「用最強的光,照最小的縫,射最快的物體,找最弱的光。」
這句話起作用的前提是後人會把這句話奉為神諭,並一代代堅定不移地照做。如果後人把你說的話當成耳邊風,你說什麽都沒用。
如果後人真的把這句話當成世代相傳的使命並孜孜以求,那麽光學將會非常快地重建,順帶還會促進電磁學、相對論、量子力學等理論的建立和納米科技、生物、化學等學科的發展。
想象一下,當人類的所有學科知識都消失的話,人類無異於處於原始社會初期,只認識一些簡單的事物,進行一些簡單的交流。這個時候,人類一定知道(或命名)「光」這種物質了,因為它是日常最常見的物質之一。如果他們將上面那句話當成他們的使命,那麽他們必然會留心自然界中存在的各種光源。地球上最常見的發光體是「太陽、月亮和群星」,這個時候,如果他們想找到「最強的光」,就會觀察記錄這些發光體在什麽時候發的光最強,為了記錄,他們會用繩子或貝殼、石頭等物體發展出最簡單的計數工具,並由此漸漸發展出基本 算數理論 。他們會透過他們的記錄觀察到太陽和月亮的執行是有周期的,星星位置的變化也是有規律的,慢慢地,他們就能據此創造出簡單的 歷法和天象學 。他們還會觀察和尋找其它光源,比如閃電和天火。他們會發現被火燒熟的肉類更好吃,會學會使用火,從此擺脫茹毛飲血的生活。
他們會謹記「光」是很重要的一種物質,並會用各種方法研究光。冰塊是冬季很常見的一種物質,會有人用從河中、泥坑中、石縫中找到的各種形狀的冰塊來研究太陽光或火光。這個時候他們會很容易發現光的反射、折射等現象,也會發現用包含凸面的冰塊可以把太陽光聚焦,獲得更強的光。這將是他們在找「最強的光」這條路上的重大突破。他們會進一步研究不同形狀的冰塊對光的折射現象,這個時候就需要發展出初等的 幾何學 來表征不同形狀的冰塊。但冰塊是易化的,難以長時間研究,這個時候他們就會尋找各種寶石、鉆石等自然晶體,利用這些晶體磨出不同的透鏡。他們繼續對這些透鏡進行研究,就會得出反射定律、折射定律、磨鏡者公式等規律,並漸漸建立起 幾何光學 。這時如果他們中有人研究其它形狀的透鏡,還會發現三棱鏡等透鏡可以將白光分解成彩色光,從而得出白光是不同顏色的光混合而成的結論。進一步,他們便能解釋彩虹等自然現象的成因。在這一時期,他們的初等幾何學也建立得差不多了,他們會用光和影的幾何關系測量一些長度,也會初步明白月亮圓缺的成因。他們會為了尋找各種制造透鏡的材料而發展出采礦的一些知識,並且獲得銅鐵金銀等礦產材料,從而生產出不同的金屬制品, 冶金學 逐漸建立。這一時期,他們應該也發明了生產玻璃的方法,並制造了大量玻璃透鏡。
隨著他們對幾何光學的進一步研究,他們會發現用透鏡可以組合成顯微鏡、望遠鏡等器件,並因此推動 生物學 與 天文學 的發展。古老的天象學在此時已積累了大量的觀測數據,利用望遠鏡,他們又觀察到了很多新的天文現象,他們會發現用地心說難以解釋其中的一些現象,比如某些星星的逆行,這個時候, 日心說 就呼之欲出了。日心說提出後,他們會利用望遠鏡進一步觀察群星的運動,類似於開普勒三定律的群星運動規律會被相繼提出,最終促成 萬有重力定律 的發現。這一時期,他們應該也會發現一些天然晶體具有雙折射現象,但對於這些現象的起因也許還並未參透。
但他們始終沒有忘記神諭的第二句話「照最小的縫」。最開始他們或許只是在木板或貝殼上鉆些小孔,後來也許會用玻璃拼接出一些狹縫,他們會用各種材料來造非常小的縫,直到有人制造出了尺寸與光的波長相當的狹縫。這個時候,他們會發現原來光在空氣中並不總是沿直線傳播的,光在照射一些狹縫時會發生 幹涉和繞射 ,產生一個個明暗相間的條紋。幹涉和繞射的發現讓他們認識到了光是一種波,進一步的研究會發現不同顏色的光具有不同的波長。從此,他們逐漸建立起了 波動光學 。他們進一步測試了透過各種晶體的光,逐漸發現光波是有偏振的,並且光波是一種橫波。此時,某些晶體的雙折射現象便得到了很好的解釋, 向量光學 開始逐步建立起來。也許你還記得他們很早以前就開始觀察、研究閃電了,他們會由此發現「帶電」這種現象,並逐漸發展出 電學 。透過采礦,他們也發現了某些礦物帶有「磁性」,並逐漸發展出 磁學 。在這一時期,他們也能夠透過天文觀測或光學實驗來測出光速了,他們第一次獲得了光速的數值。
電學和磁學的進一步發展使得他們發現了很多電生磁、磁生電的現象,並最終促成了 電磁學 的產生,電磁學的進一步發展則促成了電磁波的產生。有人發現電磁波的傳播速度和光速是一樣的,並進一步得出了光是一種電磁波的結論。至此,光學與電磁學融合在了一起,他們對光的本質有了更深入的了解。這個時候,他們已對光速進行了比較準確的測量,並且開始利用光來測量距離、速度等。
但他們逐漸發現一個問題,根據電磁學理論,電磁波是一種電磁振蕩,它的速度不依賴於特殊的參考系,這豈不是和速度疊加原理相違背?能不能做一些實驗來測量光相對於不同速度的物體的相對速度呢?也許他們中沒有人想到用幹涉的方法測光速,也沒有類似於愛因斯坦這樣的人直接假設光速不變,但他們始終沒有忘記神諭的第三句話「射最快的物體」。雖然他們還不知道這樣做的目的,但他們從古到今一直在拿著光到處找高速物體做實驗,並且他們也一直在努力制造高速物體。最開始他們沒有發現什麽有趣的現象,但等到他們的科學發展到一定的程度,等到他們利用化學燃料把一些探測器和實驗儀器發射到了不同的星球表面,他們便可以利用不同天體間巨大的相對速度做照射實驗,他們會慢慢地發現經典的速度疊加公式是不適合超高速物體的,並且對於超高速物體,具有「尺縮鐘慢」的效應。他們有可能會先發現光速不變,後推匯出狹義相對論,也可能先根據一些超高速物體的運動規律推匯出狹義相對論,最終驗證光速不變。但無論如何,只要他們用光來研究超高速物體,他們終會得出狹義相對論,並進一步得出質能關系。從此,他們便可開啟核能研究的大門。
隨著他們對電磁輻射和核物理的進一步研究,他們很可能會發現光電效應和黑體輻射,從此開啟量子力學的大門,但如果沒有發現這兩種現象也沒關系,只要他們牢記神諭的第四句話:「找最弱的光「。光的能量是無限可分的嗎?最弱的光有多弱?如果他們循著這個指引一直做實驗,他們就會發現光的能量並不是無限可分的,把一束光逐漸減弱,最弱會得到單光子,單光子的能量是由它的頻率(波長)決定的。至此,光的量子性就很顯然了。在這一時期,人們對光與物質的相互作用有了更深的了解,既然光是一份份的」光量子「,那麽物質吸收光時有沒有量子性?物質的構成本身有沒有量子性?沿著這條路走下去,量子力學的建立也就是歷史的必然了。量子力學建立後,激光的產生也就順理成章了。當他們發明出激光後,他們將會在找」最強的光「這條路上取得又一重大突破。有了強激光,他們再做光學實驗,便會進一步發現 非線性光學 現象和更多的 量子光學 現象,利用光來傳遞資訊也會更加容易,從而催生出 資訊光學 這一學科。
新人類的科技發展並不一定循著我們的老路,但有了這些提示,他們必能更快地實作科技的進步。
一個腦洞:
也許有一天,新人類循著」最強的光」這條指引,終於找到了產生最強光束的技術。他們可以吸收一個恒星的能量來產生足以淪陷另一個恒星的激光武器,並可以隨意將光能量聚焦到一個生命身上實作」精確斬首「。同時,他們循著「最小的縫」這條指引,將納米科技發展到了極致,可以隨意排列單個原子。他們也循著「最快的物體」這條指引,制造出了接近光速的飛行器,他們還循著「最弱的光」這條指引,實作了宏觀物體的量子化和量子通訊,那麽,在未來的星際戰爭中,新人類應該可以在銀河系立於不敗之地了吧?
也許到那時,某個星球上的統治者會盯著戰場全像投影,問他身邊的謀士:「你說我們為什麽會失敗?」謀士無奈地說:「因為他們有‘最強的光’「。星球首領嘆氣道:」我們投降吧!根據星際聯邦協定,投降後我們將被流放到一個蠻荒星球,我們的科學知識將被全部摧毀,我們將只被允許向我們的後代傳遞一句話。你覺得我們應該留下什麽話呢?「謀士想了想答道:」用最強的光,照最小的縫,射最快的物體,找最弱的光。「