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应用第一性原理发现维纳过程中的逻辑错误

已有 1628 次阅读 2025-6-19 10:58 |个人分类:随机过程|系统分类:科研笔记

第一性原理(First Principles)是一种基于本质规律进行推演的思维范式与方法体系,其核心在于从不可再简化的基础真理出发,通过逻辑推理构建知识体系。

早在2000多年前,亚里士多德就在他的《形而上学》中探讨了第一性原理,认为每个系统中都存在一个最基本的命题(如欧几里得几何中的公理),它不能被违背、删除或忽略,是决定事物最本质的不变法则。

维纳过程也称布朗运动,是《随机过程》教科书中一种重要的连续时间随机过程。维纳过程是美国著名应用数学家、被誉为“控制论之父”的维纳(Wiener)基于爱因斯坦布朗运动扩散方程构建的《随机过程》布朗运动理论,因此,爱因斯坦扩散方程是维纳过程的基础真理或最基本命题,图1为维纳过程的理论演进过程。

演进.png

维纳过程的理论演进过程

1905年,爱因斯坦首先建立了描述大量布朗粒子集体行为(浓度)的扩散方程,然后出了所有布朗粒子在t时刻的位置x1(t)x2(t)xn(t)服从均值为零、方差为2Dt正态分布的解析解,即

{x1(t)x2(t)xn(t) N(0,2Dt)                  (1)

式中D为扩散系数。

1913年,维纳在英国剑桥大学留学期间,在罗素(Russell)的建议下阅读了爱因斯坦1905年发表的布朗运动研究论文。

维纳发现:爱因斯坦的扩散方程只描述了大量布朗粒子的集体行为,而没有涉及“一个微粒所走曲线的数学性质”。

为了研究一个布朗粒子所走曲线的数学性质,维纳将爱因斯坦描述大量布朗粒子集体行为的统计规律(正态分布)当作一个布朗粒子个体行为,给出了如下的布朗运动定义(假设)

X(t~ N(02Dt)                       (2)

式中X(t)为一个布朗粒子在t时刻的位移。

对比式(1)和式(2)可以看出,式(2)显然违反了逻辑推理基本规则——同一律,没有保持与式(1)概念的同一性。

式(2)假设把式(1)描述大量布朗粒子集体行为的统计规律当作一个布朗粒子的个体行为,这就如同假设“小明同学的身高=全班同学的平均身高”一样荒谬违背了第一性原理的基础真理或最基本命题,产生了违反同一律的偷换概念”逻辑错误,由此推导出的布朗运动位移和瞬时速度性质势必与《物理学》实验结果不符。

     

    



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