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《随机过程》谬误1:布朗运动瞬时速度无穷大

已有 6005 次阅读 2023-7-16 17:35 |个人分类:随机过程|系统分类:科研笔记

真理和谬误是认识论中的一对范畴真理是人们对客观事物及其规律的正确反映谬误是人们对客观事物及规律的歪曲反映。

从认识论的角度看,人类受客观条件和认识水平的限制,对物质世界的认识总是存在着历史局限性,导致人类建立的科学理论中不可避免的存在着谬误,因此,科学理论先天就具有产生谬误的可能性和必然性。

谬误是科学发展过程中的一个重要的存在形态。人类对客观世界的认识过程,就是一个谬误不断产生并被克服的过程。

物理学角度看,《随机过程是一门研究质点随机运动现象及规律的数学理论但是,《随机过程》教科书中出现了多个与物理学实验结果不符的谬误,“布朗运动瞬时速度无穷大便是其中之一

x(t)为布朗粒子在t时刻的位移根据微积分理论如果布朗粒子在Δt区间上的平均速度极限存在


则这个极限值就是布朗粒子在时刻t的瞬时速度导数),或称布朗运动路径可导

维纳Wiener在布朗运动定义中将布朗粒子在t时刻的位移x(t)当作随机变量,并将物理学描述大量布朗粒子在扩散过程中的浓度分布规律假设为单个布朗粒子的位移变化规律导致上述极限值为无穷大,因而得出了“布朗运动瞬时速度无穷大不存在布朗运动路径处处不可导的著名论断

物理学实验结果表明布朗粒子瞬时速度为平均功率有限的白噪声布朗运动的瞬时速度不仅存在,而且可观测另外从爱因斯坦布朗运动基本假设直接就可推出布朗运动瞬时速度为白噪声的结论

布朗运动是一种广泛存在于自然界和人类社会实践活动中的随机现象,如布朗粒子运动、股票价格波动、陀螺随机游走和表面微观形貌等,自然科学、工程技术和社会科学等领域的大量观察实验结果均表明:各种不同形式的布朗运动瞬时速度导数均为白噪声(图1)。显然,《随机过程教科书中布朗运动瞬时速度无穷大布朗运动路径处处不可导的结论客观事实及规律完全不符

瞬时速度2.png

各种形式的布朗运动位移曲线及瞬时速度

 

原因分析

根据随机过程定义,布朗粒子在t时刻的位移x(t)是样本函数但是,《随机过程却违反同一律逻辑要求x(t)当作随机变量只能将描述大量布朗粒子的浓度分布规律抽象为个布朗粒子的位移变化规律从而产生了混淆概念的逻辑错误导致随机过程教科书出现了与客观事实及规律不符的反常问题为自然科学、工程技术和社会科学提供了错误的理论、方法及工具。

科学发展的历史表明:如果在基础科学教科书中出现理论与客观规律不符的反常问题,则预示着该理论即将出现库恩在科学革命的结构书中所描述的重大范式危机与范式变革该学科将取得新理论替代旧理论的历史性重大突破


参考:

百年不遇的《随机过程》反常问题

“概念不清,只能胡说八道”




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