女科学家眼中的牛顿第二定律.docx

女科学家眼中的牛顿第二定律一直觉得，牛顿第二定律包含着人生哲理。这个想法在脑中形成很久了，曾经想把这个思想写给一个亲密友人分享，而当感情失去，友人变成陌路，却还没做成这件事。终于知道，人生很多事情，等待就预示着错过。我已经错过他，却不想错过你们，于是，我写下我的思想，与有缘之人分享。a=Fm,多么简洁美丽的公式。m是你的特征参数，它代表了你的本质；F是源项，这是每个人一生中所承受的各种力，代表了世界与你互动的方式和强度；而a,包含了速度和位置，它就是你的人生轨迹。所以，牛顿第二定律说明：你的人生轨迹，是由作用于你的源项，和你的本质所决定的。让我用一些模拟来作一个科学的说明。首先来看我拍摄的静电纺丝高速摄影照片。静电纺丝是一种生产纳米纤维的方法，利用静电场对聚合物溶液进行牵伸，最终形成纳米纤维。我在此不讨论该技术，我展示的是聚合物射流的运动轨迹。可以看到，聚合物射流初始经历了一段直线运动，然后，由于一个微小的扰动，它的轨迹开始变成一种螺旋形的不稳定形式，叫作鞭动(whipping)o同时，我对静电纺丝的纤维运动轨迹，以及另一种制备纳米纤维的方法熔喷技术的纤维运动轨迹作了数值模拟。下列图左为静电纺丝纤维运动，图右为熔喷纤维运动。再次说明，我无意介绍这两种技术，我只告诉你，这两种技术的不同，在于静电纺丝利用的是静电场，而熔喷利用的是气流场。静电纺丝纤维运动轨迹：扰动不段扩大熔喷纤维运动轨迹：扰动扩大后受到抑制铺垫很长，因为人生也很长。在北卡沉静的日子里，我一个人欣赏落叶，那叶子脱离树枝的开始一段时间，重力起到决定作用，叶子有一段垂直下落的过程；一阵微风吹过，这是一阵轻得让人感受不到的微风，或者只是空气的波动，便会给这落叶加上一个微小的横向扰动，于是，当我抬头，便看见这片袅娜的叶子，优美地螺旋下落，落向那片它未知的土地。这种螺旋形的运动轨迹，与静电纺丝中的纤维鞭动轨迹如出一辙。我想到我要做的静电纺丝模拟，如果只应用牛顿第二定律，那么将会得到直线运动的纤维，这不符合实际运动过程。于是，我给牛顿第二定律方程加上了一个初始扰动方程：x=asint,y=acost0纤维运动轨迹呈现在我的面前，它果然就是那种螺旋形的轨迹。那么，为什么在运动方程上加上一个相当于声音振幅和频率的微小扰动，静电纺丝纤维就会偏离它原来的轨迹，开始舞蹈了呢？仔细研究F,即纤维所受的力，我们发现，施加在纤维上的源项形成了一个不稳定的体系，它会将初始扰动不断扩大，最终形成弯曲不稳定的鞭动，这即是数学中的分岔。再比照熔喷纤维的不稳定运动，我们发现在给熔喷纤维加上初始扰动之后，纤维的不稳定运动开始扩大，但很快得到了抑制，最终趋向稳定运动。这是因为，熔喷纤维所受的合力F形成了较稳定的系统，因此它最终会抑制扰动；而且，熔喷聚合物熔体的粘性远大于静电纺丝聚合物溶液的粘性，这也是熔喷的不稳定运动得到抑制的原因。综上所述，源项和本质，决定了聚合物纤维的运动轨迹，同样决定了我们人生的轨迹。在简单的社会，人生之路本是一条直线。社会的复杂化，人所承受的力纷繁复杂，使人生处于一种难以预测的不稳定状态，因而，一个小小的扰动，比方，一次心动的相遇，一场不该有再遇，书写了人生的扰动方程，改变了你人生的轨迹。但是，别忘了，我们还有校正我们人生轨迹的重要参数,m,这是你的本质参数。有些人的本质，足以抵御扰动，就如我上面所举的熔喷纤维一样，在经历了一段时间的不稳定运动之后，回到正常的轨迹。而有些人却无法抵御扰动，就如静电纺丝纤维，将扰动扩大成鞭动，那是超出了我们预料的不稳定运动，从此，我们的人生，就不在自己的掌控之中了。遗憾吗？抑或，人生就是因为复杂、不可控而充满了诱惑，不同路径的人生之路，使世界变得复杂、神秘而美丽。而你，将有着怎样舞蹈的人生轨迹？