斗破苍穹妙趣阁:为什么光总是走最短的路线?

来源:百度文库 编辑:中科新闻网 时间:2024/04/29 17:56:44
从水里的一点经过折射到岸上的一点,光线为什么知道怎么跑呢?
光选择的路径所用时间最短,而不是距离最短,这其中的规律到底是什么?希望能够解释清楚。我想要的是推理严密的证明或者信服的解释,而不是泛泛而谈。我知道费马总结的光跑最短路线,但谁能告诉我费马具体怎么说的?
人会绕远道节省时间,那是因为人有智慧,可以计算,但是光为什么也知道呢,并且光在出发的时候还不知道后面的空间是怎样的,为什么总能最快到达?
本人是数学专业的,数次试图推导出这个结论,但是功力太差,推不出来。

光线有一个特性,就是它走过的空间两点时间最短。(不要问为什么有这个特性,可能需要爱因斯坦来解释了。)

当从水里的一点经过折射到岸上的一点:

V水*t水+v空气*t空气=L光程
t水+t空气=最小

水里的一点到岸上一点画几何意义上的直线,这条线往往不是垂直于水面,这条线在水里的距离比较长,光作水中传播速度慢,它就选择了短一些的水中的光程,加长空气中的光程,形成折射现象。

有个形象的解释:你从北京东面到西面,城里容易堵车,不好走;5环上不堵车。你为了赶时间,不走直线,开车从东面上5环,绕了大半个北京城,然后在西面下5环——你也发生“折射”了。

不受外在因数的作用下任何物质都会"走最短的路线",也就

是直线. 光并不"总是走最短的路"的. 最明显的就是黑洞,

黑洞有强大的引力,光经过其会发声明显的弯曲,并且最终

被其吸引.在我们现实生活中,光的路线从来没有直过.但其

偏移太小,忽视不计,所以视其为直线.反射,折射就是另外

的原理了.

在物理书中
光是沿直线传播的
可是遇到强的引力场
光就可以发生偏折
日食的时候可以证明
黑洞也是如此
它的引力足可以使光线无法逃脱
所以人们看不到

其实也并不是都走最短路线啊,光的传播是受到外部环境影响的,比如空气或其他介质或者引力场等,都会使得它转弯。另外,光具有粒子性,并不是微观上的每一个粒子都是按照直线走的。

至于为什么它走最短的距离,要从能量角度解释,知道短路的原理吗?电流总是找电阻最小的线路走,光也是这样的,在传播过程中,光是以粒子型的“小能量块”传播的。根据爱因斯坦的理论,这个光速运动的能量块拥有“质量”(E=mc^2),为了保持自身能量不消失或者为了存在(存在是万物的特性),于是它就寻着所谓“最短”路程走了。你认为呢?当然它最终免不了转化为其他能量,那就不属于这次讨论的范围了……

yutou0311128和kingisme2005,你们的解答有一定的问题哦,根据现代物理学的解释,光线在引力作用下的看似弯曲的路线也是最短路线哦
这是因为引力改变了物体周围的时空,光线画出的轨迹恰好是这个弯曲时空中的最短距离

实际上光并不完全是按直线走,在引力场作用下,将会弯曲