倍可親

輪船在河海里航行,激起的V字形波浪的夾角有多大?

作者:釣魚城  於 2019-8-24 03:34 發表於 最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

通用分類:流水日記|已有6評論

最近讀了網上一點科技方面的文章,其中講了幾個簡單而有意思的物理現象,背後有些科學上似是而非的道理。

一個問題是,輪船在江河湖海里航行,它的尾部激起一個以它的尾舵為中心的扇形波面(boat wakes)。大家可能都看到過這一現象。不知細心的人對這個扇形的角度大小有什麼研究沒有。這個角度,據證明,在寬闊的水面,總是不超過39°,你相信嗎?要知道在這麼一個簡單的物理現象背後,好些有名的數學物理大家,像柯西,泊松,和開爾文等都做過研究。這個定理已在那裡存在了127年,直到最近才有人試圖推廣它。

                                   

                               圖中小白點代表船尾

它的好處?這個角度的大小對於燃油的巨型輪船航行經濟有很大的影響。
最近試圖推廣這個定理的人,是挪威一所大學的教授,他沒有去研究高深的學問,相反,他從自己所看見的這個簡單現象(挪威近海,想必船和港口很多),自己給自己開了這個看似簡單的力學課題。課題選擇的新穎,不是第一,也是第二。他就用簡單的筆和紙,在五年前發現了水下的暗流會影響這一結果。他的發現不是推翻,而是推廣了原有的結論。他的兩個研究生用一個大水槽在實驗室做了實驗,證明所言不虛。就這麼簡單。
這使人很有感概,做事一切從高起點開始,怕輸在起跑線線上,實際上並不是那樣。做什麼,不需要高言大義。據說臉書的扎克伯格當初寫的源代碼,被後來招入的程序大家們看了,直搖頭,說what a mess!我相信,那些程序極客(geeks)或者古肉們(gurus)肯定比一個當年的心理學系本科學生的編程水準要高得多。但是你能說他不夠格成為臉書的創始人?只有那些極客能才能在IT時代成功?那未見得。如果扎克從一開始,就嚴格要求自己,不寫出驚世駭俗的code就不下筆,那麼臉書現在哪裡,影子可能都還沒有呢。
國內的科學現狀最令我擔憂的就是,非要選什麼當前國際的所謂前緣去追風,像什麼你克隆了羊,我再用幹細胞去克隆貓,雞狗;你編輯了這個基因,我要去編輯那個基因,自己覺得自己站在了國際前緣了,其實是什麼樣子,誰還不知道嗎?跟著別人爬,很累的。
我以為,科學上,簡單的重複是需要的,但來自於生活和周邊世界,有很多直觀的現象還沒有得到解釋呢。抓住一個自己的所見所聞,讓自己像一個初創的科學家一樣去思考可能更開心。像以前說的大樹克服重力的影響,怎麼把水運到幾十米高的樹梢,到每一片樹葉,有多少人真正明白了其中的道理?我不喜歡聽人說,這在什麼什麼教科書里,已經有了答案。想一想不經自己的腦子就認為這答案是對的嗎?
好了閑話少說,下一個問題是,降落在月球上的宇宙飛船又怎麼飛出月球?要知道,飛船從地球上起飛,需要很大助力的土星五號火箭,幾十米長,幾十噸上百噸重的燃料,才能把阿波羅11號飛船送上月球!

我的一個同事曾問過一個問題,既然要這麼大的推力才能把飛船從地球送到太空,以逃逸地球的引力。那麼登月艙要從月球起飛,也得要逃離月球的引力才能返回地球。但在月球上,宇航員們哪來那麼大的火箭?什麼都沒有,靠什麼把那個艙飛升到那樣的高度並脫離月球的引力的?人說,月球表面的引力要小得多,但也有地球表面引力的六分之一。還是需要相當大的動力來克服它,否則,怎麼飛回來的?當然這位同事所信奉的是陰謀論,他不承認人類曾上過月球。哈哈。

最後一個問題就是,光以光速在真空中傳播,但是光速在介質比如說玻璃或液體里是可以慢下來的。理論上,依賴於介質,可以把光速想慢到多少就慢到多少。如果把光想象成波或者粒子,既然光子在媒質裡面給慢下來了,那麼光子可以被想象成一個突然減速的汽車(vehicle)。可以認為它是受到了強大的阻力而減速了。於是有人問了一個問題,如果這光子已經減速了,當它穿過了媒質而重新進入真空,它的速度理應又回到30萬公里/秒。比如說從0.1公里/秒(在介質內)突然變到30萬公里/秒(真空中),這加速是什麼樣的力造成的?一位從事光學物理40多年的物理學家認為,現代物理學,比如說量子電動力學(QED)所教給學生的不是一種正確的東西。那麼什麼是正確的東西?他認為現有的知識還不足以給出一個完美的答案。

如果你能就以上問題給出自己的想法,那也是令人耳目一新的。

所用之圖,來自網上,致謝。

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發表評論 評論 (6 個評論)

回復 Polar_bear 2019-8-24 23:29
非常好的文章!事實就是那麼一回事兒,方程的重要性和其複雜程度成反比,越複雜的方程,描述得越具體,重要程度就越低。自然科學是建立在具體實驗觀察的基礎之上的,是把具體事物的共同點總結提煉出來,並用數學表達出來的。我們現在上學都反其道而行之了,絕大多數情況下在捨本逐末。
你所說的光的傳播問題,和電磁波傳播是一個道理,現在科學知識探討的都是一個穩態傳播現象,而你所問的其實是光在不同媒體界面轉換時,是否存在一個動態轉換的問題。這個確實沒有答案,因為現在的時空定義在光速是絕對的基礎上的。
回復 釣魚城 2019-8-25 07:48
Polar_bear: 非常好的文章!事實就是那麼一回事兒,方程的重要性和其複雜程度成反比,越複雜的方程,描述得越具體,重要程度就越低。自然科學是建立在具體實驗觀察的基礎之上
不能同意更多!遇上專家了,
回復 TravelLover 2019-8-26 01:41
謝謝分享
回復 釣魚城 2019-8-26 10:14
TravelLover: 謝謝分享
謝謝鼓勵!
回復 嫑孬甭歪 2019-9-13 08:37
第一個,看到過這個現象,但認為「自然」就應該是那樣啊,所以...
第二個,問過自己(當然不會解答),但沒問過別人。
第三個,沒想到過,現在想想,也是很有趣的。

謝謝分享

中秋快樂!
回復 釣魚城 2019-9-13 10:03
嫑孬甭歪: 第一個,看到過這個現象,但認為「自然」就應該是那樣啊,所以...
第二個,問過自己(當然不會解答),但沒問過別人。
第三個,沒想到過,現在想想,也是很有趣
閣下坦誠。
我也不懂,只是探討。

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