27 Nov

《自然极值》系列——2.费马原理

物理学的美不仅仅表现在简洁的公式上。我们还惊奇地发现,很多物理现象都是按照使某个变量达到极值的方式发生。一个典型的例子就是费马原理,它指出了光的传播路径的一个重要规律:光总是沿着所花时间最短的路径传播。这里我们将简单介绍一下费马原理。

费马原理俗称“最快到达原理”、“最小时间原理”。1657年,费马提出:

从P点到达Q点,在所有可行的路径中,光选择了所需时间最短的一条。
从P点到达Q点,在所有可行的路径中,光选择了所需时间为极值的一条。

这是一个极其奇妙的原理,也是自然界中最神奇的极值之一。作为非生物的光,居然自主地选择了最优路径,成为世界上“效率最高”的东西,这让人不得不佩服宇宙的伟大。这究竟是造物者的精心设计,还是无心之作?

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6 Mar

谈大气消光和大气折光

其实太阳已经落到了地平线以下(大气折光)

其实太阳已经落到了地平线以下(大气折光)

苏剑林(BoJone) 编写/翻译

实际感受:

大家也许会有这样的生活经验:早上的太阳没有中午的太阳猛烈?从东方升起到我们的头顶,月亮一直在变“亮”?……这些现象都与地球大气的“消光”现象密切相关!

众所周知,地球有一层厚厚的大气,既是我们呼吸的来源,也是我们生命的保护伞。他为我们提供了臭氧层,也为我们提供了蓝天和风霜雨露,还为我们送上了绚丽的彩虹。然而,在天文学角度,大气却是我们的“障碍”,浓厚的大气不利于我们对宇宙进行清晰的观测。因此,天文学家们一直希望把天文台建立海拔更高的地方,因为那里有着稀薄的大气……为了渴求更高的清晰度,人们甚至把望远镜放到了地球之外。

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23 Jul

关于光的传播定律

Long Long Ago,有着一个庞大的国家,它的名字叫宇宙。那里有着无数的子民,其中一个庞大的家族叫做“光”。这些子民“光”,并没有受到任何法律的约束,不过要受到三个“定律”的限制,它们是——光的直线传播定律、反射定律、折射定律

光的直线传播定律

我们已经知道,在均匀的媒质中,光的传播路径是一条直线。这是人们从实践中总结出来的,而直线本身的定义也是由光学的观察而产生。在点光源的照射下,物体的影子,相当于用直线所作的几何投影。

图片说明:光的传播

图片说明:光的传播

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