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无力之动------墨汁扩散思想实验

已有 7726 次阅读 2018-1-1 17:24 |个人分类:爽玩人生|系统分类:科研笔记

无力之动

------墨汁扩散思想实验

杨义先  教授

北京邮电大学信息安全中心主任

公共大数据国家重点实验室主任

摘要:别误会,本文不谈永动机!但确实会通过一个思想实验,称为“墨汁扩散思想实验”,来给出一个意外结果:没有外力也能动!您既可将此文当作哲学思辨,也可当作科学发现;当然,还可以贬为瞎扯蛋,因为您有这个权力。此外,由该思想实验可推测几个奇怪的猜想:1)牛顿不必去寻找上帝的“第一推力”;2)宇宙不必非得有一次大爆炸;3)爱因斯坦的宇宙模型也不必非得依靠神力来支撑等。

(一)原由

任何大力士,都举不起自己。对该常识,物理老师会理直气壮地解释说:这是因为没有外力。

牛顿也坚信:没有外力,物体就不能动!所以当他发现了宇宙在运动后,就咬定还应该有一个外力,否则宇宙就不会动,因为“万有引力”只是内力而已。于是,整个后半生,牛顿都在努力寻找那个推动宇宙动起来的外力(第一推力),并以失败告终。

全世界的科学家们也坚信:没有外力,物体不会动,天体更不会动。于是,就设想出了“宇宙大爆炸模型”,并为此颁发了若干个诺贝尔奖,甚至让爱因斯坦也主动改变了自己的初衷。“宇宙大爆炸理论”虽未像牛顿那样,明确假定存在创造宇宙的外力,但是,暗含之意也不可否定,否则是什么东西将宇宙“炸开”的呢?

总之,至今全世界都坚信:没有外力,就没有运动!(注:当然本文中的“动”,不包括匀速直线运动)

(二)墨汁扩散思想实验

设想在太空失重状态下,有一箱清水。将一滴墨汁轻轻放入该水箱中。

你将发现,墨汁会慢慢地向四周扩散。墨汁肯定在运动,其运动痕迹清晰可见。而且该运动还很有规律,即,墨汁的密度越来越小,墨汁占据的空间越来越大;如果水温增高,墨汁扩散的速度就会加快;如果水温降低,墨汁扩散的速度就会减慢;如果水温降至绝对零度,那么,即使是水不会被冻成冰,该扩散运动也将马上停止。

请问,墨汁的上述运动有外力推动吗?如果你说有,那请问:到底是什么外力?该外力又来自哪里,难道外力能无中生有?注意:我这里问的是“外力”,即,额外之力,而不是造成分子布朗运动本身的内力。换句话说,如果你非要坚持说有“外力”,那么,这个“外力”就应该来自那个唯一的额外动作---滴墨汁,而显然我们可以很轻很轻地将墨汁放入水箱中,使得因该动作所引起的扰动忽略不计。

如果没有外力推动,那这些墨汁为什么却能运动呢?这便是我们的“墨汁扩散思想实验”所要揭示的“无力之动”!其实,墨汁的这种运动,并非来自任何外力,而是来自数学上的概率。具体的解释是:如果某个区域的墨汁更浓,那么,我们就设想一个无形的封闭曲体,刚好将该区域包裹隔离,使得在该曲体内、外的墨汁浓度互不相同,比如,曲体内的浓度高,曲体外的浓度低。于是,在曲面附近,便会发生如下的概率现象:“墨汁从曲体内,穿过曲面,逃出曲体”的概率要大于“墨汁从曲体外,穿过曲面,进入曲体”的概率;换句话说,从宏观上看,离开曲体的墨汁,要多于进入曲体的墨汁。不断重复该无形曲体的包裹过程,直到水箱中任何区域的墨汁浓度,都不高于或低于邻近区域;至此,墨汁的“无力之动”才基本停止了,此时墨汁便均匀地扩散到水箱中了。

其实,若仅仅从外表现象上看,这里的所谓“墨汁扩散思想实验”,就是大家在高中物理课上所学的热熵实验或布朗运动实验。只可惜过去谁也没联想到,它竟然是一种“无力之动”而已!(正如牛顿之前,谁也没从苹果落地,联想起万有引力)其实,“墨汁扩散思想实验”的冲击还远不止此呢,不信请接着看下一小节。

(三)几个可能的推测

   

既然存在“无力之动”(当然,并不是说所有“动”都不需要“力”),那么,牛顿何必非要去寻找那个让宇宙动起来的“第一推力”呢?把空间当成那箱清水,把星系看作正在扩散的墨汁,至少不会出现“力”方面的矛盾吧?当然,若真能找到“第一推力”那就更好了;只是离了它(第一推动力),地球也照样也能转!

如果将那滴墨汁看成是宇宙最初的奇点,将缓慢的墨汁扩散过程录下来,然后快速播放,难道这不更像“宇宙大爆炸”吗?或者说,把那箱水的温度不断升高,墨汁扩散速度便会不断加快,直到温度升至1032次方度(宇宙大爆炸开始后的温度),这时的墨汁扩散与“宇宙大爆炸”的区别还很大吗?待到宇宙温度降低后,如果将地球缩小成一个墨汁粒子,那么,我们站在“地球”上,观察其它墨汁粒子云时,与天文学家看星云所得的结果,真的是天壤之别吗?这个“墨汁宇宙”难道不是在不断膨胀,密度(浓度)也在很快下降吗?墨汁扩散过程中,那箱清水不可以看成所谓的“暗能量”吗;随着墨汁浓度的迅速减小,暗能量(清水)越来越明显,而且,清水(暗能量)还推动了“墨汁宇宙”的加速膨胀吗?墨汁扩散当然是有速度的,任何时候都可用一个弯曲封闭体将所有墨汁(膨胀中的宇宙)包裹起来,所以,“墨汁宇宙”的视界是有限的,体积也是有限且没有边界的,这种解释也没矛盾吧?

不论上述的“墨汁宇宙模型”是否正确,但有一点是可以肯定的:墨汁的融化扩散过程,比地球上能看到的任何爆炸,都更像是天文学家们所说的“宇宙大爆炸”,因为,“创生宇宙的大爆炸,是一种在各处同时发生,从一开始就充满整个空间的爆炸;爆炸中,每一个粒子,都离开其它粒子而飞奔”。

好了,“墨汁扩散思想实验”到此结束,您肯定还可用它推测出更多的有趣结果。以上便是我的2018年元旦致辞。

祝大家新年快乐!




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