《機(jī)遇與混沌》讀書隨筆2——機(jī)遇的物理應(yīng)用(標(biāo)題是自己起的書里沒有)

今天讀的是一些比較復(fù)雜的東西供炼,我理解的不太好,講出來也比較困難句伶。劲蜻。。不過有一些我理解過的東西講起來會(huì)比較輕松+愉悅考余,應(yīng)該不會(huì)讓你覺得像在看天書先嬉。

昨天講到,對(duì)“機(jī)遇”的研究誕生了概率論楚堤,這說明“機(jī)遇這種東西是有研究的意義的”疫蔓,我們所需要的是在大量的隨機(jī)和不確定中找出大致確定的東西。畢竟身冬,未知的東西雖然有一種無法言喻的美衅胀,但卻通常暗藏著危險(xiǎn)和麻煩。

接下來酥筝,就是概率論在物理中的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用——應(yīng)用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的知識(shí)來處理微觀氣體壓強(qiáng)滚躯,很幸運(yùn)這塊知識(shí)我這學(xué)期學(xué)了,有興趣詳細(xì)了解硬知識(shí)的可以看以后不知哪一天會(huì)寫的深入解析嘿歌,那時(shí)候數(shù)據(jù)計(jì)算和公式代換以及一些概念的提出就是必不可少的了掸掏,不過啥時(shí)候?qū)懀涂葱那榱酥娴郏灰诖ㄔ捳f誰會(huì)期待這種真槍實(shí)彈的演算和推理啊丧凤。。步脓。)≡复現(xiàn)在我們都知道物質(zhì)是由分子原子組成的(這要是不知道。靴患。仍侥。我也沒轍請(qǐng)自行百度去。蚁廓。访圃。),而且數(shù)量極大(關(guān)于為什么數(shù)量極大也許以后可以說一說相嵌?)腿时。那么想要摸清一升氣體中多得難以置信的氣體分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)幾乎是不可能的》贡觯“它們沿各個(gè)方向高速運(yùn)動(dòng)批糟,并以非常可怕的無序狀態(tài)相互碰撞”看铆,也就是說分子一直在不停地做“熱運(yùn)動(dòng)”徽鼎。

這個(gè)詳細(xì)說一點(diǎn)“分子熱運(yùn)動(dòng)”,有助于后面的理解(其實(shí)是我發(fā)現(xiàn)我可以在這里順勢講一個(gè)故事)弹惦。有關(guān)熱運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象最初是由一名植物學(xué)家布朗(Robert Brown)在顯微鏡下觀察水中的花粉的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的否淤。他看到漂在水面的花粉粒一直在做無序隨機(jī)的運(yùn)動(dòng),因而將此稱作“布朗運(yùn)動(dòng)(Brownian movement)”棠隐。后來人們研究得知作為宏觀物質(zhì)的花粉本身是不會(huì)有分子熱運(yùn)動(dòng)的石抡,實(shí)際迫使花粉運(yùn)動(dòng)的是由于其他不斷熱運(yùn)動(dòng)的分子的撞擊,從而使花粉也表現(xiàn)出像是在做“熱運(yùn)動(dòng)”助泽。


圖片來自網(wǎng)絡(luò)

這里附一張圖啰扛,假裝左邊畫的是花粉粒(圖中是用膠粒舉的例子,一樣的嗡贺,關(guān)于膠粒是什么鬼以后看情況再講吧隐解。。诫睬。)被介質(zhì)分子(介質(zhì)分子按理來說煞茫,在水里就是水分子。但其實(shí)這里撞擊花粉的不是水分子摄凡,詳情見下文)沖擊续徽,各個(gè)方向在「某一時(shí)刻」受到?jīng)_擊的數(shù)量不一樣,那么粒子整體受到的合力就會(huì)朝向某一個(gè)隨機(jī)方向架谎,使得粒子運(yùn)動(dòng)(這里其實(shí)物理原理是牛頓三定律炸宵,有興趣自己去了解一下)」瓤郏可以說土全,布朗運(yùn)動(dòng)是大量液體中的分子(不全是水分子)集體運(yùn)動(dòng)行為的結(jié)果』嵯眩【值得注意的是裹匙,布朗運(yùn)動(dòng)指的是花粉迸出的小顆粒的隨機(jī)運(yùn)動(dòng),而不是分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)末秃。但是通過布朗運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象可以間接證明分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)概页。一般而言,花粉之直徑分布于30~50μm练慕、最小亦有10μm之譜惰匙,相較之下技掏,水分子直徑約0.3nm(非球形,故依部位而有些許差異项鬼。)哑梳,概略為花粉之萬分之一,難以令花粉產(chǎn)生不規(guī)則振動(dòng)绘盟。因此鸠真,花粉事實(shí)上幾乎不受布朗運(yùn)動(dòng)之影響。在羅伯特·布朗的手稿中龄毡,“tiny particles from the pollen grains of flowers”意味著“自花粉粒中迸出之微练途恚”,而非指花粉本身沦零。然而在翻譯為諸國語言時(shí)祭隔,時(shí)常受到誤解,以為是“水中的花粉受到水分子撞擊而呈現(xiàn)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)”蠢终。積非成是之下序攘,在大眾一般觀念中,此誤會(huì)已然根深蒂固寻拂。實(shí)際上花粉具備足夠大小程奠,幾乎無法觀測到布朗運(yùn)動(dòng)〖蓝ぃ——來自百度百科瞄沙。啊,不過究竟原理是什么我看網(wǎng)上說法不一盎藕恕距境!不過目前這不是重點(diǎn)別糾結(jié)】遄浚】

右圖顯示的是顯微鏡下粒子的布朗運(yùn)動(dòng)垫桂,請(qǐng)一定注意啦圖中的連線不是粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡,而是取相等時(shí)間間隔對(duì)粒子位置做記錄然后按照時(shí)間順序把粒子出現(xiàn)過的位置連接起來粟按,也就是說任意兩點(diǎn)之間粒子是隨機(jī)路徑運(yùn)動(dòng)到那里的诬滩,不是直線!友情提示:這個(gè)知識(shí)點(diǎn)某些地方的高考題可是考過的哦C鸾L勰瘛!

純手畫詳細(xì)解釋

關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的深入研究庙曙,我查了百度才發(fā)現(xiàn)好像有很多蠻可怕的內(nèi)容空镜,比如這個(gè)貌似還和另外一個(gè)我聽說過的概念“漲落”(我知道這個(gè)詞源于了解到的一個(gè)可怕的概念“玻爾茲曼大腦”,有興趣的自行百度感受一下吧。吴攒。张抄。)有關(guān),也許以后我能大概說一說這玩意舶斧。

實(shí)際就是所有的分子都在永不停歇的做類似這個(gè)花粉一樣的無序運(yùn)動(dòng)欣鳖,這種運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著溫度升高而變得更加劇烈察皇。分子是如此的多茴厉,運(yùn)動(dòng)又是如此復(fù)雜,因而這被稱為“分子混沌”什荣。那么我覺得這里大概也就說了一下什么是混沌矾缓,可能就是指大量的不確定性?先這么理解吧稻爬。嗜闻。。我也不太清楚桅锄。琉雳。。

“這種稱為分子混沌的無序情況有多少隨機(jī)性友瘤,或說機(jī)遇翠肘,是一個(gè)非常有意義的問題”,說實(shí)話單看到現(xiàn)在我沒有想象到有什么重大意義辫秧。不過聯(lián)系我學(xué)過的大物講到的分子微觀壓強(qiáng)的推導(dǎo)束倍,那么一個(gè)我目前理解來的實(shí)際應(yīng)用就是給出了分子壓強(qiáng)的產(chǎn)生原理和實(shí)際大小的計(jì)算。這個(gè)過程可神奇了盟戏,不行我以后一定要講出來驚艷一下你們P髅谩!J辆俊(又給自己挖坑立flag)

書接下來就告訴又是虐了我一學(xué)期的兩位科學(xué)家——玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)(啊對(duì)邮旷,就是我剛剛說到的那位提出了一個(gè)奇怪理論的科學(xué)家,我們之后肯定還會(huì)再看到他出來怒刷存在值蝇摸。)和吉布斯(J. Willard Gibbs)創(chuàng)立了物理的分支——統(tǒng)計(jì)力學(xué)婶肩。統(tǒng)計(jì)力學(xué)對(duì)如何處理這種混沌給出了答案,我們可以用熵(entropy)來衡量這一升氣體的機(jī)遇量探入,而且我們有辦法精確計(jì)算這些熵的大小狡孔。“我們發(fā)現(xiàn)機(jī)遇是可以被馴服的蜂嗽,這對(duì)于認(rèn)識(shí)物質(zhì)極為重要”苗膝。關(guān)于熵,現(xiàn)在暫且把它當(dāng)做一個(gè)奇怪的咒語記下植旧,以后肯定書會(huì)講的H杞摇@胩啤!這可是另外一個(gè)神奇又重要的概念N是浴:蕖!分分鐘刷新三觀的那種S虮印G陡辍!

呃听皿,這么看來前文說的“這是個(gè)非常有意義的問題”熟呛,大概是說研究這個(gè)問題得出來的理論——熵,是個(gè)有價(jià)值的東西尉姨。但是我在想究竟是科學(xué)家先覺得這問題有意義庵朝,所以去研究的呢?還是 “先不管有沒有意義又厉,研究出來了一些成果九府,才發(fā)現(xiàn)原來這個(gè)問題這么有意義”式的馬后炮呢?似乎我經(jīng)常會(huì)聽到有人說覆致,做XXX有什么意義侄旬?似乎對(duì)于難以理解的東西,或者真的很虛無縹緲的一些理論篷朵,表現(xiàn)出關(guān)于實(shí)際價(jià)值的質(zhì)疑是一種常態(tài)勾怒。但是也許就像這個(gè)問題,可能真的科學(xué)家在研究之前沒有想到這些結(jié)果有什么用声旺,但是研究出來的東西確實(shí)顛覆世界的笔链,這種后果又有誰能想到呢?所以我總是會(huì)對(duì)那些我完全不能理解的東西懷有一種崇高的敬意腮猖,因?yàn)樽屑?xì)想想鉴扫,你完全不能理解的東西有人能對(duì)其如醉如癡,那該是一種怎樣的高深境界俺喝薄F捍础!姐赡!再說莱预,現(xiàn)在看起來似乎沒用的東西,沒準(zhǔn)哪一天就改變?nèi)祟惏l(fā)展了呢项滑!

今天先到這里依沮,故事明天繼續(xù)!(我才不會(huì)說其實(shí)寫到這里連書的第一章都沒講完。危喉。宋渔。我擴(kuò)充了好多東西。辜限。皇拣。)

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