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1 # 千辰澯海天文宇客
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2 # 奇文影視
光線是目前宇宙中傳播速度最快的物質。
很早以前人們認為光線在真空中基本是按直線傳播的。直到愛因斯坦的廣義相對論預言了引力透鏡效應。人們才開始認識到光線也可以在時空中彎曲變形,以一定的弧度傳播。
而且愛因斯坦還預言,影象會被前方大質量的引力折射成四個影象,即愛因斯坦十字。
理論需要事實來證明,天文學家終於在飛馬座觀測到了著名的愛因斯坦十字現象。科學的證明了光線會受到黑洞暗物質的引力發生彎曲。
引力透鏡還具有放大和縮小影象的作用。導致我們觀測到的影象被放大或者縮小。就像我們平時用的放大鏡縮小鏡一樣。有時候我在想我們的宇宙真的是這麼大嗎?星系的退行速度真的超過光速了嗎?是不是我被大質量的暗物質的引力透鏡效應放大了呢?
這些未知的答案,都需要另一個愛因斯坦來解決。
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3 # 千百萬年
光在宇宙中是不是直線傳播,透過電筒,探照燈之內的現象可看到,還可從電影電視以及透視身體的現象中也可觀察到,所以說,光是不會拐彎抹角的,若有的話也就一點返光的可能,這種可能即反面作用,能成為反面作用的即是所為的負能量,沒有負的,何來正的。成象即著的基礎雖在物體,但即著的心智是什麼?人類一直以來確切不了,這個謎底可透過Sunny的現象解開,解開了,佛光普照的事就會真相大白。太陽最亮,是個實事,體積大於地球,直線傳播起來人就不可預測,沒個縮小的辦法,就不能像地圖一樣的比例在紙面上,只能透過現象看本質。唯物主義與唯心主義是什麼?不就是像光一樣的思想嗎。傳播到實體上了,所得結論為迴光返照。傳播到虛體上了,所得結論為明心透肺。
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4 # 想法捕手
光沿“直線傳播”嗎?答案可能是,可能不是,看你怎麼定義“直線”。
什麼是直線?其實很多人沒搞明白。
在歐幾里得的《幾何原本》裡,直線被定義為“直線是它上面的點一樣地平放著的線”,其中線的定義是“線只有長度沒有寬度”。
但“一樣地平放著”只是一個直觀的概念,實際上這個定義很牽強,等於沒有。
現在更多人把直線定義為“兩點間最短的線”(在這裡不要去糾結線段和直線的區別),至少在邏輯上是比較清楚的定義了。
但又有一個問題:“短是什麼?”
短是距離概念,從幾何學考慮這個問題的話,測量距離需要運用尺子,但尺子是直的,也就是說需要建立在直線的概念上,這就成了典型的迴圈定義了。
也就是說,我們用了這麼久的“直線”在幾何學裡其實一直沒有一個精準的定義。
所以要定義距離,就不能僅從幾何學的角度去思考。而現在普遍昰用類似微積分的思考方法,在兩點距離間想象成有無數個無窮小的笛卡爾座標系,
再運用解析幾何在每個笛卡爾座標系中定義出一小段距離(就是我們直觀認知的直線),然後在路徑上連線這無窮多個小段,就能定義出兩點間的連線距離。
想一想為了要定義個幾何最簡單的“直線”竟然需要用到微積分,也是夠恐怖的了。
直白點說,真正的“直線”是由數個“最短線”連線起來的線。
扭曲時空裡的直線,叫短程線。如果光在宇宙中,無任何阻礙地飛行,它一定是直線飛行了,這個大家都能理解。
但廣義相對論告訴我們時空會扭曲,在扭曲的時空中光就會拐彎,在多數人看來,這不能叫直線飛行了吧。
但是,如果把光在扭曲時空裡的軌跡,理解為在一個球面上飛行,那用以上說的方法,在這樣的空間中找到的一條由數個“最短線”組成的線,只可能在球表面,也就是說“直線”變彎曲了。
所以,光其實還是在以直線傳播。
但為了區隔我們的直觀感受,這條線在相對論裡稱為“短程線”,這種現象也叫“短程線效應”。
所以準確的說,光在宇宙中是沿“短程線”傳播。
但以上說的全部只是基於光的粒子性角度,而光具有“波粒二象性”,在光的波動性下,光又是怎麼傳播的?光的干涉、衍生、泊松亮斑都已經證明了光的波動性,而且在實際生活應用中,波動性比粒子性應用得更廣泛。
而關於我們觀察到的光為什麼是直線傳播,在量子力學層面有另一種解釋,就是費曼的“路徑積分”。
透過所有可能發生的情況求和來描述量子的不確定現象(透過拉格朗日函式可以計算),而量子波函式的坍縮,表示為一個擁有所有可能的物理系統向一個唯一能確定的結果演化。
這裡面,費曼引入了經典力學的“作用量”概念。
大概意思是說,在一個已知初始狀態與最終狀態的系統裡,系統會以作用量最小的方向演化,這被稱為最小作用量原理。
在費曼看來,在同一均勻介質中,兩點之間光並不只沿一條路徑傳播,而是同時沿著所有可能的路徑傳播,甚至是歪歪扭扭的曲線路徑。
但由於波動性,光會在所有可能的路徑上自相干涉。 幾乎所有路徑上的光都會因為相位差異而相互抵消,只剩下最短的一條路徑,因為不同路徑的相位差在這裡會最小,不會完全抵消,而留下一條直線的完整波動。
所以我們看到的光是最短路徑的直線傳播,但前提是在宇宙真空或同一介質中。
在不同的介質之間,光可能並不會走最短的路徑。比如,光從空氣射入水中會發生折射,折射顯然比走直線達到目標點的路徑更長。
為什麼會這樣呢?
偉大的民科之王費曼告訴我們,因為光其實總是走時間花費最短的路線(費馬原理)。光在空氣中的速度比在水中更快,所以它會在空氣中多走一段路程。
無論在任何介質中,光永遠會主動選擇最節省時間的一條路來走。因為光很忙,沒有多的時間可以浪費。
光為什麼火急火燎地一直在趕時間?因為想逃命。從1998年起,越來越多的天文觀測已經確定宇宙在不斷膨脹,星系與星系之間的距離會越來越大。
宇宙就像在烤箱裡面的葡萄乾麵包,天體就是嵌在麵糰空間裡的葡萄乾。隨著麵糰空間的膨脹,葡萄乾並沒有移動但它們之間的距離卻越來越遠。
因為宇宙在膨脹,而且在加速膨脹。離我們遠的地方,膨脹速度甚至超過了光速。當然這種超光速現象並不違背廣義相對論,這是空間的自身運動,並不會攜帶任何資訊。
為了趕上宇宙的膨脹,光一直以這個世界上最快的速度在追趕。可惜它是註定的失敗者,永遠也到不了宇宙的邊緣。
這從某種意義上來說,我們整個太陽系、銀河系就好像正在掉入一個超大的黑洞,而光拼命地想把我們的資訊帶到外界,可宇宙不允許。
這些是否是真實的,我們不得而知,但這樣的想法很有趣。
科學精神是一種探險精神,我們享受地是探知的過程,而不是一個結果。
哥本哈根學派有句名言:“先有自然再有我們人類,有了我們人類才有自然科學。”
所以雖然自然很神聖,但自然科學沒什麼大不了,它並不是現象本身,只是一個模型而已。 每個人都可以塑造自己的模型,最多你說我的是抽象派,你是寫實派而已。
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光如果沿直線傳播是有條件的:必須是均勻的同種介質,為光的直線傳播,比如小孔成像、日食、月食就是光直線傳播的現象。如果是不同的均勻介質光就會發生折射,如果是不均勻都介質就是曲線傳播。
人與動物的眼睛就是根據光直線傳播來判斷物體或影像位置。早在2500年前,中國就有一個科學家墨子做了一個“小孔成像”的實驗:他騰出一個密閉的小屋,在向陽處的牆上鑿了一個小孔,讓學生站在屋外對著小孔,小屋對面的牆上就出現了這個學生倒立的身影。墨子解說是由於光的進行是直線的,人頭頂遮住上方的光,成影就在下方;足部遮住了下方的光,成影就在上方。有興趣的自己做個實驗就很清楚了。
但這些都是在均勻的同一空氣介質中,如果小屋的內外空氣介質並不均勻,成像就會受到影響而發生人像混亂的結果。
那麼宇宙的真空是否均勻呢?光是否能直線傳播呢?根據宇宙真空量子漲落、宇宙弦及宇宙微波背景輻射,可以觀測到宇宙的真空並非完全真空,它是很不均勻的:有星系、星系團、星雲等高密度範圍,也有宇宙空洞等低密度範圍。
比如宇宙中常見的透鏡效應:它就是光由於高密度的天體讓附近的光改變了傳播方向而形成,如果一個高密度、大質量天體之後有一個發光體,那麼正前方的觀測者看到的是個空心光圈,那個大質量天體就在光圈中心。
所以光在宇宙中很顯然無法進行直線傳播,而會曲線傳播。