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学习就是痛并快乐的一件事

麦克斯韦方程组的安培麦克斯韦方程,看到这里,没有了思维。这个方程能解决哪些问题?数学上有哪些变形?物理内涵又是什么?统统没有了思路。

继续看下去的动力就是想像自己掌握的比较清楚的知识一样,把这个方程的内在美挖掘出来,从内心深处能有所体会。难度很大,幂函数、三角函数那些现在学生所认为的高难度“微积分”明显不足以对付这个方程,感觉难的原因很可能是没有见识过更难的。苦难和幸福都是比较级。

对这个方程现在所理解到的水平:左边是有关磁感应强度的环路定理。这个环路定理的运算结果和右边的有关联,右边第一项是电流,就是我们通常所认识到的导线之中的电流;右边第二项是电场强度对曲面的通量对时间的求导,曲面非闭合曲面。麦克斯韦的重大贡献在右边方程的第二项,和第一项对比就可知道,这也表示某种电流,但和第一种电流的外形是有所区别的,起码这个“电流”是无法通过“肉眼”来看见的。左边环路里围着两部分电流,一部分是导线电流,姑且这样称呼;一部分是“无线”电流。这个无线电流的起因是电场的变化,电场强度的通量对应的曲面边界就是左边的闭合环路边界。两部分电流应该具有内在的统一性,现在无法体会到这种统一性。

为了一探究竟,继续往后阅读,读出了数学上的坎。

拉普拉斯算符


数学的妙用就是转化,能达到“降维”的功效。通过一些定理和定律,把不熟悉的运算转化成熟悉的运算,有点换元的味道,通过换元,逐阶降低难度,把一个表达式打包成一个未知量,搞定这个整体后,再逐阶搞定一个个未知量。

散度定理的左边是矢量对闭合曲面的通量,矢量点积,结果是标量;右边是对矢量的散度,是矢量对体积这个三维量的点积,体积的整个表面对应的就是左边的闭合全面,散度是三维运算,真正的积分是三重积分,左边的通量是对面积的积分,是二重积分。三维到二维,计算的难度就下了一个台阶。当然 ,也有可能存在二维运算复杂,三维简单的时候,通过这么一种运算的转化,为解决具体问题提供了一种思路。

斯托克斯定理的理解:左边的闭合环路积分是一维运算。右边是矢量求解旋度(还是矢量)后对某个曲面的通量。曲面的边缘就是左边的闭合环路。右边的矢量求旋度后对面积的通量。面积的边缘就是左边的闭合环路。

拉普拉斯算符看着就比较恐惧,一个倒三角的运算就很麻烦了,来了一个倒三角的平方,表示两个算符的点乘,运算的对象是标量场梯度的散度,标量场的梯度是矢量,矢量求散度,结果是标量。

这些数学知识有什么用呢?对上边的安培.麦克斯韦方程进行变化,包括前面的三个方程,通过数学变形,可重新理解方程的内涵,有点什么味道呢?想要理解某个事物,角度单一就不够全面,通过全方位,多角度无死角的理解后,才能达到相对全面认识的地步。

通过这几天重新学习麦克斯韦方程组,有这样的感觉,学习自己未知的或一知半解的知识确实比较困难,要没有一定的“企图”,可能就没有学下去的动力了。但不存在学不懂的问题,只要多看、多思,那些不懂的知识点总会在你的软磨硬泡之下彻底投降,只要真正想学,学得比较困难是事实,但过程实际是痛并快乐着,人需要适度虐待一下自己,痛后方能乐,犹如吃辣椒,据说辣不是味觉,是一种痛觉,但就是这种痛觉使好多怕不辣者痴迷,达到无辣不欢的地步。

因此,多看、多思是唯一真正有效的学习方法,因为只是学习知识,具体到成名成家的学者,把自己的名字写入教科书的学者,那属于知识的创造者,思的成分就更大了!

不得已网课了,诸多不便,许多不便之中,唯一感到欣慰的是:今天的三餐是一家人在一块吃得,已经记不起上一次三餐一起吃是多少天以前的事了。

麦克斯韦方程,继续死磕!
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