关于空气的一个理想实验征答.2

张学文,2014/4/2

本文交待一下形成这个思想实验问题(见http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&id=780268)的思路。

• 我过去看过一些课外读物，知道在物理学中思想实验在物理学的进步中起着重要的作用。它可以帮助我们提炼规律。例如关于根据地球是圆的和发射炮弹的公式就可以推出把人造卫星送上天所需要的初速度等等，记得爱因斯坦也是运用这个思想方法提炼问题的能手。

• 关于大气的基本运动规律，动力气象学已经沿着牛顿力学的思路给出了一套方程式，并且成功地应用与短期的天气预报中。但是它的能力已经被挖得难以再提高了。我们是否还可以从另外的角度考虑天气变化的规律性？这是问题。

• 最小作用原理是物理学的一个重要又具有基础性的原理，它可以概括牛顿力学，以致光学的规律。最小作用原理固然有其深奥的一面，但是也有引用广义坐标这些特殊性。它是否可以使气象学的问题有了新提法？值得考虑！

• 位能最小化是我们经常在流体运动中看到的自然现象。而位能也是最小作用原理中的一种变量。面对大气，是否也存在一个大气的位能最小趋势？它在气象状态上的体现是什么？

• 大致就是在这些含糊思想的启发下，2011年，我考虑了一个在地球引力环境下理想气体的铅直的理想分布是什么的问题。即我们是否可以在总能量固定的情况下在一个闭合的非常长的铅直管子内，空气如何分布，才是稳定的，它等价与空气的总位能最小？

• 或者话反过来说：是否可以根据极值（如空气柱总位能）原理反算出空气在引力场中的铅直分布？

• 以上的理论分布与大气的实际铅直分布是否一致？