这篇文章 的 起因 是 《出一道题 : 请 解释 反重力陀螺 现象》 https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/13661948.html ,
写 《出一道题 : 请 解释 反重力陀螺 现象》 的 过程中, 想到了 陀螺现象 是 一个 物理综合题, 涉及 到 比较完整 的 动力学 理论, 就想到 物理 的 “四大力学”,
四大力学, 我 在 反相吧 听 网友 说过, 大概是 理论力学 、分析力学 、统计力学 ……
在 百度百科 里 查了一下, 发现 是 理论力学 、电动力学 、量子力学 、热力学与统计物理 ,
那, 分析力学 呢 ? 又查了一下, 百度百科 词条 “分析力学” 里 这样说 : “分析力学是理论力学的一个分支,是对经典力学的高度数学化的表达。”
大概 看了 一下 “分析力学” 词条, 嗯 ……
我原来以为 “分析力学” 的 “分析” 是 “受力分析” 的 “分析”, 结果 是 “数学分析” 的 “分析”, 而且是 “对经典力学的高度数学化的表达” , 这 大大 出乎 我的 意料 。
分析力学 的 公理 是 哈密顿原理, 哈密顿原理 反映 的 , 应该是 质点 的 位置 和 速度 随 时间 变化 的 最简方式(形式) 是 牛顿第二定律 F = ma 。
据此, 对于 一个有 n 个 质点 的 质点系统, 可以用 变分法 约束 质点 运动状态 的 每一阶 微分 都是 一次函数(正比例) 形式, 以此 列出 的 泛函方程 就是 描述 质点系统 的 运动状态 的 方程 。
方程 可能 不止一个, 而是 多个, 那么 就是 由 多个 泛函方程 组成 泛函方程组 。
这些 泛函方程, 又称为 变分方程 。
但 ʃ f ( x ) dt , f ( x ) dt 本来 就是 f ( x ) 和 dt 的 正比例 关系, v = ʃ F / m dt , F / m 和 dt 本来就是 正比例 关系, 当然, F 可以随 t 变化 。
s = ʃ v dt , v 和 dt 本来 就是 正比例 关系 。
所以说, 要求 每一阶 微分 都是 正比例 形式 就 笼统 了 。
可以 将 质点 间 的 力 定义 为 “势”, 用 变分法 约束 每个 质点 的 运动状态 符合 牛顿第二定律, 比如 d²x / dt ² = Fx / m , Fx 是 力 F 的 x 分量 。
或者, 用 变分法 约束 使得 质点系统 的 运动状态 符合 动量守恒, Σ d ( m v ) = 0 。
Σ d ( m v ) 是 某个时刻 的 系统总动量 的 增量 , 设 时刻 t 时 的 系统总动量 为 p = P ( t ) , dp = Σ d ( m v ) 。
Σ d ( m v ) 是 对 系统 的 全体 质点 的 动量增量 求和 。 这个 Σ 求和表达式 写的 简略了一点 。
好吧, 其实 这些 是 我 猜 的 。
也可以说, 哈密顿原理 认为 一个 质点系统 的 运动状态 是 一个 泛函方程 的 极值解 。
说到这里, 会发现, 老爱 的 广义相对论 认为 质点 在 引力场 里 的 运动轨迹 是 弯曲空间 的 短程线 和 哈密顿原理 如出一辙 。
哈密顿原理 也好, 拉格朗日函数 也好 , 泛函也好, 分析力学 也好, 包装了 不少 数学外衣, 也由此 变得 神秘深奥 、扑朔迷离 起来 。
事实上, 出于 实用 的 目的, 你可以 这样说 “喂, 能不能 弄 一个 可以 迭代逼近 的 数学形式 来 描述 一个 质点系统 ?”
基本上, 这也是 分析力学, 这样 弄 出来 的 东西 是不是 和 现在 的 分析力学 一样 还不太确定, 但 这 应该 可以 作为 新时代 的 分析力学, 简称 新 分析力学 。
新 分析力学 也是 新时代 物理 的 一个 部分 。
确实 可以 这样干, 结合 微扰 、级数 、n 元函数理论 等 , 确实 可能 弄出 一个 “可以 迭代逼近 来 描述 一个 质点系统” 的 “数学形式 ” 。
n 元函数理论 比如 n 元函数极值定理 , n 元函数 又名 n 维自变量函数 , n 元函数理论 又名 n 维自变量函数理论 。
n 维自变量函数 的 想法 来自于 空间几何 和 霍奇猜想 。 虽然 霍奇猜想 的 具体内容 我 到现在 还不太明朗 。
但 霍奇猜想 说 用 “高维简单形状 的 线性堆叠 来 获得 低维 的 任意复杂形状” , 高维 的 形状 怎么 “获得” 或者 转化 为 相应 的 低维形状 ? 一种 办法 是 投影, 霍奇猜想 中 好像 确实 提到过 “投影” 。
而 投影 的 效果 怎么样 ? 要 构成 一个 任意 的 形状, 需要 能够 构成 任意 的 “突起”, 突起 是 形状变化 的 最小单位, 而 突起 意味着 极值点,
这就 需要 我们 研究 n 维形状 的 突起, 这 也就 诱使 着 我们 以 “n - 1” 维 自变量 的 方式 来 看待 一个 n 维形状 的 函数(方程), 这就是 n 维自变量函数 的 起源 。
嗯, 似乎 扯远了 一点 ……
分析力学 是 广义相对论 和 量子力学 的 根系 。 也可以说, 分析力学 是 其后 蓬勃发展 的 各种 数学化 物理 的 根系 。
分析力学 是 一种 的 典型 的 数学思维, 以 数学 的 视角 研究事物 的 思想方法 。
科学, 除了 数学 的 视角, 还有 一种 视角, 是 系统设计 的 视角 。
是 建立 数学, 使之 成为 模型, 还是 建立 模型, 用 数学 描述之, 这就是 数学视角 和 系统设计 视角 的 区别 。
把 帽子 扣 给 数学 也不对, 数学, 也有 直接 切入 问题 的 数学, 也有 建造形式 的 数学, 有 发明 的 数学, 也有 发现 的 数学 。
就好像 语文, 可以用来写 诗词歌赋, 也可以写 散文 杂文 。
于是, 可以换个说法, 是 形式 优先 ? 还是 问题 优先 ?
一年前, 我 从 陈彼方 那里 知道 霍奇猜想 的 时候, 我说 “霍奇猜想 是 数学 的 集大成者, 把 霍奇猜想 了解了, 也就 了解 现代数学 的 全貌 和 脉络 了 。”
但 现在 看到 分析力学, 应该 再 加上 一句话 : 分析力学 是 近现代 数学 的 集大成者 。
说完这句话, 有 一刹那 忘乎所以, 在 忘乎所以 中, 突然 闪过一个 念头 , 分析力学 …… 力学 ? 是 物理 吧 ? 怎么 是 数学 了 ?
分析力学 是 物理 的 一个 分支, 成了 数学 的 一家 集大成者 , 这是 一个 有趣 的 景象 。