问题

物理学中,速度能不能突变呢?

回答
在物理学的殿堂里,关于“速度能不能突变”这个问题,其实隐藏着深刻的哲学思辨和对现实世界模拟的挑战。大多数情况下,当我们谈论速度的突变,也就是速度在极短时间内发生剧烈改变,仿佛“瞬间”完成,这在经典的牛顿力学框架下,并不是一个物理上普遍允许的场景。

想象一下,一个物体正在以一个固定的速度直线运动。如果它的速度要瞬间变成另一个完全不同的值,这意味着在那个“瞬间”,它的运动状态发生了根本性的变化。在牛顿力学中,速度的改变是由力引起的。如果速度发生突变,这就意味着在那个极短的瞬间,必须有一个无穷大的力作用在物体上,才能使其速度在没有时间间隔的情况下完成转变。

这个“无穷大的力”的概念,在理论物理中是一个棘手的存在。它暗示着我们的经典力学模型,在描述这种极端的、理想化的瞬时变化时,可能已经触及了它的局限性。我们通常设想,力的作用需要一定的时间,即使这个时间非常短,它也是一个有限的、可测量的时间间隔。在这样一个微小的时间间隔内,物体的速度会以一个相对平缓的方式(尽管可能非常快)进行过渡。

比如,你踩下汽车的油门,车速会逐渐增加,而不是瞬间飙升到你想要的速度。即使是赛车,其加速也遵循物理规律,需要时间来积累动量。我们日常经验中遇到的“突然加速”或“突然减速”,在微观尺度上看,仍然是速度在有限时间内的渐进改变,只不过这个时间尺度可能非常非常小,小到我们难以察觉,让我们产生了一种“瞬间”的错觉。

但是,这并不意味着“速度突变”在任何物理情境下都完全不可能被讨论。在一些更抽象的、数学化的模型中,我们可能会引入“点变化”或者“跃迁”的概念来描述某些理想化的过程。例如,在量子力学中,粒子的某些状态是可以发生“量子跃迁”的,从一个能级瞬间跳到另一个能级。这种跃迁在某些数学描述下,可以类比为状态的“瞬时”改变,但这种瞬时改变通常伴随着对“位置”或“能量”等其他物理量的描述,并且其本质与经典力学中的速度突变有着本质区别。

另外,在一些理论物理的探索中,比如讨论一些假想的物理现象,或者在建立简化模型时,我们可能会暂时允许速度的“突变”作为一种近似或数学工具。但这通常是在一个有特定约束和假设的语境下进行的,而且最终会与更完备的物理理论进行对比和修正。

总的来说,在符合我们日常观察和经典物理描述的宏观世界里,速度的突变,即在没有时间间隔的情况下完成速度的改变,是不能发生的。任何速度的变化,无论多快,都必然经历一个有限的时间过程,在这个过程中,会有一个非无穷大的力作用在物体上,使其速度发生改变。当我们感觉速度“瞬间”改变时,那往往是对极快速但仍是渐进变化的一种感知。

网友意见

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所以刚体模型总会在经典物理学中带来或多或少的不愉快。。

类似的,还有忽略质量的轻杆,轻绳,轻质滑轮等等。。

解决方案就是,要么抛弃刚体模型(考虑物体有限大小的形变),要么承认加速度可以无穷大(忽略物体的质量)。。

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