量变引起质变在物理学中一定成立吗?
哲学中的量变与质变的规律是否在物理学中都适用
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不一定。有的系统,临界区域大到能让你怀疑人生。
这种现象通常叫做自组织临界现象SOC。一般喜欢用一个沙堆模型来解释,也就是你不断往一个沙堆上堆沙子,你觉得总有一个点,沙堆太高就会轰然倒塌。然而实际情况中,新加的沙子会在沙堆上做横向的混沌运动,却不会倒。
这是一种幂律行为,在经济学上通常被称为长尾效应。你以为已经到了经济危机的临界点,马上就要崩了,结果系统还可以稳定地存活很长时间。
哲学家通过自己双眼的观察,发现许多系统是不稳定的,容易发生雪崩,所以提出了量变引起质变。但这种典型的身边经济学并不具有普适性,人类的双眼能观察的系统都太小了,小到几乎不具有自适应的容错能力。
就像刘慈欣的那个例子,一个水缸里的生态,和地球的生态,看起来都能实现循环,可惜水缸太小,微小的扰动就会导致系统崩溃。地球能实现生态繁荣,就因为足够大。
质变是可以被控制的。以前的气球,针一扎就会爆。现在可以制造即使破洞也不会爆,而只是慢慢漏气的气球,只要结构强度超过空气的破坏力即可。为什么自行车有内外胎,而汽车没有?就是这个原理。
人类比自然更讨厌突然的质变,所以科技发展的一个主要方向,就是让突变变得可控、连续,最好是只有量变,没有质变。
爆炸是一个典型的质变,但把它放到发动机里,就变成可控的燃烧释放能量过程,从而成为人类重要的能量形式。气体的液化是一个一级相变,是质变,但人类将其作为制冷剂,就实现了缓慢有序的降温。
要让质变可控,其实就是找到一个更合理的参数空间来刻画这个过程。一个圆柱体,你永远只在侧面看它,它总是一个有棱有角的长方形。然而只需要增加一个维度,从上方看它,就发现它也是圆的。
一个自旋1/2,在磁场作用下,在z方向发生极化,形成局域相。从自旋朝上到自旋朝下看起来是不连续的,是突变。但你只要增加一个x方向的微波操控它,就变成了连续的拉比振荡,不再是离散的动力学相变。这就是增加维度的作用。
所以,可控的本质就是通过增加参数的维度来去除质变。比如量子调控的一个重要方向就是量子淬火,通过参数的连续变化,让系统更平滑的在不同量子相之间切换,避免因为参数突变导致的某些序被冻结来不及弛豫的情况。
理论的发展亦是如此。一开始认识不清时,喜欢采用坍缩、雪崩这样的带有质变色彩的词。随着认识深入,除非有明确的对称性破缺,或拓扑结构变化,否则就不会被认为发生了什么质变,而只有量变。
说到底,理论认识越深入,就越能找到、或定义出相应的物理量(可观测量),将某种变化确定为这种物理量的量变。从这个角度看,质变只能是还没找到这个物理量之前的临时概念,不应作为永久性的哲学范畴使用。
就像平面上一条直线突然拐了个弯,那可能只是你还没发明从第三个维度观测它的方法罢了,就像圆柱那个例子一样。
发布于 2024-05-06 07:08・IP 属地上海查看全文>>
洗芝溪 - 31 个点赞 👍
量变引起质变在物理学中并不一定完全成立
在物理学中,量变引起质变是一个重要的概念,但它并不是普遍适用于所有情况的绝对规律。
在经典物理学中,有许多现象可以体现量变引起质变的概念。例如,在热力学中,温度的逐渐升高或降低会导致物质状态的变化,从固态到液态再到气态,这是一个典型的量变引起质变的过程。
随着热量的不断增加或减少,物质的分子运动状态发生了根本性的改变,从而实现了质的飞跃。
在弹性力学中,当施加在物体上的力逐渐增加时,物体的形变也会逐渐增加。但在一定范围内,物体的形变与所施加的力呈线性关系,这可以看作是量变的过程。
当力超过一定限度时,物体可能会发生断裂或破坏,这就是质变的体现。
有一些物理现象并不完全符合量变引起质变的规律。例如,在量子力学中,微观粒子的行为往往表现出不确定性和概率性。尽管我们可以通过测量和实验观察到一些量变的现象,但这些量变并不一定直接导致质的变化。
以量子隧穿效应为例,微观粒子可以在能量低于势垒的情况下穿过势垒,这似乎与我们通常所理解的量变引起质变的观念相矛盾。
在这种情况下,粒子的行为并不是简单地随着能量的增加或减少而发生质的变化,而是受到量子力学规律的制约。
在一些复杂的物理系统中,量变和质变之间的关系可能更加模糊和不确定。例如,在地球的气候系统中,温度、湿度、气压等因素的微小变化可能会逐渐积累,但要准确预测这些量变何时会导致气候的根本性变化是非常困难的。
这是因为气候系统是一个高度复杂的动态系统,其中包含了大量相互作用的因素,使得量变引起质变的过程变得难以捉摸。
为了更深入地理解量变引起质变在物理学中的适用性,我们可以进行一些数据分析。以弹性材料的应力-应变曲线为例,我们可以测量在不同应力水平下材料的应变值。
通常情况下,在应力较小时,应变与应力呈线性关系,这体现了量变的过程。但随着应力的继续增加,材料可能会达到屈服点,此时应变会急剧增加,这就是质变的体现。
通过对大量实验数据的分析,我们可以发现量变引起质变的规律在一定程度上是存在的,但它并不是绝对的。在某些情况下,量变和质变之间的关系可能更加复杂和非线性,需要结合具体的物理现象和实验数据进行深入分析和研究。
量变引起质变是哲学中的一个重要规律,在物理学中,它的适用性需要根据具体的物理现象和实验数据来判断。许多经典物理现象中可以观察到量变引起质变的过程,在量子力学和一些复杂的物理系统中,这一规律可能并不完全适用。我们需要在具体的物理研究中保持谨慎和客观的态度,深入探索量变和质变之间的关系,以更好地理解和解释物理世界的本质。
发布于 2024-05-07 16:34・IP 属地广东查看全文>>
Peak.Zhao - 14 个点赞 👍
不一定,要看具体情况,这里以自旋液体和crossover两个情况来谈。
量变质变在物理中对应应该是相变,一个普遍的相变过程是随着参数(最典型的是温度,当然还有相互作用强度,化学势/掺杂)变化,系统的性质(关联函数的大小)逐渐发生变化,到某一个位置突然发生对称性破缺,也就是相变。
最典型的例子还是经典的反铁磁相变,高温下所有格点上的自旋取向都是杂乱无章的,平均一下就是0,没有长程序,我们一般管这个叫顺磁相(para-magnetic phase)。此时自旋一般具有一个完整的旋转对称性,即系统对自旋方向没有特别的偏好,没有哪个自旋方向是特别的。
而当温度降低时,自旋关联会逐渐变强,直到临界温度时,完整的自旋旋转对称性会突然发生破缺,出现一个特定的自旋取向。这时一般进入磁序。
那么看起来,相变是量变引起质变的一个绝妙例证,但真实情况还比这个复杂很多。
首先举个自旋液体的例子,Anderson首先考虑,是否存在一个系统,即便温度降到0,系统始终处于正常态,这个系统就是我们一般所说的自旋液体。这意味着量变一直都在量变,始终没有质变,当然其中有一些non-trivial的性质,比如topological order啥的,那就是另一个问题了。更细致的科普可以看我之前的一系列文章。
再说一下crossover这种现象。在实际计算中,经常会看到,随着参数变化,对称性始终没有发生改变,没有相变,但变着变着,你会发现两边的系统性质是如此强烈地不同。最典型的例子是BCS-BEC crossover,一边是超导配对,另一边是玻色爱因斯坦凝聚,但中间没有一个质变的位置,或者说相变点。
总之,很多general的哲学观念还是不宜推广到具体的物理情形下,具体问题还是得具体分析。
发布于 2024-05-06 11:20・IP 属地湖南查看全文>>
拉格朗日的忧郁 - 10 个点赞 👍
不成立
因为质变不是由量变积累得到的,而是映射关系。
物理量u=f(n)
其中u是物质的性质,n是特定的数量。
比如密度ρ=m/v=Mn/V
哪怕n只是增加1,反应到密度ρ上一定有对应的改变,只不过这个改变不易被观测罢了。
数学上有一个秃头悖论:头发茂密的人少一根头发还是头发茂密的人。那么以此类推,秃头也是头发茂密的人。
这个例子里:头发茂密→秃头体现了量变质变规律。
但在物理里,头发茂密并不是一个物理概念,描述头发多少应该用头发密度描述ρ=n/S
因此,在物理里量变质变规律是不成立的。
要么说物理中不存在质变的概念,要么说质变和量变是映射关系。
发布于 2024-05-05 21:47・IP 属地广西查看全文>>
精神病科王主任 - 9 个点赞 👍
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chadui123 - 1 个点赞 👍
量变引起质变的规律在物理学中不一定总是成立。
在物理学中,量变引起质变通常对应的是相变现象,即一个物理系统在某些控制参数(如温度、压力等)的变化下,从一个相态转变到另一个相态。例如,水在温度达到0摄氏度时会从液态变为固态,在100摄氏度时会从液态变为气态。这些都是量变引起质变的典型例子。
然而,并不是所有物理系统都会经历这样的相变过程。有些系统中,即使参数发生变化,也不会引发任何拓扑或结构上的变化。例如,在某些动力学系统中,参数的变化可能并不会导致系统的拓扑结构发生改变,这意味着在这些情况下,量变并不会引起质变。
此外,量变引起质变的规律还与系统的特性和外部条件有关。例如,在热力学中,量变到质变是一种宏观描述,它基于对粒子运动的概率统计。从事物内部来看,这一现象可能涉及到复杂的微观机制和相互作用。因此,量变是否能够引起质变,还需要考虑到系统内部的特定条件和外部的影响因素。
量变引起质变是一个在特定条件下成立的物理规律,但它并不是普遍适用于所有物理系统。在实际应用中,需要具体分析系统的特性和条件,才能确定量变是否会引起质变。
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发布于 2024-05-07 22:24・IP 属地河南查看全文>>
天空一色白 - 1 个点赞 👍
这个问题在物理上不能称之为问题。
因为,“量”需要明确,是什么量?
空间也需要明确,是分散还是连续的?
时间也需要明确,是同时的还是延续的?
否则无法回答。
如果简单用质量来说,在一个位置,同一时间。
量的增大,一定会导致质的变化。
万有引力,会让大质量物质坍缩,行星、恒星、红矮星、白矮星、中子星、黑洞。
黑洞的量变呢?
可能全宇宙都装进去都不够。
但是黑洞的挥发,就是量的减少,可以从有到无。
发布于 2024-05-08 10:36・IP 属地湖南查看全文>>
徐清之 - 0 个点赞 👍
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汉江稚子 - 0 个点赞 👍
严谨的表述应该是:量的不断增长必会引起质变。这个命题其实是逻辑命题而不是物理命题。因为这个命题与:一切现实的量都是有限的量,等价。即一切量都有个度。
发布于 2024-05-10 00:13・IP 属地福建查看全文>>
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