神马是我眼中的物理？（5）

科学女流氓 AMO物理博士生 ψ

2011-03-17 08:39

在开写之前，我想先澄清一下，如果大家把我写的当成物理史戏说或者科普小文章，那欢迎之至；如果觉得我是在表达一些我自己的关于物理的“哲学”观点，那就曲解我了，我只对怎样写好些有趣的物理现象极其背后的定律感兴趣，对抒发自己主观感受上的信仰、感受啥的兴趣并不大。

（注：还有很多时候，我确实不知道中文翻译，而且我是每天搞研究10-14小时以上的苦逼，写写谈物理的文章是我闲暇放松的方式，能不装b我已经尽量。。。对读者不尊重神马的确实谈不上。。。请您们谅解！。。）

确实有很多物理现象极其解释看似有很多的哲学意味在其中，亦有很多正确的观念真正引领了新科学的发展。说到老爱，当年他相信的万物皆相对，才指引他改进牛顿力学里的伽利略变换变成洛伦兹变换，但关于相对论正确性的决定性论据是Eddington于1919年做的光在经过水星有变弯的实验。所以说决定物理现象真伪的不是个人的哲学品味，而是实打实的实验结果，举个反例，老爱当年想方设法地想要用hidden variable来否定量子力学中的不确定性，但却败下阵来，这是一厢情愿的哲学碰到铁血无情的科学而撞得头破血流。连老爱这么牛，都是半蒙半对的，所以说哲学品味神马的，都是浮云。

这次先说说各向同性isotropy。这各向同性说的神马呢？说的是一般物理现象是很公平公正的，没有对方向性的偏好的。举个简单的例子，一般来说不论从什么方向射出的光经过均匀介质其传播速度都是一样的，遵循Snell’s law；除非你搞得介质特别，有些神马birefringent物质之类，还有些神马常用的quarter wave plate，half wave plate，都马上就各项不同性老。。这各向同性倒是不是怎么特别，只是想说物理定律里的对称性顺便想到而已。我只是想说上帝一般来说还是比较公平的。。虽然也有偏心眼儿的时候哈。。。

说到对称，先要说守恒conservation laws。因为很多守恒其实来自对称。自物理开山以来，该朝换代的理论出了一波又一波，但有些却始终屹立不倒——比如能量守恒。这能量守恒很简单，说得是在一个封闭系统总能量恒定。如果我们认为整个宇宙是一个封闭系统，那问题来了，当我们去考虑宇宙刚开始的时候，这能量从哪儿来的呢？如果由“外界”输入的话，那这神马封闭系统都浮云了哇。。所以在第一篇文章也讲到，物理有失效的时候，物理在描述现在的一切物理从哪里来的时候就失效了哇。这感觉上确实也有些像Godel的不完备性定律，用宇宙产生后的物理定律企图去解释产生时的情况（不说产生前，因为逻辑上说不通）至少现阶段有点解释无能啊。。。说回正题，守恒律说的是该物理量的时间微分为0，在时间上永远是个常量。说回第一篇文章，Lagrangian的时间不变性导出能量守恒，当然自从老爱的广义相对论后，我们不再只说能量守恒，而该说能量-质量守恒；Lagrangian的空间不变性导出动量守恒；Lagrangian的旋转不变性导出角动量守恒。。说到Lagrangian我一定要做下广告，这Lagrangian的意义让我曾经沉醉许久啊。。Lagrangian的时空积分的结果叫做action，而当时的物理学家（虽然我觉得更像数学家。。）认为每个事物行动的轨迹所遵循的规律是叫做least action principle，而在数学上，这最优化的行动轨迹可由对Lagrangian做一些微分处理进行求解。虽然两者从截然不同的角度出发，经典的Lagrangian求出的最优化解和牛顿力学给出的完全一致，在一般很难明确写出牛顿力学公式的时候，大家都会求解Lagrangian或者Hamiltonian。。。

最近要准备一个大考试，就先写到这吧。。。等回头考完了，再屁颠屁颠来更哈。。
虽然晚了点，但祝大家Pi节愉快，也祈祷受灾的日本早日恢复，核辐射啥的明忧隐患早点退却。。。