睡前說:為何動(dòng)力學(xué)都是關(guān)于對(duì)時(shí)間二階導(dǎo)的?

這是很久以前就有人在爭論和探索的話題了。
從牛頓力學(xué)開始,物理中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都是最多只關(guān)于對(duì)時(shí)間二階導(dǎo)的,幾乎不出現(xiàn)更高階。
這個(gè)問題本身其實(shí)就蘊(yùn)含了很多概念上的陷阱,比如說,f=ma,我兩邊對(duì)時(shí)間偏導(dǎo),不就得到了三階關(guān)系了么?
這個(gè)問題的解答涉及到到底什么是基本物理量與物理關(guān)系,這樣的基礎(chǔ)問題。
過了這關(guān)后,問題的答案在牛頓力學(xué)內(nèi)很難有一個(gè)滿意的答案,因?yàn)檫@個(gè)體系中,牛二是基礎(chǔ)假設(shè),而不是導(dǎo)出關(guān)系,對(duì)基礎(chǔ)假設(shè)的追問一般都是形而上的,從而失去實(shí)證意義。

換個(gè)角度,從分析力學(xué)入手,那么牛頓力學(xué)是推導(dǎo)結(jié)果而不是基礎(chǔ)物理關(guān)系。
這里,又可以分出拉氏力學(xué)和哈氏力學(xué),兩者通過勒讓德變換彼此關(guān)聯(lián)。

拉氏力學(xué)對(duì)作用量的變分為零的極值原理可以給出牛頓力學(xué),但只能描述保守系統(tǒng),比如空氣阻力就無能為力了。
這里,二階源自動(dòng)能的表達(dá),于是一切很自然。

哈氏力學(xué)不用極值原理,取而代之的是相空間軌道。這里二階源自相空間結(jié)構(gòu),本質(zhì)上不比牛二律好到哪里。

接下來繼續(xù)追問:拉氏為什么要有極值原理,哈氏要有相空間結(jié)構(gòu)?

拉氏的根源在量子路徑積分:所有可能的路徑統(tǒng)計(jì)下,極值路徑為根本,別的路徑為量子擾動(dòng),于是自然要求經(jīng)典路徑就是極值路徑。

哈氏力學(xué)也可以從量子找到起源,于是相空間結(jié)構(gòu)就是廣義坐標(biāo)對(duì)易關(guān)系的自然要求。

因此,經(jīng)典物理長這個(gè)樣,還真是由量子決定的啊。

那么,什么決定量子呢?這就是一個(gè)開放的基礎(chǔ)問題了。

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