問候

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2008年6月11日 星期三

最小作用原理

  此處要討論的最小作用原理,與二體力一樣,無法去問為什麼,雖然量子力學中,由路徑積分,可以提供一種可能的解釋,但仍然無法去問為何一定如此,至少目前仍是未知的。
  在討論光的反射與折射定律時,以光走最短路徑可證明出來。粒子在空間中兩點間的最佳路徑。還有最短時間、最短距離、最小能量等問題。都引入一個作用量 (action)S來描述系統,取極值δS=0,來求出系統的解。極值不一定是最小的值,但一般討論的總是最小值,故常稱之為最小作用原理。
  符號δ為變分符號,一般如以變分來看,討論的都是假想的變化情況,故都假設系統自變數一定的情況下,應變數作一微小變化時的情況。如:力學中以變分討論時,都假設時間不變δt=0,位置作一微小改變δx(即位移)度作一微小改變δv時之情況,由於位移δx是假想的改變量,故常稱為虛位移,其功的變化稱為虛功原理。
  作用量S在物理中的運用相當廣泛,幾乎每個領域都可以運用。在廣義相對論中,也可利用δS=0來推導出Einstein萬有引力方程。雖然如此好用,但卻無法去問為何如此?彷彿就是自然的規則與現象,完全不知原因。研究粒子運動系統,由δS=0求出最佳路徑,常稱為古典路徑xcl,對應作用量Scl。這個解是我們花時間解出來的,但粒子竟可快速的、自動的沿著古典路徑運動,真是聰明。粒子不需去嘗試每條路徑,只要由下一微小時間的作用量,就可猜出最佳路徑。
  在量子理論中關於Feynman的路徑積分,可由此較直觀的了解最小作用原理,但是仍無法去問為什麼如此。與一些最基本無法解釋的自然現象與定律一樣,都只能不斷的去驗證,而無法去問原因。

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