光的最短时间路线

光为什么进入水中会发生折射呢?按初中物理交给我们的知识,因为水的密度比空气要大。水和空气是不同的物质,所以光进入水中的瞬间就会改变路径。


光的折射路线背后,有没我们不知道的原因呢?


比如在空气和水中光的路线是这样的,


那为什么是这样的,而不是A与B两点之间的直线距离呢?毕竟两点之间的直线距离最短。


并且光为什么不是从A到C,再从C到A呢?

费马原理(Fermat's principle)最早由法国科学家皮埃尔·德·费马在1662年提出:光线传播的路径是需时最少的路径。又名“最短时间原理

当光进入水中,传播速度变慢了,如果光仍然按照原来的直线走下去的话,它到达目的地的时间就会变长,所以光改变了路径。那为什么没有走A-C-B路线呢,原因也是A-C-B比A-D-B用时要长。

可光怎么知道这条路线是最快的呢?

你一生的故事

可光怎么知道这条路线是最快的呢?

盖雷:“这个……好吧,我们设想万物皆有灵魂,采用拟人化的说法。这束光必须检查所有可能采取的路径,计算出每条路径将花费的时间,从而选出耗时最少的一条。”

我:“要做到你说的这一点,那道光束必须知道它的目的地是哪里。如果目的地是甲点,最快路径就与到乙点全然不同。”

盖雷:“一点没错。如果没有一个明确的目的地,‘最快路径’这种说法就失去了意义。另外,给定一条路径,要计算出这条路径所费的时间,还必须知道这条路上有什么,比如有没有水之类。”

我:“就是说,这道光束事先必须什么都知道,早在它出发之前就知道。对不对?”


盖雷:“我们这么说吧,这道光不可能贸然踏上旅途,走出一段之后再作调整。需要重作调整的路绝不会是耗时最少的路径。这道光必须在出发之初便完成一切所需计算。”


我在心里自言自语,这道光束,在它选定路径出发之前,必得事先知道自己最终将在何处止步。这一点让我想起了什么,我很清楚。我抬头望着盖雷:

“这就是我一直觉得古怪的地方。我很不安。”

如上对话摘自《你一生的故事》(Stories of Your Life and Others,作者为美国华裔科幻作家TedChiang,译者为李克勤 / 王荣生 /Bruceyew)。

读到这里,你是不是像主人公一样“我很不安”。这部小说,抛出了命题:如果你预先知道接下来的发生,预知自己的命运,也知道无法改变它,那怎么办?小说也借主人公“我”给出了答案。“我”预先知道爱人将会离开自己,女儿在3岁会受伤,在16岁会跟男孩约会,在25岁攀岩时失足死去,“我”仍一步步将预知踩出一个个实际的脚印。

因为预先知道,并不等于已实现。正如作者说,就像一场婚礼上,大家都知道主婚人会说“我现在宣布你们结为夫妻”,但这仅仅是预知。只有主婚人说出这句话时候,结为夫妻这件事才成为了事实。即便你已经知道一切,却仍然需要亲自去完成它,它才能够成为真实。

茫茫天地间

生老病死,人生规律;基因遗传,世世代代。

你我如沧海一粟,预知命运,没法改变。我们仍旧满怀着热情和希望,一步步去实现它,让这“生老病死,基因遗传”成为真实。

你也可以读读这中篇小说《你一生的故事》

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