第9章 投影不变和光速白马(1 / 1)

投影不变实验:

实验假设:

假设有一个投影仪,如果可以无限变换焦距。要实现如下效果,投影仪匀速往后退,焦距匀速变化,那么焦距变化的导数和投影仪后退速度的导数应满足什么规律?

分析:

如下分析过程,感谢人工智能程序kii的帮助,优化的提示词下,给出满意的答案。

要解决这个问题,我们需要考虑投影仪的成像原理和几何关系。

投影仪的成像可以通过小孔成像或透镜成像模型来描述。

在这里,我们假设投影仪使用透镜成像,并且我们关注的是投影画面的大小。这里推导公式需要大量用到微积分符号,但是目前没法插入图片,我们直接给出结论。

如果你想要看到推导过程也可以用实验假设作为提示词,让kii帮你进行详细推导。

设投影仪到屏幕的距离为 d,焦距为 f,屏幕的尺寸为 l。

根据透镜成像公式(对于凸透镜):

1/d+1/di=1/f

其中 di??是成像距离(即像距),对于投影仪来说,di是投影画面到透镜的距离。??由于投影仪匀速后退,其速度的导数 d(d)/d(t)是一个常数,设为 v(d)??。焦距匀速变化,其速度的导数d(f)/d(t)也是一个常数,设为v(f)。这里下标没法输入,用括号代替。

推导的结果是

这个假设只有在 vf=0或 f为无限大的情况下才成立,这在实际情况中是不可能的。

因此,我们需要重新考虑我们的假设。

实际上,为了保持图像大小不变,焦距的变化应该与物距的变化成比例,即:v(f)??/v(d)=f/d

这样,当投影仪匀速后退时,焦距应该以与物距成比例的速率变化,以保持图像大小不变。

这非常好。

结论:为了看到一个稳定的图像,我们要让相互变化的两个量变化速率的比值是一个常数,而这个常数又和设定的d和f相关,且d和f本身存在关系,形成了一个相互变换制约的效果。这才是一个直观的且比较完整的相对性原理。

光速白马实验:

假设有这样一匹白马,在虚空中以光速不变的速度向前运动,且随着时间的变化加速的变大变大。

怎么才能看清楚这是一匹白马?

保持不变肯定不行,就算你达到和他相同的速度,也只能看到一个什么东西在加速变大。

那到底是个什么东西?

好了,不兜圈子了。如果考虑我们刚才实验的结论,我们已经找到了办法。你在光速和白马一起运动的时候,以其膨胀的加速度(也就是膨胀速度的微分)向后加速运动。由于向后的加速运动刚好抵消了膨胀加速的效应。

所以我们居然在达到光速的情况下,加速后退中看到了一匹英俊稳定的白马。这就是我们所看到的世界的真相。

我们古文里说,人生在世,如白驹过隙,忽然而已。

那时我们是静态的站在缝隙后面。

其实你随着白马奔跑的方向的反方向去跑,那白马将会永远在你看到的缝隙里,但是由于越来越远,他会最终坍缩为一个点,如果你要稳定的看到白马,得让他加速膨胀,然后你加速往成像的反方向以相同加速度后退,这样你就可以通过缝隙看到一个稳定大小和一直存在的白马了。这就是相对性。