元旦2020年 ——淺説現代科學和中國傳統思想_風聞

元旦2020年

——淺説現代科學和中國傳統思想

1   開場白

年過就60了，78年進京上學，我家親戚學部委員在北京站接我，很多吩咐，時間一長，有句話至今記得，好好學古文，將來科研有用，其後我多次詢問古文和科學有何關係，都沒得答案，現將奔6，似乎懂了。

我學光學，就從光學説起，説説現代科學的光學和古代思想的關係：

光是電磁波，被麥斯方程組完美描繪，麥氏方程組導出波動方程：

波動光學、激光、現代光學等光學學科都建立在這個波動函數基礎上。

2   光源的平行平面近似

A**．**平行平面波函數是波動方程的一個特解，自然界並不存；但是，大多數光的傳輸，干涉等應用，平行平面近似被證明可行。

B．同樣，我用幾個干涉積分公式，都證明平行平面近似違背能量守恆定律，見下面兩光束干涉的功率積分公式：

大多數干涉測量σ值遠大於2π，滿足上述要求。σ接近2π時，光源的平行平面近似違背能量守恆定律，光源的數學模式需修正。

3   激光諧振腔理論

A．即使光源平行平面近似，光的合成是三角函數的加法，非常複雜：

**B．**激光諧振腔理論是光源從平行平面近似，修正為高斯分佈的球心不斷變化的點球面波，仍然是自然界不存在的理想光源：

諧振腔理論不過就是高斯光束公式加近軸成像公式的結合。

C．激光諧振腔理論在平行平面近似下，又做了簡化，也只能進行定性分析，只能用於寫論文，真實激光器沒一台是該理論設計出來。激光技術的發展仍然存在熱效應，光軸隨機跳動，真空充氮密封激光器內鏡片污染等故障。

儘管有大量關於諧振腔理論專著出版，根據這些理論設計的擴束鏡和會聚鏡頭，理論值和實際值相距巨大。

此外，激光功率測量，光參數測量還存在很大困難，功率穩定性是激光功率的波動，還是功率計的波動等等，都嚴重影響激光的發展和應用。

4   用古代中國傳統思想看光學和激光的基礎理論

面對已經成熟100多年的電磁學，這時我想起《老子》第一句話“道可道非常到”！

光學能“講”出來的“理論”，不是光學永恆的“道”，太精彩了，老子在2000多年前就預言了光學科學的發展的曲折道路。光學永恆的真理是波動光學方程，它沒有“解析解”，即使可信的數值解，今天還沒出現，只有光源的“平行平面”近似。光源的平行平面近似在大多數光的傳輸，衍射和干涉應用中，是正確的。當應用的精度不斷提高，接近衍射極限時，這個近似就出現錯誤了。

5   用古代中國傳統思想看光學和激光的研究方法

經典物理學成熟已100多年，波動光學被認為是一個成熟到沒有再研究意義的學科。但是“道可道非常道”，當前的光學激光研究永遠沒有，也不可能達到理論發展的最高境界，基礎光學研究無止境。

A．波動光學現在還建立在自然界不存在的理想光源基礎上，波動方程的數學研究，應該是光學領域原始創新的根源，但是難度極大。光學領域要建立獨立自主、自主創新的成就，或許應該從光源的平行平面近似的修正開始，這是因為干涉積分公式證明接近衍射極限時，光源的平行平面近似違背了能量守恆定律。並且還提出衍射極限值或許不存在，需要修正。

B**．**光學的平行平面光函數儘管是近似解，數學難度也很大，激光諧振腔理論作了修正，使該理論簡化了，然而諧振腔理論也僅適合定性分析。所以，諧振腔理論需要修正，困擾激光發展的熱效應，光軸的隨機抖動，鏡片污染、擴束和會聚鏡頭等故障需要理論解釋。

C．《四書》或許有一些人有齊家治國平天下大志，基礎是“格物致知”。基礎理論的研究離開光功率及光參數測量，沒意義。高功率測量存在很多問題，光功率的有效衰減，高功率有效相對測量等問題有待解決。以一台端泵浦DPL激光為例，你可以用諧振腔理論設計出來。諧振腔的誤差分析是什麼？裝配基準在哪？如何校正？如何測量？激光本是光，本是精密儀器，必須從精密光學儀器的設計，裝配，校正，測量，誤差分析等基礎開始“格物”。

D．《中庸●十一》子曰：做些“素隱行怪”偏門旁門奇奇怪怪的事，也能傳世，孔子不做；求“道”，“遯世不見知而不悔”，決不“半途而廢”。研究波動光學的數值解，研究光源的平行平面修正，用波動光學函數研究諧振腔理論是一個非常困難的事，很有可能一事無成，能堅持嗎？

激光技術的基礎研究有三點：首先是基礎研究；其次是從半導體激光的結構、整形、耦合到封裝開始，開發出一個新型結構的高亮度激光器；第三，建立可行的激光功率測量，光參數測量系統，從精密機械和光學零部件尺寸公差到尺寸鏈計算開始，完成一套裝配，校正和測量平台的設計，完成激光器的誤差分析，及計算仿真系統設計。