一月中旬,学校期末考试结束。
关重祁考了年级第三百二十名。又进步了五十八名。数学一百一十二分,第一次突破了一百一。物理和化学也都及格了。
王建国在期末总结班会上,依然没有提她的名字。
但她不在意了。
成绩单对她来说,已经不再是全部的注意力所在。她脑子里装着另一件事,那件事比考试重要得多——全国青少年科技创新大赛。
她已经研究了一个多月了。
从那个深夜冒出“光影函数”的念头开始,她几乎把所有的空闲时间都砸了进去。期末考试一结束,学校放寒假,她没回家——跟妈妈说学校有补课,留在阔宁没走。
实际上,她把自己关在那间五六平米的民宿小屋里,开始了一场近乎疯狂的攻关。
小屋的布局变了。
原来墙上贴的是公式纸,现在那些纸还在,但旁边多了很多新的东西。一张巨大的思维导图——就是她之前画的那张函数树——旁边又多了一张更大的图,画的是“光影函数”的研究框架。从核心假设到数学模型,从实验设计到预期结果,每一个分支都标注了需要解决的问题和需要的知识。
桌上堆满了书和资料。
最底下是高中课本——数学、物理、化学、生物。上面是大学教材——高等数学、线性代数、概率论、大学物理、工程热力学、光伏技术基础。再上面是打印出来的论文——从知网上搜的,她去网吧下载的,一篇就要好几块钱。
最上面是她的研究笔记。
那本笔记已经写了大半本了。黑色的封皮磨得发亮,边角卷起来,用透明胶粘了又粘。翻开来看,每一页都密密麻麻——有公式推导,有示意图,有文献摘录,有思路草稿,有一遍遍推翻又重来的推导过程。
研究的过程比她想象的要难得多。
光影移动的函数模型。
听起来简单:太阳从东边升起来,从西边落下去,光线角度随时间变化,这变化可以用一个函数来描述。高中地理就学过太阳高度角的计算,把那个公式拿过来用就行了。
但真正做起来,完全不是那么回事。
太阳高度角只是第一步。光线照到楼房上,会产生阴影。阴影的位置和形状取决于楼房的几何结构、周围建筑的影响、太阳的方位角……每多一个变量,函数就复杂一倍。
她要把这些变量全部纳入一个数学模型里,然后用这个模型去预测任何时间、任何位置的楼房采光情况。
光预测还不够。
她要利用这个预测去做事——控制建筑表面的光伏板,根据光影变化自动调整角度,最大化利用太阳能。
这就是她研究的全貌:基于光照模型的建筑光伏优化系统。
光是搭建数学模型,她就花了三个星期。
第一版模型,她用的是简单的三角函数,假设楼房是长方体,太阳光是平行光。算出来的结果跟实际情况差了很多。第二版,她加入了散射光的因素,模型复杂了,计算量翻了几倍。第三版,她发现之前的算法有问题,全部推翻重来。
那段时间,她几乎每天只睡三个小时。
有时算到天快亮了,她趴在桌上眯一会儿,醒了继续算。方便面的盒子在墙角堆了一摞,空的面包袋塞满了垃圾桶。胃还是会疼,咳嗽也还在继续,草稿纸上偶尔还是会落下一两个红点。但她已经学会视而不见了。
二月上旬的某天,她卡在了一个关键节点上。
光伏板的调节角度需要根据实时光照来调整,但这个调整存在延迟——传感器检测到光照变化,电机转动光伏板,这个过程需要时间。等光伏板转到位了,太阳的位置又变了。这样一来,光伏板永远在“追”太阳,永远慢一步。
她在草稿纸上画了无数张图,列了无数个方程,都解决不了这个延迟问题。
那天晚上,她实在算不下去了,出门透气。
城中村的夜晚很安静。路灯昏黄,把她的影子拉得又细又长。她走着走着,走到了巷口那棵歪脖子柳树下面。冬天,柳树光秃秃的,枝条在风里晃。
她看着那些晃动的枝条,脑子里还在想那个延迟问题。
传感器检测——电机转动——光伏板到位——太阳位置变了——传感器再检测——电机再转动……
这是一个循环。
循环?
她忽然停住脚步。
闭环控制?
这个词从物理课上学过。闭环控制系统中,输出信号会反馈回输入端,系统根据反馈实时调整。如果把这个思想用到光伏板上——不是等传感器检测到光照变化再调整,而是根据数学模型提前预测下一秒的光照情况,提前调整光伏板的角度——
“预测控制。”
她喃喃地念出这个词。
然后转身就跑。
跑回小屋,翻开草稿纸,开始疯狂地写。她的手在抖——不是因为冷,是因为兴奋。那种思路通了的感觉,像堵塞了很久的河道突然被冲开了,一切都变得顺畅。
她熬了整整一个通宵,把预测控制算法的框架搭了出来。
天快亮的时候,她放下笔。
看着桌上那一摞写满的草稿纸,忽然有种不真实的感觉。
她做到了。
不是完整的成果——离成品还差得远。但她把核心的算法框架搭出来了。就像一个房子的地基和梁柱立起来了,后面的事是砌墙和装修。
她站起来,膝盖咯吱响了一声。头有点晕,眼前黑了一下。她扶着墙站了一会儿,等视线恢复。
然后打开门,走到走廊上。
天还没全亮。东边的天空泛着鱼肚白,城中村的轮廓在晨光里渐渐清晰。远处传来垃圾车的声音和早点摊的叫卖声。空气冷冽,吸进肺里有些刺。
她站在走廊上,看着那片灰蒙蒙的天光。
然后,突然想哭。
不是因为难受。
是因为她做到了。
一个高三学生,数学曾经考五十九分,物理曾经考四十八分,被老师说“不是学理科的料”的人——她搭建了一个数学模型。不成熟,不完美,还有很多漏洞。但这是她一个字一个字啃出来的,一个公式一个公式推出来的。
她深吸一口气。
把眼泪逼回去。
转身回到屋里。
还有很多事要做。