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幻觉:布朗粒子在宏观条件下做匀速直线运动?

已有 276 次阅读 2026-4-9 16:35 |个人分类:湍流扩散|系统分类:科研笔记

幻觉:布朗粒子在宏观条件下做匀速直线运动?

读高宏老师4月5日博文,相当震惊:大科学家薛定谔在1944年就有文字说“布朗粒子在宏观尺度下做确定性的匀速直线运动”?我理解一个物体(布朗粒子虽小,和原子分子比较,也是个宏观粒子),如果做匀速直线运动,按照牛顿力学,其所受各种外力必定互相抵消。因此说做匀速直线运动必须附加受力分析。为了弄清情况,网购了这本书:《生命是什么-What is Life?》汉英对照,薛定谔著,杨焕明译。今天午前才收到。确实弄清了问题,解释如下。

图1,《生命是什么》第30/31页上的示图

图2,书上和图1对应的文字

图3,高老师4月5日博文中的图1,蓝色文字和底部箭头是我加的 

高老师博文中的图大体上符合薛定谔书上的插图,但加上了红色的下沉速度符号和箭头于是原文中的“上边界”变成了“宏观”“一定的速度逐步下沉”变成了“所有液滴将以固定速率逐渐下沉”。我在高老师图中玻璃罐底部加上一个蓝色箭头,说明在那里所有液滴的下沉速度必须是零。问题来了:固定的下沉速度怎样突然变成零?

只有一个解:逐步下沉的速度不是匀速的,而且随时间变化!这样的错误不应当发生,假设是高老师的一个幻觉吧!

博文开场白关于爱因斯坦的文字,可能是高老师另一个幻觉

 “爱因斯坦早在1905年就明确指出:布朗运动是宏观扩散现象的微观表现形式。布朗粒子从高浓度区域向低浓度区域转移(匀速直线运动)过程中,受液体分子的碰撞,会在微观尺度下产生不规则运动。”

我从爱因斯坦1905年的文章(1926年翻译成英文版)中查找,没有上面这段黑体字。而且爱因斯坦文章的开场白(图4)可见,当时布朗运动现象被发现时间不长,科学界又正在争论分子和原子是否客观存在。观测条件很局限,爱因斯坦希望“确实可以被观察到”,因此可以证实原子/分子确实存在。“明确指出”是不可能的。爱因斯坦正是假设了布朗运动充分随机,应用分子热运动理论和渗透压,以及概率分析方法推导了扩散方程,以及阿伏加特罗常数。应当说是布朗粒子的微观随机运动造成了宏观的扩散过程。更不可能有“均速直线运动”:在爱因斯坦的文章中,根本没有涉及布朗粒子运动的“速度”。

图4,爱因斯坦1905年文章/1926年英文版开场白(我翻译的中文)

如果输入“velocity”对爱因斯坦文章进行搜索,只能查到2次,都说的是分子热运动速度。和扩散速率有关的,是粒子运动的均方根位移(Square root of the arithmetic mean of the squares of displacement) 随时间的变化。在2010年李统藏报告中写成root of MSD (Mean Square Displacement)。如图5。

 

图5,李统藏2010年文章介绍和MSD相关的“平均速度”

位置、位移和速度,是布朗运动的重要基本概念。将以李统藏文章为例详细介绍。



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