《机遇与混沌》读书随笔2——机遇的物理应用（标题是自己起的书里没有）

今天读的是一些比较复杂的东西，我理解的不太好，讲出来也比较困难。。。不过有一些我理解过的东西讲起来会比较轻松＋愉悦，应该不会让你觉得像在看天书。

昨天讲到，对“机遇”的研究诞生了概率论，这说明“机遇这种东西是有研究的意义的”，我们所需要的是在大量的随机和不确定中找出大致确定的东西。毕竟，未知的东西虽然有一种无法言喻的美，但却通常暗藏着危险和麻烦。

接下来，就是概率论在物理中的一个实际应用——应用统计力学的知识来处理微观气体压强，很幸运这块知识我这学期学了，有兴趣详细了解硬知识的可以看以后不知哪一天会写的深入解析，那时候数据计算和公式代换以及一些概念的提出就是必不可少的了，不过啥时候写，就看心情了，不要太期待（话说谁会期待这种真枪实弹的演算和推理啊。。。）。现在我们都知道物质是由分子原子组成的（这要是不知道。。。我也没辙请自行百度去。。。），而且数量极大（关于为什么数量极大也许以后可以说一说？）。那么想要摸清一升气体中多得难以置信的气体分子的运动状态几乎是不可能的。“它们沿各个方向高速运动，并以非常可怕的无序状态相互碰撞”，也就是说分子一直在不停地做“热运动”。

这个详细说一点“分子热运动”，有助于后面的理解（其实是我发现我可以在这里顺势讲一个故事）。有关热运动的现象最初是由一名植物学家布朗（Robert Brown）在显微镜下观察水中的花粉的时候发现的。他看到漂在水面的花粉粒一直在做无序随机的运动，因而将此称作“布朗运动（Brownian movement）”。后来人们研究得知作为宏观物质的花粉本身是不会有分子热运动的，实际迫使花粉运动的是由于其他不断热运动的分子的撞击，从而使花粉也表现出像是在做“热运动”。

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图片来自网络

这里附一张图，假装左边画的是花粉粒（图中是用胶粒举的例子，一样的，关于胶粒是什么鬼以后看情况再讲吧。。。）被介质分子（介质分子按理来说，在水里就是水分子。但其实这里撞击花粉的不是水分子，详情见下文）冲击，各个方向在「某一时刻」受到冲击的数量不一样，那么粒子整体受到的合力就会朝向某一个随机方向，使得粒子运动（这里其实物理原理是牛顿三定律，有兴趣自己去了解一下）。可以说，布朗运动是大量液体中的分子（不全是水分子）集体运动行为的结果。【值得注意的是，布朗运动指的是花粉迸出的小颗粒的随机运动，而不是分子的随机运动。但是通过布朗运动的现象可以间接证明分子的无规则运动。一般而言，花粉之直径分布于30～50μm、最小亦有10μm之谱，相较之下，水分子直径约0.3nm（非球形，故依部位而有些许差异。），概略为花粉之万分之一，难以令花粉产生不规则振动。因此，花粉事实上几乎不受布朗运动之影响。在罗伯特·布朗的手稿中，“tiny particles from the pollen grains of flowers”意味着“自花粉粒中迸出之微粒”，而非指花粉本身。然而在翻译为诸国语言时，时常受到误解，以为是“水中的花粉受到水分子撞击而呈现不规则运动”。积非成是之下，在大众一般观念中，此误会已然根深蒂固。实际上花粉具备足够大小，几乎无法观测到布朗运动。——来自百度百科。啊，不过究竟原理是什么我看网上说法不一啊！不过目前这不是重点别纠结。】

右图显示的是显微镜下粒子的布朗运动，请一定注意啦图中的连线不是粒子运动的轨迹，而是取相等时间间隔对粒子位置做记录然后按照时间顺序把粒子出现过的位置连接起来，也就是说任意两点之间粒子是随机路径运动到那里的，不是直线！友情提示：这个知识点某些地方的高考题可是考过的哦！！！

纯手画详细解释

关于布朗运动的深入研究，我查了百度才发现好像有很多蛮可怕的内容，比如这个貌似还和另外一个我听说过的概念“涨落”（我知道这个词源于了解到的一个可怕的概念“玻尔兹曼大脑”，有兴趣的自行百度感受一下吧。。。）有关，也许以后我能大概说一说这玩意。

实际就是所有的分子都在永不停歇的做类似这个花粉一样的无序运动，这种运动会随着温度升高而变得更加剧烈。分子是如此的多，运动又是如此复杂，因而这被称为“分子混沌”。那么我觉得这里大概也就说了一下什么是混沌，可能就是指大量的不确定性？先这么理解吧。。。我也不太清楚。。。

“这种称为分子混沌的无序情况有多少随机性，或说机遇，是一个非常有意义的问题”，说实话单看到现在我没有想象到有什么重大意义。不过联系我学过的大物讲到的分子微观压强的推导，那么一个我目前理解来的实际应用就是给出了分子压强的产生原理和实际大小的计算。这个过程可神奇了，不行我以后一定要讲出来惊艳一下你们！！！（又给自己挖坑立flag）

书接下来就告诉又是虐了我一学期的两位科学家——玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）（啊对，就是我刚刚说到的那位提出了一个奇怪理论的科学家，我们之后肯定还会再看到他出来怒刷存在值。）和吉布斯（J. Willard Gibbs）创立了物理的分支——统计力学。统计力学对如何处理这种混沌给出了答案，我们可以用熵（entropy）来衡量这一升气体的机遇量，而且我们有办法精确计算这些熵的大小。“我们发现机遇是可以被驯服的，这对于认识物质极为重要”。关于熵，现在暂且把它当做一个奇怪的咒语记下，以后肯定书会讲的！！！这可是另外一个神奇又重要的概念！！！分分钟刷新三观的那种！！！

呃，这么看来前文说的“这是个非常有意义的问题”，大概是说研究这个问题得出来的理论——熵，是个有价值的东西。但是我在想究竟是科学家先觉得这问题有意义，所以去研究的呢？还是 “先不管有没有意义，研究出来了一些成果，才发现原来这个问题这么有意义”式的马后炮呢？似乎我经常会听到有人说，做XXX有什么意义？似乎对于难以理解的东西，或者真的很虚无缥缈的一些理论，表现出关于实际价值的质疑是一种常态。但是也许就像这个问题，可能真的科学家在研究之前没有想到这些结果有什么用，但是研究出来的东西确实颠覆世界的，这种后果又有谁能想到呢？所以我总是会对那些我完全不能理解的东西怀有一种崇高的敬意，因为仔细想想，你完全不能理解的东西有人能对其如醉如痴，那该是一种怎样的高深境界啊！！！再说，现在看起来似乎没用的东西，没准哪一天就改变人类发展了呢！

今天先到这里，故事明天继续！（我才不会说其实写到这里连书的第一章都没讲完。。。我扩充了好多东西。。。）