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myore

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第七章 宏观物体的物质波(2)-4  

2012-06-28 03:15:37|  分类: 博客书《牛爱力学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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第七章 宏观物体的物质波(2-4

 

7.14 鸟飞笼丢

1.拍频和自拍频(振动拍频)

在我们讨论之前,我们首先应该知道,如果是正常的情况下,我们应该看到什么,观察到什么。

对于快速转动的物体,我们设想,应该看到大家熟悉的鸟入笼子;如果转动太快,应该是模糊看不清楚(这一点从实验看,结果不是如此,如果有足够的光强,那么还是看到鸟入笼子)。如果用照相机拍摄,快门速度没有转速快时,那么应该拍摄到连续转动的模糊照片。据侯在滨初步测速结果,钢镚儿机中钢镚儿的转速大约是50/秒(不低于50/秒)。这样我们拍摄得到的照片,采用1/100秒和1/200秒,就应该是模糊的照片。现在不妨来看看实际效果。使用二极管手电筒光源,不使用闪光灯拍摄。

7.15、图7.16、图7.17、图7.181/100秒拍摄的效果,

第七章 宏观物体的物质波(2)-4 - myore - myore

 

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可以看到,1/100秒拍摄到的都是模糊的多重重影,这是我们熟悉的,快门速度没有物体运动速度快,所以是模糊的虚影。

现在看看图7.19、图7.20、图7.21、图7.22的效果,1/200秒,

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这可以明确看到,照片还是模糊的重影。细致分析,因为50/秒,所以钢镚1/100秒转过180度,1/200秒转过90度,拍摄到的照片果然如此。这里仍然可以观察到“量子化”现象,照片看到,模糊的不是绝对的,钢镚边缘可以看到是一个一个的,而不是模糊不可辨别。那么可以理解这个多个相对清晰的边缘是“量子化”现象。注意拍摄条件,采用普通强光二极管手电筒的弱光照明。

但是问题是,如果不是采用二极管手电筒照明,而是采用闪光灯拍摄,效果就完全不同了。原来曾说过,侯在滨2012525日来到邯郸,当天晚上用他的相机拍摄,如果用闪光灯,那么1/100秒拍摄的是清晰的相对静止的照片,1/80秒到1/50秒拍摄的有重影但是也是相对清晰的静止照片,如果采用1/20秒,就可以再次出现相对静止的清晰照片,注意,必须使用闪光灯。

myore的摄像机是以摄像功能为主,照相功能没有曝光时间的设置,但是用闪光灯拍出的也是相对静止的清晰照片,现在来看看图7.23、图7.24、图7.25、图7.26,看看效果,

第七章 宏观物体的物质波(2)-4 - myore - myore

 

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这说明一个问题,闪光灯能够把那些应该拍出模糊影像的,拍出相对静止的清晰照片(当然也和闪光时间曝光时间有关)。不仅是拍摄钢镚儿机中的钢镚,就是拍摄电钻驱动的钢镚,或者是电扇扇叶,也是如此。这个现象是2012526日在myore实验室发现的,当时是用侯在滨的照相机发现。在看电钻驱动钢镚和观看电风扇扇叶的情况前,不妨看看钢镚儿机中的钢镚采用不使用闪光灯方式拍摄的效果,图7.27、图7.28、图7.29

第七章 宏观物体的物质波(2)-4 - myore - myore

 

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 显而易见,闪光灯可以拍出相对静止的清晰照片。

现在看看电钻驱动钢镚的照片,图7.30显示的是完全模糊的照片,不用闪光灯。

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 而图

7.31中,换用另一个角度拍摄时,转动的钢镚根本看不到,不用闪光灯。

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 如果用电钻驱动钢镚,采用闪光灯,可以得到不同清晰程度的相对静止的照片,参考图

7.32、图7.33、图7.34、图7.35,需要说明的是,电钻是变速的,铭牌标示为0-2800/分,电钻全速转动后拍摄。

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现在来看看电风扇的情况,电风扇有三个速度,低速(弱风)、中速(中风)和高速(强风),不使用闪光灯时,扇叶完全看不到,参考图7.36、图7.37、图7.38

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 如果使用闪光灯,不管是低速,还是中速和高速,拍出的照片都是相对静止的清晰的扇叶,一点儿模糊的影子都没有,仍然注意,

myore的摄像机的照相功能是单一的,快门速度是自动的,不知道曝光时间。参考图7.39、图7.40、图7.41

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 使用闪光灯和不使用闪光灯,拍摄到的照片效果完全不同。即:使用闪光灯,拍摄得到的是相对静止的清晰照片;不使用闪光灯,拍摄得到的是模糊的照片(或者消失,如图

7.31中看不到钢镚,图7.36、图7.37、图7.38中看不到扇叶)。这对于钢镚儿机中的钢镚、或电钻驱动的钢镚,或者就是普通电扇的扇叶都是如此。这使得myore想到教科书上讲授的“拍”现象,《波动与光学》,32页,“频率都较大但相差很小的两个同方向振动合成时所产生的这种合振动忽强忽弱的现象叫做拍。单位时间内振动加强或减弱的次数叫拍频。”这里我们可以类比,出现模糊的影子是可以理解的,而出现相对静止的清晰的照片就是我们新的发现了,这种现象就是 “拍”现象,这里称为“拍频”。但是注意,这个“拍频”和教科书所称的拍频,是完全的两回事。

这里的拍频意思是指,(钢镚、扇叶)转动频率、闪光灯闪光频率、照相机快门曝光频率发生了“拍”现象,可以得到清晰的相对静止的照片,称为“拍频”。理解到这两个名词表面上一致,但是物理内涵不同,才算是理解了。

注意拍频现象不是使用闪光灯就可以出现的,而是和闪光灯、曝光速度、转动物体的转速三者频率都有关,即是三者的合拍,才出现拍频现象,如果节拍不合拍,就不是这个结果了。

原来介绍过,钢镚儿机的钢镚的量子化现象,即侯在滨用1/100秒、1/200秒的闪光灯拍摄时,得到完全静止的清晰照片,而使用1/80秒到1/50秒闪光灯拍摄,得到有虚影(重影)的但是也以相对静止为主的照片,而用1/20秒闪光灯拍摄,得到的是完全静止(没有虚影重影)的清晰照片。据侯在滨回到上海测速,钢镚机中的钢镚速度大约为50/秒。注意,钢镚机中的钢镚,看到的是只有一个面,即鸟飞笼丢现象。

2012526日,在myore实验室,侯在滨对1/20秒可以拍摄得到静止的钢镚照片感觉惊奇,他甚至怀疑是照相机有问题,即1/20秒的曝光速度可能不是真实的。于是我们立即对比电钻加速的情况,电钻是变速的,铭牌标示为0-2800/分,加速全速稳定后拍摄照片,那么电钻加速的钢镚转速大约应该是2800/分,这个钢镚机中的钢镚转速大约为3000/分的情况可以类比。拍摄照片结果是:图7.42、图7.43、图7.44、图7.45、图7.46拍摄结果是有不同程度的虚影和重叠,

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 比较少的情况也可以出现图

7.47和图7.48的结果,

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7.47和图7.48已经几乎等价于只有一个面了。myore和侯在滨交换意见后初步认为,图7.47和图7.48中,钢镚的图案上面有很多“雪花”样的痕迹,这个痕迹应该是钢镚另一面的图案造成的。这就是说,即使不是钢镚儿机中弹出的钢镚,现在电钻驱动的钢镚,在巧合的情况下钢镚正反两个面的反光干涉,也可以在照相机拍出的照片中,出现钢镚其中一个面的图案。注意,图7.47和图7.48这样的照片出现的情况相对较小,而图7.42一直到图7.46这样的图案则拍到的照片图案很多。再加上眼睛和照相机是不同的观察方式,所以,直接用眼睛看,电钻驱动的钢镚,只能够观察到“鸟入笼子”,而观察不到“鸟飞笼丢”的现象。

myore意识到弹钢镚儿机弹出的钢镚可以用物体波和物质波两种解释方法进行解释的时候,就意识到任意周期性的运动物体,都可以看作是物体波的运动状态。因此电钻驱动钢镚,电扇的扇叶周期性运动,都可以看作物体波。那么,图7.47和图7.48拍摄出的效果,就是周期性运动物体是物体波的很好解释,因为干涉的结果,可以出现只有一面图案的效果,这说明出现了干涉,而干涉是“波动”的特性。

而钢镚图案出现雪花状斑点,钢镚儿机中弹出的钢镚也会出现这样的效果,图7.49和图7.50就是myore的摄像机采用闪光灯拍出的照片效果。myore的摄像机拍照片没有曝光时间的选择,不过,虽然这个照片和侯在滨照相机拍摄条件不同,但是照片有类似或相同的效果,显然,钢镚儿机弹出的钢镚,和电钻驱动的钢镚,在运动方式上是有类似性的。这才是重点。

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当我们越来越注意到周期性运动的特点,就会发现引入物体波的必要性,这也可以更好地区别振动和波动,充分理解教科书的漏洞,没有把振动(势动能反相)和波动(势动能同相)区分开来。

这里我们注意到闪光灯的作用不是必要的。

闪光灯和曝光速度(快门)有联系也有区别。使用闪光灯和使用稳恒自然光源照明拍摄的照片效果是根本不同的。我们可以这样设想,如果不是使用闪光灯,而是使用稳恒自然光源,比如使用钨灯给予稳恒直流电灯自然光源。可以考虑采用类似于照相机快门的装置,让这个快门控制自然光源照射到钢镚上面的照明时间,如果这个自然光源照到钢镚上面的时间和闪光灯可以比拟的话,我们是否可以设想照片会有同样的效果——相对静止的清晰的照片。

(这里有一个逻辑问题,即一般我们猜测,闪光灯闪光时间比曝光时间略微长一些。即闪光开始后,快门打开;快门闭合后,闪光才结束。那么,快门的开闭是在有光的时间内完成的,因此对于照相机来说,观察到的光源是持续的而不是频闪的。为什么和持续光源拍摄到的不同呢?难道和快门开启之前以及和快门闭合之后的“频闪-闪光”发生了干涉-拍频?这岂非是宏观的前知五百年,后知五百年?如果快门真的是在闪光之后打开的,而闪光是在快门闭合之后结束的,那么这还真的就是这个逻辑)

现在我们也不妨看看,电钻驱动钢镚和弹钢镚机驱动钢镚的闪光灯对比照片,图7.51和图7.52

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再看看钢镚机驱动无定轴和有转轴的钢镚采用闪光灯拍摄的照片,图7.53和图7.54

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现在再看看钢镚上面胶布红色方框在钢镚上面没有但是反光影却有的照片对比,参考图7.55和图7.56

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我们说拍频就是闪光灯、钢镚转速、快门速度合拍而拍出相对静止的清晰的照片,那么还有一种情况是可以考虑的。

即既使采用自然光照明,不用闪光灯,如果拍摄凑巧,也可以得到相对静止的清晰照片。那么,不采用闪光灯而使用自然光可以拍到相对静止的清晰照片,称为自拍频。现象不妨看看视频169的截图,用软件分析,单帧图片去看视频169,很容易看到数十张连续的清晰照片,现在给出六幅连续的视频截图照片,看看是否很清晰,照片光源是采用普通二极管手电筒(自然光源),视频自然不能够使用闪光灯,且看图7.57到图7.62,相当清晰吧。

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2.鸟飞笼丢(钢镚干涉)

采用弹钢镚儿机弹出的钢镚,有时候会出现鸟入笼子的情况,但是更多的情况下,如果直接用眼睛观看,看到的是鸟飞笼丢,这种现象称为钢镚干涉。最初发现时,鸟飞笼丢和水平轴的转动有关,水平轴转动,观看到鸟飞笼丢;水平轴没有转动,鸟入笼子。但是后来发现,即使没有水平轴转动,也可以观察到鸟飞笼丢。

钢镚的这种运动,根据我们对比振动和波动,提出的物体波现象,显然,这种现象是物体波的干涉(衍射)现象,对于鸟飞笼丢的现象,因为首先从钢镚运动发现,因此特别称为钢镚干涉

鸟飞笼丢的现象眼睛最容易观察到。而摄像机和人直接观看是不同的观察方式,拍摄效果失真度很大,即使摄像机拍摄到的和眼睛类似,比如长时间只出现钢镚的一个面(视频单帧图片分析),但是图像清晰度相当的差,不过,侯在滨照相机拍摄到的视频还算是马马虎虎。视频175-1175-4非常模糊,视频175-3略强,视频175-2还算是比较清晰(与眼睛直接观察到的魔幻差距还是有天壤之别)。

鸟飞笼丢并不完全依赖于水平轴的转动。

1.在实验中,myore观察到,如果水平轴仅仅是左右振动,也可以观察到鸟飞笼丢的效果。

2.在实验中,myore观察到,即使有水平轴转动,也可以观察到鸟入笼子的现象。不过这个实验后来没有很好的重复结果。

3.在实验中,myore观察到,即使水平轴完全没有转动和振动,也可以观察到鸟飞笼丢。如视频189,地址:http://v.youku.com/v_show/id_XNDE4MzAxMDM2.html?f=17505363。这个效果很稳定,采用5个钢镚和4块比较薄的小磁铁,所谓九龙治水,从622日到现在(628日),已经持续24小时运转了多天,效果非常稳定。

对于钢镚干涉,出现鸟飞笼丢的现象,myore曾经做过解释,在牛顿绝对时空里,是向一个单一方向转动的;在相对的情况下,钢镚运动拖动了自己的时钟和量尺,因此,钢镚不是沿着一个方向转动,而是同时向两个方向转动。这样,运动出现了干涉效果,只能够观察到钢镚的一个面。玻尔用太极图解释自己的并协互补思想有些浪费,他不懂中国的阴阳思想。要解释鸟飞笼丢,myore反复分析,看来从西方观念中找不到对应的逻辑,唯一的方法是从中国的阴阳思想找答案。《易经》的阴阳思想是萌芽,成熟运用,必须去看《内经》,介绍的非常详尽。这里就不再多谈了。

3.鸟笼位相(全息干涉)

视频189拍摄完成后,才注意到,正如624日在myore网易博客心情随笔的记录:拍摄视189时,还是忽略了一个因素。今天上午发现,采用九龙治水弹钢镚儿,如果眼睛或手电筒可以放在钢镚水平面或略微偏下的位置:可以看到,手电筒不动,移动眼睛,可以看到钢镚背面、正背面重合或各占部分、钢镚正面的图像。或者眼睛不动,移动手电筒,也可以看到依次变化的结果。运动引起的干涉应该是全息的干涉,是信息干涉而不是普通条纹干涉。这种现象称为鸟笼位相(全息干涉)

如果大家熟悉全息摄影的话,应该对此有所联想。比如我们说,如果考虑总的光强,那么,因为钢镚肯定在垂直轴高速转动,一般情况下可以认为转速是均匀的,那么钢镚的两个面接受的光强应该相等,反射的光强也应该相等(钢镚两个面颜色质地一样,图案的差别对反射光强影响应该可以忽略)。那么看到鸟入笼子的时候,如果光强为1(钢镚两个面反光叠加在一起),那么看到鸟飞笼丢的时候,光强是1还是0.5(只有钢镚一个面的反光,没有另一个面的反光)呢?考虑到光子自干涉和电子自干涉,即只有自己和自己的干涉,可能会猜测,鸟飞笼丢的时候,观看到的光强是0.5

但是现在说的“鸟笼位相(全息干涉)”眼睛(或光源-如普通二极管手电筒)移动位置的时候,可以观察到正面、正背面重叠或各占部分、背面的现象,那么据此推测,观察到的光强应该是1,即钢镚正面和背面的反射光发生了干涉,否则如何移动眼睛(光源)时观察到的图案有如此(鸟笼位相)的变化呢?

考虑到更一般的情况,可以认为,自干涉(钢镚一个面和自身的干涉,后面要介绍)和互干涉(钢镚两个面反射的光互相干涉)同时存在。那么倒推教科书关于波动的论述,就不是光子自干涉或电子自干涉了,应该是自干涉和互干涉同时存在。

(注意:鸟笼位相和教科书干涉条纹完全不同,干涉条纹是明暗相间的视场,而鸟笼位相则没有出现暗视野的区域。)

 

二〇一二年六月二十八日

 

myore

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工作单位:邯郸县粮食局

单位地址:河北省邯郸市和平路345

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    者:张建军

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