在青铜丝上,从而改变两丝的相对电阻,并最终改变三个示波管两端的电压。只要能阅读三个示波器对应二维平面的波形,就能解读当前场强的大小。

为什么是三个示波管呢?

虽然说直接输出X、Y、Z三个轴向的变化更加方便,但为了表现场强在一个相对平面上的变化,方尖碑采用了将相互独立的三纬数据调制成三张二纬平面图的方法。不得不说,在未经长期练习前阅读三个不同的示波管数据——或者按照其图象外形特征称峰型视图——实在是太过艰难。

除了阅读困难和我们已经提到的占地功耗一类问题,方尖碑还存在其他的缺陷。

簧管作为最早的转换元件有太过敏感的机械结构和过大的体积。虽然铍青铜优异的弹性和延展性让它有极其优越的测量精度,但最大的问题出在金属材料本身存在的疲劳性上。使用一段时间后,青铜丝很容易弯曲甚至是折断。一些极端的情况也能导致这个问题。如果你在一个方尖碑下方来了一次几公里远的显形术,一般来说,不会剩下一根完好的青铜丝。

这样测量的公差就会不断扩大,为了保证精度,必须频繁的更换铍青铜丝。但铍青铜本身的造价就是个天文数字嘛,你们看看现实稳定锚的部署频率就知道了。作为一个不必要的观测设备,方尖碑不可能和急需的SRA去抢夺材料资源。而且重安装后的效零也是个麻烦的技术活,为了保证绝对精确,你得先把簧管整个拆下来,挪到一个部署了稳定锚的环境下才行呢。

另一点是,方尖碑只能测量它所在位置的场强变化,而且有比较显著的滞后情况。这使得需要在一个地区广泛建设大量的方尖碑才使得测量数据有一定意义。但再设想一下同时面对30甚至60个来自不同方尖碑的示波屏?哦,天呐,饶了我吧。

但作为这一领域的开山之作,方尖碑依然有值得称道的地方。

首先,它的发明标志着第一次对ARad场强的可控观测,我们将原本处于迷雾中的场紧握手中。它也是常规技术与奇术相结合的一个典范,甚至可以说标志着现代炼化学的开端。在统合奇术诞生初期,相当多陈腐守旧的奇术师并不理解,甚至在它的老东家国际统合奇术研究中心里,也不是所有的人都接受统合奇术。许多保守的人将统合奇术视作“堕落的,没有未来的扭曲产物”。而方尖碑作为一个里程碑式的发明,第一次解决了在纯奇术环境下毫无头绪的问题,恰是表明了统合奇术的优越性。

此外,为了对示波屏上跳跃的复杂函数进行规范处理,ICSUT主持了标准场强单位,也就是ARFL的测定11,这可是事在当代功在千秋的大贡献。现在,我们将不存在任何场强,包括背景场强的情况定义为0(ARFL),背景场强的值则用一个古老的卢恩符号ᛞ12来表示,ᛞ(ARFL)即是标准的1个背景场强值。

背景场强并不是一个完全不变的常数,我们在此前已经提到帕斯拉克爵士在生命的最后时刻依然在从事对这一现象的研究。而对于没能提早40年了解到这个现象的国际统合奇术研究中心来说,发现ᛞ不定现象整整耗费了十年光阴。

我们现在使用的ᛞ早已不与1962年测定的值相同。ICSUT在发现ᛞ不定后约每五年会主持一次重新测量,最近的一次恰好在2017年,也就是明年就会进行重新测量。不过即使你使用以前的ᛞ值也不会出现什么太大的误差。在非精确计算需求的情况下,我们一般对ᛞ取近似值处理以降低计算难度。近50年内ᛞ的变化也是相当轻微的,如果你不需要小数点后十余位那种精度的话,取一个近似值一般不会显著影响计算结果。

最后,方尖碑直接催化了场干涉理论的诞生。

虽然我之前讲到过这件事,不过看各位的表情,应该还是有很多人感到意外。一项建立在这一理论基础之上的设备居然先于理论的提出而被发明,甚至是发明推动了理论的提出?有些不可思议,但的确是这样。当时的人们已经知道两个未被隔绝的ARad场会产生相互作用,干涉管是对这一效应的一种应用。随着方尖碑在基础研究领域和重要地区监控安保上的广泛使用,越来越多的人意识到这背后潜藏着的原理不只是简单的“会出现相互作用”而已。

1961年提出的场干涉理论13包含4点内容。首先是第0点——对场干涉现象的基本定义。“‘场干涉现象’指两个形态辐射场存在重叠,使得场强的变化与理想模型不符的情况”。有关场干涉的具体表现例子在之前那张图已经出现过了,讲座结束后会发到各位邮箱里的,我就不再赘述了。

第1点是对于干涉的界定,即“相互之间未被隔绝的任意两个形态辐射场都存在相互干涉;干涉的存在也是判定一个未被隔绝场存在的基础条件”。其中后半句非常有意思,这里留一个问题给各位。

如果一个ARad场与外界彻底隔绝,它究竟是以何种形式存在呢。

是成为封闭空间内的背景场吗?

没错,的确是这样!一个在奇术上与外界完全隔绝的环境虽然不可能真的出现,但在理论上,这样的黑盒子会让内部的场强开始独立的平均化历程,也就是意味着一个实际上独立的背景场出现。有一种说法是,我们宇宙中的背景场也源于同样的情形,谁知道呢?

让我们继续来看第2点。“干涉同时具有方向性和大小,这意味着干涉在定点上是个向量”。

是不是感觉有些云里雾里?其实我最早学到这里的时候也不理解教科书上都在说些什么东西,这就是为什么我们现在鼓励参与讲座而不是自习几个月后去参加炼化学合格性考试的缘故。为了让大家能比较简便的理解这部分的内容,就让我来用数学举点例子吧。

数学?

毕竟提到向量就没法离开数学,如果大家面对符号和公式有些反胃,那我换成图例解释也可以。

我们在讲场干涉的时候一般不会只简单的提一下“干涉”这个名词。就像先前出示的那张折线图一样,很多时候我们需要对干涉的具体值进行计算。甚至说在我们已经结束的方尖碑章节,那些示波管跳动的函数也与干涉的值有关。精确也是我们所需求的一方面,这就是为什么那些方形的干涉管需要尽可能快速旋转的缘故。

由于绝大多数时候我们计算场强时都采用半径取值不同的同心球面的方式,所以一般来说,只要算出干涉的曲面通量就能得到我们所需要的干涉值。这也是一种相对简单的获取一个球面干涉值的方式。拓展一下,如果我们要计算定点的干涉值,就不得不提到高斯公式,那就涉入一个复杂的数学领域了。相比之下还是用积分求一个面的干涉会简单些,基础教材上对干涉这一块的要求只到求解面干涉部分,所以庆幸吧,至少你们是不需要在考试中算点数据了。其实绝大时候我们都不会需要去求点干涉,所以只要大概了解一下就好。

第3点其实是在为统一大理论铺路,“干涉的实质是两个强度有差的场间能量迁移”。用统一大理论的方式去解释的话,也就是这些相干涉的场都在与背景场发生相互作用。这其实有些古怪,并非我们通常所认为的相干涉的场在发生相互作用,而是它们分别与背景场产生交互,从而产生了干涉现象。关于统一大理论的部分,我们后面也会继续谈到。

好吧,好吧,我看到已经有人开始对着数字打瞌睡了。适当的午后休息也是保持充足精力的必要途径。那么就先讲到这里,半个小时后我们再继续下半部分,有关70年代中那些的伟大成就。

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