5G时代，重要的不是手机，而是对行业的赋能

盘和林 中国财政科学研究院应用经济学博士后

6月6日，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放了5G商用牌照，这意味着中国正式进入了5G商用元年。

什么是5G？

5G是第5代通讯技术，我们先看一下通讯发展历程：

1G是语音时代。 1G时代的通讯代表公司是摩托罗拉，它采用了模拟通信，一个频段只能分配一次交流，只能语音通话，没有技术标准，信号和传输质量不好。

2G进入文本时代。 2G为第二代移动通信系统，它解决了模拟通信的保密性、信号不稳定的问题，从模拟通信进入了数字通信。2G时代的代表公司是诺基亚，可以使用手机自带的浏览器浏览WAP网站的内容，数字信号传输距离远，抗干扰能力强，基于TDMA技术（时分多址），可以传输文字信息（短信）。

3G开启时代。 3G为第三代移动通信系统，相对2G而言，主要技术是CDMA（频分多址），并提高频率，将通讯技术再次提高了一个档次，不仅可以潜力传音，还可以传图像，视频，使用电磁波通信。利用3G可以同时传输语音和数据（联网）。在移动通信标准，我国有了更多的话语权，3G时代的代表公司是苹果。

4G是视频时代。 4G为第四代移动通信系统，是智能手机的时代，也是我们目前所处的时代了。4G使用了超高频，还使用了高速率传输技术，比如MIMO传输，它具有速度快、通信灵活、智能性高等特点，因此催生了很多新的应用，比如扫码支付、抖音、快手等应用，实现快速传输语音、视频、图像数据，极大改善了移动互联网的体验。

5G将激活物联网时代。 5G为第五代移动通信系统，它使用了毫米波，大规模MIMO技术，具有高网速、低时延、泛接入的特点，实现了“万物互联”。利用5G通讯，下载一个高清的时间仅需要几秒钟，将激活物联网时代。

从通信技术的发展历程来看，从1G到4G，主要突破的是无线通信部分。目前主流的4G LTE，理论速率只有150Mbps，而实验室中单条光纤最大传输速度已经达到了26Tbps，前者与后者相比，差了好几个数量级。而5G技术所要解决的关键问题之一，就是提高无线通信速率。

而要提高无线通信中电磁波的传播速率，一般有两种方法，一是增加频谱利用率，二是增加频谱带宽。第一种方法就是仍然在目前极其狭窄的频谱上共享有限的带宽，但是进一步提高频谱的利用率；而第二种方法则是开启新的频带资源。

那么二者的区别是什么呢？如果把频谱资源比作城市供水，并假设水源来自水库，当水不够用时，我们可能通过提高水的利用率来满足需求，比如更有效地在家庭和工厂之间分配，这就对应着第一种方法；但是如果我们可以在水库之外，把湖泊甚至长江也变成水源，那么这就对应着第二种方法了。

而5G正是通过使用毫米波增加频谱带宽从而提高速率，根据波长＝光速／频率的公式，随着波长逐渐变短（从长波、中波、短波到分米波、厘米波、毫米波），频率也越来越高。不难看出，从1G到4G，所使用的电磁波频率是越来越高的。通过采用这种方法，5G将大大提高无线通信速率。快，也是很多人对5G的第一印象。

5G有什么特点？

根据国际通信标准组织3GPP的定义，5G将带来三大应用场景，首当其冲的就是eMBB大带宽，即5G下载速率理论值将达到每秒10GB，是当前4G的10倍。一部高清只需要几秒钟就能下载完毕，这可能是当前不少普通用户对5G下载速率的最直观印象。但是在5G网络下更有可能出现的场景是，即使是在线播放，也可以随意拉动进度条，在线播放和本地播放可能完全感觉不到有什么差别。

而第二大场景uRLLC低延时可能对改善普通用户上网体验更为明显。在打 游戏 时，常常会出现下载速度明明很快，但就是很卡的情况，这正是延时过长的结果。而5G的理论延时是1ms，是4G延时的几十分之一，基本达到了准实时的水平。

但是如果仅仅盯着手机，从网络速度和延时的角度去谈5G所带来的用户体验改善效应，其实这个效应相当有限，几分钟下载完一部与几秒钟相比，似乎并没有什么本质上的区别。从通信技术的发展来看，4G从一开始就有to C的基因，到目前为止，可以说基本上能够满足用户的各种 娱乐 需求。

而5G更重要的是对行业的赋能作用。首先是对移动宽带（移动网络）的增强，主要是覆盖范围更广和网络容量提升，这就意味着，在大规模建筑中，比如办公楼、购物中心、大型 体育 场等公共区域，用户都能在使用移动网络时享受更一致的增强体验。此外，典型的应用场景包括远程教育培训、远程医疗、多人线上会议等，这些应用都可以看作是4G的扩展，5G将大大提升用户的体验。

但是物联网或许才是5G真正能够展现其独特价值的地方，这就不得不提到5G的第三大场景了，即mMTC广联接，说的是5G单通信小区可以连接的物联网终端数量理论值将达到百万级别，是4G的十倍以上。其应用场景包括，智慧城市、智能农业、能源／公用事业监控、智能家居、远程监控等等。这些应用对提高城市运行效率、提升居民生活幸福度意义重大。

目前，5G标准制定正在进行中，5G技术和产品日趋成熟，系统、芯片、终端等产业链主要环节已基本达到商用水平，具备了商用部署的条件；频谱分配、网络建设和政策完善也在快速推进，基础电信企业陆续发布5G部署相关计划。这些工作在很大程度上可以视为5G基础设施的建设，为5G未来大范围应用做好准备。

是。
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如果能造出来，那么无论是对军事，还是对航天，还是对于尖端科技发展，都会造成巨大的影响。而且这种影响绝对是颠覆性的。

第一、造出这种飞碟意味着什么。

首先我们可以确定的是，我们已经获得了一款极其耐热，同时及其坚固的材料。关于这点，看一下当时苏联设计的米格31截击机。为了保证飞机在高速运动的状态下，不会因为高温而损坏，干脆使用了大量的不锈钢来代替普通的航空铝合金。这还仅仅只是数倍因素，并不是光速。那么如果我们能够制造出，起码再也不用担心航空工业“心脏病”的问题了。

其次我们可以确定的是，我们已经获得了一种能够持续性、高效率的提供和生产能量的方式。起码常规的喷气式发动机是无法达到这样的能量产生和转化效率。而且就光速飞行的飞碟来说，消耗的能量绝对是数以万计。我个人感觉，只有可控核聚变技术发展到相当成熟的阶段，才能做的足够小，而且能够在短时间内释放出如此大的能量。

最后可以确定的是，我们已经掌握了关于飞碟这种飞行器的气动外形设计。而且不仅仅是掌握，更是掌握成熟。在人类历史上，其实有人也曾经尝试去这样设计，但是最终的效果都不理想，所以也就没有继续发展。而且速度超过光速，那么必然需要相当强大的计算机，起码是类似“贾维斯”的人工智能才可以轻松驾驭飞行，靠人是完全不可行的。

第二、哪些技术是可以放在什么地方。

让我们大胆设想一下，如果我们真的有这样的技术，那么起码可以做到以下几点。

首先，我们的军事威慑能力将大幅度提升。因为这种飞行器的存在，我们可以直接采取核武器轰炸的方式对敌人进行打击。而且完全不需要担心导d的拦截，因为任何导d和高炮都追不上你。同时任何国家向我国发射的核导d都可以轻松拦截，这个飞行器的速度这么高，完全可以在核武器刚刚发射的时候，就直接跑过去把核武器摧毁。

其次，我们的航空航天事业将达到颠覆性的发展。星际之间的移民，往返将不再是问题。如果未来有一天，人类在火星建立了宇宙前进基地，那么或许需要人们将其

最后，在目前我们的认知体系中，宇宙中最快的速度就是光速，甚至由此产生了一个新的距离单位：光年。所以就目前我们的认知来看，如果能够做到让宇宙飞行速度超越光速，那么在飞船上的人将会觉得时间过的很慢。当然这也是科学家的猜想，不过科学家也指出，速度只是时间的快进键，所以速度达到光速并不能把你送到小时候，然后怂恿家人去买马云的股票。

不过按照目前人类的科技发展水平，不要说五年了，五十年之内能不能造出突破光速的飞行器，尚且是个极其不确定的因素。因为要突破极限的方面太多了，首当其冲就是材料学，随后还有功能方式，同时还有人工智能等大方面。不过如果真的能够做到，那么绝对是改变世界的新发明。

光速 光速定义值:c=299792458m/s
光速计算值:c=(29979250±010)km/s
英文：speed of light/ velocity of light
定义：光波或电磁波在真空或介质中的传播速度，没有任何物体或信息运动的速度可以超过光速。
理论：
人无论靠什么推进器，速度都是无法达到光速的，更不要说超光速了。因为，有质量的物体的运动速度是不可能达到光速的。原理如下：
首先，我们来了解一下质能等价理论。质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论，即著名的方程式E=mC²，式(质能方程)中为E能量，单位电子伏特（eV），m为质量，单位MeV/c² ，C为光速；也就是说，一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量。
一个静止的物体，其全部的能量都包含在静止的质量中。一旦运动，就要产生动能。由于质量和能量等价，运动中所具有的能量应加到质量上，也就是说，运动的物体的质量会增加。当物体的运动速度远低于光速时，增加的质量微乎其微，如速度达到光速的01时，质量只增加05％。但随着速度接近光速，其增加的质量就显著了。如速度达到光速的09时，其质量增加了一倍多。这时，物体继续加速就需要更多的能量。当速度趋近光速时，质量随着速度的增加而直线上升，速度无限接近光速时，质量趋向于无限大，需要无限多的能量。因此，任何物体的运动速度不可能达到光速，只有质量为零的粒子才可以以光速运动，如光子。
若考虑微观状态（量子力学），有可能超过光速。
黑洞的存在与光速没有关系，黑洞是由于引力场使空间弯曲造成的，不会影响光速 。
真空中的光速是一个物理常数（符号是c），等于299,792,458米/秒。
光速的测量方法： 最早光速的准确数值是通过观测木星对其卫星的掩食测量的。还有转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法。
1983年，光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准，并且约定光速严格等于299,792,458米/秒，此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来，随着实验精度的不断提高，光速的数值有所改变，米被定义为1/299,792,458秒内光通过的路程。
根据现代物理学，所有电磁波，包括可见光，在真空中的速度是常数，即是光速。强相互作用、电磁作用、弱相互作用传播的速度都是光速，根据广义相对论，万有引力传播的速度也是光速，且已于2003年得以证实。根据电磁学的定律，发放电磁波的物件的速度不会影响电磁波的速度。结合相对性原则，观察者的参考坐标和发放光波的物件的速度不会影响被测量的光速，但会影响波长而产生红移、蓝移。这是狭义相对论的基础。相对论探讨的是光速而不是光，就算光被稍微减慢，也不会影响狭义相对论。
一、光速测定的天文学方法
1．罗默的卫星蚀法
光速的测量，首先在天文学上获得成功，这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离．早在1676年丹麦天文学家罗默（1644—1710）首先测量了光速．由于任何周期性的变化过程都可当作时钟，他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”，罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀．他在观察时注意到：连续两次卫星蚀相隔的时间，当地球背离木星运动时，要比地球迎向木星运动时要长一些，他用光的传播速度是有限的来解释这个现象．光从木星发出（实际上是木星的卫星发出），当地球离开木星运动时，光必须追上地球，因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间，要比实际相隔的时间长一些；当地球迎向木星运动时，这个时间就短一些．因为卫星绕木星的周期不大（约为175天），所以上述时间差数，在最合适的时间（上图中地球运行到轨道上的A和A’两点时）不致超过15秒（地球的公转轨道速度约为30千米/秒）．因此，为了取得可靠的结果，当时的观察曾在整年中连续地进行．罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速．由于当时只知道地球轨道半径的近似值，故求出的光速只有214300km/s．这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远，但它却是测定光速历史上的第一个记录．后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间，并在地球轨道半径测量准确度提高后，用罗默法求得的光速为299840±60km/s．
2．布莱德雷的光行差法
1728年，英国天文学家布莱德雷（1693—1762）采用恒星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量．布莱德雷在地球上观察恒星时，发现恒星的视位置在不断地变化，在一年之内，所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周．他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间，而在此时间内，地球已因公转而发生了位置的变化．他由此测得光速为：C=299930千米/秒
这一数值与实际值比较接近．
以上仅是利用天文学的现象和观察数值对光速的测定，而在实验室内限于当时的条件，测定光速尚不能实现．
二、光速测定的大地测量方法
光速的测定包含着对光所通过的距离和所需时间的量度，由于光速很大，所以必须测量一个很长的距离和一个很短的时间，大地测量法就是围绕着如何准确测定距离和时间而设计的各种方法．
1．伽利略测定光速的方法
物理学发展史上，最早提出测量光速的是意大利物理学家伽利略．1607年在他的实验中，让相距甚远的两个观察者，各执一盏能遮闭的灯，如图所示：观察者A打开灯光，经过一定时间后，光到达观察者B，B立即打开自己的灯光，过了某一时间后，此信号回到A，于是A可以记下从他自己开灯的一瞬间，到信号从B返回到A的一瞬间所经过的时间间隔t．若两观察者的距离为S，则光的速度为c=2s/t
因为光速很大，加之观察者还要有一定的反应时间，所以伽利略的尝试没有成功．如果用反射镜来代替B，那么情况有所改善，这样就可以避免观察者所引入的误差．这种测量原理长远地保留在后来的一切测定光速的实验方法之中．甚至在现代测定光速的实验中仍然采用．但在信号接收上和时间测量上，要采用可靠的方法．使用这些方法甚至能在不太长的距离上测定光速，并达到足够高的精确度．
2．旋转齿轮法
用实验方法测定光速首先是在1849年由斐索实验．他用定期遮断光线的方法（旋转齿轮法）进行自动记录．实验示意图如下．从光源s发出的光经会聚透镜L1射到半镀银的镜面A，由此反射后在齿轮W的齿a和a’之间的空隙内会聚，再经透镜L2和L3而达到反射镜M，然后再反射回来．又通过半镀镜A由L4集聚后射入观察者的眼睛E．如使齿轮转动，那么在光达到M镜后再反射回来时所经过的时间△t内，齿轮将转过一个角度．如果这时a与a’之间的空隙为齿a（或a’）所占据，则反射回来的光将被遮断，因而观察者将看不到光．但如齿轮转到这样一个角度，使由M镜反射回来的光从另一齿间空隙通过，那么观察者会重新看到光，当齿轮转动得更快，反射光又被另一个齿遮断时，光又消失．这样，当齿轮转速由零而逐渐加快时，在E处将看到闪光．由齿轮转速v、齿数n与齿轮和M的间距L可推得光速c=4nvL．
在斐索所做的实验中，当具有720齿的齿轮，一秒钟内转动1267次时，光将首次被挡住而消失，空隙与轮齿交替所需时间为
在这一时间内，光所经过的光程为2×8633米，所以光速c=2×8633×18244=315×108（m/s）．
在对信号的发出和返回接收时刻能作自动记录的遮断法除旋转齿轮法外，在现代还采用克尔盒法．1941年安德孙用克尔盒法测得：c=299776±6km/s，1951年贝格斯格兰又用克尔盒法测得c=2997931±03km/s．
3．旋转镜法
旋转镜法的主要特点是能对信号的传播时间作精确测量．1851年傅科成功地运用此法测定了光速．旋转镜法的原理早在1834年1838年就已为惠更斯和阿拉果提出过，它主要用一个高速均匀转动的镜面来代替齿轮装置．由于光源较强，而且聚焦得较好．因此能极其精密地测量很短的时间间隔．实验装置如图所示．从光源s所发出的光通过半镀银的镜面M1后，经过透镜L射在绕O轴旋转的平面反射镜M2上O轴与图面垂直．光从M2反射而会聚到凹面反射镜M3上，M3的曲率中心恰在O轴上，所以光线由M3对称地反射，并在s′点产生光源的像．当M2的转速足够快时，像S′的位置将改变到s〃，相对于可视M2为不转时的位置移动了△s的距离可以推导出光速值。式中w为M2转动的角速度．l0为M2到M3的间距，l为透镜L到光源S的间距，△s为s的像移动的距离．因此直接测量w、l、l0、△s，便可求得光速。
在傅科的实验中：L=4米，L0=20米，△s=00007米，W=800×2π弧度/秒，他求得光速值c=298000±500km/s．
另外，傅科还利用这个实验的基本原理，首次测出了光在介质（水）中的速度v＜c，这是对波动说的有力证据．
3．旋转棱镜法
迈克耳逊把齿轮法和旋转镜法结合起来，创造了旋转棱镜法装置．因为齿轮法之所以不够准确，是由于不仅当齿的中央将光遮断时变暗，而且当齿的边缘遮断光时也是如此．因此不能精确地测定象消失的瞬时．旋转镜法也不够精确，因为在该法中象的位移△s太小，只有07毫米，不易测准．迈克耳逊的旋转镜法克服了这些缺点．他用一个正八面钢质棱镜代替了旋转镜法中的旋转平面镜，从而光路大大的增长，并利用精确地测定棱镜的转动速度代替测齿轮法中的齿轮转速测出光走完整个路程所需的时间，从而减少了测量误差．从1879年至1926年，迈克耳逊曾前后从事光速的测量工作近五十年，在这方面付出了极大的劳动．1926年他的最后一个光速测定值为
c=299796km/s
这是当时最精确的测定值，很快成为当时光速的公认值．
三、光速测定的实验室方法（高中课本有）
光速测定的天文学方法和大地测量方法，都是采用测定光信号的传播距离和传播时间来确定光速的．这就要求要尽可能地增加光程，改进时间测量的准确性．这在实验室里一般是受时空限制的，而只能在大地野外进行，如斐索的旋轮齿轮法当时是在巴黎的苏冷与达蒙玛特勒相距8633米的两地进行的．傅科的旋转镜法当时也是在野外，迈克耳逊当时是在相距35373．21米的两个山峰上完成的．现代科学技术的发展，使人们可以使用更小更精确地实验仪器在实验室中进行光速的测量．
1．微波谐振腔法
1950年埃森最先采用测定微波波长和频率的方法来确定光速．在他的实验中，将微波输入到圆柱形的谐振腔中，当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时，谐振腔的圆周长πD和波长之比有如下的关系：πD=2404825λ，因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长，而直径则用干涉法测量；频率用逐级差频法测定．测量精度达10-7．在埃森的实验中，所用微波的波长为10厘米，所得光速的结果为2997925±1km/s．
2．激光测速法（大学课本）
1970年美国国家标准局和美国国立物理实验室最先运用激光测定光速．这个方法的原理是同时测定激光的波长和频率来确定光速（c=νλ）．由于激光的频率和波长的测量精确度已大大提高，所以用激光测速法的测量精度可达10-9，比以前已有最精密的实验方法提高精度约100倍．
除了以上介绍的几种测量光速的方法外，还有许多十分精确的测定光速的方法．
根据1975年第十五届国际计量大会的决议，现代真空中光速的最可靠值是：
c=299792458±0001km/s
接近光速时的速度合成
接近光速情况下，笛卡尔坐标系不再适用。同样测量光线离开自己的速度，一个快速追光的人与一个静止的人会测得相同的速度（光速）。这与日常生活中对速度的概念有异。两车以50km/h的速度迎面飞驰，司机会感觉对方的车以50 + 50 = 100km/h行驶，即与自己静止而对方以100km/h迎面驶来的情况无异。但当速度接近光速时，实验证明简单加法计算速度不再奏效。当两飞船以90%光速的速度（对第三者来说）迎面飞行时，船上的人不会感觉对方的飞船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飞来，而只是以稍低于995%的光速速度行驶。结果可从爱因斯坦计算速度的算式得出：
v和w是对第三者来说飞船的速度，u是感受的速度，c是光速。
不同介质中的光速
真空中的光速 真空中的光速是一个重要的物理常量，国际公认值为c=299,792,458米/秒。17世纪前人们以为光速为无限大，意大利物理学家G伽利略曾对此提出怀疑，并试图通过实验来检验，但因过于粗糙而未获成功。1676年，丹麦天文学家OC罗默利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。1727年，英国天文学家J布拉得雷利用恒星光行差现象估算出光速值为c=303000千米/秒。
1849年，法国物理学家AHL菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量，最早的结果为c=315000千米/秒。1862年，法国实验物理学家J-B-L傅科根据DFJ阿拉戈的设想用旋转镜法测得光速为c=(298000±500)千米/秒。19世纪中叶JC麦克斯韦建立了电磁场理论，他根据电磁波动方程曾指出，电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值，只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流)，就可算出电磁波的波速。1856年，R科尔劳施和W韦伯完成了有关测量，麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为31074×105千米/秒，此值与菲佐的结果十分接近，这对人们确认光是电磁波起过很大作用。
1926年，美国物理学家AA迈克耳孙改进了傅科的实验，测得c=(299796±4)千米/秒，他于1929年在真空中重做了此实验，测得c=299774千米/秒。后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验，其精度比旋转镜法提高了两个数量级。1952年，英国实验物理学家KD费罗姆用微波干涉仪法测量光速，得c=(29979250±010)千米/秒。此值于1957年被推荐为国际推荐值使用，直至1973年。
1972年，美国的KM埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ，按公式c=νλ算得c=(299792458±12)米/秒。1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。1983年17届国际计量大会通过了米的新定义，在这定义中光速c=299792458米/秒为规定值，而长度单位米由这个规定值定义。既然真空中的光速已成为定义值，以后就不需对光速进行任何测量了。
介质中的光速 不同介质中有不同的光速值。1850年菲佐用齿轮法测定了光在水中的速度，证明水中光速小于空气中的光速。几乎在同时，傅科用旋转镜法也测量了水中的光速（3/4c），得到了同样结论。这一实验结果与光的波粒二象性相一致而与牛顿的微粒说相矛盾(解释光的折射定律时)，这对光的波动本性的确立在历史上曾起过重要作用。1851年，菲佐用干涉法测量了运动介质中的光速，证实了A-J菲涅耳的曳引公式。 [玻璃中光速2/3c]
光在水中的速度：225×10^8m/s
光在玻璃中的速度：20×10^8m/s
光在冰中的速度：230×10^8m/s
光在空气中的速度：30×10^8m/s
光在酒精中的速度：22×10^8m/s
上述理论只在19世纪70年代基本准确,在爱因斯坦<<广义相对论>>中,光速是这样阐述的:物体运动接近光速时,时间变得缓慢,当物体运动等于光速时,时间静止,当物体运动超过光速时,时间倒流这三个推断是19世纪70年代初中期国际天文机构观察探测日食时得以证实,而目前得以证实人类超过光速的机器是俄罗斯时间机器,它可以使当地时间倒退一秒,而耗电量是整个莫斯科市三年的用电量
E=mc^2推导
第一步：要讨论能量随质量变化，先要从量纲得知思路：
能量量纲[E]=[M]([L]^2)([T]^(-2)),即能量量纲等于质量量纲和长度量纲的平方以及时间量纲的负二次方三者乘积。
我们需要把能量对于质量的函数形式化简到最简，那么就要求能量函数中除了质量，最好只有一个其它的变量。
把([L]^2)([T]^(-2))化简，可以得到只有一个量纲-速度[V_]的形式：
[V_][V_]。
也就是[E]=[M][V_][V_]
可见我们要讨论质能关系，最简单的途径是从速度v_下手。
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第二步：先要考虑能量的变化
与能量的变化有关的有各种能量形式的转化，其中直接和质量有关的只有做功。
那么先来考虑做功对于能量变化的影响。
当外力F_(后面加_表示矢量，不加表示标量)作用在静止质量为m0的质点上时，每产生ds_（位移s_的微分）的位移，物体能量增加
dE=F_ds_(表示点乘)。
考虑最简化的 外力与位移方向相同的情况，上式变成
dE=Fds
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第三步：怎样把力做功和速度v变化联系起来呢？也就是说怎样来通过力的作用效果来得出速度的变化呢？
我们知道力对物体的冲量等于物体动量的增量。那么，通过动量定理，力和能量就联系起来了：
F_dt=dP_=mdv_
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第四步：上式中显然还要参考m质量这个变量，而我们不想让质量的加入把我们力和速度的关系复杂化。我们想找到一种办法约掉m，这样就能得到纯粹的速度和力的关系。
参考dE=Fds和F_dt=dP_，我们知道，v_=ds_/dt
那么可以得到
dE=v_dP_
如果考虑最简单的形式：当速度改变和动量改变方向相同：
dE=vdP
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第五步：把上式化成能量和质量以及速度三者的关系式（因为我们最初就是要讨论这个形式）：
dE=vd(mv)----因为dP=d(mv)
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第六步：把上式按照微分乘法分解
dE=v^2dm+mvdv
这个式子说明：能量的增量含有质量因速度增加而增加dm产生的能量增量和单纯速度增加产生的能量增量2个部分。（这个观点非常重要，在相对论之前，人们虽然在理论物理推导中认识到质量增加也会产生能量增量，但是都习惯性认为质量不会随运动速度增加而变化，也就是误以为dm恒定为0，这是经典物理学的最大错误之一。）
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第七步：我们不知道质量随速度增加产生的增量dm是怎样的，现在要研究它到底如何随速度增加（也就是质量增量dm和速度增量dv之间的直接关系）：
根据洛仑兹变换推导出的静止质量和运动质量公式：
m=m0[1-(v^2/c^2)]^(-1/2)
化简成整数次幂形式：
m^2=(m0^2)[1-(v^2/c^2)]
化成没有分母而且m和m0分别处于等号两侧的形式（这样就是得到运动质量m对于速度变化和静止质量的纯粹的函数形式）：
(m^2)(c^2-v^2)=(m0^2)c^2
用上式对速度v求导得到dm/dv（之所以要这样做，就是要找到质量增量dm和速度增量dv之间最直接的关系，我们这一步的根本目的就是这个）：
d[(m^2)(c²-v²)]/dv=d[(m0²)c²]/dv(注意式子等号右边是常数的求导,结果为0)
即
[d(m²)/dv](c²-v²)+m²[d(c²-v²)/dv]=0
即
[m(dm/dv)+m(dm/dv)](c²-v²)+(m²)[0-2v]=0
即
2m(dm/dv)(c²-v²)-2vm²=0
约掉公因式2m(肯定不是0，呵呵，运动质量为0？没听说过)
得到：
(dm/dv)(c²-V²)-mv=0
即
(dm/dv)(c^2-V^2)=mv
由于dv不等于0（我们研究的就是非静止的情况，运动系速度对于静止系的增量当然不为0）
(c^2-v^2)dm=mvdv
这就是我们最终得到的dm和dv的直接关系。
--------------------------------------------
第八步：有了dm的函数，代回到我们第六步的能量增量式
dE=v^2dm+mvdv
=v^2dm+(c^2-v^2)dm
=c^2dm
这就是质能关系式的微分形式，它说明：质量的增量与能量的增量成正比，而且比例系数是常数c^2。
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最后一步：推论出物体从静止到运动速度为v的过程中，总的能量增量：
对上一步的结论进行积分，积分区间取质量从静止质量m0到运动质量m，得到
∫dE=∫[m0~m]c^2dm
即
E=mc^2-m0c^2
这就是 物体从静止到运动速度为v的过程中，总的能量增量。
其中
E0=m0c^2称为物体静止时候的静止能量。
Ev=mc^2称为物体运动时候的总动能（运动总能量）。
总结：对于任何已知运动质量为m的物体，可以用E=mc^2直接计算出它的运动动能。
关于光速
光在水中的速度：225×10^8m/s
光在玻璃中的速度：20×10^8m/s
光在冰中的速度：230×10^8m/s
光在空气中的速度：30×10^8m/s
光在酒精中的速度：22×10^8m/s
同学们知道这个速度相对什么说的吧？是介质，而不关心介质的整体，是以什么速度运动。就是说如果测量系以一定速度运动，则光速是测量系速度加光在介质中的速度，至少低速时近似如此，这一点维护相对论的也不否认。
以声音实验为例：空气对地面静止，第1次我们不动测得我们发出的声音1秒钟前进了300米；第二次我们1秒钟匀速后退1米，测得声音距我们301米，得到结论：两次声音相对地面速度不变，相对我们，第一次300米/秒；第2次301米/秒。
换做光实验，同样结果。我们用玻璃介质再做一次，同样结果，我们再做一个我们不动，让玻璃带着光匀速运动的实验，会发现光对玻璃依然是光速，因为它的传递条件没有任何改变，而对我们，光速改变了，是静止光速+玻璃速度。
要么承认光速可变，要么承认声速也是不变的。
相对论在什么情况下有可能可用呢？
爱因斯坦说：任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”
大学物理中光速不变原理：在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中，所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。
可见，大学教材，已经认为非真空的光速可变，但是这样定义带来另一个问题，相对论，只在真空中可用，在通常的大气条件下，不可用，这又让一些相对论的盲目追随者不知所措。同学们想参与科学探讨是好的，要先丰富一下自己知识。

杭州网讯 12月18日-20日，2020网易未来大会在杭州盛大举行。大会以“洞觉·未见”为主题，汇聚了全球最强大脑，期盼以远见超越未见，去寻找打开未来的钥匙。

大会上，中国工程院院士、国家5G及6G总体专家组专家张平做了《5G创新应用为产业发展使能》主题演讲。张平提出5G对我们带来的变化，如5G的驾驶车、远程医疗等。目前，中国的5G建设位于世界第一梯队，表现在我们的标准和专利都是三分之一以上，我们的市场非常辽阔，我们的产业链关键环节有自己的完整产业链。

张平表示，5G为各个行业和全 社会 的拓展发展了新的空间：一是提升生产经营管理效率，二是提升产品的质量和价值，三是促进商业模式的创新。他畅想，未来6G技术将会使能智慧世界。未来是第四次工业革命，靠的就是信息智慧。

总得来说，信息技术已经改变了我们人类 社会 ，未来6G将会改变世界，为我们改变世界进一步使能。

以下为中国工程院院士、国家5G及6G总体专家组专家张平演讲的部分内容：

各位大家好，非常高兴有机会跟大家一块分享网易的盛会，今天给大家带来的题目是5G创新应用为产业发展使能。

会议的题目很好，对未来有洞见。首先我们知道过去发生了什么，现在在做什么，未来是什么？这样的话就比较清晰了，所以过去是怎样的？现在是怎样？未来怎样？从以下五个方面来说。

首先大家比较感兴趣就是5G是用来改变 社会 的，像4G是改变生活一样，我们有了4G所以人与人之间距离缩短了，人与人的交互网络非常方便，5G为我们带来什么值得期盼一下，我们看看古人怎么说的。我们都看过《西游记》，《西游记》描述了四个场景，一个是腾云驾雾，一日要游遍从北海到南海，像飞机、火箭；千里眼是雷达电视；顺风耳电报、电话，我们下面“72变”是什么？怎么做这件事？我们真的应该想想。

5G给我们带来什么？5G是多面手，我们可以看到5G用AR、VR、MR的技术，把远在千里的事情，非常真实的展现在我们面前。像我们送一个玫瑰花，我们网络上送一个玫瑰花，传统就是平面的图像。我们古人说“送人玫瑰手有余香”，这个香味能不能传过来，还有我们嗅觉能不能传过来，味觉能不能传过来。我们远在千里的大夫对我们动手术，我们的感受能不能让远在千里的大夫感觉出来，这里面的千变万化都需要我们通过5G展现出来。

还有我们5G的驾驶车，我在想再过十年以后，我们驾驶 汽车 就是非常简单的一件事。我们可能要想做的是我们的虚拟空间或者我们智能代理，告诉我们好了以后，我们可能一出门，车就来了把我们载到我们需要的地方。这个车没用就载货，跑来跑去，无人驾驶就起这么一个作用，我们现在逐步在朝这个方向走。

我们可以通过5G解决医疗资源不均的问题，教育资源不均的例子。有一个例子很简单，通过5G网络，把远程大夫和本地大夫接起来，像我们在2019年7月17日湖北武汉，武汉和咸丰首个5G网络下的远程手术，这个手术是一个老人颈椎有了问题，需要动手术，咸丰和武汉比起来还有一些差距，需要武汉大夫进行指导，双方要对病例进行分析，进行确认，确认以后远方的大夫带上MR眼镜指导咸丰大夫进行手术，这个手术在大夫面前，浮雕起这么一个三维图像，非常真实的感觉，这个图像的传递就是通过5G的网络传的，我们4G做不到的，没有那么宽的速率，这样我们完成了很好的手术。

古人通信的方方面面，我们可以看到古人通信是非常困难的，“羲和催日升扶桑，击鼓骇骇旗央央”这是一个击鼓传令的，还有一个烽火台那是无线的，但是传的信息非常少了，按照现在的观点来讲，就传了一比特的信息，这个比特就表示有和无，敌人来了没有，来了就冒狼烟，没有来就不冒狼烟，敲鼓可以把鼓点变得不一样，信息就多一点，我们就可以根据鼓声做相应的动作。还有我们家书传信，古人说了“烽火连三月，家书抵万金”。

1846年首次提出来这么一个猜想，认为光是电磁波的一部分，而且电磁波是以光束传递的，发表了三篇论文验证了电磁波的存在。七年以后，德国人赫兹证实了电磁波确实存在，而且以光速运行的。再过了几年意大利工程师做到跨越大西洋2700多米的无线电的传输。过去我们传这么一个信息需要多少天？现在就是一瞬间的事情就完成了，这样开启了我们一个电磁波无线通信的时代。有了这个以后，后面就顺理成章了，我们就有了1G、2G、3G、4G、5G一步一步实现起来了，这就是我们现在所处的位置。

我们所处的位置，还要讲讲5G怎么做起来的？5G最早大家提出一个愿景：“信息随心至，万物触手及”。信息就是消除不确定性的，从A到B，两个地方因为它的不对称性，所以它对这件事情理解不一样的，但是我通过信息的交流可以消除，对它的不确定性。这就是信息需要传递的基本原理。

5G提出不光人和人之间的通信，还加了和机器的通信叫MMTC。大规模物联网的，物的连接，还要跟我们的机器、工厂这些连接。以及URLLC三个场景。我们在5G以前就是这么一个场景叫MBB，没有E，或者BB。频率越来越宽，功能越来越复杂。2017年完成了第一个标准，然后到2018年又完善化了，到2020年开始往垂直行业发展，然后到了2021年，明年我们提出6G的需求。

整个行业就是按照这样的迭代方向发展，这种发展，我们中国进步是非常大的，中国从5G进入世界第一梯队，表现在我们的标准和专利都是三分之一以上，我们的市场非常辽阔，我们的产业链关键环节有自己的完整产业链。这里面，在全球5G市场里面，红颜色是表示用了5G的，很多国家还没有用，我们国家是全部已经标红了，我们去年是5G的元年，现在我们在中央部署下已经加快5G全力建设，总书记在很多场合说了要加快5G的建设，这里面像中国移动、中国联通和电信合起来了，我们现在基站数目，2020年全国已经部署70万个，现在发展还是很快的，按照指数性的发展。

这个发展带来什么问题？与我们数字经济是什么关系？数字经济讲得很清楚就是我们的新基建，新基建就是我们提了几个方面，一个是信息基础设施，从网络的使能技术就是5G、物联网、工业互联网、卫星互联网等等，新技术就是人工智能、云计算、区块链，算力就是数据中心、智能计算中心，然后我们要对基础行业进行支撑转型。还有一些公益性的创新事业，像国家实验室、国家创新中心，这是发改委给我们画的蓝图了。

在这个蓝图下，我们要能够支撑垂直行业的发展，为什么支撑垂直行业发展？我们可以看到5G为各个行业和全 社会 的拓展发展了新的空间，统计信息显示2035年全球驱动12万亿美元的经济活动，其中智能制造，就是工业互联网占比达到28%，将近4万亿美元，成为5G最大的行业应用场景。这里面对工业互联网的需求，第一是提升生产经营管理效率，因为劳动成本持续上升，对效率提出更高的要求，我们大部分的企业都面临着受益不是很高及毛利率很低，这是我们基本的现实情况。

第二我们提升产品的质量和价值。因为我们中国多数企业，虽然很全，但是我们基本上都是处在中低端的，附加值比较低，需要通过我们注入ICT技术，提升产业价值。

第三促进商业模式的创新。利润低更需要将自身的能力融入我们 社会 体系里面，全国七百多万中小制造型企业，他们信息化水平参差不齐，多数中小企业面临资本的压力、成本的压力以及人力的压力，所以我们做的要考虑到两个方面：一个是便宜，企业用得起。第二好使，做得好用一点。

这里面工业互联网的基本诉求第一作为网络要做成全部的连接，作为平台要把海量的工业数据集成处理和分析，作为新模式新业态实行智能化的生产、网络化的协同以及个性化定制和服务化的延伸。这是我们的基本诉求。

这里面我们的网络也可能变成私有的，通过接入5G，接到我们的城域网，5G核心网，最后形成IP网，最后和IDC接起来以后形成我们的知识层面，像大数据、人工智能平台就在这里面做了。网络可能是私有的，也可能是公有的，至于怎么做，我们可能需要研究它。

对我们实体企业面临着基本的难点，就是把IT技术、OT技术和CT技术联合起来，CT把原来的流程，全生命周期的网络连接，把信息传过去，我们的OT技术、管理技术以及IT技术通过CT做出来。所以CT通信技术还在这里面是比较热的技术。5G正好是恰逢其时了。

我们整个网络构成分两个部分，一个2C，一个2B。2C是需求驱动下的应用，所以有杀手级的应用，因为我们所有人的应用都一样，只要做出一个大家都认可的应用大家就都来用的，像微信，就是杀手级应用。但2B不行，2B是场景下驱动的，每个工厂，每个企业都是不一样的，要求不一样，参数值不一样，所以你很难找出一个杀手级的应用出来，可能也做不出统一解决方案，这个方案既可以解决 汽车 的，同时也解决别的工厂。所以对垂直行业这块儿，我们现在还正开始做，没有完全出来，实际上工信部也说了，5G的话，20%给红色（2C），80%是给蓝色（2B）用的。我为什么用蓝色，其实2C已经成了红海市场，但是2B还是一个蓝海市场，还没有真正开发出来。到现在为止，只不过是讲很多事情，但是你真正把做的东西，工厂能用了，产生了价值，我们可能还没有找到比较好的方案。

但是总的来说，我们将来的趋势就是数字化，数字化工厂就是现代化的工业+现代化通信（5G）全面的融合，将来虚拟的工业，虚拟的车间和虚拟的工厂，可以在虚拟空间里面编排，我们把所有的流程规划都编排好了以后，到实体企业做，这样可以做到零库存，零库存可是很好的事情，大家做企业都知道，所以产业升级是不是可以通过这个来做，IT和CT完全统一起来？在OT做主导的情况下，统一起来，OT我觉得肯定是未来的工业互联网的主人，我们所做的一切都是为工业，为我们的企业来做的，我们可能需要认真的考虑这个问题。

下面讲讲我们对未来的发展，我们先看一下十年以前做了什么，现在做了什么，未来做什么？首先我们提出一个愿景出来。十年前就是4G，人和人的。5G变成了三个场景，人、机、物都要通信，6G的话，我们说第一要有智能的，另外我们觉得可能跟时延不敏感的业务有一些关系，像卫星网等。当然这没有形成定义，是我自己想的。

1G到4G讲通讯速率，从1G、2G、3G、4G网络越来越快，带宽越来越宽，1G是模拟信号，2G就是每秒10k，4G我们到了100兆，5G通信速率只是一方面，还增加了另外两块，变成一个面了。

那对于未来T比特概念，我们需要再扩展，这种扩展从通讯速率仍然是我们需要了解的，需要做的，变成T比特，比原来的G比特增加一千倍，但光这个还不够的，我们把过去在陆地这块儿往天上扩，往海洋里扩。处理的方式因为有了人工智能，有了机器学习，有了这么多先进的技术，我们可能要往通信智慧的空间上发展，所以未来的除了提高我们的通信速率，还要拓展通信的空间，完善通信的智慧，主要是研究智能通信与人类未来相互关系的新体制，说起来很容易，但是其实做起来还是比较难的，尤其是我们过去人在网络外面，现在人在网络里面，我们人对网络具有了支配作用，是意识驱动的网络，这里面可以做的事情就更多了，我这儿画了一个大脑的图像。国际上大家也都在做，像芬兰提出了6G 智慧， 社会 智慧化，它要往 社会 智慧化上发展，同时很多国家也都在做，大家都在纷纷做这件事。

我们想象一件事情关键是看能够支撑它的真实的基础是什么东西，中国移动也给出了一个非常形象的表示，我们的4G改变生活，5G改变了 社会 ，通过改变实体企业改变了 社会 ，6G要改变世界靠的是什么？就是靠感知泛在，真正的物理世界，我们的智能泛在，数字世界通过我们的抽象和映射、交互做出这样一个数字孪生世界，这种孪生不是现在意义上的孪生，而是更大意义上的孪生。比如一个足球赛，大家把实力参数输出，大家在虚拟世界里踢看看谁赢谁输，那基本上能够参照，如果不服的话就真踢一场，打仗也一样。

所以未来我们6G技术，将会使能我们智慧的世界，我们第一次工业革命、第二次工业革命、第三次工业革命，通过我们的工具，蒸汽机大动力的，然后往自动化方面，再往计算机方面，使我们的体力越来越大。未来是第四次工业革命，靠的是什么？就是我们信息智慧，靠信息指导下的智慧，当然这种讲起来可能又变成了另外一个故事了，所以我今天就不用再讲详细了。

总得来说，信息技术已经改变了我们人类 社会 ，未来6G将会改变世界，为我们改变世界进一步使能。我在非常严肃的刊物上发表发表了一些文章，大家有兴趣可以看看，感谢大家的聆听，谢谢！

2020网易未来大会由杭州市人民政府和网易公司联合主办，杭州市商务局、杭州市经济和信息化局、杭州市滨江区人民政府、北京网易传媒有限公司以及网易（杭州）网络有限公司承办，中国移动总冠名。大会将进行三天的头脑风暴、涵盖了预见未来、新基建、人工智能、区块链、潮商业、UP生活以及和文化等论坛。

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