等离子体科学分享 http://blog.sciencenet.cn/u/等离子体科学 俱怀逸兴壮思飞,欲上青天揽明月

博文

《公共物理学讲义》(3)

已有 4647 次阅读 2011-9-21 12:07 |个人分类:学海无涯|系统分类:教学心得| 惯性, 讲义, 测度, 公共物理学, 时间尺度

在物理学会秋季会议上讲了这门课的设想,得到共鸣,很高兴——想到一起去了!有出版社来约稿——大概至少要先讲一遍才敢拿出去。现在贴的也还是一个骨架,讲的过程中还要改。

 

1.3 “惯性”与时间尺度

 

      那么,对一个具体问题,怎样来找特征时空尺度呢?我们先从时间尺度分析开始。

 

在平面上放一些塑料球、再放几个同样大小的钢球,随机地晃动(或者用风从各个方向吹)——塑料球到处乱跑,而钢球基本不动。踢一个足球,可以飞很远;踢一个同样大小的铁球,却几乎不动——同样的力作用在不同的物体上,质量小的很快就可以改变运动状态,质量大的却很慢——所以质量与“快慢”是直接相关的!也就是说,一个物体(或者物理系统)运动的特征时间尺度是其所包含物质多少(也就是说,其物质多少的量度——质量)所决定的。定量的描述,就是牛顿的第二运动定律:F=ma。这里F是作用力(force),m是所研究物体(或系统)的质量(mass),a是其在F作用下得到的加速度(acceleration)。

 

宇宙中可观测到的物质,主要是等离子体。等离子体是由电子和质量比电子大上千倍的离子组成的。所以研究等离子体物理问题的时候,我们常常看到,电子的物理性质已经“面目全非”,离子还基本上是“依然故我”。而在离子的“慢”时间尺度上,电子几乎是瞬间响应——亦步亦趋!

 

      这就像一个人参加一个上百人的旅游团——尽管你可能完全是个陌生人,而人家是同一个单位的——只要跟住导游,就没有问题。另外那些人哪怕是一个令行禁止、久经训练的特种兵连队,对任何一个变化的“整体”响应时间一定比你个人的响应时间长得多。但是如果你是导游,你就要记住不管你怎么慢,这个团体响应你的“命令”的时间一定更慢!而且人越多越慢——你带一个家庭(几个人)走,时间一定比带一个几十人的团要快。如果你带一个几百人的团,即使再有10个导游帮助你,“整体”响应时间一定要比每个人带几十人的响应时间长得多。——一般来说,这个特征时间与人数的平方根成正比。

 

我们经常说“国情”:中国是一个十几亿人口的大国。这句话其实是非常科学的。也就是说,中国这个国家的“惯性”比其它国家要大得多。因此,讨论有关中国的社会性问题,时间尺度就要比“一般的”国家的社会问题的时间尺度要长得多——要有耐心!

 

      老子有所谓“治大国,若烹小鲜”一说。《韩非子·解老》篇曰:“事大众而数摇之,则少成功;藏大器而数徙之,则多败伤;烹小鲜而数挠之,则贼其泽;治大国而数变法,则民苦之。是以有道之君贵静,不重变法。故曰:‘治大国者若烹小鲜。’”说的就是这个道理。如果政策像“天上的月亮”,甚至法律也是说变就变,百姓就无所适从。一个人可以每年有一个“New Year Solution”,而且被认为是积极进取的标准;而一个国家则200年用同一个宪法,只是加上几个“修正案”而已,却被屡屡称道。

 

      所以,我们要根据实际来发现体系的特征时间尺度,根据这个特征时间尺度来做近期的、中期的、长远的规划。

 

1.4     “测度”与空间的“点、线、面”

 

“空间”尺度的测量以“测度”为基础。这里的“空间”可以是任意的参数空间。

 

      在真实空间里,一个区域(开或闭)的“测度”在一维空间就是其长度、在二维空间就是其面积、在三维空间就是其体积。所以空间的“几何点”的测度是零——即使是无穷多个几何点的集合,其测度也还是零。比如01之间所有的有理数的集合。同理,一条“几何线”的二维测度是零;而一张“几何面”的三维测度也是零。所以说,“非零”测度要求一个“邻域”!在物理学中,这个“邻域”可能对应着“磁力线”的粗细、“磁面”的厚薄(等离子体物理的磁流体理论)或者“坐标轴”的粗细(“十维时空”的理论)。

 

      在“参数空间”里,也不会有真正的“几何点”。从测量的角度来说,任何测得的参数值都是在一定的误差范围(error bar)内。在这一点上,我们把测量和“过程”联系起来了。这是我们研究问题要特别注意的:没有“绝对准确”的测量结果——或者说:“点”有大小、“线”有粗细、“面”有厚薄——“细节”,是我们不需要“看到”的!如果要看“细节”,我们就进入另外一个领域,在这个新的领域里,又会有新的不需要“看到”的、可以忽略不计的“细节”。



https://wap.sciencenet.cn/blog-39346-488752.html

上一篇:暑去秋来西湖凉——记“两会”
下一篇:飞上去做什么?——关于“天宫一号”的几点随想
收藏 IP: 124.205.77.*| 热度|

4 张天翼 金凯 刘健 刘全慧

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (8 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-11-1 06:59

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部