「歲月靜好」背後的物理定律

2020-12-05 騰訊網

很多人喜歡把「歲月靜好」掛在朋友圈,而這句雞湯在物理學中有對應的定律。

這個物理定律叫做「漲落-耗散定理」,該定律的提出者正是大名鼎鼎的愛因斯坦,誕生於1905這個奇蹟年。要說這個定律,必須先談布朗運動。

1827 年,英國植物學家羅伯特·布朗把幾個非常微小的花粉顆粒 (注意不是花粉本身,花粉太大了,是從花粉中提取出來的小顆粒 ) 放在培養皿的水裡,然後用顯微鏡觀察。他發現這幾個花粉顆粒一直都在水面上到處亂竄,永遠都不會停下來。

這就奇怪了,難道花粉是有生命?布朗還馬上改用銅粉微粒來實驗,發現銅粉微粒在水面上也一直這麼動。這種無規則的運動被命名為「布朗運動」。此後很長一段時間內,沒有人能解釋布朗運動。

最後,愛因斯坦出手了。愛因斯坦在 1905 年的這篇論文中說,花粉顆粒之所以一直都在動,是因為周圍的水分子在推著它動。

愛因斯坦指出,水分子每時每刻都在做著不停歇的無規則的運動,分子運動就是溫度的本質:分子運動越快,物體溫度越高。之所以熱水燙手,就是因為水分子運動速度極快,撞到了你手上,你感覺到疼痛。

因為水分子無時無刻不在運動,花粉微粒就被隨機地撞來撞去。

今天的我們當然知道,萬事萬物都在運動,微觀世界的分子原子電子都在運動,但在20世紀初,這就是一個石破天驚的觀點。

其他科學家也提出了類似的觀點,但只有愛因斯坦給出了布朗運動的數學解釋。

愛因斯坦用一個精妙的數學方法證明,一段時間之後,平均而言,花粉顆粒離開出發點的那個直線距離,是跟時間的平方根成正比 。

感興趣的可以在顯微鏡下做這個實驗,我們看不見水分子,但我們能看見花粉顆粒、菜葉顆粒。只要測量一下顆粒們的運動,就能驗證愛因斯坦的公式 。同時,顆粒的隨機運動也證明了水分子的存在。

固定方向的行走距離,都是跟時間成正比,而布朗運動這個隨機走出來的直線距離是跟時間的平方根成正比。可以這麼理解,在相同單位時間內,別人朝著明確的方向走了10000米,而毫無目的、隨波逐流的你卻只走了100米。

想要成功,千萬別做布朗運動。然而,就算作為花粉顆粒的你有明確的方向,也會受到布朗運動的幹擾,因為「水分子」是無處不在的。

花粉顆粒的這種四處亂竄現象,這在物理學上叫「漲落」。即便有一根細線牽引著花粉顆粒往固定方向運動,花粉顆粒還是會受到水分子的衝擊,它的路線還是充滿著漲落。

這個微觀的漲落,其實就是摩擦力的本質。水分子在撞擊花粉顆粒時,也消耗了一部分能量,這就叫「耗散」。漲落越大,動能的耗散就越多。

汽車行駛在路面,摩擦力會耗散汽車前進的部分動能。汽車在市區走走停停,漲落大,能量耗散也大;汽車在高速路上跑,速度相對恆定,漲落小,能量耗散也小。

物體耗散掉的動能會變成周圍分子的熱能,這就是為什麼摩擦會生熱,這叫做漲落導致耗散。能量耗散越快,周圍分子的運動也會越快,這叫耗散導致漲落。

說句人話,漲落相當於折騰,耗散相當於浪費精力和體力。

我們都有這樣的體驗,注意力不集中的時候,哪怕你花再多的時間也無法做成事,因為你的漲落太大了。一會兒蹦出一個念頭,一會兒看下手機,一會兒喝口水,一會兒和人聊天,你幾乎就是布朗運動,還能做成啥事兒?

但就算你專心致志朝著一個目標前進,也不可能完全避免漲落。花粉顆粒並不是在主動吸引水分子,是水分子自動就會來撞它。

你早上起來,給自己打雞血,說什麼今天又是元氣滿滿的一天,一定要把今天的事兒幹完!可是左一個小事兒右一個小事兒總來找你,領導一會叫你幹這個,一會叫你幹那個,其中很多事情又是你不能不幹的。

這些小事兒讓你的行動充滿漲落。你早上好不容易攢出來的能量,就這樣慢慢被小事兒給耗散了。

做任何事都會有阻力,正如再好的道路也有摩擦力一樣 ,沒有摩擦力,我們根本無法行走!阻力不是有人故意跟你作對,而是自然現象。

減少漲落,首先就是沒事兒別找事兒,別折騰。本來傷疤時間長了自然會褪去,你非得到去扣它,這下好了,血流不止;本來鼻屎多了自然會排出體外,你非得去挖鼻孔,這下好了鼻炎都給你挖出來了。

本來一點破事兒分分鐘搞定,有的人非得小事化大,各種折騰;本來小事一樁,非得火冒三丈,這就導致自己的漲落很大,耗散的能量也大。很多時候忍讓不是因為害怕,純粹是為了降低漲落,避免耗散。

物理定律提倡的必然是過修身養性的平靜生活。不折騰,不一驚一乍,漲落振幅非常小,能量耗散就小。靜水流深。咱們說的早睡早起,控制飲食,養成好生活好習慣,這些都是在降低漲落;沒有規律的生活,只能增加耗散。

當然,咱不是說有漲落就是壞事,很多時候我們需要折騰的。領導不折騰,哪來權力?生活不折騰,作家哪兒來靈感?猛男不折騰,哪兒來的肌肉?青春不折騰,你咋知道你想要什麼?

漲落-耗散定理這個規律是雙向的,你耗散出去的能量並沒有白白消失,都變成了某種漲落,也就是某種「勢能」。說句人話就是,要付出代價才能得到想要的東西。

如果你想成為一個佛系的人,這個漲落耗散定理能讓你看得更加通透。

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