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科普：物理规律从何而来（5）-- 没有规律
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在《科普：物理规律从何而来（4）》中我解释了理想气体状态方程的物理原理，我们得到的基本概念是：其实气体分子的运动是没有规律的随机的，气体压强、体积、温度等宏观量之间的关系其实是一种统计关系，对应的物理理论称为统计力学。一个系统所处的状态不过是它最可能的状态--由没有规律到有规律，自然奥秘的面纱似乎在逐渐消失。
大量粒子（如空气）的物理规律可以用统计力学来研究，那么单个粒子的运动规律又如何从更基本的原理推导呢？
举例说明，一个物体从一点运动到另一点，有无穷多条路径，为什么它会走直线，而不是兜几个圈子再抵达目的地呢？你也许会说，那是牛顿第一定律起作用。但我们现在问的恰恰是为什么有牛顿第一定律。
事实上，如果我们研究微观粒子，如一个电子，我们会发现它并不会做直线运动，而完全可能偏离直线轨迹，这是牛顿力学不能解释的。物理学家们经过研究，终于得出一个惊人的结论：其实物体从起点到终点确实走过了所有的路径，包括在中间兜几个大圈子再到终点。每一条这样的路径的几率都是相等的。在计算物体运动的时候，必须考虑所有可能的路径。这在物理里面叫着路径积分，剩下的就是从数学上研究这个路径积分。
相关的计算表明，当物体质量很大时，有一条路径是最可能的，而其他路径互相抵消，这条最可能的路径就是牛顿力学的路径，对于自由的物体来说，就是直线运动。因此，经典的牛顿力学可以从路径积分推导出来。
牛顿力学只适用于宏观物体，路径积分的适用范围包括微观粒子，可以解释微观现象。其数学形式跟我们前面提到的统计力学非常类似。经典物理里面，物体的轨迹是固定的、可以预知的。运用路径积分我们能够得到的只是粒子出现在某个位置的几率，而不能确定粒子肯定会出现在某个位置，这与经典物理的确定性是截然不同的。这一理论又称为量子力学。
粒子可能采取任意路径，也就是完全没有规律，推出粒子最可能的路径，也就是得出规律，这是物理学的又一个巨大突破。
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发表评论 评论 (35 个评论)
- 回复 VANO
- 昨天去查了牛顿三大定律的定义。https://b.hiphotos.baidu.com/baike/s%3D220/sign=ee9ad7b5a0ec08fa220014a569ef3d4d/3bf33a87e950352adfc556025343fbf2b2118b17.jpg
牛顿第一运动定律，又称惯性定律，它科学地阐明了力和惯性这两个物理概念，正确地解释了力和运动状态的关系，并提出了一切物体都具有保持其运动状态不变的属性——惯性，它是物理学中一条基本定律。
- 回复 VANO
- 牛顿第二定律https://e.hiphotos.baidu.com/baike/s%3D220/sign=e0ba8c18ccbf6c81f3372bea8c3eb1d7/ac6eddc451da81cb45e3ebbd5266d016092431bc.jpg
物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 而以物理学的观点来看，牛顿运动第二定律亦可以表述为“物体随时间变化之动量变化率和所受外力之和成正比”，即动量对时间的一阶导数等于外力之和。牛顿第二定律说明了在宏观低速下，a∝F/m，F∝ma，用数学表达式可以写成F=kma，其中的k为比例系数，是一个常数。但由于当时没有规定多大的力作为力的单位，比例系数k的选取就有一定的任意性，如果取k=1，就有F=ma，这就是今天我们熟知的牛顿第二定律的数学表达式。
- 回复 VANO
- 牛顿第三定律https://g.hiphotos.baidu.com/baike/s%3D220/sign=154be5902edda3cc0fe4bf2231e83905/9358d109b3de9c828f2585806c81800a19d84378.jpg
牛顿第三定律的内容主要有：两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等，方向相反。 即 F1=－F2（N=N‘） ①力的作用是相互的。同时出现，同时消失。 ②相互作用力一定是相同性质的力 ③作用力和反作用力作用在两个物体上，产生的作用不能相互抵消。 ④作用力也可以叫做反作用力，只是选择的参照物不同 ⑤作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上，所以不能求合力。
- 回复 蓝天绿地
- 厉害！
VANO: 牛顿第三定律https://g.hiphotos.baidu.com/baike/s%3D220/sign=154be5902edda3cc0fe4bf2231e83905/9358d109b3de9c828f2585806c81800a19d84378.jpg
牛顿第三定律 ...
- 回复 岳东晓
- 请观看这个视频
老黑鱼: 靠！这种干巴巴的东西你也好意思贴？嘿嘿
https://www.zhenzhubay.com/fup/up/2/8454669.mp4
- 回复 温和宝
- 凡是忘记的定律都是没学懂的定律，学懂了就忘不了------这句话也算是一个定律，就叫“忘记定律”好了。
VANO: 如果连基本定律也不清楚的话，那么读岳的文章就很难理解了，对我来说哦。
可能你们都记得，我可真是忘记了。 ...
学会的东西忘不了，即使真的忘了，根据原理也可以马上重新推导出来。
所以，下次再说“我忘了”的时候，仔细想一想，真的呀，我当时真是没怎么弄明白，只是背公式来着。
- 回复 岳东晓
- 就是说，粒子可能走任意弯曲重复路径，但是如果把所有路径叠加起来，却发现有些路径是最可能的。比如说，如果粒子质量够大，实际路径就是一条直线---牛顿第一定律。
雨柔: 粒子最可能的路径，也就是得出规律？此话怎解？
- 回复 雨柔
- 为什么粒子质量够大就是一条直线，而非其它的呢？白痴问题，别介意哈~
岳东晓: 就是说，粒子可能走任意弯曲重复路径，但是如果把所有路径叠加起来，却发现有些路径是最可能的。比如说，如果粒子质量够大，实际路径就是一条直线---牛顿第一定 ...
- 回复 岳东晓
- 很好的问题。数学计算出来就是这个结果。但也可以试图直观的解释，因为与直线非常接近的路线最密集，而且没有互相抵消的其他路径。
雨柔: 为什么粒子质量够大就是一条直线，而非其它的呢？白痴问题，别介意哈~
- 回复 雨柔
- 谢谢耐心解答。
岳东晓: 很好的问题。数学计算出来就是这个结果。但也可以试图直观的解释，因为与直线非常接近的路线最密集，而且没有互相抵消的其他路径。 ...
那为什么与直线非常接近的路线最密集呢？为什么没有互相抵消的其它路径呢？
- 回复 追求永生
- 看过了，对岳兄的思路有了了解。如果不继续思考，可以满足到此了。但是此点决不是终点。以你的图示为例。第一，为什么所有的运动都是从此及彼，而不是从彼及此？第二，为什么所有的运动都是由此及彼，而不是前往其他的方向，其他的距离？你能否认这里的规律吗？同是，你在讨论不同存在的规律，你并没有解释这些存在。而这个存在才是规律的基础。规律只是存在的一个组成部分。
我认为你依然没有和你初衷相符的物理规律的来源。
- 回复 岳东晓
- 很好的问题，但我在文中已经解释了：【经典物理里面，物体的轨迹是固定的、可以预知的。运用路径积分我们能够得到的只是粒子出现在某个位置的几率，而不能确定粒子肯定会出现在某个位置，这与经典物理的确定性是截然不同的。这一理论又称为量子力学。】
追求永生: 看过了，对岳兄的思路有了了解。如果不继续思考，可以满足到此了。但是此点决不是终点。以你的图示为例。第一，为什么所有的运动都是从此及彼，而不是从彼及此？ ...
上图水平轴是时间，there 在here右边只是说明there在here之后。至于there的位置是任意的。上面是计算电子在某个时间达到某个位置的几率。不同终点位置几率不同。这都是有实验证明的--比如说电子的衍射实验。
- 回复 追求永生
- 谢谢解释。也就是说一旦彼点确定或者假设以后，就会有相应的几率出现。而不同彼点，就会有不同的几率。这未必不算是规律吧。只是因为他的不确定性，而没有办法用公式公理一类的东西表达出来。难不成不能表示的规律就不算规律？
岳东晓: 很好的问题，但我在文中已经解释了：【经典物理里面，物体的轨迹是固定的、可以预知的。运用路径积分我们能够得到的只是粒子出现在某个位置的几率，而不能确定粒 ...
进一步说，这些没有规律的测量对象，已经是先在的。一个东西既然存在，肯定有他存在的原因，目的，和方式。其中的方式如果我们知道了，就是知道了他的规律，不知道的话，我认为还要继续努力发现，而不能认为没有规律。如果把没有规律当作假设，所有的科学发现的努力都失去了方向和动机。这个也是必须考虑的。何况还有目的和原因。对这二者即使是发现了规律，也不是自然就可以当作答案的。
