为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越( 二 )


1662年,法国科学家皮埃尔·德·费马(Pierre de Fermat)
提出了著名的「费马原理」,
即,“光传播的路径是光程取极值的路径 。
这个极值可能是最大值、最小值,甚至是函数的拐点 。”
此原理可以证明光在均匀介质中传播时,
遵从的直线传播定律、反射定律和折射定律 。
因此 , 「费马原理」也被认为是奠定了几何光学的基础 。
光学研究开始真正形成了一门科学 。
波粒大战两百年

为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越

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17世纪下半叶,科学家们开始转而研究“光的本质”就是什么 。
1678年,荷兰科学家克里斯蒂安.惠更斯(Christiaan Huygens)
在法国科学院里的一次激情演讲拉开了一场持续200多年的
关于光的“波粒大战”的序幕 。
以牛顿为代表的“粒派” 认为光就是一种微粒流,
光子可以被想象成一颗颗光滑的小球,
从光源飞出,笔直地射向远方 。
但以惠更斯为代表的“波派”却觉得“微粒说”
无法解释光的干涉、衍射等现象,于是便提出了光的“波动说”,
认为光实际上和水波、声波一样,是一种机械波 。
惠更斯当时在数学、天文学、物理学等方面已多有建树,
被荷兰人视为与大文豪斯宾诺莎齐名的国宝级人物 。
牛顿更是不同凡响,被英国尊奉为超级巨星、科坛泰斗 。
两人都急于证明自己在光学上的扛把子地位,
再加上他们的观点都能解释不少人们生活中常见的现象,
崇拜权威心理使大家纷纷站队 , 
导致这场波粒之战在惠更斯去世之后也没有停止 。
为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越

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【为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越】1704年,牛顿出版了巨著《光学》 。
这本书汇聚了牛顿在剑桥三十年的研究心血,
从粒子的角度,阐明了反射、折射、透镜成像、
眼睛作用模式、光谱等方方面面的内容,
顺便也将波动说无法解释的问题一一提出 。
最重要的是此时惠更斯已经不在了,
死人是无法反驳的,就这样,牛顿最终以一己之力 , 
扭转了光学两大理论的交锋局势,
赢得了第一场波粒之战的胜利 。
此后的100多年里,微粒说就一直牢牢占据着光学研究的主流 。
为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越

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直到1807 年,著名的科学家托马斯·杨在实验室进行了杨氏双缝干涉实验,
证明了光确实具有波的性质,由此拉开了第二次波粒大战的序幕 。
托马斯·杨去世后,他的杨氏双缝干涉实验被各路科学家疯狂魔改,
衍生出了后来的惠勒延迟选择实验(Wheeler’s delayed choice experiment)、
量子擦除实验等,关于这段曲折离奇的故事,可以回看我之前的视频 。
为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越

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1924年,法国物理学家路易.德布罗意(Louis de Broglie)
站出来平息纷争了 , 他说“波派”和“粒派”谁都没有错,光既是波,也是粒子 。
和自然界所有的微观粒子或者量子一样,光子也具有“波粒二象性” 。
至此,人类迈进了量子光学研究的大门 。
光的电磁说
为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越

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自从19世纪初,初代杨氏双缝干涉实验诞生以来,
光的波动说就逐渐得到了公认 。与此同时也带来了一个问题 ,