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实验检验方法检验《随机过程》布朗运动理论的客观真理性

已有 1766 次阅读 2023-2-2 07:59 |个人分类:随机过程|系统分类:科研笔记

科学理论是描述物质运动现象及规律的系统化知识体系,它的最本质特征是其客观真理性,从科学理论推导出的可检验结论应该与经验事实相符,因此,通过实验检验方法就可判断科学理论的结论是否与经验事实一致,从而对科学理论的客观真理性做出评价。

1590年,伽利略在比萨斜塔上做了著名的“铁球实验”,证明两个不同质量的铁球,从同一高度同时自由下落会同时落地,用实验检验方法推翻了亚里士多德“物体下落速度与重量成正比”的力学理论。

Galileo_s_falling_bodies_experiment.jpg

图1 伽利略实验检验方法

一、《随机过程》布朗运动理论

质点运动是自然界中最简单、最基本的运动形态,它存在于一切运动形式之中,牛顿、爱因斯坦和维纳均将质点运动作为研究对象。

从物理学角度看,《牛顿力学》研究质点的确定运动(低速)现象及规律,爱因斯坦《狭义相对论》研究质点的确定运动(高速)现象及规律,而维纳的《随机过程》布朗运动理论则研究质点的随机运动现象及规律(图2)

质点运动理论.png

图2 质点运动理论

随机过程布朗运动理论有两个非常重要的性质或可检验结论

(1)质点(布朗粒子)位移服从正态分布

(2)质点(布朗粒子)瞬时速度无穷大,或布朗运动路径处处不可导

二、布朗运动位移性质的实验检验

图3(a)为一个布朗粒子的位移实验观测曲线,图3(b)为布朗粒子位移实验观测曲线的统计分析结果,图3(c)随机过程布朗运动理论的布朗粒子位移正态分布曲线

图-统计分析.png

图3 布朗粒子位移实验曲线及统计分析结果

从图3(b)的统计分析结果可以看出:布朗粒子位移不服从正态分布,实际布朗粒子的位移根本不具有正态分布的对称性和集中性。

三、布朗运动瞬时速度的实验检验

2010年,美国德克萨斯大学的李统藏通过实验方法观测到了单个布朗粒子的瞬时速度(图4)。李统藏的实验结果表明:布朗粒子的瞬时速度为功率有限的白噪声,布朗粒子的瞬时速度(导数)不仅存在,而且可实验观测,直接颠覆了《随机过程》布朗运动瞬时速度无穷大和布朗运动路径处处不可导的结论。

图5.png

图4 布朗粒子瞬时速度测量实验及结果

事实上,在自然科学、工程技术和社会科学等领域,人们早就观测到各种不同形式的布朗运动瞬时速度均为功率有限的白噪声(图5)。

图 规律.png

图5 各种布朗运动的瞬时速度

四、结论

布朗粒子的位移和瞬时速度观测实验结果表明:《随机过程》布朗运动理论与经验事实完全不符,无法正确描述布朗运动现象及规律,《随机过程》为自然科学、工程技术和社会科学研究动态随机现象提供了错误的方法、理论及工具。《随机过程》布朗运动理论已被实验检验方法彻底推翻,《随机过程》学科即将出现库恩(Kuhn)在《科学革命的结构》书中所描写的重大范式转换,《随机过程》教科书中原有的错误理论将会被新的理论所取代,从而把人类对质点随机运动的认识提高到一个崭新的水平,引发一场深入持久的科学革命。




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