理論力學(xué)課件 系統(tǒng)思維與力學(xué)系統(tǒng)

理論力學(xué)ClassicalMechanics2024Introduction緒論How：怎么做？02Who：誰來干？04What：干什么？01Where：到哪了？03101What?干什么？Boundary

andContent1.1“什么”是什么意思？不是什么有什么向外對比確定邊界向內(nèi)分析確定內(nèi)容1.1理論干什么·布局者與理論家·布局者豬躬身入局蘑菇收益農(nóng)夫理論家實(shí)驗(yàn)家科學(xué)發(fā)現(xiàn)1.1理論干什么理論就是把想象形式化：假如XXX，就會(huì)XXX。假如：初始條件就會(huì)：推理計(jì)算“布局”就是根據(jù)結(jié)果來設(shè)置初始條件農(nóng)夫想象的形式化：假如放頭豬在林子里，跟著就會(huì)有蘑菇吃。1.2理論的注意事項(xiàng)搞理論的首要障礙是——我們“太會(huì)”搞理論了假如眼見為實(shí)，我們就會(huì)只看到一個(gè)結(jié)果。所以：直覺“理論”不靠譜腦補(bǔ)很厲害，但通常不可靠1.2理論的注意事項(xiàng)搞理論的第二障礙是——大腦的功率太小大腦：用能量換信息分而治之：先分解，再合成時(shí)間：長期是短期的累計(jì)空間：整體是部分的組合1.2理論的注意事項(xiàng)分而治之，以小博大。從空間入手從時(shí)間入手算面積假如小球落地是隨機(jī)的，就會(huì)有面積等于概率。1.2理論的注意事項(xiàng)搞理論的第三障礙是——人的壽命太短時(shí)間尺度：物理過程有快有慢模擬：用快過程獲取慢過程的信息1.3理論的泛化能力人群運(yùn)動(dòng)模擬人群運(yùn)動(dòng)的理論假如這里是出口，人就會(huì)靠近它假如這里是火焰，人就會(huì)遠(yuǎn)離它1.3理論的泛化能力警告安全的人群密度：小于6人每平米原因密度低：自由人、自主避障密度高：純物體、隨波逐流不要去扎堆用手肘保護(hù)自己受傷了讓人把你舉過頭頂對策1.3理論的泛化能力·布局者心法·把想象形式化：假如XXX，就會(huì)XXX以終為始布局就是設(shè)置初始條件模擬計(jì)算用快過程去獲取慢過程的信息依靠理論1.4理論和力學(xué)的結(jié)合理論力學(xué)的邊界：低速（慢）、宏觀（大）內(nèi)容運(yùn)動(dòng)學(xué)物體形狀狀態(tài)描述運(yùn)動(dòng)改變動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)原因相互作用預(yù)測控制理論力學(xué)的底盤：質(zhì)量、時(shí)間、空間1.5課程框架102How?怎么干的？Methods2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？西方人重視分析，強(qiáng)調(diào)把復(fù)雜的事物拆開來看，而且要拆解到一個(gè)一個(gè)最簡單的模塊為止，這種思維模式叫做“還原論”。東方人重視大局觀，強(qiáng)調(diào)要搞明白事物之間的相互聯(lián)系和影響，不能只見樹木不見森林，頭痛只醫(yī)頭腳痛只醫(yī)腳，這種思維模式叫做“整體論”還原論整體論VS我們該如何看待事物？必須先搞清楚一個(gè)基本問題：2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？

問題1：雅典的王子忒修斯有一艘木制的船。年復(fù)一年，在水里泡久了，船的木板自然會(huì)慢慢的腐壞。解決辦法：雅典人想出的辦法是，制作新的木板去替換壞掉的木板。2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？

問題2：這條船還是原來那艘忒修斯之船嗎？分析：按照還原論，整體是部分的總和，當(dāng)這艘船的每一塊都被更新了，那么船當(dāng)然也就是新的另一艘了2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？德內(nèi)拉.梅多斯在《系統(tǒng)之美》中給系統(tǒng)下了這么一個(gè)定義：系統(tǒng)不是一堆事物的簡單集合，而是由一組相互連接的要素構(gòu)成的、能夠?qū)崿F(xiàn)某個(gè)目標(biāo)的整體系統(tǒng)1、要素2、連接3、功能那一塊塊的木板些木板的空間排列和相互之間組合關(guān)系在海里航行忒修斯之船2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的物理學(xué)教授施夫·漢納發(fā)現(xiàn)了一種超原子技術(shù)，通幾個(gè)原子來組和成一個(gè)同樣穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使得原子也可以被設(shè)計(jì)和制造。拆掉一塊木板，船就會(huì)因?yàn)槁┧鴽]有辦法在海里航行船不是用來出海的，而是放在景區(qū)的岸上給大家拍照留念用的系統(tǒng)1、改變要素2、改變連接3、改變功能當(dāng)看一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，要素是我們最容易注意到的部分，而連接和功能卻很容易被忽略掉。2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？對比還原論、整體論和系統(tǒng)論還原論重視的是要素，相當(dāng)于從下往上去理解事物，但是容易迷失在細(xì)節(jié)中，只見樹木不見森林。整體論則相當(dāng)于從上往下去理解事物，雖然重視了功能和關(guān)系，對要素的理解把握不足，容易腦補(bǔ)出不靠譜的細(xì)節(jié)，比如陰陽五行學(xué)說。系統(tǒng)論第一次給我們一個(gè)統(tǒng)一、全面和快速認(rèn)識事物的方法。2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？系統(tǒng)論觀點(diǎn)下的元素將曲線看作由正弦波組成將曲線看作由點(diǎn)組成2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？系統(tǒng)的表示和控制不管是系統(tǒng)論還是還原論，它們得到的都只是事物的模型2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？系統(tǒng)的狀態(tài)方程骰子的狀態(tài)流轉(zhuǎn)圖初態(tài)相關(guān)初態(tài)無關(guān)子空間演化2.1系統(tǒng)：我們該如何看待事物？因果網(wǎng)絡(luò)正反饋：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擁有內(nèi)部結(jié)構(gòu)（子系統(tǒng)）的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)2.2物理學(xué)對世界的簡化-時(shí)空和場的關(guān)系網(wǎng)拋物運(yùn)動(dòng)（1）物質(zhì)。這里是有質(zhì)量的小球。（2）時(shí)空。這里是與幾何距離、方向以及事

件先后順序有關(guān)的時(shí)間和空間。（3）場。這里是引起重力的引力場。2.2物理學(xué)對世界的簡化-時(shí)空和場的關(guān)系網(wǎng)時(shí)間空間（spacetime）物質(zhì)（Matter）場（Field）相互作用（Interaction）2.2物理學(xué)對世界的簡化-時(shí)空和場的關(guān)系網(wǎng)時(shí)間空間（spacetime）物質(zhì)（Matter）場（Field）作用（action）力學(xué)2.2物理學(xué)對世界的簡化-時(shí)空和場的關(guān)系網(wǎng)時(shí)間空間（spacetime）物質(zhì)（Matter）場（Field）作用（action）場論（如電動(dòng)力學(xué)）2.2物理學(xué)對世界的簡化-時(shí)空和場的關(guān)系網(wǎng)時(shí)間空間（spacetime）物質(zhì)（Matter）場（Field）作用（action）相對論2.2物理學(xué)對世界的簡化-時(shí)空和場的關(guān)系網(wǎng)拋物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拋物運(yùn)動(dòng)萬有引力2.3物理學(xué)的版圖2.4理論力學(xué)的方法牛頓力學(xué)微觀規(guī)則時(shí)間序列.矢量分析力學(xué)優(yōu)化目標(biāo)整體選擇空間路徑.標(biāo)量2.5基于規(guī)則和基于選擇積跬步至千里牛頓力學(xué)：基于規(guī)則目標(biāo)決定路徑分析力學(xué)：基于選擇103Where?干到哪了？Methods3.1成就斐然3.2牛頓力學(xué)VS分析力學(xué)牛頓力學(xué)：矢量---幾何分析力學(xué):標(biāo)量---代數(shù)3.3一體兩面分析力學(xué)牛頓力學(xué)基本方程（矢量）坐標(biāo)系二階微分方程求解手段（降階）動(dòng)量守恒角動(dòng)量守恒能量守恒基本方程（標(biāo)量）最小作用量原理：優(yōu)化問題更多求解手段一體兩面約束越多，方程越少溝通經(jīng)典物理到量子物理的橋梁3.4優(yōu)化與社會(huì)主義優(yōu)化進(jìn)步A張三：A>B>CB李四：C>A>BC王二：B>C>A社會(huì)主義核心價(jià)值觀是社會(huì)持續(xù)發(fā)展的前提！在價(jià)值觀完全不一致的情況下，簡單的民主投票決策其實(shí)是非理性的在AB間投，得到A>B。在BC間投，得到

B>C。民主決策