理论力学课件 系统思维与力学系统

理论力学ClassicalMechanics2024Introduction绪论How：怎么做？02Who：谁来干？04What：干什么？01Where：到哪了？03101What?干什么？Boundary

andContent1.1“什么”是什么意思？不是什么有什么向外对比确定边界向内分析确定内容1.1理论干什么·布局者与理论家·布局者猪躬身入局蘑菇收益农夫理论家实验家科学发现1.1理论干什么理论就是把想象形式化：假如XXX，就会XXX。假如：初始条件就会：推理计算“布局”就是根据结果来设置初始条件农夫想象的形式化：假如放头猪在林子里，跟着就会有蘑菇吃。1.2理论的注意事项搞理论的首要障碍是——我们“太会”搞理论了假如眼见为实，我们就会只看到一个结果。所以：直觉“理论”不靠谱脑补很厉害，但通常不可靠1.2理论的注意事项搞理论的第二障碍是——大脑的功率太小大脑：用能量换信息分而治之：先分解，再合成时间：长期是短期的累计空间：整体是部分的组合1.2理论的注意事项分而治之，以小博大。从空间入手从时间入手算面积假如小球落地是随机的，就会有面积等于概率。1.2理论的注意事项搞理论的第三障碍是——人的寿命太短时间尺度：物理过程有快有慢模拟：用快过程获取慢过程的信息1.3理论的泛化能力人群运动模拟人群运动的理论假如这里是出口，人就会靠近它假如这里是火焰，人就会远离它1.3理论的泛化能力警告安全的人群密度：小于6人每平米原因密度低：自由人、自主避障密度高：纯物体、随波逐流不要去扎堆用手肘保护自己受伤了让人把你举过头顶对策1.3理论的泛化能力·布局者心法·把想象形式化：假如XXX，就会XXX以终为始布局就是设置初始条件模拟计算用快过程去获取慢过程的信息依靠理论1.4理论和力学的结合理论力学的边界：低速（慢）、宏观（大）内容运动学物体形状状态描述运动改变动力学运动原因相互作用预测控制理论力学的底盘：质量、时间、空间1.5课程框架102How?怎么干的？Methods2.1系统：我们该如何看待事物？西方人重视分析，强调把复杂的事物拆开来看，而且要拆解到一个一个最简单的模块为止，这种思维模式叫做“还原论”。东方人重视大局观，强调要搞明白事物之间的相互联系和影响，不能只见树木不见森林，头痛只医头脚痛只医脚，这种思维模式叫做“整体论”还原论整体论VS我们该如何看待事物？必须先搞清楚一个基本问题：2.1系统：我们该如何看待事物？

问题1：雅典的王子忒修斯有一艘木制的船。年复一年，在水里泡久了，船的木板自然会慢慢的腐坏。解决办法：雅典人想出的办法是，制作新的木板去替换坏掉的木板。2.1系统：我们该如何看待事物？

问题2：这条船还是原来那艘忒修斯之船吗？分析：按照还原论，整体是部分的总和，当这艘船的每一块都被更新了，那么船当然也就是新的另一艘了2.1系统：我们该如何看待事物？德内拉.梅多斯在《系统之美》中给系统下了这么一个定义：系统不是一堆事物的简单集合，而是由一组相互连接的要素构成的、能够实现某个目标的整体系统1、要素2、连接3、功能那一块块的木板些木板的空间排列和相互之间组合关系在海里航行忒修斯之船2.1系统：我们该如何看待事物？弗吉尼亚联邦大学的物理学教授施夫·汉纳发现了一种超原子技术，通几个原子来组和成一个同样稳定的结构，使得原子也可以被设计和制造。拆掉一块木板，船就会因为漏水而没有办法在海里航行船不是用来出海的，而是放在景区的岸上给大家拍照留念用的系统1、改变要素2、改变连接3、改变功能当看一个系统时，要素是我们最容易注意到的部分，而连接和功能却很容易被忽略掉。2.1系统：我们该如何看待事物？对比还原论、整体论和系统论还原论重视的是要素，相当于从下往上去理解事物，但是容易迷失在细节中，只见树木不见森林。整体论则相当于从上往下去理解事物，虽然重视了功能和关系，对要素的理解把握不足，容易脑补出不靠谱的细节，比如阴阳五行学说。系统论第一次给我们一个统一、全面和快速认识事物的方法。2.1系统：我们该如何看待事物？系统论观点下的元素将曲线看作由正弦波组成将曲线看作由点组成2.1系统：我们该如何看待事物？系统的表示和控制不管是系统论还是还原论，它们得到的都只是事物的模型2.1系统：我们该如何看待事物？系统的状态方程骰子的状态流转图初态相关初态无关子空间演化2.1系统：我们该如何看待事物？因果网络正反馈：链式反应拥有内部结构（子系统）的动态系统2.2物理学对世界的简化-时空和场的关系网抛物运动（1）物质。这里是有质量的小球。（2）时空。这里是与几何距离、方向以及事

件先后顺序有关的时间和空间。（3）场。这里是引起重力的引力场。2.2物理学对世界的简化-时空和场的关系网时间空间（spacetime）物质（Matter）场（Field）相互作用（Interaction）2.2物理学对世界的简化-时空和场的关系网时间空间（spacetime）物质（Matter）场（Field）作用（action）力学2.2物理学对世界的简化-时空和场的关系网时间空间（spacetime）物质（Matter）场（Field）作用（action）场论（如电动力学）2.2物理学对世界的简化-时空和场的关系网时间空间（spacetime）物质（Matter）场（Field）作用（action）相对论2.2物理学对世界的简化-时空和场的关系网抛物系统结构抛物运动万有引力2.3物理学的版图2.4理论力学的方法牛顿力学微观规则时间序列.矢量分析力学优化目标整体选择空间路径.标量2.5基于规则和基于选择积跬步至千里牛顿力学：基于规则目标决定路径分析力学：基于选择103Where?干到哪了？Methods3.1成就斐然3.2牛顿力学VS分析力学牛顿力学：矢量---几何分析力学:标量---代数3.3一体两面分析力学牛顿力学基本方程（矢量）坐标系二阶微分方程求解手段（降阶）动量守恒角动量守恒能量守恒基本方程（标量）最小作用量原理：优化问题更多求解手段一体两面约束越多，方程越少沟通经典物理到量子物理的桥梁3.4优化与社会主义优化进步A张三：A>B>CB李四：C>A>BC王二：B>C>A社会主义核心价值观是社会持续发展的前提！在价值观完全不一致的情况下，简单的民主投票决策其实是非理性的在AB间投，得到A>B。在BC间投，得到

B>C。民主决策