几种看似超光速，实质上不是超光速的事例

最近在网上看到这么个帖子，说的不错，虽然流传比较广但我还是贴在这里给大家看看长长见识。

几种看似超光速，实质上不是超光速的事例：

1．切伦科夫效应

媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射，称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速，真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。

2．第三观察者

如果A相对于C以0.6c的速度向东运动，B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说，A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。在这个例子中，在A的坐标系中B的速度是0.88c。在B的坐标系中A的速度也是0.88c。

3．影子和光斑 Read more

量子计算机探幽

量子计算机是一个令人神往的东西，虽然目前还没有实际制成量子计算机，但是他却成了我一直翘首以待的产品。量子计算机可以算是不同于我们现在的普通计算机的下一代计算机，它可以解决许多传统计算机没法有效解决的问题。

量子计算的概念，最早是由费恩曼提出的，从那以后计算机科学家们已经在这个领域里有了不小的进展。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的基本特征之一，就是它使用的信息单元不是比特，而是量子比特（qubit）。量子比特可以是电子那样的粒子。可以让自旋向上代表1，自旋向下代表0。与传统计算机不同的是，电子可以处于自旋向上和向下的叠加态，即1和0的叠加态。处于叠加态的少量粒子可以携带大量信息。假如我们可以控制仅仅1000个量子比特，那我们也可以用之表示出从1到2^1000的所有数字，并且可以同时对所有数字进行操作，也就是所谓的并行计算。虽然当我们最终读取量子状态时，只能从2^1000个状态中随机的读取其中的一个，而其他的状态都会消失，但是我们可以通过对粒子进行巧妙的处理，用量子计算机求解一些普通计算机没法有效求解的问题，例如对大数分解质因数。用现有的计算机需要花10亿年才能算出来的题，可能用量子计算机花不到一年的就能成功解决。 Read more

一个很难看出破绽的永动机设计

在《费恩曼物理学讲义 第一卷》第46章中有一个尝试违反热力学第二定律的永动机设计，乍一看貌似还真能实现，我当年就怎么也看不出来这个装置哪里出了问题，最近终于是明白一些了，就写在这里给大家看看吧。

该装置的模样如右图所示，主要用的是棘轮和掣爪。假设有一箱处在一定温度的气体，其中有一根带叶片的转轴。由于气体分子不停的撞击叶片，而且这种撞击总是有微小的涨落，因此叶片会振动、跳动、转动，当然这些运动都是短暂的、无规则的。我们要做的事是在轴的另一端套上一个转轮，使他只能沿着一个方向转动，这就是棘轮和掣爪。于是，当轴试图逆时针（从右往左看）跳动时，他不能转动，而往相反方向跳动时，他能转动。于是，总体来看，轮子将缓慢的转动，或许我们还能将一个绑在绳子上的臭虫给提溜起来！这样我们就制成了永动机，他靠气体运动的微小涨落而把气体的内能转化成机械能。

直接用热力学第二定律就可以否定这个装置成功的可能性，但是如果不从力学以及热力学的其他基本定律对该装置予以反驳的话，我始终觉得难以令人信服。那么，到底这套装置哪里出了问题呢？为什么这样的装置不能达到他永动机的目的？

在看我的分析之前，你最好自己仔细思考思考。 Read more

最小作用量原理与物理之美6——对称守恒与作用量

作用量的形式变幻多端，有人曾问过我我们是怎么知道作用量的表达式的。我想说的是，人类还没有一套完整的直接写出不同领域的作用量的方法，但是利用物理定律的对称性人们可以更容易得找到正确的作用量。物理定律的对称性和平常所说的几何对称还稍有不同，我来简单介绍一下吧。

对称的定义要点是这样的：如果有一样东西，我们可以对它做某种事情，在做完之后，这个东西看起来依旧和先前一样，那它就是对称的（见《费恩曼物理学讲义 第一卷》第52章）。比如我们熟悉的轴对称图形，我们把它经过镜面反射，它看起来和原来一样，因此它就是对称的。

作用量的对称性就是物理定律的对称性。对于物理定律来说，他们应该满足一些对称性。例如，F=ma这样的定律，我们在实验室做实验、在海底做实验、在外太空作实验都可以得到，不会在哪里发现F=2ma或者F=m^2*a。我们称这些物理定律满足空间平移对称。物理定律还满足时间平移对称，我们一百年以前做的实验发现的定律，现在再做还会发现同样的定律，一百年以后依然如此，物理定律的形式不随时间的流逝而改变，就称这些定律满足时间平移对称。还有一个比较普遍的对称称为空间旋转对称，即我们无论脸朝着哪个方向看到的物理定律都应该都是相同的。以上三个对称性，是适用于所有物理定律的，至今没有发现任何物理定律例外。 Read more

最小作用量原理与物理之美5——构建整个世界

有人曾经问过我有没有一个公式可以描述整个世界，我的回答就是，可能会有，这个定律很可能就是最小作用量原理。《可怕的对称》生动地说道：整个宇宙的终极设计可以写到一张餐巾纸上，那一行紧凑的公式可以推导出所有物理定律。而那张餐巾纸上写的，其实就是作用量S的表达式。我们前面看到了S在几何光学中的特例，也看到了他在经典力学中的特例。终极设计的S中一些量为常数，就可以退化成各种各样的特例。在电磁学、热学、相对论、量子力学中，S也有各自的退化形式。而一旦终极设计的S中的所有项我们都弄清楚了，我们也就可以自豪地宣称我们理解宇宙了。可惜我们离这个梦想还差得很多。

当年20世纪初的时候，物理学大厦貌似被全部推翻了，似乎一切旧的理论都被新的理论所取代了。但是，“在如此多的废墟中间，还有什么东西屹立长存呢？最小作用量原理迄今未经触动，人们似乎相信他会比其他原理更久长。事实上，它是更加模糊，更加抽象。”庞加莱（Poincaré）（又被翻译成彭加勒）如是说。他还说道：“作为普遍的原理，最小作用量原理和守恒原理具有极高的价值，他们是在许多物理定律的陈述中寻求共同点时得到的，因此，他们仿佛代表着无数观察的精髓。”确实，很难想象最小作用量原理会被推翻，因为在最小作用量原理之外我们想不到还有什么更普遍而真实的原理了。现代物理已经全部构建在最小作用量原理之上，如果发现最小作用量原理不成立了，那可以说整个物理就没有什么对的东西了。 Read more

最小作用量原理与物理之美4——力学

就像最小作用量原理可以推导出所有几何光学定律一样，力学中也存在一个最小作用量原理的特例可以推导出整个牛顿力学。今天我们就来研究研究这个。

有这样一个事实：假定有一个质点在引力场中通过自由运动从某处移动至另一处——你把它抛出去，他就会上升又落下。如果画出x-t图（为了简化，只考虑一维的运动，设x轴是竖直的轴），那么运动图像是一条抛物线。你可以尝试着通过起点和终点画一些别的曲线，如果计算出经历整条路径期间动能减重力势能对时间的积分，你会发现所获得的数值比实际运动所获得的要大。如果我们设作用量S为

那么上面的事实换句话说就是作用量S在实际运动中取得最小值。对上面字母的解释：t1、t2表示运动的起点和终点时刻，1/2*m*v^2是研究物体的动能，V(x)是其势能（这里把它写成是随x变化的函数）。当物体只受重力的时候，V(x)=mgx。我们在上一篇文章中说过，一个泛函取得极值可以令其变分等于0，所以在力学中，最小作用量原理的特例就写作：
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