简单的两个字,却承载了所有的理解、支持和并肩同行的承诺。学海无涯,道阻且长。但有志同道合者相伴,有顶尖学府托举,有心中不灭的求知之火,再艰难的路,似乎也充满了前行的力量。
秋风拂过,卷起几片金黄的银杏叶,在他们身边翩跹起舞。远处,下课铃声隐约传来,自行车流再次变得密集。短暂的休憩结束,他们即将再次投入紧张的学习和探索。但此刻,站在清华这所百年学府的秋日胜景之中,站在他们刚刚取得小小突破的人生节点上,两个年轻的灵魂,对未来充满了更清晰的愿景,和更坚定的决心。
清华秋韵,深沉而热烈。而他们的学海扬帆,正乘着这浩荡的秋风,驶向更加星辰大海的远方。
时光的刻刀,在清华园的四季轮回中,无声地雕琢着万物,也雕琢着年轻的求索者。当许源和徐嘉庆的名字再次在期末考试的榜单上名列前茅时,日历已悄然翻过一年的最后一页。寒假是短暂的休整,短暂的归家,是年夜饭的烟火气与亲人团聚的温暖,但他们的思绪,总在不经意间飘向未完成的代码、待验证的猜想,和那份对探索的、深入骨髓的渴望。
隆冬时节,图书馆的暖气开得很足。窗外是北京清冽干冷的空气,偶尔有细碎的雪花飘落。窗内,是键盘敲击的低响,是书页翻动的沙沙声,是凝神思考时偶尔的蹙眉或恍然的低语。
许源在啃《广义相对论导论》和《天体物理中的辐射机制》的影印本,为深入理解黑洞吸积的物理图像做着艰难而必要的知识储备。
他笔记本上,除了公式推导,也开始出现一些草图:时空度规的示意、吸积盘的不同区域、喷流的可能形成机制。他开始尝试用自己学到的电动力学和统计物理知识,去理解吸积盘热辐射的谱分布,甚至尝试推导薄盘模型温度分布的简单公式。
每一步都充满障碍,但每解决一个小的困惑,眼前那幅关于极端天体物理环境的图景,就清晰一分。
与此同时,在陈教授课题组的远程参与也变得更加深入。杨博士分配给他一个具体的任务:分析一组关于“倾斜黑洞-吸积盘”系统的GRMHD模拟数据。
这不是玩具模型,而是来自真实的高性能计算模拟,数据庞大,格式复杂。许源需要学习使用专门的(如 VisIt, yt)和分析脚本(Python 配合 h5py, matplotlib),提取吸积率、喷流功率、盘的结构与进动等关键物理量随时间演化,并尝试将它们与黑洞的自旋、盘-黑洞的夹角等初始参数建立关联。这对他而言是一个巨大的挑战,他不仅要快速掌握新的工具,还要在庞大的数据中寻找物理规律。
无数个夜晚,他对着屏幕上复杂的流体变量三维切片和随时间演化的曲线图,尝试理解那些涡旋、扭结、喷流的复杂动力学。他常常在深夜与杨博士或李薇师姐在线讨论,请教数据的物理含义和可能的分析角度。这个过程痛苦而充实,将他从书本理论直接抛入了数据海洋的惊涛骇浪中。
徐嘉庆的世界,则被“混合力场”的扩展和优化所填满。在Na??-H??O简单体系验证成功后,张老师建议他将模型扩展到更大的体系。他选择了水团簇((H??O)???? 左右)和小的有机分子(如甲醇、乙烷等)作为新的测试场。
这带来了新的挑战:模型需要能处理不同元素(C, H, O, N等),原子类型更多;短程相互作用(如范德华力、色散力、氢键)更加复杂多样;更重要的是,如何定义“可学习电荷”的神经网络架构,才能更好地捕获不同化学环境下的电荷极化?
他参考了文献,引入了原子序数嵌入、更复杂的局部环境描述符(如原子间夹角的三体项)、以及注意力机制,来改进原子电荷预测网络。同时,他也在王瀚师兄的指导下,开始接触更高效的、针对分子图优化的神经网络架构(如改进的消息传递机制)。
为了评估模型,他需要在标准基准测试集(如 MD17, ANI-1)上,与主流的纯神经网络力场(如 SchNet, DimeNet, GemNet)进行公平比较。这涉及到繁琐的数据预处理、超参数调优、训练-验证-测试流程的自动化,以及严谨的误差统计分析。
寒假里的大部分时间,他都坐在电脑前,看着屏幕上跳动的损失函数曲线,调整着模型架构和超参数,分析着不同模型在能量、力、乃至更精细性质(如偶极矩、极化率)上的预测误差。
混合模型在长程静电主导的相互作用上优势明显,但在某些短程、高度依赖量子效应的化学键能预测上,精度有时会略逊于最先进的纯神经网络。他需要仔细分析这些失败案例,思考如何进一步改进短程网络,或者调整长短程之间的耦合方式。这是一场与数据和模型的持久战,需要耐心、洞察力和不断的试错。
冬去春来,清华园最先感知到春意的,是主楼前那一排玉兰。当光秃秃的枝头绽出毛茸茸的花苞,继而在一夜春风后,满树洁白或淡紫的花朵傲然绽放时,新的学期开始了。
空气中弥漫着泥土解冻的气息和隐约的花香,自行车流重新变得密集,校园各处张贴着新一期“挑战杯”、“星火计划”的报名通知。
大二下学期,课程表上出现了更多专业核心课和选修课。《量子力学》 终于登场,这门物理学王冠上的明珠,以其革命性的概念和反直觉的结论,给所有物理系学生带来了前所未有的冲击。
从德布罗意波、薛定谔方程,到算符、本征值、不确定原理,再到自旋、全同粒子,一个与经典世界截然不同的微观图景徐徐展开。许源在理解波函数的概率诠释、用分离变量法求解一维势阱和简谐振子时,感到了理论结构本身的优雅和力量。
他尝试用量子力学的角度,去重新思考吸积盘最内区(接近黑洞视界)物质的状态,虽然那远远超出了非相对论性量子力学的范畴,但那种从根本规律出发思考问题的习惯,正在潜移默化中形成。
徐嘉庆选修了《机器学习》 和《计算化学》 。前者系统地学习监督学习、无监督学习、神经网络基础、优化算法等,这让他暑期和上学期“野路子”学来的知识得以系统化和深化,对反向传播、正则化、卷积网络、图网络等有了更坚实的理论基础。后者则从量子化学基础(Hartree-Fock, 密度泛函理论)讲到分子力场、分子动力学模拟、蒙特卡洛方法,为他正在从事的混合力场开发提供了更广阔的化学和计算背景。
他尤其关注计算化学中处理电子相关、长程相互作用的各种方法,思考着如何将这些物理或半经验的方法,更好地与数据驱动的机器学习相结合。
课堂之外,他们在各自课题组的探索也在继续深化。
许源在经历了几轮失败的数据分析尝试后,终于从庞大的GRMHD模拟数据中,提取出了一个初步的、但可能有趣的相关性:在他分析的几个倾斜黑洞模拟案例中,喷流的功率和准直程度,似乎不仅与黑洞的自旋参数有关,还与吸积盘的“厚度”(与粘滞参数和吸积率相关)存在某种非单调的关系。
当他把这个初步发现连同粗糙的分析图表发给杨博士时,杨博士回复道:“这个观察很有意思!虽然还非常粗糙,统计显著性也需进一步检验,但与我们最近关注的‘磁通量积累与喷流启动’的模型有某种呼应。你可以尝试用更严格的统计方法(比如计算皮尔逊相关系数,控制其他变量)来量化这种关系,并思考其可能的物理机制(比如盘厚度如何影响大尺度磁场的形成和输运)。”
这已不仅仅是数据处理,而是初步的、探索性的科学研究。许源开始自学基础的统计分析,并查阅关于黑洞喷流磁流体力学模型的最新文献。他感觉自己正站在一个巨大的迷宫的入口,手中只有一根微弱但真实的线头。
徐嘉庆的混合力场模型,在经过数轮架构迭代和超参数优化后,在几个标准测试集上的表现,达到了与主流纯神经网络力场相当甚至在某些任务上略优的水平,尤其是在涉及带电体系或长程相互作用明显的分子构象预测上。更重要的是,他的模型能自然地给出能量在短程和长程部分的分解,这为理解分子的稳定性、反应路径提供了额外的视角。张老师鼓励他将这些工作整理成文:“可以写一篇扎实的方法学论文,重点阐述你的模型框架、在标准测试集上的基准结果、以及模型提供的额外物理洞察(如力分解、电荷预测)。这会是篇不错的期刊文章。”
这意味着,他从一个“想法”,走到了一个“可工作的模型”,现在,正迈向“科研成果的正式表达”。他开始学习科学论文的写作规范,如何组织引言、方法、结果、讨论,如何制作清晰专业的图表,如何引用文献,如何严谨地讨论自己工作的优势和局限。这又是一项全新的、极具挑战性的技能。
生活,就这样在课堂、图书馆、课题组线上会议、代码、文献、论文草稿之间高速流转。他们的时间被分割成更精细的碎片,却又被一个明确的目标串联起来:更深入地理解他们感兴趣的领域,并做出哪怕一点点微小的、但属于自己的贡献。
春天,是万物生长的季节,也是学术思想萌发的季节。清华园里,各种学术讲座、研讨会、海报展层出不穷。许源和徐嘉庆会选择性参加一些与他们兴趣相关的活动。
在一次关于“多信使天文学”的报告中,许源听到了引力波、中微子与电磁波如何共同揭开致密天体并合、超新星爆发等宇宙极端事件的面纱,这让他对广义相对论和极端天体环境的研究价值有了更立体的认识。
在一次“AI for Science”的研讨会上,徐嘉庆聆听了机器学习在材料发现、药物设计、气候模拟等领域的突破性应用,也更加明确了自己在“AI for Molecular Science”这条道路上的位置。
他们依然在深夜结伴从图书馆或实验室回宿舍,话题从《量子力学》中纠缠态的诡异,到机器学习中梯度消失的应对策略;从黑洞信息佯谬的哲学意味,到分子力场可解释性的工程挑战。
有时疲惫到沉默,只是并肩走着,感受着北京春夜微凉的风,看着路灯下彼此被拉长的影子。
但更多的时候,是思想的火花在碰撞,是对彼此领域的好奇与发问。他们在各自的深潜中,呼吸着不同深度的海水,却通过无形的羁绊,分享着在知识深渊中发现的、令人惊叹的景观。
偶尔,他们会骑车穿过春日里繁花似锦的校园,去紫荆园尝新推出的菜品,或者去清芬园喝一碗热粥。在玉兰花瓣飘落的午后,他们或许会坐在荷塘边的长椅上,短暂地什么也不想,只是看着水面被风吹起的涟漪,享受片刻的宁静。然后,再次起身,奔赴下一个课堂,下一个任务,下一个等待被解答的问题。
四季流转,步履不停。从夏末的初探,到秋日的深耕,再到寒冬的蓄力,如今春日的勃发,许源和徐嘉庆在清华这片沃土上,以惊人的速度汲取养分,向着各自选择的天空,努力伸展着思想的枝桠。
课程是根基,课题组是阳光雨露,而他们内心那永不满足的好奇与探索欲,则是驱动生长的最根本力量。
前路依然漫长,挑战只会更多,但他们的目光,已越过了当下学业的压力,投向了更远处——那片由未知、奥秘和无限可能构成的、真正属于探索者的壮丽疆域。