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需要给各态历经假说念段“紧箍咒”么?

已有 7578 次阅读 2009-7-19 18:48 |个人分类:科研|系统分类:科普集锦| 碰撞, 牛顿定律, 各态历经假说

李小文老师的博文《约束玻尔兹曼各态历经假说的建议》(http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=242825)里面说到了一个有意思的问题,我暂时还没实力把这个问题深刻到更高的层次,只想来分析一下该文中所提出模型的问题。

    如果我们设想把盒子(容器)放在光滑的桌面上,这17个小球(气体分子,实际应该是更大量的)之间及其与盒子之间不断进行着弹性碰撞,此时盒子与小球们构成系统,只要开始的状态是总动量为0,在没有其他外界作用力作用于系统,按照牛顿定律,以后总动量就应该一直为0。但这不能排除盒子发生移动(盒子动量忽然不为0!)的情况,即盒子在某些瞬时其实是可以定向移动的,造成盒子移动的原因是里面小球和它碰撞后使盒子具有了一定的动量,小球获得了相反方向的动量向盒子的另一侧壁迅速飞去。由于小球很快就会到达另一侧的盒壁,所以盒子这种移动持续时间极端,移动距离也很小,并且还得马上会因为再次被碰撞而向相反方向移动,结果表现为在一个位置附近极小的范围内振动(往复运动),在这个振动的过程中,质心的真实位置始终不变,但从外面看似乎盒子的位置变了,这是一个内力(盒子与球之间的碰撞冲击力)改变系统内质点位置分布的情形。即使在某个瞬时所有的球都向一个方向飞,而盒子向另一个方向一定也没真正违背牛顿第一定律,因为还有牛顿第三定律保驾护航呢!

      如果只有一个球,这种情形很容易发生,而且移动距离甚至可以比较可观(前提是球与盒的质量比不太小)。不过球越多越难观测到移动,原因是盒的运动速度变化的时间间隔会严重缩短,移动的距离也会迅速减小,当它们短小到我们无法观测的水平时,就可以也只能认为它不动了。
       所以,我的看法是各态历经假说没问题,微观状态“存在”与否主要还得看能否被观测到。在深入分析的情况下,我们会发现,只要承认微观粒子的运动遵循着力学规律,额外的约束也许并不是必须的。

     欢迎物理学爱好者们参与讨论!

   



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