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为什么光走的路程总是最短?它怎么知道的?

来源:北京科技报


这个叫费马定理,严格的表述是:光走过的路程总是一个泛函极值(一阶泛函导数为0)。问题是,为什么光知道这条路径是一个极值呢?(这条路径总是最短的,有些情况下也是最长的,但总之是极值。)光有意识吗?光当然没有意识了。这个定理让人不舒服的一点在于,它不是一个局域的理论,不是“前一瞬间的物理状态决定下一瞬间的物理状态”那种理论。它是一个总揽全局的理论,就好像光已经走过了无数条路径,最后选了一条最短的路径。(想了解更多的同学快去翻翻费曼的物理学讲义吧。这个问题里面营养很多的,都是可以细嚼慢咽的那种。)

不过,这还真的比较接近事实(容物理君坏笑一下)。在量子力学中有一个路径积分表述:我们可以认为光在运动的时候同时走过了所有可能的路径,然后各个路径互相干涉叠加抵消(这有点像薛定谔的猫,又有点像光学中的菲涅尔原理),最后得到的就是这道光的实际路径。而在经典极限下,也就是当普朗克常数趋于0的时候,那些不是泛函极值的路径迅速干涉抵消干净,最后剩下的经典路径就是一条一阶泛函导数为0的极值。

本文来自:北京科技报
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