聊聊詹姆斯韦伯望远镜背后的光学[烟花]
最近詹姆斯韦伯望远镜挺热的，大家都在关注它复杂的展开过程。直到今天，所有的部件展开均已完成，一个月后望远镜将点火进入晕轨道。接下来就是漫长的调试过程，而产出第一批数据则要在半年后了。
调啥呢？ 要花这么久？嗐，都是追求大口径惹的麻烦。
光学系统的分辨率都有极限。几何光学里点状物能成点状像，但波动光学告诉你实际上点状光源因为衍射只能成一个亮斑（艾里斑）。所以，两个靠近的点光源最后形成的像也是两个紧挨着的亮斑。如果两个物点挨得太近，像斑几乎融合在一起，我们就说这两点不可分辨，也就是分辨率。【图1. 艾里斑与分辨能力】
显然，点光源所成的艾里斑越小，我们能分辨出的距离也就越小，光学系统的分辨率就越高。那该怎么提高极限分辨率呢？光学工作者会告诉你：扩大口径。
如果你看过显微镜/望远镜的分辨率公式，应该会注意到口径越大分辨力越高。至于原因，波动光学会用复杂的公式求解艾里斑的具体形状（工程中则求解点扩散函数），然后告诉你口径越大，艾里斑越小，所以分辨率就高。【图2. 分辨率公式】
但比起让人头秃的公式，我最喜欢的永远是傅里叶光学和美图秀秀的视角：空间频率与信息光学。
为啥点光源不能成点像，而只能成为一个弥散的斑？傅里叶光学告诉你：因为有关这个物体“边缘的信息”丢失了，所以我们不确定像的边缘在哪，不确定它究竟是一个点还是一个有大小的圆，故而像边界变得弥散。
为啥“边缘的信息“丢失了？因为光学系统的大小有限，必然无法采集光源向四面八方放出的所有光。漏走的那部分光，恰恰携带了物体的高空间频率信息。这部分信息，对应的是细节，是边缘，是一张图片里最微小的结构。【图3. 无法采集的，高传播角的光携带了高空间频率部分】
好比一张肖像，你主动把高空间频率的部分滤掉，也就去掉了脸部细节信息（痘坑，痘印）。这便是美图秀秀”磨皮“的原理。而边缘检测则是反过来，滤掉低空间频率的部分即可。【图4. 高/低空间频率在一张图上对应什么？】
所以，想提高分辨率，就要少漏走信息，就要多集光。（不少人说到集光，就会想到像的明暗。其实明暗和极限分辨率没有关系。）想多集光，就要把光学系统做大——最好是大到把整个光源包裹起来，一丝光（信息）也不漏走。你要真有这神通，点光源就能成点像！
当然了，望远镜可没法把星星包起来……不过显微镜倒是能试试。近场光学显微镜和4pi显微镜就代表了这样的努力。
所以，詹姆斯韦伯的拼接镜就是为了追求大口径。但想让数个子镜融为一体可不那么简单，这也是调试的难点。
首先，子镜的焦点要重合，即共焦条件。如果是不共焦的子镜，它们对同一颗星星所成的像并不重合。所以共焦是基础——看不清没关系，起码别重影啊！
但共焦终归只是基础，真正的难关在于之后的共相。各子镜产生的像场必须具有相同的相位，才能在艾里斑中心互相增强。否则，拼接镜空有大口径带来的亮度增强，分辨率（艾里斑尺寸）却仍然与子镜相同！
高中物理都学过，共相位的难度直接取决于波长。在实际应用中，要求共相精度至少为波长的 1 /10。对于波长仅为数百纳米的可见光，几十纳米共相拼接难于登天。事实上，目前世界上还没有一架望远镜做到。
我国目前最高水平的”大天区面积多目标光纤光谱望远镜“（LAMOST）只做到了可见光波段的共焦拼接。而背后的南京天光所也仅能在实验室条件下实现250mm的正六边形子镜在可见光波段的共相拼接。【图5. LAMOST】
但对于波长更长的红外光波段，共相还是能够做到的。这次的詹姆斯韦伯主力工作波段在10微米左右，最大观测波段远达28微米，已至远红外。因此1微米的拼接精度尚在工程实现范围内。即便如此，一套流程走下来几个月也过去了。【图6. 詹姆斯韦伯的调试流程】
再想到《三体3》里的林格-斐兹罗观测站采用延绵二十五千米的透镜组，子镜直径2000米[跪了]，靠离子推进器实现共焦。我只能说：我靠……
既然拼接镜那么麻烦，有没有别的途径能扩大望远镜的共相口径呢？
我个人比较看好旋转液体镜面望远镜（https://t.cn/A6JUnws3）。虽然由于进动的影响，它没法作为太空望远镜，也没法追踪目标。但它可以布设在月球上，以极低的成本实现超大口径（90米！！）下的天顶巡天观测。
当然，如果有一天电浸润技术发展了，不必再通过旋转控制液体镜面形状，我们也能造出凝视成像的大型液体镜面太空望远镜。想想用100米口径盯着星星看……[色]
最近詹姆斯韦伯望远镜挺热的，大家都在关注它复杂的展开过程。直到今天，所有的部件展开均已完成，一个月后望远镜将点火进入晕轨道。接下来就是漫长的调试过程，而产出第一批数据则要在半年后了。
调啥呢？ 要花这么久？嗐，都是追求大口径惹的麻烦。
光学系统的分辨率都有极限。几何光学里点状物能成点状像，但波动光学告诉你实际上点状光源因为衍射只能成一个亮斑（艾里斑）。所以，两个靠近的点光源最后形成的像也是两个紧挨着的亮斑。如果两个物点挨得太近，像斑几乎融合在一起，我们就说这两点不可分辨，也就是分辨率。【图1. 艾里斑与分辨能力】
显然，点光源所成的艾里斑越小，我们能分辨出的距离也就越小，光学系统的分辨率就越高。那该怎么提高极限分辨率呢？光学工作者会告诉你：扩大口径。
如果你看过显微镜/望远镜的分辨率公式，应该会注意到口径越大分辨力越高。至于原因，波动光学会用复杂的公式求解艾里斑的具体形状（工程中则求解点扩散函数），然后告诉你口径越大，艾里斑越小，所以分辨率就高。【图2. 分辨率公式】
但比起让人头秃的公式，我最喜欢的永远是傅里叶光学和美图秀秀的视角：空间频率与信息光学。
为啥点光源不能成点像，而只能成为一个弥散的斑？傅里叶光学告诉你：因为有关这个物体“边缘的信息”丢失了，所以我们不确定像的边缘在哪，不确定它究竟是一个点还是一个有大小的圆，故而像边界变得弥散。
为啥“边缘的信息“丢失了？因为光学系统的大小有限，必然无法采集光源向四面八方放出的所有光。漏走的那部分光，恰恰携带了物体的高空间频率信息。这部分信息，对应的是细节，是边缘，是一张图片里最微小的结构。【图3. 无法采集的，高传播角的光携带了高空间频率部分】
好比一张肖像，你主动把高空间频率的部分滤掉，也就去掉了脸部细节信息（痘坑，痘印）。这便是美图秀秀”磨皮“的原理。而边缘检测则是反过来，滤掉低空间频率的部分即可。【图4. 高/低空间频率在一张图上对应什么？】
所以，想提高分辨率，就要少漏走信息，就要多集光。（不少人说到集光，就会想到像的明暗。其实明暗和极限分辨率没有关系。）想多集光，就要把光学系统做大——最好是大到把整个光源包裹起来，一丝光（信息）也不漏走。你要真有这神通，点光源就能成点像！
当然了，望远镜可没法把星星包起来……不过显微镜倒是能试试。近场光学显微镜和4pi显微镜就代表了这样的努力。
所以，詹姆斯韦伯的拼接镜就是为了追求大口径。但想让数个子镜融为一体可不那么简单，这也是调试的难点。
首先，子镜的焦点要重合，即共焦条件。如果是不共焦的子镜，它们对同一颗星星所成的像并不重合。所以共焦是基础——看不清没关系，起码别重影啊！
但共焦终归只是基础，真正的难关在于之后的共相。各子镜产生的像场必须具有相同的相位，才能在艾里斑中心互相增强。否则，拼接镜空有大口径带来的亮度增强，分辨率（艾里斑尺寸）却仍然与子镜相同！
高中物理都学过，共相位的难度直接取决于波长。在实际应用中，要求共相精度至少为波长的 1 /10。对于波长仅为数百纳米的可见光，几十纳米共相拼接难于登天。事实上，目前世界上还没有一架望远镜做到。
我国目前最高水平的”大天区面积多目标光纤光谱望远镜“（LAMOST）只做到了可见光波段的共焦拼接。而背后的南京天光所也仅能在实验室条件下实现250mm的正六边形子镜在可见光波段的共相拼接。【图5. LAMOST】
但对于波长更长的红外光波段，共相还是能够做到的。这次的詹姆斯韦伯主力工作波段在10微米左右，最大观测波段远达28微米，已至远红外。因此1微米的拼接精度尚在工程实现范围内。即便如此，一套流程走下来几个月也过去了。【图6. 詹姆斯韦伯的调试流程】
再想到《三体3》里的林格-斐兹罗观测站采用延绵二十五千米的透镜组，子镜直径2000米[跪了]，靠离子推进器实现共焦。我只能说：我靠……
既然拼接镜那么麻烦，有没有别的途径能扩大望远镜的共相口径呢？
我个人比较看好旋转液体镜面望远镜（https://t.cn/A6JUnws3）。虽然由于进动的影响，它没法作为太空望远镜，也没法追踪目标。但它可以布设在月球上，以极低的成本实现超大口径（90米！！）下的天顶巡天观测。
当然，如果有一天电浸润技术发展了，不必再通过旋转控制液体镜面形状，我们也能造出凝视成像的大型液体镜面太空望远镜。想想用100米口径盯着星星看……[色]
#雪漠深解《金刚经》#
013说真俗二谛|我们痛苦的根源
说真俗
世上有二谛，亦分真与俗。
俗谛世间事，执著障大目。
有相之事物，无不当真实。
假观当真观，梦境成实事。
著相而昧性，舍本而逐末。
我的讲解，跟现在流行的《金刚经》讲法都不太一样，因为我讲的不是字面意思。如果想知道字面上的解释，很多书中都有，你随便一翻，就能找到，所以我不讲这些。我想讲一些别处听不到的东西，最好能结合中国文化和我的修行实践，在智慧妙用上着力。
每个人心中的世界，都高不过他的心；每个人心中的《金刚经》，也高不过他的心。学者有学者的《金刚经》，法师有法师的《金刚经》，读者有读者的《金刚经》，每个人都有自己心中的《金刚经》。就像很多人心中的“雪漠”，都不一样。随着你对“雪漠”的不断了解，你心中的“雪漠”也在变化。你的心变了，你对雪漠的印象自然就变了。
一般来说，《金刚经》分两种讲法：一是真谛；二是俗谛。而真正的讲法，其实是前者，因为真谛才是了义的讲法，了义就是般若，真谛的讲法才能讲出般若智慧。但俗谛的讲法也是必要的，因为它更容易让世人接受和理解。
什么是真谛呢？解脱层面的真理，就叫真谛。相对的，世间法层面的理解，就是俗谛。比如，注重文字、学问和功德的讲解，就属于世间法层面。超越世间法，进入解脱层面的讲解，才是真谛。真谛就是无为法，为了解脱、无为的智慧而学《金刚经》，就叫真谛；为了福报、平安、功德诵《金刚经》，就是俗谛。俗谛是世俗、有求、有为、有相的，你看得到。能用概念来衡量、来说清、来归纳的，都是俗谛。《金刚经》有俗谛上的意义，但它更重要的，还是无为法层面的意义，这个层次需要理解，也需要实际修证。所谓修证，就是通过修行去体悟那个东西，去验证真理。
简单来说、当我们把虚幻的东西看成真实的永恒存在时、就是俗谛；当我们把眼前的一切视为虚幻、归于空性，知道它在不断变化时，就是真谛。换言之、当我们认假成真、把梦境视为现实时、就是俗谛；当我们著相昧性一一执著于外相、蒙昧了自性一一舍本逐末时，就是俗谛。真俗是可以相互转化的。我们要明白这一点。
不过，虽然佛家的本质是无求的，但也允许俗谛有求者进入佛家，所以，很多寺院的碑匾上，都有“有求必应”四个字。广东南海有个“观音借库日”、每年的那个时间内，你都可以向观音“借钱”、如果发财了，你再去还钱。佛家允许这种求，也允许你请佛菩萨保佑孩子健康平安等等。这都是不了义的，但佛家不会拒绝。因为、佛家的目的，就是解除众生的痛苦，哪怕这种解除只是暂时性的。但是，要从本质上解除痛苦，就只能依靠了义的般若智慧。因为痛苦的本质是愚痴、是迷惑，迷惑必然痛苦，认假成真必然痛苦，只有不迷了，人才能消除烦恼和痛苦，所以，只有般若才能真正地解除痛苦，让你得到真正的快乐。真正的快乐是无条件的，是无为的，叫涅槃，有“常乐我净”四个特点，不是传统的“死”，也不是寂灭。
那么，涅槃是什么？这个问题不好说，释迦牟尼就对这问题不予理睬。人们一问到涅槃是有还是无，是非有还是非无，释迦牟尼就不回答了。为什么？因为你一涅槃就知道了，不涅槃我说你也不知道。所以，这在过去一直是一个扯不清的问题。很多人都讲不清。讲这个东西，需要一定的体验和文字般若。他没有文字般若的话，一般很难讲得清楚。有时他有文字般若，也有一定的体验，但他还是不讲。为什么？因为听的人根器不到，他无论怎么讲，人家也不会懂，那么索性就不讲了。佛家很讲究对机。
不过，既然大家问了，我还是会尽量地讲一下。只是先等等，我们先聊完刚才的话题。
真谛即实相，缘起性空义。
真谛就是实相，实相就是本来面目。在佛经中，尤其是禅宗的经典中，老是出现“本来面目”。真如为何，真心为何，自性为何，空性为何，说的其实都是本来面目。明心见性的那个“性”，说的也是本来面目，不同的仅仅是名相。但是，很多人知道的仅仅是概念，它究竟是个什么东西，很多人还是弄不清楚。为什么呢？因为，它本身就不是文字层面的东西。你在文字上弄明白了，仅仅叫解悟，也就是道理上明白什么叫缘起性空，明白了理上的实相。只要你研究《金刚经》的学问，就可以做到这一点。
真正地开悟，是见到事上的实相，明白缘起性空真实的含义。就是说，你体验到了、你的生命证得了本来面目，你不生迷惑了。见到实相，不再被现象迷惑，不把一时当成永恒，就是开悟。开悟了，真正体验到实相了，就是登地菩萨。这有点像你登上月球了，接下来，你就要在月球上探索，一天，两天，三天…随着你对月球的不断了解，你就会变得越来越专业，对月球也就越来越熟悉了。登月之前，月球在你心中只是夜空中的一个玉盘，很美，很诗意，充满了温馨。但你不知道它到底怎么样，你对它充满了无穷的想象。你只有真正踏上月球，在上面行走的时候，你才知道，在月球上行走是什么感觉。这时，月亮对你来说，就不是一个概念，不是一种想象，而是一种你说不清、但心里明白的存在了。解悟和开悟之间的区别，就有点像登月前和登月后。
这样的例子其实很多，你在经历任何事情之前，都不会知道你真正经历时的感觉，真相只会在你经历的那一刻出现。它的出现，就是缘起。它在出现的同时不会永恒，这就是性空。用上面的例子来说，就是月球时时在变化，每分每秒都不一样。你能够把握的，永远都只是当下。
人生就是这样。
013说真俗二谛|我们痛苦的根源
说真俗
世上有二谛，亦分真与俗。
俗谛世间事，执著障大目。
有相之事物，无不当真实。
假观当真观，梦境成实事。
著相而昧性，舍本而逐末。
我的讲解，跟现在流行的《金刚经》讲法都不太一样，因为我讲的不是字面意思。如果想知道字面上的解释，很多书中都有，你随便一翻，就能找到，所以我不讲这些。我想讲一些别处听不到的东西，最好能结合中国文化和我的修行实践，在智慧妙用上着力。
每个人心中的世界，都高不过他的心；每个人心中的《金刚经》，也高不过他的心。学者有学者的《金刚经》，法师有法师的《金刚经》，读者有读者的《金刚经》，每个人都有自己心中的《金刚经》。就像很多人心中的“雪漠”，都不一样。随着你对“雪漠”的不断了解，你心中的“雪漠”也在变化。你的心变了，你对雪漠的印象自然就变了。
一般来说，《金刚经》分两种讲法：一是真谛；二是俗谛。而真正的讲法，其实是前者，因为真谛才是了义的讲法，了义就是般若，真谛的讲法才能讲出般若智慧。但俗谛的讲法也是必要的，因为它更容易让世人接受和理解。
什么是真谛呢？解脱层面的真理，就叫真谛。相对的，世间法层面的理解，就是俗谛。比如，注重文字、学问和功德的讲解，就属于世间法层面。超越世间法，进入解脱层面的讲解，才是真谛。真谛就是无为法，为了解脱、无为的智慧而学《金刚经》，就叫真谛；为了福报、平安、功德诵《金刚经》，就是俗谛。俗谛是世俗、有求、有为、有相的，你看得到。能用概念来衡量、来说清、来归纳的，都是俗谛。《金刚经》有俗谛上的意义，但它更重要的，还是无为法层面的意义，这个层次需要理解，也需要实际修证。所谓修证，就是通过修行去体悟那个东西，去验证真理。
简单来说、当我们把虚幻的东西看成真实的永恒存在时、就是俗谛；当我们把眼前的一切视为虚幻、归于空性，知道它在不断变化时，就是真谛。换言之、当我们认假成真、把梦境视为现实时、就是俗谛；当我们著相昧性一一执著于外相、蒙昧了自性一一舍本逐末时，就是俗谛。真俗是可以相互转化的。我们要明白这一点。
不过，虽然佛家的本质是无求的，但也允许俗谛有求者进入佛家，所以，很多寺院的碑匾上，都有“有求必应”四个字。广东南海有个“观音借库日”、每年的那个时间内，你都可以向观音“借钱”、如果发财了，你再去还钱。佛家允许这种求，也允许你请佛菩萨保佑孩子健康平安等等。这都是不了义的，但佛家不会拒绝。因为、佛家的目的，就是解除众生的痛苦，哪怕这种解除只是暂时性的。但是，要从本质上解除痛苦，就只能依靠了义的般若智慧。因为痛苦的本质是愚痴、是迷惑，迷惑必然痛苦，认假成真必然痛苦，只有不迷了，人才能消除烦恼和痛苦，所以，只有般若才能真正地解除痛苦，让你得到真正的快乐。真正的快乐是无条件的，是无为的，叫涅槃，有“常乐我净”四个特点，不是传统的“死”，也不是寂灭。
那么，涅槃是什么？这个问题不好说，释迦牟尼就对这问题不予理睬。人们一问到涅槃是有还是无，是非有还是非无，释迦牟尼就不回答了。为什么？因为你一涅槃就知道了，不涅槃我说你也不知道。所以，这在过去一直是一个扯不清的问题。很多人都讲不清。讲这个东西，需要一定的体验和文字般若。他没有文字般若的话，一般很难讲得清楚。有时他有文字般若，也有一定的体验，但他还是不讲。为什么？因为听的人根器不到，他无论怎么讲，人家也不会懂，那么索性就不讲了。佛家很讲究对机。
不过，既然大家问了，我还是会尽量地讲一下。只是先等等，我们先聊完刚才的话题。
真谛即实相，缘起性空义。
真谛就是实相，实相就是本来面目。在佛经中，尤其是禅宗的经典中，老是出现“本来面目”。真如为何，真心为何，自性为何，空性为何，说的其实都是本来面目。明心见性的那个“性”，说的也是本来面目，不同的仅仅是名相。但是，很多人知道的仅仅是概念，它究竟是个什么东西，很多人还是弄不清楚。为什么呢？因为，它本身就不是文字层面的东西。你在文字上弄明白了，仅仅叫解悟，也就是道理上明白什么叫缘起性空，明白了理上的实相。只要你研究《金刚经》的学问，就可以做到这一点。
真正地开悟，是见到事上的实相，明白缘起性空真实的含义。就是说，你体验到了、你的生命证得了本来面目，你不生迷惑了。见到实相，不再被现象迷惑，不把一时当成永恒，就是开悟。开悟了，真正体验到实相了，就是登地菩萨。这有点像你登上月球了，接下来，你就要在月球上探索，一天，两天，三天…随着你对月球的不断了解，你就会变得越来越专业，对月球也就越来越熟悉了。登月之前，月球在你心中只是夜空中的一个玉盘，很美，很诗意，充满了温馨。但你不知道它到底怎么样，你对它充满了无穷的想象。你只有真正踏上月球，在上面行走的时候，你才知道，在月球上行走是什么感觉。这时，月亮对你来说，就不是一个概念，不是一种想象，而是一种你说不清、但心里明白的存在了。解悟和开悟之间的区别，就有点像登月前和登月后。
这样的例子其实很多，你在经历任何事情之前，都不会知道你真正经历时的感觉，真相只会在你经历的那一刻出现。它的出现，就是缘起。它在出现的同时不会永恒，这就是性空。用上面的例子来说，就是月球时时在变化，每分每秒都不一样。你能够把握的，永远都只是当下。
人生就是这样。
#爸妈催婚都有哪些套路#
以前回家安安心心当个吃瓜群众，看着别人被催婚，现在却成为被动的那个人。
什么别人家的孩子信手拈来，父母不断拉着你聊天，什么这家找个了儿媳妇，哪家找了个高富帅，他家的孩子都出生了。甚至来了个秉烛夜谈，从国际大事聊到家庭琐事，从地球聊到月球，最终还是逃不过被催婚。[二哈][二哈][二哈]
以前回家安安心心当个吃瓜群众，看着别人被催婚，现在却成为被动的那个人。
什么别人家的孩子信手拈来，父母不断拉着你聊天，什么这家找个了儿媳妇，哪家找了个高富帅，他家的孩子都出生了。甚至来了个秉烛夜谈，从国际大事聊到家庭琐事，从地球聊到月球，最终还是逃不过被催婚。[二哈][二哈][二哈]
✋热门推荐