宇宙的一切事物都能用牛頓的微積分來解釋嗎?為什麼?

2020-12-04 一起來漲知識

牛頓確實是創造了微積分的雛形,但是牛頓創造出來的微積分還是現代微積分學的前身,非常原始,大量的問題說不清楚。而且,解釋紛繁複雜的事物還有賴於幾何學、代數學相關的知識,並不是單純一個微積分就可以描述的。

牛頓確實可以稱得上是有史以來最偉大的物理學家,甚至於連「之一」都不用加。但是他受時代所困,他提出來的微積分的思想還是很原始的。

所謂的微積分,就是研究極限、微分、積分和無窮級數的學科。按照我的理解,微積分就是用來連接物理現象局部和整體的學科。

比如說最簡單的通過速度變化曲線積分出來走過的路程【如下圖所示】, 就是把某一時刻物體的運動特徵跟一段時間這個物體總的運動特徵聯繫起來的過程。正是因為這種非常獨特的性質,所以微積分在物理中的應用非常廣泛。

但是牛頓因為是發明微積分的人,所以剛剛被發明出來的微積分還有很多的缺陷,比如說什麼叫「無窮小量」?怎麼描述它?再比如說如果影響物理現象局部特徵的因素有很多,不能單純地用dy/dx來表示,這該怎麼辦?

所以說,牛頓那個時代的微積分是很原始、很粗糙的,只能夠研究簡單的物理現象,而且用法也很模糊,求解方法也很少,複雜的物理現象根本研究不了。等到了日後微積分充分完善發展之後,這門學科才逐漸發揚光大。

比如說下圖用來研究流體流動的N-S方程,本質上也是用微積分(偏微分)來研究物理現象,但是遠遠不是牛頓那個時代的微積分能夠處理的。

而且微積分只是數學中的一個門類,僅僅依靠微積分也是不足以描述整個世界的。

微積分是聯繫物理現象局部和整體之間的學科,它的作用是連接,但是怎麼描述一個複雜的物理現象?這些複雜的物理現象的描述式之間想要運算要怎麼做到?這就不是微積分可以做到的了。這個時候就要用到代數學、幾何學等等學科。

比如說下圖就是「矩陣」,用來表達很多個有規律的物理量之間的運算求解方法。

再比如說再下面這張圖就是「張量」,只要用一個物理量就可以把下圖中密密麻麻箭頭表示地物理量打包成一起描述,極大地方便了運算和對物理問題的描述。

所以說,微積分固然偉大,但是要想描述、解釋世界萬物那麼多的東西,僅僅依靠微積分還是不夠的。

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