“两点之间最快的路径是 ________?”

  1. 直线
  2. 曲线

相信很多人看到这个题,凭直觉会选 1. 直线 ,因为“两点之间直线最短”,事实果真如此吗?

上海浦东-洛杉矶

像中美这种长距离直飞航线,一般是按大圆航线(地球上任意两点之间的最短路径)飞,如下图 Google 地图所示:

PVG-LAX

而下图是实际的飞行路线,两图对比发现,实际飞行的路线明显更远嘛,有人不禁要问,这不是绕路了么?你的直觉没错,是绕路了,但是(敲黑板),总的飞行时间变短了。😇 😇 😇   What The Fuck !?

AL9706

这是由于借助于盛行西风带的风速,所以,虽然路程是远了,但是,时间和油耗却更少。

费马原理

初中物理书上就讲过光的折射定律:

当光波从一种介质传播到另一种具有不同折射率的介质时,会发生折射现象

这一定律可以从费马原理推导而来

费马原理(Fermat principle)最早由法国科学家皮埃尔·德·费马在 1662 年提出:光传播的路径是光程取极值的路径。这个极值可能是最大值、最小值,甚至是函数的拐点。最初提出时,又名“最短时间原理”:光线传播的路径是需时最少的路径。

Fermat Snellius

由于存在折射定律,光线在不同介质中的传播路径并不是直线,也就是说,光走了捷径!!!

Brachistochrone 曲线

看到下面这个动画,可能很多人要开始怀疑人生了,为啥走直线还不如走曲线的快呢?

Brachistochrone Curve

因为存在重力加速度 (G) 的原因,这也可以通过光的折射定律或费马原理来推导证明,详细证明过程参考:https://en.wikipedia.org/wiki/Brachistochrone_curve ,大家有没有发现,原来捷径就藏在大自然中,还有很多捷径等待着我们去发现。