TOP榜写作榜手机小说

最近更新新书入库全部小说

起舞中文 >> 数学大帝 >> 第336章 兰勃特投影

第336章 兰勃特投影 1/3

现在,科学家对“奇点”已经习以为常,他们知道,这些点是自己的理论不再适用的地方。但

18 世纪的学者尚未意识到这一点,在探讨经典力学中一个非常简单的问题时,他们也遭遇了一个奇点。为了解决这个经典力学框架下实际上无法解决的问题,包括大数学家欧拉在内的学者们想出了一些稀奇古怪的方法,得出了十分荒谬的结论。科学家花费了一个世纪才认识到这种研究是徒劳的:在奇点,理论遭遇了其极限。

在天体物理学中,黑洞是一个极为致密的时空区域,没有物质能从中逃逸,甚至连光都不行。这些特殊的天体代表了时空的奇点,它们是引力的数学理论——广义相对论无法描述的区域。奇点存在于许多数学领域中,我们在研究曲线和曲面、复变函数以及微分方程时常会遇到它们。如今,科学家知道奇点通常是超出他们的理论适用范围的。但过去并非如此,科学家最初遭遇奇点时,甚至给出了一些基于不合理论证的奇怪解决方案。18世纪时,著名数学家让·勒朗·达朗贝尔(Jean Le Rond D'Alembert)和莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)在研究经典理论力学的一个简单问题时就遇到了奇点,这类似于一维空间中的一个点状黑洞,他们没有想到这个奇点会带来多大的困难。

棘手的问题

这个问题考虑的是一个质点向另一个质点下落的情况。在经典力学(也叫做牛顿力学)中,为了方便,我们往往借助假想的质点来考虑问题,即一个具有质量的几何点(没有体积或形状)。根据牛顿引力定律,空间中一个固定位置O(即引力中心)上的质点,对另一个与之相距r的质点P施加的引力与r²成反比。在r ≠ 0的情况下,这一点是成立的。但当r变为0时,质点P受到的引力就无法定义了,因此对于点P来说,点O便是奇点所在的位置。

在这里,引力中心O被视为抽象的纯粹几何点,这个点上不存在任何物质实体。这是一种真实世界中不可能存在的情况。但这不妨碍我们考虑这样一个数学问题:质点P在O的引力(反比于r²)作用下是如何运动的。

对于这种条件下的质点运动,牛顿在《自然哲学的数学原理》中已经给出了一个模型:假设在某个给定时刻,质点P在O点之外运动,速度不为0且不在直线OP方向上,那么点P将会沿抛物线或双曲线运动,或者以椭圆轨道围绕O旋转,就像那些绕太阳公转的行星那样,并且这三种圆锥曲线的焦点都在O上。但真正让学者困扰的情况是,当质点P在质点O以外以0初速度释放时,它会直接落向点O。计算显示,点P会在有限时间内到达点O,此时它的速度会增加到无穷大。

这之后呢?点P到达点O之后会发生什么呢?一方面,P似乎只能越过点O沿着这条直线继续运动,因为它此时运动速度极快。还有什么能比无穷大的速度更快呢?另一方面,随着点P不断接近点O,它受到点O的引力不断增大。到点P达到点O时,引力会增长至无穷大,这时点P就无法从点O逃逸出来。那么,无穷大的速度和并不亚于它的引力,哪一个会占据上风呢?

经典力学领域的权威专家保罗·阿佩尔(Paul Appell)用他自己的方法解决了这个问题。在他的《经典力学教程》(Cours de mécanique rationnelle,1888),还有后来著名的《经典力学》(Traité de mécanique rationnelle,1893)中,他给了一个解释,指出质点P是不可能到达引力中心的,因为“这个运动物体接近点O时,速度无限增加,这显然是无法实现的:在这两个物体距离为0之前,它们会先发生碰撞。”但是这一解释根本没有回答上文提出的那个纯粹理论问题。我们都知道,在这个问题里,引力中心仅仅是一个几何学上的点。

达朗贝尔的答案

当时法国最伟大的数学家达朗贝尔,在他的《数学手册》(Opuscules mathématiques,1780)第七卷中论述了这一棘手的问题:“很显然,(质点P)会越过(引力中心),并不断远离,直到它与点O间的距离与它开始运动时的距离相等。之后,它将重复这个过程,不断振荡。”也就是说,运动物体P会在直线方向上以引力中心点O为中心来回振荡。实际上,达朗贝尔刚接触到该问题,就立刻毫不迟疑地得出了这样的结论:运动物体将会越过引力中心继续沿直线运动。他只从动力学方面考虑,由于物体在点O获得无穷大的速度,这个运动必将持续下去。但他没有考虑到,在点O,引力也会增加到无穷大。

让·勒朗·达朗贝尔认为,在点A释放的质点受到引力中心O的吸引而运动时,会穿过点O,继续运动到点A关于点O的对称点A',然后再掉头回来,在点A和点A'之间来回振荡。

本小章还未完~.~,请点击下一页继续阅读后面精彩内容!

数学大帝最新章节 - 数学大帝全文阅读 - 数学大帝txt下载 - 蔡泽禹的全部小说 - 数学大帝 起舞中文

猜你喜欢: 遮天轮回乐园吞噬星空全职法师大奉打更人我喜欢你的信息素斗破苍穹寂寞少妇的诱惑万族之劫诡秘之主