#科普[超话]#

飞机能在巨型跑步机上起飞吗?跑带向后的速度在任何时刻都等于飞机向前的速度。

要回答这个问题,我们可以先考虑一个简单点的情形,假如一架飞机起飞所需的速度为100km/h,它能在以100km/h运动的跑带上起飞吗?跑带运动方向和飞机试图起飞的方向相反。

先说答案:可以,而且几乎与在静止地面上起飞无任何差别,不论跑带速度是1km/h还是光速,飞机都照起飞不误。

我们可以这么考虑此问题:首先我们规定一个置身事外,立于静止地面上的观察者,并以其为原点建立“惯性参考系”,在没有特殊描述的情况下,所有运动和力的作用都以此参考系为准。在t=0时刻,飞机点火但速度仍为0,也就是说发动机已经提供推力,飞机具有加速度但是速度为0。同时在t=0飞机点火的瞬间,我们将飞机扔到已经稳定以100km/h运转的跑带上的A点,注意此A点指的是观察者参考系内的一坐标。飞机与跑带接触后,机轮将开始滚动(实际上是滚动结合滑动),滚动运动和初高中接触的运动(主要是滑动)很不相同,比如理想的滚动只受静摩擦作用,滚动的轮胎其圆心的线速度和圆周的线速度可以完全无关(即发生打滑),但是这些并不重要,我们只需要知道当飞机轮胎和跑带接触后,飞机会受到来自跑带的阻力,且阻力不会大于飞机与跑带之间的静摩擦力(一个定值),而静摩擦力必然小于飞机发动机提供的推力。所以在观察者参考系中,飞机将以A点为起点做初速度为0的加速直线运动,加速度为(发动机推力-飞机与跑带间的摩擦力)/飞机质量,解决这个问题不需要考虑空气阻力故不纳入算式。

对此有些朋友的疑惑点在于,跑带相对观察者在向后倒退,那么倒退的跑带会不会把飞机“拉”回来,把飞机固定在观察者参考系的定点上。会产生这一疑问说明对力、速度、加速度等概念的理解存在偏差,没有意识到一个物体影响另一个物体的运动状态必须通过力的作用,单纯通过自身运动并不能影响到另一个物体。可以通过生活中常见的例子解决这一疑问:(1)将快递箱扔上匀速运转的传送带,在没有其它外界干扰的情况下,快递箱会先与传送带发生相对滑动,后在滑动摩擦的作用下实现与传送带的相对静止。(2)如果在快递箱被扔上传送带后有人伸手抵住箱子平衡掉滑动摩擦,那么箱子就会相对观察者参考系静止。站在传送带视角上箱子则在向后倒退,倒退的速度为传送带速度。(3)如果此人再用力一点推箱子,那么箱子会逆传送带而行,站在传送带视角箱子在以大于传送带速度的速度加速倒退。跑带上的飞机就类似于(3)这一种情形,借此我们可以意识到经常被忽略的一点,那就是在惯性参考系中速度是相对的,但是力的作用却是绝对的。在观察者参考系中飞机在A点受摩擦力和发动机推力的作用,做初速度为0的加速直线运动。如果我们建立一个相对跑带静止的参考系,其也是一个惯性参考系,在该参考系内观察者参考系的点A将是一个匀速运动的动点,飞机将做初速度为100km/h(方向与跑带运动方向相反)的加速直线运动。看到这里,大概读者也能理解不管跑带速度是龟速还是光速,都不会影响到飞机的起飞,因为跑带速度并不会改变作用于飞机上摩擦力和推力。接下来我们把考虑的情形再稍微改变一下,让其更接近本文第一句话提出的问题。这次我们让跑带在飞机点火的同时启动,并逐步加速至100km/h,这一情形和最初的问题几乎没啥区别了。经过了之前这么多的分析,读者应该很容易地明白飞机可以照常起飞,毕竟连光速跑带都无法阻止飞机起飞,其它任何速度的跑带又何德何能呢。

其实这个问题到这就结束了,但是我想借这个话题谈一下“非惯性参考系”的概念。如果我们建立一个参考系,使其相对加速中的跑带静止,那么它就是一个“非惯性参考系”,它和“惯性参考系”有什么区别呢?区别在于分析“非惯性参考系”中物体的运动时,要引入“假力”这一概念,什么是“假力”?想解释“假力”,首先要明确:人类可以感受到力,但不能感受到速度。这纯粹来自于生活经验,当你坐在匀速直线运动的飞机里,你完全感受不到自己在运动,我们时时刻刻都在随着地球自转,但是我们同样没有感觉。但是当飞机或者地球自转突然加速(科幻),有力作用在我们身上,我们就会感觉到了。当你坐在静止地面上远观赛车比赛,跑道上的赛车加速从前方掠过。以你为原点建立参考系,那么这是一个惯性参考系,在你的视角里你是静止的,而赛车手加速运动。而如果以赛车手为原点建立参考系,这便是一个“非惯性参考系”,在他眼里你是加速后退的,而加速度必然意味着有力作用于物体,那么他就会得出一个结论:有一个力在向后推你。但是实际上你并没有感受到任何力,这就是经典力学里的“非惯性参考系”和“假力”,对于“惯性参考系”就不用考虑“假力”这么麻烦且抽象的东西。

#航空那些事儿##物理#

最近流行一句话:只要你不觉得尴尬,那尴尬得就是别人!
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为啥这么说?假如你现在看多BTS到100元,肯定会被人骂傻X,但是如果BTS真到了100元呢?那傻X得就是别人!现在得赔率1:400,只要买入二万五,赢了,下一个千万富翁就是你!输了呢?无非是再一次被人当作傻X,反正你这辈子也肯定被人当傻X好多次了,再多一次又能咋地?无非就是二万五没有了,再打一年工,反正这辈子你也打工好多年了,再打一年又能咋地?想想你能失去什么?你本来就一无所有,没什么好失去得!但是你可以拥有一个证明自己不是傻X,别人都是傻X得机会!拥有一个成为千万富翁得机会!不要怂,就是干!
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标签:上帝不掷骰子?
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来源网络
量子纠缠是根据爱因斯坦为了反驳玻尔为首的哥本哈根学派的量子力学解释而提出的一个称为EPR悖论(Einstein-Podolsky-Rosen paradox)设计的思想实验。即爱因斯坦、波多尔斯基、罗森悖论。
三人于1935年5月在《物理评论》上联名发表的名为《可以认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》的论文,对量子力学提出强力的质疑。
爱因斯坦等人根据量子力学设计了精巧的实验,通过高能光子照射特殊晶体,使特殊晶体的外层电子跃迁两个能级,然后在回落时放出一对低能光子(每回落一个能级放出一个)基于守恒定律,这放出的一对光子的量子态存在某些关联,比如偏振。
根据哥本哈根学派的解释,这对量子态(微观粒子的状态的统称)存在关联的光子在被测量到之前,量子态都是不确定的。那么问题来了,假如我通过光路把这两个光子分开两个相反的方向发射到距离很远的两个地方,然后同时进行测量会怎么样呢?
如果根据哥本哈根学派的解释,情况就很有趣了,由于两个光子在被测量到之前,量子态是不确定的,直到其中一个被测量后,测量到的某个状态就被确定了,而由于这对光子的量子态存在关联,这意味着一个光子的状态被确定的同时,另一个光子的对应量子态也被同时确定了!然而问题来了,根据守恒,光子对的量子态必定是同时确定的,然而前面我们已经把它们分离很远了,它们之间通信是需要时间的,那么另一个光子是怎么得到首先被测量的光子的状态信息,从而坍缩到对应的状态的呢?
很显然这种关联坍缩产生超光速信息传递了,这就违反狭义相对论的信息传递不能超光速的基本定律了,而狭义相对论已经被广泛接受,自然没有人愿意挑战它的正确性,包括哥本哈根学派的科学家。因此爱因斯坦认为,量子力学是不完备的,肯定在哪里存在问题或未知因素。玻尔等人看到这篇质疑的论文一定吓得不轻。
不过爱因斯坦在提出这个悖论以后也同时给出了自己的经典解释:两个光子的状态在产生的那一刻就确定了,也就是在电子能级回落释放出它们的那一刻,它们的状态已经确定,之后你即使把它们分隔到100亿光年再测量,都不影响它已有的量子态,它们之间也根本无需互相沟通该如何坍缩,因为一开始就已经确定了。这样,悖论也就不存在了。
玻尔当然不愿意放弃他的哥本哈根诠释,他超凡的洞察力下很快就找到了问题的所在。他指出:这对光子在被测量前并不是两个光子,而是一个整体,是它,不是它们,它在被测量到之前由一个波函数描述,并不存在两个被分离开的波函数(量子力学里描述微观粒子状态的函数,在量子力学里,微观粒子被测量之前只能以波函数来描述),直到它被测量到之前,它都只有一个波函数。
玻尔的这样解释精妙无比,与哥本哈根学派的量子力学解释一脉相承——既然被测量前并没有确定的状态,那你为什么认为它有两个波函数?这不是耍流氓吗……
在玻尔的解释里,光子对的状态是在测量到其中一个后才确定的,因此,波函数坍缩(光子从不确定态变成某一确定态)只发生在测量的时候,而此前这个系统(光子对)处于所有可能的叠加态。测量使这个系统全空间坍缩了……没错,全空间坍缩,与距离无关,也就没有所谓的超光速传递信息了。这其实与单个光子的全空间坍缩是一样一样的,即使是一个光子,它的波函数弥漫到整个空间的所有可能位置,然而一旦测量到,它就只在一个位置,如果你认为这需要时间或需要考虑速度,那么波函数坍缩本身就分分钟超光速了,因为你可以说:一年前发出的光子怎么通知1光年外的自己不要出现?
所以,实际上真正诡异的并非是量子纠缠,而是叠加态本身。
这种解释爱因斯坦自然无法接受,直到他去世,都从来没有公开宣布接受量子力学的完备性。所以有了那句名言:上帝不掷骰子!
这其实不能怪爱因斯坦冥顽不灵,在他在世时,他所提出的EPR悖论并没有能被实验室通过实验所证实或推翻,他所坚信的隐变量也从来没有被证伪。因为没有人能设计出一个可行方案能对其进行验证,虽然当时已经基本没有人怀疑量子力学的完备性。但作为一个具有独立思维的伟大科学家,他始终坚守这自己的信念——宇宙是可理解的。
我认为爱因斯坦没有错,错的是时代没有给他一个答案。
1955年4月18日,爱因斯坦与世长辞,最终没有等到他需要的答案,直到9年后的1964年,一位实验物理学家贝尔提出了一个不等式,后来以他名字命名的贝尔不等式,只有设计一个实验来验证不等式就能判断EPR悖论中究竟哪一方是正确的,贝尔作为爱因斯坦的**粉,当然希望自己的偶像爱因斯坦是正确的。
直到上世纪70年代后,首个验证贝尔不等式的实验成功,到80年代后,更严格的实验再次验证了贝尔不等式,所有实验均违反贝尔不等式,这表明爱因斯坦所说的隐变量并不存在!证明量子力学对客观世界的描述是完备的。不过当时的实验还存在漏洞,比如随机数漏洞,另外实验距离也不也不足。
到了本世纪,更多更严谨的贝尔实验完成,这包括我国的墨子号卫星进行的超过1千公里的量子纠缠实验,还有数万人通过游戏程序提供随机数的大贝尔实验,可以认为目的的贝尔实验已经没有任何漏洞,然而所有实验都证明了量子力学的正确性和完备性。
今天,我们只能说我们拥有一个不可理解的宇宙,至少在目前,它是不可理解的。我们不知道为什么有叠加态,我们不知道为什么有波函数塌缩,我们不知道为什么有量子纠缠,这一切谜等待着世界上最顶尖的科学家去解答,你能成为那个解答这些谜底的人吗?
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全息场……时空分层架构,有高维时空、高维时空有超光速机制
光速世界:是时空层投影终端
高维投影速度超光速、这就是量子纠缠速度超光速的原因


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