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了解了「布朗运动」的内核,你看世界的眼光将会截然不同
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2023.01.20 海南

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文/老余

我知道,不只数学是很多朋友的噩梦,物理其实也是。

什么左手定理、什么右手定理,搞得人晕头转向脑阔疼,但我们不能因为一个东西曾经折磨过自己就远离它。

作为爱智求真的人,我们对一个东西的亲疏标准应该是它是否对自己有用。

就像数学是世界的底层逻辑一样,物理中其实也有很多原理如同哲理似的,能给我们的工作、生活一些不一样的启发,毕竟:

——人与环境,也是物理世界的一部分。

本篇,就来看看我们熟悉的“布朗运动”,能给我们哪些启发?

(一)布朗运动与爱因斯坦

1827年的一天,英国植物学家罗伯特·布朗从花粉中提取了几个花粉颗粒放在培养皿里,用显微镜观察时,发现了一个很奇怪的现象:

——这些花粉颗粒一直在水面上动来动去。

这个现象很奇怪吗?

非常奇怪,水面是静止的、花粉也是静止的,两个静止的东西一接触,怎么花粉就会开始做毫无规则的运动呢?

——他的动能是哪里来的?

布朗一开始以为花粉特有的性质,于是他把花粉颗粒换成铜粒子,但结果是一样的,只要有粒子放在液体中,无论是浮在表面还是悬在其中或沉入底部,它就做永无休止的无规则运动,后人把这个叫“布朗运动”。

没有人能解释布朗运动(有人说是分子的震动引起的),直到80年后的1905年,在瑞典的一个不起眼的专利局里一个叫爱因斯坦的年轻人说,其实这很好解释,花粉粒子之所以一直在做无规则运动,是因为水分子一直在与其发生碰撞,在推着它走。

花粉颗粒与水分子碰撞后运动

这个论断在当时简直是石破天惊,因为此时科学界还没有实证分子的存在(虽然很早之前就提出过分子存在的可能性,但技术上还没法直接观测到),爱因斯坦的论断也只是假设:

假设水是由水分子组成的,这些水分子无时无刻不在做着随机的、永不停歇的热运动(只要有温度,也就是有热量,分子就会有运动),正是这些观测不到的水分子做着无规则运动,推着可观测到的花粉颗粒运动。

——因为看不见水分子,也无法观察到水分子推着花粉粒,所以看上去,就像是这些花粉颗粒自己在无缘无故地在动。

其实,上面说的那个热运动,正是我们能感觉到「越热的水就会越烫」的底层道理,其原理就是温度越高水分子运动就越剧烈。

当你的手与热水接触时,带着动量的水分子撞击你的手,温度越高撞击的力量就越大,于是你感觉到了疼,所以烫伤的本质就是:

——具有超大动量的水分子把组成你手的分子“撞坏”了。

这个说法是不是有点颠覆?但道理就是这么个道理。

那爱因斯坦的这个论断大家凭什么相信?因为他天生是大佬?

当然不是,我觉得科学最宝贵的地方就在这里。不管你是谁,是什么身份,是大佬还是小弟,要想让大家信你,唯一要做的就是拿出证据来:要么是可重复的实验,要么是精确的公式。

这次,籍籍无名的爱因斯坦拿出的是分子“布朗运动”的运动公式(x²的均值=2Dt.其中D为扩散系数,t为时间),虽然布朗运动是随机的,但爱因斯坦还是发现了其中的规律:

——花粉颗粒运动一段时间后,离开出发点的直线距离的平方,平均而言与时间t成正比。

爱因斯坦的公式与大家无数次验证后的结果分毫不差,所以你不得不信。

为了后面阅读的顺畅,我们再了解两个基本概念:

  1. 涨落。因为撞击花粉颗粒的水分子是从四面八方随机而来的,所以花粉颗粒就会东一下西一下的运动,这在物理学上叫做涨落;
  2. 耗散。本来花粉粒子在上一个水分子撞击下有个向前的动能,但迎面又来了一个水分子撞击它,那个向前的动能因此而减少了,这个消耗物体向前动能的过程叫做耗散。

摩擦力其实是向前移动的物体分子撞到了介质的分子,所以摩擦力的本质是涨落,而这种涨落让物体原有的动能减少了,所以摩擦力也是耗散的一种,这叫涨落导致了耗散;

根据能量守恒原理,耗散掉的动能会转化为热能,而转化的热能又使得周围分子的运动加快、幅度加大,这又增加了涨落,也叫耗散导致了涨落。

——所以,从微观看,分子的涨落必定导致宏观能量的耗散;而从宏观看,能量的耗散又必定导致微观涨落的加剧。

有涨落必有耗散,有耗散也必有涨落,其实人生也是这样的。

如果把水分子看作是社会和自然,那我们个体的人生,就是漂浮在水面、悬浮在水中的花粉颗粒。

其中涨落耗散过程所蕴含的道理,还是挺深刻的。

(二)布朗运动给生活、工作的启发

对我的启发,起码就如下两点:

1、不要做没有方向的布朗运动

很明显,如果我们是社会这片大海里的一颗“花粉”,我们应该要有点目标,不然人生就真的像被社会大潮随机推动的颗粒了。

为何人生目标不聚焦时很难做成事,你看有些人一会儿这个行业,一会儿又看到了那个风口,到处都戳一戳试一试。

最后那些追风口的又有几个成了的?

基本没有,当然,背后的原因可以有很多,但在这里其实挺直观的,那就是这个人几乎就是在做布朗运动——让各种消息的“水分子”推着走,这样一来,人生的耗散就太大了。

当然,通过爱因斯坦的公式知道,虽然做布朗运动也能有绝对的位移,但这种走法太慢了。

有目标的人向前走,他的位移与时间是成正比的;而目标感差的的人随机行走,他的位移与时间的平方根成正比的,也就是前者走了100米的时间,后者才只走了10米。

但有了方向,布朗运动就与你无关了吗?你就真的不会走弯路直接能走直线了吗?

不能!

这就引出了第二个启发。

2、做任何事,都不可避免的有耗散

是花粉颗粒招惹了水分子,然后水分子才去撞击它的吗?

不是,是水分子主动去撞的,还是随机的,用范伟的话说就是——真的是防不胜防!

小到花粉粒子,大到我们的人生,做任何事都不会一帆风顺,肯定会有阻力,这不只是社会学里或人性世界里谁要与你作对,这里面还包含一种自然现象,无缘无故。

既然无缘无故,我们就不应该为此而太生气,因为你都找不到生气的对象。

我们要做的,就是避免自己的人生少一点涨落(前面说了,涨落越大,耗散越快)。

那如何降低人生的涨落呢?

不要无端去消耗时间、精力和钱财,也不要无端发脾气,这些都会增加人生的涨落,从而让自己向前的动能耗散掉。

说人话,就是别“作”,别没事找事,让生活尽量平稳一点,从而减少物理学意义上的涨落,让能量耗散得少一些。

人生的阻力,无缘无故

(三)结语

那些轰轰烈烈的爱情之所以比平淡如水的死得快,或许是因为轰轰烈烈的涨落幅度太大了,从而导致爱情的耗散太多了。

人性是复杂的,看明白了这个道理≠能践行这个原则,不然满大街都是知行合一的伟人了。但值得庆幸的是,虽然我们不能完全做到,可即使我们只能践行一部分,也是极好的。

比如人生平淡如死水了,那就主动去增加一点人生的“涨落”,用能量的耗散来换取一点生活的情趣,一旦发现过头了、涨落过大了,那就主动往回收一收。

或许在涨落与耗散之间达成精妙的动态平衡,才是人生的真谛。

所谓中庸是也!

看来人生,不仅是个社会学问题,还是个物理学问题。

(完)


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