7. 揭示“费马原理”的4种历史性证伪

报告人在进行光子研究时、发现了目前认为的光波动存在重大错误。光波动为现代科学界认同的光学基础原理之一,如果能够指出其中的存在问题则有重大的义意,是光学基础理论的一个重大进步。本文以大家都易于进行的物理实验:以光在真空等的传播实验,证实了光为波动是错误的。这是光学基础理论的一个重要进步。

揭示“费马原理”的4种历史性证伪

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摘要

目的:指出 “费马原理”违反了光学定律,这是光学基础理论的一个进步。

方法与结论:以光的直线传播定律和光反射、光折射定律为基础,证实了 “费马原理”有误。

关键词

物理光学;费马原理;光反射  

引言

“费马原理(Fermat’s principle)”最早由法国科学家皮埃尔·德·费马(1601-1665年)在1662年提出,最初提出时名为“最短时间原理”。“费马原理”的主流描述:光线传播的路径光程最小。

后人对原始费马原理的条件进行了包括非平面反射镜的扩展,又将结论改为:光从空间一点传播到另一点是沿着光程一阶导数为零的路径传播的。但这样的改变把“费马原理”改得面目全非,已经不再是“费马原理”了!本研究只对原始“费马原理”进行讨论。

“费马原理”为现代科学界认同的光学基础原理之一,如果能够指出其中的存在问题则有重大的义意。是光学基础理论的一个进步。

 

命题1: 的入射和反射光程最小

条件设定:

  1. c为光速,θ、β分别为入射角和反射角;
  2. 真空中光从a点射向反射点0(即座标0点)、b为反射光线的到达点,已知光的反射定律θ=β;
  3. y=0为反射面,以x/y座标的原点0为中心、R=1为半径作一虚线园,a、b均在虚线园弧上,见图1;

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分析

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:由于“费马原理”被证伪、所以不能用于证明光的反射定律。

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                                                                                       命题1证伪毕


命题2: 入射和反射路径的光程最小

定:

  1. 将反射定律设为未知,只根据“费马原理”寻找入射和反射光程最小的路径;
  2. 光程和光传播所用的时间等效,c为真空中的光速;
  3. 以x/y座标的原点0为中心、R=1为半径作一虚线园,a、b均在虚线园弧上;真空中光从a点射向反射点0(即座标0点)、b为反射光线的到达点;
  4. θ、β分别为入射角和反射角,θ=45°;y=0为反射面、见图1。

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7. 揭示“费马原理”的4种历史性证伪

分析

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根据“费马原理”是寻找不到光程为最小的路径的,也就不能得到θ=β;所以θ=β是反射定律的规则,不是“费马原理”新带来的规则;因此、“费马原理”的入射和反射路径的光程最小被证伪。由于“费马原理”被证伪、所以不能用于证明光的反射定律。

                                                                                                                                                                                                              命题2证伪毕


命题3: 入射和折射光程最小

定:

  1. c为光速,已知折射定律v1/v2= sinθ/ sinβ;
  2. a为真空中的单向光源点、0点为光的折射点、b为折射光线的到达点;
  3. v1、θ分别为入射光速度和入射角;
  4. v2、β分别为折射光速度和折射角;
  5. x/y座标中的第1、2象限为介质1,介质1的绝对折射率为n1,v1=c/n1
  6. x/y座标中的第3、4象限为介质2,介质2的绝对折射率为n2,v2=c/n2
  7. 以x/y座标的原点0为中心、R=1为半径作一虚线园,a、b均在虚线园弧上,见图2。

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分析

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    命题3证伪毕


命题4:入射和折射路径的光程最小

条件定:

  1. 将折射定律设为未知,只根据“费马原理”寻找入射和折射光程最小的路径;
  2. a为真空中的单向光源点、0为光的折射点、b为折射光线的到达点,c为真空中的光速;
  3. v1、θ分别为入射光速度和入射角;
  4. v2、β分别为折射光速度和折射角;
  5. x/y座标中的第1、2象限为介质1,介质1的绝对折射率为n1,v1=c/n1
  6. x/y座标中的第3、4象限为介质2,介质2的绝对折射率为n2,v2=c/n2
  7. 以x/y座标的原点0为中心、R=1为半径作一虚线园,a、b均在虚线园弧上,见图2。

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分析

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    命题4证伪毕


感言

报告人在进行光子科学探索中发现了光的反射和折射机制,当时很自然就提出了为何光子会走“费马原理”的最小光程路径的疑问;经进一步研究后得“费马原理”是冗余的,并发现了目前常用“费马原理”对光反射定律的结论是错误的,特此报告。

鸣谢

本《揭示“费马原理”的4种历史性证伪》的研究获得“中国缔造、世界繁荣”基金的特别资助,特此鸣谢。

参考文献

[1]中国北京大学出版社《光学》赵凯华  钟锡华,出版时间为2017年10月。

Zhao Kaihua, Zhong Xihua, Optics, Beijing University Press, Chinese 2017.10


 

“费马原理”的4种证伪(40元标准版)

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