Hệ Thống Đen Của Học Bá

Cuộc thi Mô hình Toán học kéo dài ba ngày, đúng lúc trùng với hai tiết học Vật lý Đại cương.

Mặc dù việc xin nghỉ học đã được cho phép, nhưng vì đây là buổi học đầu tiên, Lục Chu không muốn gây ấn tượng xấu, nên quyết định tự mình mang giấy phép nghỉ học đến, thay vì nhờ lớp trưởng giúp đỡ.
Theo thông tin trên lịch học của phòng giáo vụ, giáo viên môn Vật lý Đại cương là giáo sư Lý Vinh Ân, một giáo sư cao tuổi có kinh nghiệm.

Sau khi hỏi thăm số điện thoại của giáo sư trong nhóm trường, Lục Chu gọi trước để xác nhận rằng giáo sư đang ở văn phòng, sau đó anh mới mang giấy phép nghỉ đến.
Gõ cửa xong, Lục Chu bước vào, đặt giấy phép lên bàn làm việc và giải thích lý do của mình.
“Xin nghỉ học à?” Giáo sư Lý liếc nhìn tờ giấy, tháo kính lão ra và cười: “Cậu là Lục Chu đúng không?”
“Vâng ạ.” Lục Chu gật đầu.
Giáo sư Lý cười, nói: “Vậy được rồi, tôi sẽ cho cậu nghỉ, nhưng trước tiên, tôi kiểm tra cậu hai câu hỏi.

Nếu cậu trả lời được một câu, tôi sẽ ký giấy phép nghỉ học.”
Có cả cách làm này sao?!
Lục Chu ngớ người ra.
“Sao thế? Cậu sợ à?” Giáo sư Lý cười hỏi.
“Không ạ,” Lục Chu trấn tĩnh lại và lắc đầu, “Thầy cứ ra đề đi ạ.”
“Câu đầu tiên, đây.” Giáo sư Lý ném một tờ giấy A4 vào tay Lục Chu, cười tủm tỉm nói: “Cậu cứ làm được bao nhiêu thì làm, tôi cần xem quy trình của cậu.”
Đề bài đã được in sẵn lên giấy?!
Lục Chu cảm thấy có điều gì đó bất thường.

Dường như giáo sư đã chuẩn bị từ trước, nếu không sao có thể giải thích việc đề bài đã được in ra sẵn như vậy?
Dù có chút nghi ngờ, nhưng Lục Chu không nói gì, chỉ cầm tờ giấy A4 lên và bắt đầu đọc đề.
> Trong tàu ngầm hạt nhân, chu kỳ bán rã của hạt nhân U238 là 4,5×10^9 năm.


Trong quá trình phân rã, có 0,7% xác suất để nó trở thành hạt nhân U234, đồng thời phát ra một photon có năng lượng cao, trong đó 93% số photon này bị tấm thép của tàu ngầm hấp thụ.

Năm 1981, tàu ngầm hạt nhân mang số hiệu U137 của Liên Xô phát ra một photon năng lượng cao được phát hiện bởi máy đo cách nguồn hạt nhân (xử lý như một điểm) 1,5m.

Diện tích bề mặt tiếp nhận của thiết bị đo là 22cm², hiệu suất là 0,25% (cứ 400 photon tiếp nhận thì có một tín hiệu xung), mỗi giờ thu được 125 tín hiệu.
>
> ① Tính tuổi thọ trung bình của hạt nhân U238 (ln2=0.693).
> ② Tính khối lượng U238 trong tàu ngầm (đơn vị kg, lấy 2 chữ số thập phân).
Sau khi đọc xong đề bài, Lục Chu thở dài một hơi.
Không hổ danh là một trong "Tứ ác ma của viện Vật lý", giáo sư Lý ra đề không hề nương tay, toàn là những câu hỏi vượt xa chương trình học.
Nhưng tuần sau mới là buổi học Vật lý đầu tiên, vậy mà giáo sư lại ra đề về kiến thức hạt nhân mà chương trình chưa đề cập đến, điều này có hợp lý không?
“Cậu có muốn tìm chỗ ngồi để tính toán không?”
“Không cần đâu, thầy ạ.” Lục Chu nhận lấy cây bút và giấy nháp mà giáo sư Lý đưa, rồi đứng ngay cạnh bàn làm việc, nhíu mày suy nghĩ trong chốc lát.
Vật lý không phải là lĩnh vực thế mạnh của Lục Chu.
Nhưng sau một mùa hè cày cuốc miệt mài, anh đã sẵn sàng!
Sau khoảng năm phút suy nghĩ, Lục Chu thả lỏng đôi mày, bút bắt đầu lướt nhanh trên tờ giấy.
> Quy luật phân rã của đồng vị phóng xạ: N=N0e^(-λt)
> Liên hệ giữa hằng số phân rã và chu kỳ bán rã: N0/2=N0e^(-λT1/2), suy ra T1/2=ln2/λ
Viết xong hai dòng công thức, ánh mắt Lục Chu sáng lên.
Anh đã thành công biến bài toán Vật lý thành bài toán Toán học!
Tiếp theo, chỉ còn việc giải quyết từng bước một.
Bắt đầu với câu hỏi thứ nhất!
Bút của Lục Chu nhanh chóng di chuyển trên trang giấy A4.

> (1) Tuổi thọ trung bình của đồng vị phóng xạ t=∫λNtdt/N0=…=1.1443T1/2
> Thay dữ liệu vào, ta được t=6,49*10^9 năm.
Liếc nhìn tờ giấy A4, giáo sư Lý nhướng mày, ánh mắt hiện lên vẻ thích thú.
Lục Chu không để ý đến biểu hiện của giáo sư, anh tập trung cao độ vào việc giải câu hỏi thứ hai.
> Từ thông tin đề bài, ta có thể tính số lượng photon năng lượng cao phát ra khi U238 phân rã thành U234 trong khoảng thời gian dt là -dN·n0=n0λNdt
> Tiếp tục đặt hiệu suất của tấm thép là n1, tính số photon xuyên qua thép trong thời gian dt là dN1=n0λNdt·n1
> Tính số photon tiếp nhận bởi máy đo…
> Tính số lượng tín hiệu nhận được trong thiết bị đo…
> Tính số lượng hạt nhân U238 trong tàu ngầm, từ đó tính khối lượng U238.
Sau khi thay tất cả dữ liệu vào, Lục Chu tính ra số lượng hạt nhân U238 là N=7.456*10^25.
Nhưng khi anh chuẩn bị thay N vào công thức M=N*238u để hoàn thành bước cuối cùng, giáo sư Lý bất ngờ lên tiếng.
“Được rồi, coi như cậu đã qua bài kiểm tra.”
Lục Chu: ????
Anh cảm thấy không hài lòng.
Thầy nói “coi như qua” là sao?
Em đã tính đến đây rồi, thầy không thể để em tính hết rồi hãy nói được à?
“Thầy ơi, em vẫn chưa làm xong…”
“Cậu đã tính đến bước này, một học sinh cấp hai cũng có thể tính được.

Nếu cậu muốn thì cứ tiếp tục tính, tùy cậu thôi.” Giáo sư Lý cười nói.
Bầu không khí nghiêm túc của việc làm bài tập đã bị phá vỡ, Lục Chu không khỏi cảm thấy bất lực.
Dù vậy, vì không thể chịu được cảm giác không hoàn thành, anh vẫn viết nốt kết quả cuối cùng.
Kết quả là: M=29.634kg, làm tròn là 30kg.

Quy trình không có sai sót, kết quả đúng hoàn toàn.
Lục Chu đặt dấu chấm tròn hoàn chỉnh cho bài toán này.
“Cậu có muốn nghe câu hỏi thứ hai không?” Giáo sư Lý cười hỏi.
Mặc dù Lục Chu muốn trả lời “không muốn”, nhưng nhớ lại giáo sư vẫn chưa ký giấy phép nghỉ học, anh đành phải miễn cưỡng nói: “Thầy nói đi ạ.”
Giáo sư Lý cười một cái rồi tiếp tục: “Đừng lo, câu hỏi thứ hai rất đơn giản.

Cậu hãy nói cho tôi nghe về định luật thứ hai của nhiệt động lực học theo cách phát biểu của Kennan.”
Nghe câu hỏi, Lục Chu thở phào nhẹ nhõm.
Anh cứ tưởng giáo sư sẽ ra một câu hỏi khó nhằn nữa để dạy cho anh bài học về sự kiêu ngạo, nhưng không ngờ giáo sư Lý lại bỏ qua dễ dàng như vậy.
Thông thường, định luật thứ hai của nhiệt động lực học có hai cách phát biểu chính: một là cách phát biểu nổi tiếng của Kelvin, và hai là cách phát biểu của Clausius được nhắc đến trong bài báo năm 1850.
Còn cách phát biểu của Kennan là một cách phát biểu tương đối mới.
Nếu chăm chỉ đọc sách giáo khoa, bạn sẽ không bỏ sót điều này.
“Đối với một hệ thống có năng lượng, thành phần vật chất và các tham số nhất định, luôn tồn tại một trạng thái cân bằng ổn định mà các trạng thái khác có thể đạt tới thông qua quá trình thuận nghịch.” Giống như đang đọc thuộc lòng, Lục Chu đọc lại cách phát biểu này.
“Rất tốt.” Giáo sư Lý gật đầu tán thưởng.
Trong sách giáo khoa dành cho sinh viên không chuyên về Vật lý, cách phát biểu tiên tiến này không được nhắc đến trong nội dung chính, nhưng thường sẽ có một câu nhắc đến ở phần phụ lục.

Với những sinh viên không có hứng thú với Vật lý, có lẽ đến lúc tốt nghiệp cũng không lật đến trang đó.
Việc Lục Chu nắm rõ kiến thức hiếm hoi này chứng tỏ anh đã hiểu sâu về cuốn sách giáo khoa "Vật lý Đại cương".
Sau hai câu hỏi, một dễ, một khó, giáo sư Lý có thể xác nhận rằng đối với một sinh viên không chuyên về Vật lý, dường như không còn gì để dạy Lục Chu nữa.
Hóa ra thầy Đường không hề thổi phồng khi khen ngợi cậu ta, cậu này quả thực là một tài năng!
Thực ra, việc kiểm tra bài và yêu cầu trả lời đúng mới ký giấy phép chỉ là một trò đùa với sinh viên trẻ.
Từ hôm qua đến nay, giáo sư Lý đã ký hàng chục giấy phép nghỉ cho sinh viên tham gia cuộc thi Mô hình Toán học, một tờ giấy phép nhỏ bé này không phải vấn đề gì lớn.
Ngay cả khi Lục Chu không trả lời được câu hỏi, giáo sư cũng chỉ trêu đùa đôi câu rồi vẫn sẽ ký giấy phép cho cậu.
Ký xong giấy phép, giáo sư Lý lấy sổ điểm danh từ ngăn kéo ra, vừa đánh hai dấu tích, vừa nói với giọng điệu của một người trưởng bối.
“Lục Chu này.”
“Dạ thưa thầy?” Lục Chu đáp.
“Cậu có dự định học lên cao học không?”
Lục Chu suy nghĩ một chút, rồi trả lời một cách không chắc chắn: “Chắc là có.”

Ai mà biết trước được chuyện tương lai?
Tuy nhiên, giáo sư Lý không nhạy bén như thầy Đường, nên không nhận ra sự thiếu chắc chắn trong giọng nói của Lục Chu.

Ngược lại, ông gật đầu khen ngợi, rồi nói tiếp:
“Khoa Vật lý của Đại học Kim Lăng chúng ta thuộc hàng top trong các trường đại học toàn quốc.

Nói một cách khiêm tốn, có thể coi là xếp ngang hàng với Đại học Bắc Kinh.

Tuy nhiên, nếu cụ thể về lĩnh vực nghiên cứu, các lĩnh vực như vật lý siêu dẫn, hệ thống điện tử liên kết mạnh, vật lý ngưng tụ và thiết kế vật liệu, họ vẫn không bằng chúng ta.

Nếu cậu có hứng thú với Vật lý, khi thi cao học hãy liên hệ với tôi.

Phòng thí nghiệm ống nano carbon của chúng ta cần những tài năng hàng đầu về Toán học.”
Đây là...
Giáo sư đang ám chỉ rằng sau này mình nên đăng ký làm nghiên cứu sinh của ông ấy sao?
Lục Chu cảm thấy vừa buồn cười vừa bối rối, vì hiện tại cậu chỉ mới học năm hai, còn xa mới đến kỳ thi cao học.
Nhưng dù sao đi nữa, đây cũng là ý tốt của giáo sư.
Lục Chu chân thành nói: “Cảm ơn thầy.”
Giáo sư Lý mỉm cười gật đầu: “Được rồi, cậu cứ lấy giấy phép đi.

Những cuộc thi như thế này nên tham gia nhiều vào.

Nếu khả năng chính trị của cậu không tốt, hãy chú ý đến cơ hội được bảo lưu nghiên cứu.

Hoặc sang năm khi cậu lên năm ba, có thể hỏi tôi hoặc hỏi thầy Đường, đều được.”
Lục Chu mỉm cười cảm ơn, không nói thêm gì nữa, nhanh chóng cầm lấy giấy phép quý giá này và rời đi.