最小作用原理

 记得在高中政治课中学习过这么一句话:波动式前进,螺旋式上升。当时不怎么搞得懂这句话的含义,觉得挺深奥。为啥不直线前进,直线上升?搞得这么麻烦。在后来学习中知道了一个原理:“最小作用原理”,这是一条被反复证明的原理,一个著名的简单的例子能够将其阐述清楚。


如上图所示,某人在河中a处溺水,救生员在b处,救生员在岸上跑到水边,然后跳入水中游到溺水者身边将其救起,在岸跑步速度较快,在水中游泳速度较慢,那么问题来了,救生员该选择哪条路径呢?直线ab距离虽然最短,但并非最快,用时较长;从b到c到a虽然在水用时少了,但在岸上花费的时间又较长;从b到d再到a虽然岸上用时最短但水中用时又很长。怎么办呢?最佳方案不是距离最短的方案,而是用时最短的方案。费时最短的方案是先跑到溺水者左前方的一点e,然后在游向a,这是一条最佳路线。数学高手可以通微积分算出最佳路径,但救生员遇到这种情凭本能就可以找出最佳路径。这就是最小作用原理,曲线前进实际才是最佳路径。

在我们日常行车的过程中,很少人选择直线前进,总是会计算一下用时最短的路径,是吧?为了缩短用时,有时要选择绕行的方式,因为绕行时速度会很快。

我们都知道的一个物理现象,就是光在水的速度比空气中要小,还是用上面这个图,如果光从b射向a点,它一定会发生偏折,路线就会是b-e-a,奇妙吧?而声音在水中传播速度比空气中快,如果是声音从b传向a,那么从会从d点左侧某点入水,沿着蓝线前进。这是著名数学家费马提出来的,自然真的玄妙而简单。

电路中并联分流也符合最小作用原理,即电阻大的用电器电流小,电阻小的用电器分得电流大;自然形在的河流也鲜有直线前进的,它们总是弯弯曲曲,为什么呢?它也符合用时最短的原理,即最小作用原理。

暑假里每天到图书馆看书,观察到一个“最小作用原理”在人群中的应用。事情是这样的,图书馆自习室在三楼,每天上午九点准时开放,因为看书的人太多,所以早早就有一大群人围在电梯门前,在电梯的一侧还有普通的步行楼梯,每天到时间后自然而然地一部分进入电梯,而另一部分人则走楼梯上楼,最后差不多是在最短的时间内所有人都到了楼上。这符合最小作用原理。假如自习室不是在三楼,而是在十楼,会不会有人走楼梯呢?我想也会有的,只不过走楼梯的人会减少而乘电电梯的会增多;假如自习室就在二楼,那么走楼梯的会增多而乘电梯的人则会减少。如果精于数学计算,不难得出一个分配比例,而一群人是不用计算的,一定会在最短的时间内全部到楼上,奇 妙吧!

一个社会其实就是一个大的协作体,还是简化一下吧,就两个人,还是如上面这个图,大意改变一下,一个人在岸上跑,跑到水边将棒子交给水中的人,水中人游到目的地。这里面就有学问了,如果按排任务的人给岸的人按排从b跑到d,岸上的人一定很高兴,他跑了最短的距离,可水中的人就得骂娘了,安排的什么呀,让我游这么远;可如果安排岸上的从b跑到c,水中的哪位高兴了,岸上的人就得骂娘了;如果安排了最佳的路线,那么指定不是两个的赞扬,而是两个人的骂。作为一名普通人,他只能在他理解的范围内来思考、来判断一些问题,所以有可能有失偏颇。

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