eggplan07的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/eggplan07

博文

继续说说光学:傲视群雄的光学只有个近似理论

已有 1803 次阅读 2021-12-26 12:10 |系统分类:生活其它

光学最大的毛病是没有自己的理论,从根本上讲这应该是一个矢量理论,因为电磁波是有方向性。但在实际应用中都是用近似的方法去讨论光学问题,可在这个世界上就是这样一个用近似方法却得到了比大多数具备完整理论的学科都精确的结果。所以光学很牛逼,基本上可以吊打其他所有学科,可以经常对着其他行当讲,你们的理论到是精准了,一个圆周率都能用到小数点好几十位以后,但做精准测量时还得是靠我,虽然我不精准。我是很丑,但我很温柔。

 在最古老的光学理论中,什么繁复的计算都不用,甚至连个公式都不用写,只用几何原理,确定个主面节面焦面,画画图就可以把大多数的问题都解决了,而且解决的还很精确,远比机械方法来的精确(比如千万尺所提升的精度永远也追不上莫尔条纹提升的精度),基本上可以达到微米或微米以下级别,而机械的精度基本上是“道”,也就是十微米的量级(相比于机械测量还有一个重要特性是非接触无损测量)。几何光学基本上可以很优美的解决这个世上一半的问题,比如光的直线性反射性折射性共轭性透视性。而且这个几何光学还可以修正,就是当结论与实际情况有不符时怎么办呢,也是采用机械论中常用的修正法来做,引入一点修正量,但这几何理论实在是太完美了,插入不了修正量,那就在后面加修正量,其方法来自机械论中的哈密顿量,绕了很大的一圈,其实没有什么必要,你就直接加一个小量就好了,这个量就是像差(高级像差)理论。有了像差理论后,剩下那一半没有解决的问题又解决了半,比如显微镜望远镜放大镜眼镜平面镜,反正和镜有关的事儿已经都没有障碍了。

 后来有了波动光学,也就是将矢量波变成了标量波,这个对人类智商来说还可以应付。这标量波自然还是近似解,但已经比几何光学要精准许多了,从而就可以称做高精度的准确了,做测量时精度可以达到十分之一或百分之一微米的量级,而电磁学的测量精度基本上维持在十分之一微米的精度上。例如雷达的精度也远远小于同级别光学系统的精度,所以在监控跟踪系统中,永远是雷达系统做为搜索而光学系统用于定位,如果是在卫星系统返回地球时还有黑障区,雷达都是难以起作用了。有了波动光学,原来几何光学解决不了的那部分中的大部分都可以解决了,这个世界上基本上没有光学什么事儿,所以这些年光学本身的发展并不多,主要是其他行当在借用光学的理论或结果做一些突破工作,光学就像是个慈祥善良的老人,特别慷慨,噢,圣诞老人哟。

 虽然后来有了量子光学,是不是精准的理论也不好评论,因为量子范畴本就是个上帝掷骰子的事儿,而且我也不懂,不好瞎评论。

 那我们为什么不用矢量波来解决问题呢,因为矢量波超出了绝大多数人类的理解范围,人们总说这世界上只有几个人理解相对论之类的,那是你需要足够的想像力,估计懂得矢量波理论的人也不会比懂相对论的人多,而这是有实实在在看得见摸得着的理论的,因而对你的想像力要求的不高,可你依然不行,人类也没有几个是矢量波理论的专家。这需要的是你脚踏实地的能力,需要你的分析能力和计算能力。哪怕是到了现在,计算机超强的计算能力,也只是能帮助我们做数值计算,无限逼进。不过,令人类感到愉快的是近似理论相当的好用,现代的技术需求还没有需要光学用完整的非近似理论做大量的工作,比如现在炒的火热的超分辨,本质上也还就是个几何光学。

 光学还有一件很古怪的地方,就是当你第一次做实验时,很难做出正确的实验结果,因而你不得不不断的严苛你的实验条件,(像过去你还用胶片记录时对显影和定影的条件严苛到你想撞墙),但当你实验成功后,你慢慢的放宽你的实验条件,想找出哪些问题当年阻碍了你的成功,结果你发现,咦,好多条件都可以粗糙些,再粗糙些,你依然可以得到结果,哈。



https://m.sciencenet.cn/blog-476855-1318196.html

上一篇:生活不止需要柴米油盐,还需要啤酒
下一篇:新读一本书,逃避自由

1 尤明庆

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (3 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-5-29 19:22

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部