人生—动量与冲量
2018-12-18 22:17阅读：
科学人生20181218
人生——动量与冲量
英国科学家爱丁顿（A.S.Eddington，1882~1944）爵士晚年时常受困于一个奇怪的念头：生活在海边小渔村的一位爱好科学问题的渔民提出了一个海洋法则，所有的鱼不超过一英寸长！然而人们发现，这个渔村里的渔民使用的渔网全是一英寸的。
物理学理论必须经由科学实验之网才能最后得以确认，科学实验的网全部收获到底包含了多少自然的秘密？至少不会只是物理世界的表面现象吧，在这张网中或许漏掉了一部分物理真实，但这张网里应当有许多真实地描述了自然的物理定律。
物理世界处于动平衡中，各种不同的运动形式无时不在相互转化着，在转化的过程中“运动的量”守恒。物理学中有一组涉及转换与守恒的定律，都直接或间接地与能量有关，例如能量守恒、动量守恒、角动量守恒等守恒定律。所有自然科学理论的基础是能量守恒和转化定律。
爱丁顿在远征非洲的一次日全蚀观测中证实了爱因斯坦（Albert
Einstein，1879~1955）的广义相对论理论——光线经过大的质量场会发生弯曲，他还首次提出恒星的能量来源于核聚变，这都与能量守恒有关。
爱丁顿25岁时成为剑桥大学研究员，31岁荣任剑桥大学天文学和实验物理学终身教授，32岁被任命为剑桥大学天文台台长，随
后被选为英国皇家学会会员。
能量守恒是中学生都能很透彻了解的守恒定律，无须赘言。但是，各种形式的动量守恒却往往被人忽视，特别是在日常生活中。
球场上跳动的皮球、靶场里飞行的子弹、工场中运转的机器等，最后都会停下来。为了事业或人生而努力奋斗的人，最终也要停止一切运动。——宇宙间的“运动总量”似乎在减少。但实际上并没有看到宇宙中运动在宏观尺度上有减少的迹象，一切都似乎是生生不息！
动量守恒定律是最早发现的守恒定律，源于16~17世纪欧洲的哲学家们对宇宙运动的哲学思考，他们认为宇宙中的所有运动的总量不会减少，但是要说清楚这个道理就须要找到合适的物理量来量度。
笛卡儿（Rene
Descartes，1596~1650，拉丁名Renatus
Cartesius）认为质量和速率（标量）的乘积是一个合适的物理量。但是，惠更斯（Christiaan
Huygens，1629~1695）研究碰撞时发现：按笛卡儿的定义，两个物体运动的总量在碰撞前后不一定守恒。
牛顿（Isaac
Newton，1643~1727）把笛卡儿的定义作了重要修改，他用质量和速度（矢量）的乘积作为“运动量”，这就是现在物理上定义的“动量”概念。1687年牛顿在其名著《自然哲学的数学原理》中指出：某一方向运动的总和减去相反方向运动的总和所得运动量，不因物体间相互作用而变化；两个或以上相互作用物体共同重心的运动状态不因相互作用而改变，保持静止或做匀速直线运动。
动量是运动物体的质量与其运动速度的乘积 p
=
mv，是与速度矢量保持方向一致的矢量。在一个封闭系统内，动量是守恒量，即在一个不受外力或外力矢量和为零的封闭系统内，动量总和不变。
从动力学角度看，力反映了动量传递的大小、快慢的情况。电磁场内也具有动量，例如光子的动量为
p =
0.5hk/p，其中h为普朗克常量，k为波矢
k =
2π/λ（λ波长），沿波的传播方向。
动量守恒定律是自然界中最重要、最普遍的客观规律之一，比牛顿运动定律的适用范围还要广。近代科学实验和理论分析都表明：在自然界中，无论是大到天体、星系之间的相互作用，还是小到质子、中子等基本粒子之间的相互作用，无一例外地都遵守动量守恒定律。
物体（系统）动量的变化I =
mv₂－mv₁，取决于一段时间内外力的持续作用。就是说，物体要受到冲量的作用才能改变它的动量的大小和方向。由于力作用的相互性，研究相互作用的物体系统的总动量的变化规律是重要课题。冲量也是矢量，是作用力对作用时间的积分，描述力的作用时间的积累效应。
由于职业的关系，数十年来我看到很多年轻人在多年中没有实质性的改变，这引起了我的思考。不是说他们的知识没有变化，而是说他们的思考方式、价值判断和机会把握的能力、大方向的选择以及对人生的设计与实践等问题上，没有实质性的改变。任何人都不可能在所有问题上生而知之，所以很多人想改变自己、本来也有能力和机会改变自己，思变、力图变得越来越强大是必然的。
在生活中、在人生中，惯量、动量也起着相当重要的作用。此处所说的“质量”，应当赋予其在人生与生活中新的意义，那就是一个人的品质、追求、观念、能力、眼光、知识、意识、智慧等；而“速度”（矢量）则表达一个人对实施价值判断、方向选择、目标确定以及走向时，所付出的力度和持续前行的毅力等。当然还有环境条件和机遇问题，但一般来说不是决定性的因素。
“质量”和“速度”的乘积（同时起作用，或两者共同决定的状态）是人生某个阶段甚至是一生的动量，这是决定了人一生走向何处、达到怎样的水准的重要参量。
这个动量是会有所改变的，来自各方向、各角度的“冲量”会改变“动量”矢量的大小（绝对值、范数）和方向，既与冲量的大小有关，也与冲量作用的方向有关。当然，如果具有一定动量的“质量”越大或“速度”越大或两者都越大，“冲量”作用的效果就越小、效用越低。但是，对于一个意志不坚定或随着感觉走的人来说，他的“动量”的值很小，当处在有很多方向和力度都不确定的众多“冲量”干扰作用的环境时，必将随机或确定性地影响着人生的“动量”，很多时候，这类“冲量”不容小觑。反之，如果人生“动量”很大，则一般的冲量很难对其造成有显示度的影响。
人生的“质量”是长期形成的，大概从三四岁至迟六七岁已经基本成型，且生活在各种生存条件稳定的环境中延续时间越长，其“质量”就越大、“动量”也越大。也即所谓早期环境使然，弥久越是秉性难移、积习难改、积重难返了。固化了“质量”，要想改变“动量”，外施“冲量”就得更加有力、更为持久。
任何习惯都可以改变，改变任何习惯都绝非易事！这习惯，学术化一点的说法即人生的“质量”。而“冲量”则常常表现为强制约束、现实生存压力、制度、信心、目标、生存动力等驱使下的持续付出。生活中，儿童的习惯容易建立也较易改变，成年人的习惯则很难改变甚至看不到改变的希望。从小看大，也正所谓“少年立志”的内涵所在。
一个人，如果到了接受高等教育年龄时才着手改变前十八年的积习，已经很难很难了。十八年的“质量”累加和高度成型的生活模式的惯性，联合构成的在十八岁这个起点（转折点）上的“动量”已经足够大。如果这个“动量”存在些问题，此时仍慵懒于这样的温床而不思改变，这个“动量”将越积越大，受外部“冲量”影响而改变的可能性和效果就更加微乎其微。不思改变将再无前进的可能；思变，才能有改变的行为；改变，总比故步自封要好得多。
人生的惯量或动量，亦可相比于标度系统无序无序程度的熵值，或可相比于系统渐次无序的正熵值的变化（增加）量。当人生的动量积累越多、持续时间越长，则减少正熵、增加负熵的可能性就越小。
清醒的思变者，当有几次断崖式（应当是升脉冲前沿式）的改变方可新生。靠了光滑的可微曲线的路径缓慢改变，很难期望会有质的升值变化，终究还是要滑落回原地，仍旧要沿着传统的动量规则保持现状，甚至无序增熵。
有记者问爱丁顿，是否全世界只有三个人真正懂得相对论，爱丁顿若有所思，回问记者：“谁是第三个人？”
有些道理很难理解、接受，但有些道理是很简单的，却在转达过程中失序了。
爱丁顿曾说，“我认为，熵增原则——即热力学第二定律——是自然界所有定律中至高无上的。如果有人指出你的宇宙理论与麦克斯韦方程不符——那么麦克斯韦方程可能有不对；如果你的宇宙理论与观测相矛盾——嗯，观测的人有时也会把事情搞错；但是如果你的理论违背了热力学第二定律，我就敢说你没有指望了，你的理论只有丢尽脸、垮台。”
嘿，又是熵增原理！克劳修斯（R.J.E.Clausius,
1822~1888）真伟大！
2008年，BBC电影《爱因斯坦与爱丁顿》上映，回顾了爱因斯坦当初发明相对论的过程，以及他与爱丁顿之间的友情。
2018年12月18日
于草坪书屋
