潜艇在静默时,生活大爆炸之何为光速

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理论物理听起来很玄乎似乎只适合炒作而不适合研究,其实不然。我见过推导E=mc^2的公式,只够一张A4;从开普勒定律推导出万有引力方程,只需要2页A4不到(但需要微积分,所以牛顿刚发明微积分就用上了),用大一所学就能理解;而剩下的比如逃逸速度公式、支持力计算公式,更是我们高中课本的内容。

问题:潜艇在静默时,如何接收到军方的指令?

4166金沙手机官网,这一节我们来说一下,人类接收波的能力是有限的,前面说过人类通过自己的感觉器官发射或者接收各种波,同时还发明了许多工具来发射或者接收波,前者主要是眼耳鼻舌身意六根。后面的这个主要是我们发明的什么电视电报,手机wifi射电望远镜,其实都是在发射或者接收波的工具,是吧?但是我们要知道波的种类数量是个双重无穷大,前面说过什么叫双重无穷大?

所以其实几个大学毕业的GEEK,经常凑在一起,就能研究明白挺多内容的,当年爱因斯坦所在的业余组织“奥林匹斯学院”就是如此。只是现在越来越浮躁了,没人有空搭理这些东西了。

回答:

波长和频率,是吧?

下面这篇文章,事情发生在1995~96年左右,是刚刚9月23日写着玩的,因为发现中间有几个地方与我记忆有不符之处,原稿又找不到,所以就只存为草稿而没有发。没想到昨天看到了“中微子超光速”的新闻,而这篇文章就与此有关,所以暂且把不符之处保留在那里,发出来。

良好的隐蔽性是潜艇最大的武器,所以潜艇在执行任务时总是保持静默的。

这个都是从无穷小到无穷大,那么组合起来更是一个双重无穷大的数量。所以面对频率和波长的从无穷大到无穷小,因此人类能接受的接收的哈波的范畴仅仅是所有波里面的沧海一粟。就算到了科学飞速发展的今天,我们能接受的拨的信息也是有限数量,从天文望远镜到微观物理学,人类不可能发明能够覆盖所有波的工具,每一种我们发明的工具只能截获某一个特定波段的波,人类的自身的器官,那更是如此。再退1万步讲,在我们截获的波里面还有大量,因为无法了解其承载的信息,而变得毫无意义。

原文名称是“生活大爆炸之宇宙积分(一)”,现在改为生活大爆炸之何为光速,内容略有调整。

它们只“听”不“说”,只有在约定的时间、地点,才会上浮到潜望镜深度或放出通信浮标向基地发送信息。这也是潜艇容易暴露的时候,一旦被发现,将面临灭顶之灾。

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内容很雷人(我现在想想当年居然能做出这些事情,也觉得不可思议),不保证正确,算是帮助大家理解一下“中微子超光速”到底在说什么。

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前面咱们就说过语言语言的问题,那么其实就如同我现在如果讲座用吐火罗文用巴利文用古印度文,你就算听见了,也不知道里面包含着什么意思。所以实际上就是说我们这个空间当中也许存在着很多的波,咱们先不说那些无法测量无法截获的,就算是截获了是吧?你并不知道这个波里边其实包含着很复杂的意思。这个道理非常简单,你截获这个波是吧?看到这个东西,你知道他即便是判断出来它有含义,也未必能够了解它里边到底是什么含义,否则也不会直到今天甲骨文仍然没有全部破译,巨人像上刻下的文字,也不知道留下了什么天机!

即使按照程序员的标准,GEEK也是古怪的人;即使按照GEEK的标准,理论物理学家也是古怪的人;即使按照理论物理学家的标准,奥本海默也属于一个古怪的人……最后一句是纪录片里边的原话,前两句则是我向前把另外两种人一起拉进来。

如何与潜艇安全、快捷的通信,一直是让人头痛的问题。即便现代海军已进入网络时代,潜艇的通信方式仍比较原始。

前面说过,人类对世界的认知途径几乎都是通过波来实现的,遗憾的是,也许还有更多的波,以及还有更多的玻璃存在的信息,我们无法获知。人类接受波的能力受到了限制,人类制造波的能力更是有限。但是非常欣喜的看到我们整个人类在制造钵,然后运用波的规律上,其实已经获得了巨大的突破。比如说现在大家的手机基本上都是4G因为4G的到来才有了视频的平台,也包括才有了音频的平台。喜马拉雅才能这么火是吧?那么很快,据说明年就要5G开始普及,那什么叫四季?什么叫五系呢?

下面的内容,乃是当年介于GEEK和理论物理学爱好者之间的内容。

无线电波是信息的优秀载体,天上地上到处跑,但主流的高频通信却不适合潜艇。因为海水导电能力好,高频短波在其间穿行能量衰减很快,穿几米深就跑不动了。

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以下内容,建议在成年高等数学教师指导下阅读4166金沙手机官网 5

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为什么5G承载的东西多,四季承载的就比3G多,3G又比两G多,那么核心的原因是在于对波的压缩能力。我们把一段波里边写进去的信息的多少决定了咱们刚才说的是1G还是2G还是3G还是4G还是5G我们现在已经能够把是吧?大家通过手机接受的这种信息压缩到就是相当小的这种地步,把空中所飘着的这些手机信号里边承载了足够的信息量,同时也加大了手机本身的接收能力接收速度。所以我说人类在利用波的能力上实际上是在大幅度的提高,那么其实波还有更多人类改变波的这种应用,其实还有很多生活化的例子,有些例子听起来非常奇怪,但是确实是我们在没有意识的情况下使用了对波的改变,比如说唱歌,有些人天生就能发出更让人喜欢的波,有些人能够把波进行一定规律的编排,从而让人们听起来更加的喜欢,前面说的这些人就是歌唱家。

起点

高中时,最喜欢的乃是天文和天体物理,可惜政治只考了67而不是81,与志愿中的北大天体物理系失之交臂,学了航空。

1995年毕业后,终于不用考试了,又捡起来一点物理的爱好。下面的事情,大致发生在1995~1996年附近。

第一件事,乃是想知道如果有一个圆环(圆环是二维世界中的一维空间,只能前进或后退,但却首尾相连;一维世界的一维空间,则是一条直线),总质量M(有平均的线密度),半径为R,那么上面的任何一点(以下称为原点),受到别的点的引力是多少呢?这个是比较简单的积分,大一学生就能积分出来,只是结果出人意料:无穷大。

也就是如果真的有这样一个世界,会瞬间塌缩。

塌缩的原因,不是因为远处的引力,因为远处的引力再大也是有限的;而是来自于无穷接近原点的附近的引力。这个原点附近有这样几个特点:距离无穷小导致引力无穷大,质量无穷小/引力合力无穷小(两边都有物质平衡了多数引力,只有极小的因圆弧而产生的单向的引力)导致引力无穷小,两者斗争的结果,是无穷大战胜了无穷小。

第二件事,乃是想知道如果有一个球面(球面是三维世界的二维空间,有限但无界;二维世界的二维空间,则是一个无限无界平面),总质量M(有平均的面密度),半径为R,引力又如何呢?这个费劲了点,不过还不太难,结果依然是:无穷大。

所以,这两种情况虽然常常被引用来做例子,但这种世界其实肯定不存在。那我们的“四维世界中的三维空间”呢?

其实是傻子,也应该猜出:一定有限,否则咱们就不会在这里聊天了。原因何在?

球面与圆环相比,“远处”的物质的数量,呈2次方增加,也就是远处的物质多得多;而立体空间与球面相比,远处的物质就更多了,所以原点附近就不再出现无穷大的积分情况了。

长波就好多了,它传播稳定,能量损耗少,能够穿透很深的海水,所以对潜艇通信多使用长波。

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四维世界的三维空间积分结果

这个积分公式挺麻烦的(虽然把第一、二件事情里边的积分微元,换成三维的,就出来了),但是当年有一个数学奇才在我们单身宿舍一个楼层上,他能记起来所有积分公式,帮助我完成了这个积分。

先得到的结果,里边有个常系数8/3,非常不爽,因为在任何咱们学过的什么E=mc^2啊里边,都没有这样丑陋的常数。

突然想到,三维球体的体积乃是4/3 * Pi *
R^3,里边用的是四维球体体积(忘了,好象是2*Pi^2*R^3,多少年看不到Pi^2这种数字,肯定有误),于是强行改成三维的,结果出来了:引力=2GMm/R^2,“重力加速度”就是g
= 2GM/R^2。(里边用的G,是万有引力常数)

这个“重力加速度”是我们感觉不出来的东西,就像我们现在站在地球上平面上,活得好好的,谁能知道有一种重力?

本来到此为止也就散会了,结果有一天在一家书店翻弄一本《近代物理学》,里边有一个章节就赫然印刷这这个公式,前面只有一句话:“根据牛顿万有引力定律,可以得到:(本公式),所以……(说别的事情去了)”。

殊途同归,一定有原因。费劲巴拉地找到一个原来就有的东西,还能有什么创新意义?

其实麦哲伦环球航行,最后到达的还是印度,一样也是贩卖胡椒辣椒,但其意义不是说另找到一条路,而是证明地球是圆的。

因为本来我做这个积分的模型如果成立,就会有下面的诸种推论的。

长波通信的波长在1000米以上,频率在300kHz以下。又可细分为长波、甚长波、超长波和极长波。

推论一:何为光速?

音速为何是340米/秒?这个听起来没什么原因啊,但我们大学是学过空气动力的,所以知道这个速度的物理意义,是空气中分子运动的平均速度。也就是可以理解声音传播,是一个分子装上另外一个分子,再继续撞下去……所以音速和空气中分子平均速度有关(因此与气温也有关系)。

但是光速呢?它的数值大家都知道,但是对应什么物理意义呢?看过很多资料,都没有提到,只能说“是测量的结果”。

先说一个题外话。在地球表面这个二维空间中的物体可以以0~7.9公里每秒的速度运行,而且都能停留在这个表面上。但是如果超过7.9,就不会停留在这个球面上,变成卫星发射出去了。因此可以理解“高一维世界的环绕速度,都是低一维世界的最高速度”。

如果用上面的理论来分析,我们这个“四维世界中的三维空间”的逃逸速度就是光速,光速可以超越,但是物体将无法留在我们的世界。就像卫星因重力下降的弧度不够而离开地面一样。

因为知道g之后,计算环绕速度的公式是现成的,所以若光速c就是环绕速度,带进去得到:

环绕速度的公式是:mg = mV^2/R,就是g = V^2/R

前面提到如果那个积分模型正确,在宇宙中任何一点,“重力加速度”是:g =
2GM/R^2

两个公式一合并:V^2/R = 2GM/R^2 => V^2 =
2GM/R,前面提到了,V就是光速c,于是得到:c^2=2GM/R。

这个是附录书中的黑洞的引力半径公式,不过前面积分的时候,可没假设我们的宇宙本身是个黑洞,但既然积分结果相同,那么何不假设我们的宇宙本身是一个黑洞,而我们正在黑洞中?。

这个公式还解释了光速c的物理含义,给出任何一个宇宙的M和R,就能算出这个宇宙的光速来,而且不同宇宙(黑洞)内的光速各不相同。

下面会看到,这个公式在这种假设下,会闹出更大的乱子。

(待续)

 

昨天的中微子超光速新闻:

《近代物理学》北大出版社
王正行:,文中提到的公式在523页的公式16.52,书中是黑洞的引力半径公式

音速:

光速:,注意里边没有任何“光速为何是这个数值”;还提到1960及1983年光速成为定义长度的方法(下篇会用到)

环绕速度:

这个词条主要是关于逃逸速度(第二宇宙速度)的,环绕速度是其中提到的第一宇宙速度。

 

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甚长波波长10~100千米,能穿透30米深的海水,超长波波长1000~10000千米,能穿透100~200米深的海水。潜艇不用上浮,也能安全的接收信息。

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但甚长波、超长波通信也有缺点:

1、波长越长,频率越低,带宽越窄,携带的信息就越少。用长波通信,发送几个字母都要10多分钟,更别说音频、视频这样的大流量信息了。

所以,长波通信只能发送简单的内容,比如预先约定的代码等。更多通信还是要上浮或放出通信浮标才行。

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2、长波电台耗资巨大,它是一座电子城堡,有数以万计的零件,发射机功率高达2兆瓦,发射铁塔高400多米,整个发射台占地几平方公里。

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