หลักการของการกระทำน้อยที่สุด หลักการของการกระทำน้อยที่สุด หลักการของการกระทำน้อยที่สุดในฟิสิกส์
พวกเขาเชื่อฟัง ดังนั้นหลักการนี้จึงเป็นหนึ่งในข้อกำหนดสำคัญของฟิสิกส์ยุคใหม่ สมการการเคลื่อนที่ที่ได้จากความช่วยเหลือเรียกว่าสมการออยเลอร์-ลากรองจ์
หลักการแรกของหลักการนี้มอบให้โดย P. Maupertuis ในปีนั้น โดยชี้ให้เห็นถึงธรรมชาติสากลของมันทันที โดยพิจารณาว่าใช้ได้กับทัศนศาสตร์และกลศาสตร์ จากหลักการนี้เขาได้กฎแห่งการสะท้อนและการหักเหของแสง
เรื่องราว
มอเพอร์ทุยส์มาถึงหลักการนี้จากความรู้สึกที่ว่าความสมบูรณ์แบบของจักรวาลจำเป็นต้องมีเศรษฐกิจในธรรมชาติและขัดแย้งกับการใช้พลังงานที่ไร้ประโยชน์ การเคลื่อนไหวตามธรรมชาติจะต้องทำให้มีปริมาณขั้นต่ำที่แน่นอน สิ่งที่เขาต้องทำคือค้นหาคุณค่านี้ซึ่งเขายังคงทำต่อไป มันเป็นผลคูณของระยะเวลา (เวลา) ของการเคลื่อนที่ภายในระบบเป็นสองเท่าของค่า ซึ่งปัจจุบันเราเรียกว่าพลังงานจลน์ของระบบ
ออยเลอร์ (อิน. "Réflexions sur quelques loix générales de la ธรรมชาติ", 1748) ใช้หลักการของการกระทำให้น้อยที่สุด โดยเรียกการกระทำว่า "ความพยายาม" การแสดงออกของมันในสถิตยศาสตร์สอดคล้องกับสิ่งที่เราเรียกว่าพลังงานศักย์ ดังนั้น การดำเนินการน้อยที่สุดในสถิตยศาสตร์จึงเทียบเท่ากับสภาวะพลังงานศักย์ขั้นต่ำสำหรับการกำหนดค่าสมดุล
ในกลศาสตร์คลาสสิก
หลักการของการกระทำน้อยที่สุดทำหน้าที่เป็นพื้นฐานและเป็นพื้นฐานมาตรฐานของสูตรกลศาสตร์ลากรองจ์และแฮมิลตัน
ก่อนอื่นเรามาดูการก่อสร้างดังนี้: กลศาสตร์ลากรองจ์- โดยใช้ตัวอย่าง ระบบทางกายภาพด้วยอิสระระดับหนึ่ง จำไว้ว่าการกระทำนั้นเป็นการทำงานที่เกี่ยวข้องกับพิกัด (ทั่วไป) (ในกรณีของอิสระระดับหนึ่ง - หนึ่งพิกัด) นั่นคือมันแสดงออกมาในลักษณะที่แต่ละเวอร์ชันที่เป็นไปได้ของ ฟังก์ชันเชื่อมโยงกับตัวเลขจำนวนหนึ่ง - การกระทำ (ในแง่นี้เราสามารถพูดได้ว่า การกระทำในฐานะฟังก์ชันเป็นกฎที่อนุญาตให้ฟังก์ชันใด ๆ ที่กำหนดคำนวณจำนวนเฉพาะเจาะจงโดยสมบูรณ์ - เรียกอีกอย่างว่าการกระทำ) การกระทำดูเหมือนว่า:
ลากรองจ์ของระบบอยู่ที่ไหน ขึ้นอยู่กับพิกัดทั่วไป อนุพันธ์อันดับแรกเมื่อเทียบกับเวลา และอาจตรงต่อเวลาอย่างชัดเจนด้วย หากระบบมีระดับความเป็นอิสระมากกว่า ลากรองจ์จะขึ้นอยู่กับพิกัดทั่วไปจำนวนมากขึ้นและอนุพันธ์อันดับแรกเมื่อเทียบกับเวลา ดังนั้นการกระทำจึงเป็นฟังก์ชันสเกลาร์ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ของร่างกาย
ความจริงที่ว่าการกระทำนั้นเป็นสเกลาร์ทำให้ง่ายต่อการเขียนในพิกัดทั่วไปใด ๆ สิ่งสำคัญคือตำแหน่ง (การกำหนดค่า) ของระบบนั้นมีลักษณะที่ชัดเจนอย่างชัดเจน (ตัวอย่างเช่นแทนที่จะเป็นพิกัดคาร์ทีเซียน สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นขั้วได้ พิกัด ระยะห่างระหว่างจุดของระบบ มุมหรือฟังก์ชัน ฯลฯ .ง.)
การกระทำสามารถคำนวณได้สำหรับวิถีโคจรที่กำหนดเองโดยสมบูรณ์ ไม่ว่ามันจะ “ดุร้าย” และ “ผิดธรรมชาติ” แค่ไหนก็ตาม อย่างไรก็ตาม ในกลศาสตร์คลาสสิก ในบรรดาวิถีที่เป็นไปได้ทั้งหมด มีเพียงวิถีเดียวเท่านั้นที่ร่างกายจะไปได้จริง หลักการกระทำนิ่งให้คำตอบสำหรับคำถามว่าร่างกายจะเคลื่อนไหวอย่างไร:
ซึ่งหมายความว่าหากให้ค่าลากรองจ์ของระบบ แล้วใช้แคลคูลัสของการแปรผัน เราก็สามารถกำหนดได้อย่างชัดเจนว่าวัตถุจะเคลื่อนที่อย่างไรโดยหาสมการการเคลื่อนที่ในขั้นแรก นั่นคือ สมการออยเลอร์-ลากรองจ์ แล้วจึงแก้สมการเหล่านั้น สิ่งนี้ช่วยให้ไม่เพียงแต่สรุปการกำหนดสูตรของกลศาสตร์อย่างจริงจังเท่านั้น แต่ยังสามารถเลือกพิกัดที่สะดวกที่สุดสำหรับปัญหาเฉพาะแต่ละข้อ ไม่จำกัดเพียงพิกัดคาร์ทีเซียน ซึ่งจะมีประโยชน์มากในการรับสมการที่ง่ายและแก้ไขได้ง่ายที่สุด
ฟังก์ชันแฮมิลตันของระบบนี้อยู่ที่ไหน - (ทั่วไป) พิกัด - แรงกระตุ้นผัน (ทั่วไป) โดยแสดงลักษณะร่วมกันในแต่ละอัน ในขณะนี้เวลา สถานะไดนามิกของระบบ และแต่ละอย่างเป็นฟังก์ชันของเวลา ดังนั้น จึงแสดงลักษณะเฉพาะของวิวัฒนาการ (การเคลื่อนไหว) ของระบบ ในกรณีนี้ เพื่อให้ได้สมการการเคลื่อนที่ของระบบในรูปแบบของสมการบัญญัติของแฮมิลตัน จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงการกระทำที่เขียนในลักษณะนี้อย่างอิสระสำหรับทุกคน และ
ควรสังเกตว่าหากจากเงื่อนไขของปัญหาโดยหลักการแล้วสามารถค้นหากฎการเคลื่อนที่ได้ก็จะเป็นไปโดยอัตโนมัติ ไม่หมายความว่า เป็นไปได้ที่จะสร้างฟังก์ชันที่รับค่าคงที่ระหว่างการเคลื่อนที่จริง ตัวอย่างคือการเคลื่อนที่ร่วมกันของประจุไฟฟ้าและโมโนโพล (ประจุแม่เหล็ก) ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สมการการเคลื่อนที่ไม่สามารถหาได้จากหลักการของการกระทำที่อยู่นิ่ง ในทำนองเดียวกัน ระบบแฮมิลตันบางระบบมีสมการการเคลื่อนที่ที่ไม่สามารถหาได้จากหลักการนี้
ตัวอย่าง
ตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ช่วยในการประเมินการใช้หลักการทำงานผ่านสมการออยเลอร์-ลากรองจ์ อนุภาคอิสระ (มวล มและความเร็ว โวลต์) ในปริภูมิแบบยุคลิดเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง เมื่อใช้สมการออยเลอร์-ลากรองจ์ สามารถแสดงเป็นพิกัดเชิงขั้วได้ดังนี้ ในกรณีที่ไม่มีศักย์ไฟฟ้า ฟังก์ชันลากรองจ์จะเท่ากับพลังงานจลน์เท่านั้น
ในระบบพิกัดตั้งฉาก
ในพิกัดเชิงขั้ว พลังงานจลน์และฟังก์ชันลากรองจ์จึงกลายเป็น
ส่วนประกอบรัศมีและเชิงมุมของสมการจะกลายเป็นตามลำดับ:
การแก้สมการทั้งสองนี้
ต่อไปนี้เป็นสัญลักษณ์แบบมีเงื่อนไขสำหรับการอินทิเกรตฟังก์ชันหลายฟังก์ชันอย่างไม่สิ้นสุดเหนือวิถีทั้งหมด x(t) และเป็นค่าคงที่ของพลังค์ เราเน้นย้ำว่าตามหลักการแล้ว การกระทำในรูปเอ็กซ์โพเนนเชียลจะปรากฏขึ้น (หรือสามารถปรากฏได้) เองเมื่อศึกษาตัวดำเนินการวิวัฒนาการ กลศาสตร์ควอนตัมอย่างไรก็ตาม สำหรับระบบที่มีอะนาล็อกแบบคลาสสิก (ไม่ใช่ควอนตัม) แน่นอน มันจะเท่ากับการกระทำแบบคลาสสิกตามปกติทุกประการ
การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของนิพจน์นี้ในขีดจำกัดแบบคลาสสิก - สำหรับขนาดใหญ่เพียงพอ นั่นคือ สำหรับการแกว่งที่เร็วมากของเลขชี้กำลังเชิงจินตภาพ - แสดงให้เห็นว่าวิถีโคจรที่เป็นไปได้ส่วนใหญ่อย่างท่วมท้นในอินทิกรัลนี้จะหักล้างซึ่งกันและกันในขีดจำกัด (อย่างเป็นทางการสำหรับ ) สำหรับเส้นทางเกือบทุกเส้นทาง มีเส้นทางที่การเปลี่ยนเฟสจะตรงกันข้าม และจะรวมกันเป็นศูนย์ เฉพาะวิถีที่การกระทำใกล้กับค่าสูงสุด (สำหรับระบบส่วนใหญ่ - ต่ำสุด) จะไม่ลดลง นี่เป็นข้อเท็จจริงทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ จากทฤษฎีฟังก์ชันของตัวแปรเชิงซ้อน ตัวอย่างเช่น วิธีเฟสคงที่จะขึ้นอยู่กับวิธีนั้น
ผลก็คือ อนุภาคจะเคลื่อนที่ไปพร้อมๆ กันตามวิถีโคจรทั้งหมดตามข้อตกลงอย่างสมบูรณ์กับกฎกลศาสตร์ควอนตัม แต่ภายใต้สภาวะปกติ วิถีโคจรที่อยู่ใกล้กับการเคลื่อนที่ (นั่นคือ แบบคลาสสิก) เท่านั้นมีส่วนทำให้เกิดค่าที่สังเกตได้ เนื่องจากกลศาสตร์ควอนตัมแปลงร่างเป็นกลศาสตร์คลาสสิกด้วยขีดจำกัดของพลังงานสูง เราจึงสามารถสรุปได้ว่านี่คือ ที่มาทางกลควอนตัมของหลักการคลาสสิกของความคงที่ของการกระทำ.
ในทฤษฎีสนามควอนตัม
ในทฤษฎีสนามควอนตัม หลักการของการกระทำนิ่งก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน ความหนาแน่นลากรองจ์ที่นี่รวมตัวดำเนินการของสนามควอนตัมที่สอดคล้องกันด้วย แม้ว่ามันจะถูกต้องมากกว่าในสาระสำคัญ (ยกเว้นขีด จำกัด แบบคลาสสิกและกึ่งคลาสสิกบางส่วน) ที่จะไม่พูดเกี่ยวกับหลักการของความคงที่ของการกระทำ แต่เกี่ยวกับการบูรณาการไฟน์แมนตามวิถีในการกำหนดค่าหรือพื้นที่เฟสของฟิลด์เหล่านี้โดยใช้ ความหนาแน่นลากรองจ์ที่เพิ่งกล่าวถึง
ลักษณะทั่วไปเพิ่มเติม
ในวงกว้างยิ่งขึ้น การกระทำถูกเข้าใจว่าเป็นฟังก์ชันที่กำหนดการแมปจากพื้นที่การกำหนดค่าไปยังชุดของจำนวนจริง และโดยทั่วไป การกระทำนั้นไม่จำเป็นต้องเป็นอินทิกรัล เนื่องจากการกระทำที่ไม่ใช่ในพื้นที่นั้นเป็นไปได้ตามหลักการ อย่างน้อยที่สุด ในทางทฤษฎี นอกจากนี้ พื้นที่การกำหนดค่าไม่จำเป็นต้องเป็นพื้นที่ฟังก์ชัน เนื่องจากสามารถมีเรขาคณิตที่ไม่สับเปลี่ยนได้
หลักการของการกระทำน้อยที่สุด ซึ่งคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดยจาโคบี คล้ายคลึงกับหลักการของแฮมิลตัน แต่มีความทั่วไปน้อยกว่าและพิสูจน์ได้ยากกว่า หลักการนี้ใช้ได้เฉพาะในกรณีที่ฟังก์ชันการเชื่อมต่อและแรงไม่ขึ้นอยู่กับเวลาและเมื่อใด ดังนั้นจึงมีส่วนสำคัญของพลังชีวิต
อินทิกรัลนี้มีรูปแบบ:
หลักการของแฮมิลตันที่ระบุไว้ข้างต้นระบุว่าการแปรผันของอินทิกรัล
จะเท่ากับศูนย์เมื่อมีการเปลี่ยนผ่านของการเคลื่อนที่จริงไปเป็นการเคลื่อนที่ปิดอนันต์อื่นๆ ซึ่งจะถ่ายโอนระบบจากตำแหน่งเริ่มต้นเดียวกันไปยังตำแหน่งสุดท้ายเดียวกันในช่วงเวลาเดียวกัน
ในทางกลับกัน หลักการของจาโคบีเป็นการแสดงออกถึงคุณสมบัติของการเคลื่อนไหวที่ไม่ขึ้นอยู่กับเวลา Jacobi พิจารณาถึงส่วนสำคัญ
การกำหนดการกระทำ หลักการที่เขาตั้งขึ้นระบุว่าความแปรผันของอินทิกรัลนี้เป็นศูนย์เมื่อเราเปรียบเทียบการเคลื่อนที่ที่แท้จริงของระบบกับการเคลื่อนที่ในระยะใกล้อนันต์อื่นๆ ที่นำระบบจากตำแหน่งเริ่มต้นเดียวกันไปยังตำแหน่งสุดท้ายเดียวกัน ในกรณีนี้ เราไม่ได้ใส่ใจกับช่วงเวลาที่ใช้ แต่เราสังเกตสมการ (1) กล่าวคือ สมการกำลังคนที่มีค่าคงที่ h เท่ากันกับการเคลื่อนที่จริง
นี้ สภาพที่จำเป็นโดยทั่วไปแล้ว ตัวนำที่นำไปสู่จุดต่ำสุดของอินทิกรัล (2) จึงเป็นที่มาของชื่อหลักการของการกระทำที่น้อยที่สุด เงื่อนไขขั้นต่ำดูเหมือนจะเป็นธรรมชาติที่สุด เนื่องจากค่าของ T นั้นเป็นค่าบวก ดังนั้นอินทิกรัล (2) จึงต้องมีค่าต่ำสุดด้วย การมีอยู่ของค่าขั้นต่ำสามารถพิสูจน์ได้อย่างเข้มงวดหากเพียงช่วงเวลาน้อยพอ การพิสูจน์ตำแหน่งนี้สามารถพบได้ในหลักสูตรทฤษฎีพื้นผิวที่มีชื่อเสียงของ Darboux อย่างไรก็ตาม เราจะไม่นำเสนอสิ่งนี้ที่นี่ และจะจำกัดตัวเองให้อยู่ในภาวะนั้นเท่านั้น
432. การพิสูจน์หลักการของการกระทำน้อยที่สุด
ในการคำนวณจริง เราพบปัญหาอย่างหนึ่งที่ไม่มีอยู่ในการพิสูจน์ทฤษฎีบทของแฮมิลตัน ตัวแปร t จะไม่เป็นอิสระจากการเปลี่ยนแปลงอีกต่อไป ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของ q i และ q สัมพันธ์กับการแปรผันของ t ด้วยความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนซึ่งตามมาจากสมการ (1) วิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ไขปัญหานี้คือการเปลี่ยนตัวแปรอิสระโดยเลือกตัวแปรที่มีค่าอยู่ระหว่างขีดจำกัดคงที่ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับเวลา ให้ k เป็นตัวแปรอิสระตัวใหม่ โดยถือว่าลิมิตไม่ขึ้นอยู่กับ t เมื่อย้ายระบบ พารามิเตอร์และ t จะเป็นฟังก์ชันของตัวแปรนี้
ให้ตัวอักษรที่มีจำนวนเฉพาะ q แสดงถึงอนุพันธ์ของพารามิเตอร์ q เทียบกับเวลา
เนื่องจากการเชื่อมต่อตามสมมติฐานไม่ได้ขึ้นอยู่กับเวลา พิกัดคาร์ทีเซียน x, y, z จึงเป็นฟังก์ชันของ q ที่ไม่มีเวลา ดังนั้นอนุพันธ์ของพวกมันจะเป็นฟังก์ชันเอกพันธ์เชิงเส้นของ q และ 7 จะเป็นรูปแบบกำลังสองเอกพันธ์ของ q ซึ่งสัมประสิทธิ์เป็นฟังก์ชันของ q เรามี
เพื่อแยกแยะอนุพันธ์ของ q ตามเวลา เราแสดงโดยใช้วงเล็บ (q) อนุพันธ์ของ q ที่นำมาด้วยความเคารพและวางไว้ตามนี้
แล้วเราจะมี
และอินทิกรัล (2) ซึ่งแสดงผ่านตัวแปรอิสระ A ใหม่จะอยู่ในรูปแบบ
อนุพันธ์สามารถกำจัดออกได้โดยใช้ทฤษฎีบทพลังชีวิต แท้จริงแล้วกำลังคนที่สำคัญจะเป็นเช่นนั้น
แทนที่นิพจน์นี้ลงในสูตร เราจะลดอินทิกรัล (2) ลงในแบบฟอร์ม
การนิยามการกระทำแบบอินทิกรัลจึงเกิดขึ้นในรูปแบบสุดท้าย (3) ฟังก์ชันปริพันธ์คือ รากที่สองจากปริมาณในรูปกำลังสอง
มาแสดงกันเถอะ สมการเชิงอนุพันธ์ส่วนปลายของอินทิกรัล (3) ตรงกับสมการลากรองจ์ สมการของเอ็กซ์ตรีมตาม สูตรทั่วไปแคลคูลัสของการแปรผันจะเป็น:
ลองคูณสมการด้วย 2 และทำการหาอนุพันธ์บางส่วนโดยคำนึงถึงว่าไม่มี จากนั้นเราจะได้ถ้าเราไม่เขียนดัชนี
นี่คือสมการของเอ็กซ์ตรีมที่แสดงออกมาในรูปของตัวแปรอิสระ ภารกิจตอนนี้คือการกลับไปยังตัวแปรอิสระ
เนื่องจาก Γ เป็นฟังก์ชันเอกพันธ์ของดีกรี 2 ของ และเป็นฟังก์ชันเอกพันธ์ของดีกรี 1 เราจึงได้
ในทางกลับกัน ทฤษฎีบทพลังชีวิตสามารถประยุกต์ใช้กับปัจจัยของอนุพันธ์ในสมการสุดขั้ว ซึ่งนำไปสู่การทดแทนดังที่เราเห็นข้างต้น
จากการทดแทนทั้งหมด สมการของเอ็กซ์ตรีมจึงลดลงเหลืออยู่ในรูปแบบ
เรามาถึงสมการลากรองจ์แล้ว
433. กรณีที่ไม่มีแรงขับเคลื่อน
ในกรณีที่ แรงผลักดันไม่ มีสมการสำหรับกำลังคนและเรามี
เงื่อนไขสำหรับอินทิกรัลให้มีค่าน้อยที่สุดในกรณีนี้คือค่าที่สอดคล้องกันของ -10 จะต้องน้อยที่สุด ดังนั้นเมื่อไม่มีแรงขับเคลื่อน ในบรรดาการเคลื่อนไหวทั้งหมดที่พลังชีวิตคงอยู่นั้นคงอยู่ มูลค่าที่กำหนดการเคลื่อนที่ที่แท้จริงคือการเคลื่อนที่ของระบบจากตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้ายในเวลาอันสั้นที่สุด
ถ้าระบบลดลงเหลือจุดหนึ่งที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวที่อยู่นิ่ง การเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นจริงในบรรดาการเคลื่อนไหวทั้งหมดบนพื้นผิวซึ่งดำเนินการด้วยความเร็วเท่ากัน จะเป็นการเคลื่อนที่ที่จุดเคลื่อนที่จากตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้ายใน สั้นที่สุด
ระยะเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง จุดหนึ่งอธิบายบนพื้นผิวถึงเส้นที่สั้นที่สุดระหว่างตำแหน่งสองตำแหน่ง นั่นคือ เส้น geodesic
434 หมายเหตุ
หลักการของการกระทำน้อยที่สุดถือว่าระบบมีระดับความเป็นอิสระหลายระดับ เนื่องจากหากมีระดับความอิสระเพียงระดับเดียว สมการเดียวก็เพียงพอที่จะกำหนดการเคลื่อนที่ได้ เนื่องจากการเคลื่อนไหวในกรณีนี้สามารถถูกกำหนดโดยสมการของพลังชีวิตได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นการเคลื่อนไหวที่แท้จริงจะเป็นการเคลื่อนไหวเดียวที่เป็นไปตามสมการนี้ และดังนั้นจึงไม่สามารถเปรียบเทียบกับการเคลื่อนไหวอื่น ๆ ได้
2.2. หลักการของการกระทำน้อยที่สุด
ในศตวรรษที่ 18 การสะสมและการจัดระบบผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์เพิ่มเติมเกิดขึ้น โดยมีแนวโน้มที่จะรวมความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ของแต่ละบุคคลให้เป็นภาพของโลกที่มีระเบียบและสอดคล้องกันอย่างเคร่งครัด ผ่านการประยุกต์วิธีการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์อย่างเป็นระบบในการศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพ งานของจิตใจที่ชาญฉลาดมากมายในทิศทางนี้นำไปสู่การสร้างทฤษฎีพื้นฐานของโปรแกรมการวิจัยเชิงกลไก - กลศาสตร์การวิเคราะห์บนพื้นฐานของบทบัญญัติที่สร้างทฤษฎีพื้นฐานต่างๆ ที่อธิบายองค์ประกอบเฉพาะประเภทหนึ่ง
ปรากฏการณ์ทางทฤษฎี: อุทกพลศาสตร์, ทฤษฎีความยืดหยุ่น, อากาศพลศาสตร์ ฯลฯ ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของกลศาสตร์วิเคราะห์คือหลักการของการกระทำน้อยที่สุด (หลักการแปรผัน) ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นในฟิสิกส์ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 .
รากเหง้าของการเกิดขึ้นของหลักการที่หลากหลายในทางวิทยาศาสตร์ย้อนกลับไปที่ กรีกโบราณและมีความเกี่ยวข้องกับชื่อของฮีโร่จากอเล็กซานเดรีย แนวคิดของหลักการแปรผันใด ๆ คือการเปลี่ยนแปลง (เปลี่ยนแปลง) ค่าบางอย่างที่แสดงถึงลักษณะของกระบวนการที่กำหนดและเพื่อเลือกจากกระบวนการที่เป็นไปได้ทั้งหมดซึ่งค่านี้ใช้ค่าสูงสุด (สูงสุดหรือต่ำสุด) นกกระสาพยายามอธิบายกฎการสะท้อนแสงโดยเปลี่ยนค่าตามความยาวของเส้นทางที่รังสีแสงเดินทางจากแหล่งกำเนิดไปยังผู้สังเกตเมื่อสะท้อนจากกระจก เขาสรุปได้ว่าในบรรดาเส้นทางที่เป็นไปได้ทั้งหมด รังสีของแสงจะเลือกเส้นทางที่สั้นที่สุด (จากทางเรขาคณิตที่เป็นไปได้ทั้งหมด)
ในศตวรรษที่ 17 สองพันปีต่อมา Fermat นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ดึงความสนใจไปที่หลักการของ Heron และขยายไปยังสื่อที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างๆ และปรับรูปแบบใหม่ในแง่ของเวลา หลักการของแฟร์มาต์ระบุไว้: ในตัวกลางหักเหซึ่งคุณสมบัติไม่ขึ้นอยู่กับเวลา รังสีแสงที่ผ่านจุดสองจุดจะเลือกเส้นทางที่เวลาที่ต้องใช้ในการเดินทางจากจุดแรกไปยังจุดที่สองนั้นน้อยมาก หลักการของนกกระสากลายเป็นกรณีพิเศษของหลักการของแฟร์มาต์สำหรับสื่อที่มีดัชนีการหักเหของแสงคงที่
หลักการของแฟร์มาต์ดึงดูดความสนใจอย่างใกล้ชิดจากคนรุ่นราวคราวเดียวกัน ในด้านหนึ่ง เป็นพยานในวิธีที่ดีที่สุดเท่าที่เป็นไปได้สำหรับ "หลักการของเศรษฐกิจ" ในธรรมชาติ แผนอันศักดิ์สิทธิ์ที่มีเหตุผลซึ่งเกิดขึ้นจริงในโครงสร้างของโลก ในทางกลับกัน มันขัดแย้งกับทฤษฎีเกี่ยวกับแสงของนิวตัน จากข้อมูลของนิวตัน ปรากฎว่าในตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูง ความเร็วแสงควรจะมากกว่า ในขณะที่ตามหลักการของแฟร์มาต์ เป็นไปตามที่ว่าในตัวกลางดังกล่าว ความเร็วแสงจะน้อยลง
ในปี ค.ศ. 1740 นักคณิตศาสตร์ ปิแอร์ หลุยส์ มอโร เดอ โมเปอร์ตุยส์ วิเคราะห์หลักการของแฟร์มาต์อย่างมีวิจารณญาณและปฏิบัติตามหลักการทางเทววิทยา
แรงจูงใจเชิงตรรกะเกี่ยวกับความสมบูรณ์แบบและโครงสร้างที่ประหยัดที่สุดของจักรวาลได้ประกาศหลักการของการดำเนินการน้อยที่สุดในงานของเขาว่า "เกี่ยวกับกฎต่างๆ ของธรรมชาติที่ดูเข้ากันไม่ได้" Maupertuis ละทิ้งเวลาน้อยที่สุดของ Fermat และนำเสนอแนวคิดใหม่ - การดำเนินการ การกระทำจะเท่ากับผลคูณของโมเมนตัมของร่างกาย (จำนวนการเคลื่อนไหว P = mV) และเส้นทางที่ร่างกายเดินทาง เวลาไม่มีข้อได้เปรียบเหนืออวกาศหรือในทางกลับกัน ดังนั้น แสงไม่ได้เลือกเส้นทางที่สั้นที่สุดและไม่ใช่เวลาที่สั้นที่สุดในการเดินทาง แต่ตามข้อมูลของ Maupertuis “เลือกเส้นทางที่ให้เศรษฐกิจที่แท้จริงมากที่สุด เส้นทางที่ไปตามนั้นคือเส้นทางที่ขนาดของการกระทำ น้อยที่สุด” หลักการของการกระทำน้อยที่สุดได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในงานของออยเลอร์และลากรองจ์ มันเป็นพื้นฐานที่ลากรองจ์ได้พัฒนาสาขาใหม่ของการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ - แคลคูลัสของการแปรผัน หลักการนี้ได้รับการสรุปเพิ่มเติมและรูปแบบที่สมบูรณ์ในงานของแฮมิลตัน ในรูปแบบทั่วไป หลักการของการกระทำน้อยที่สุดใช้แนวคิดของการกระทำที่ไม่แสดงออกผ่านแรงกระตุ้น แต่ผ่านฟังก์ชันลากรองจ์ สำหรับกรณีอนุภาคตัวหนึ่งเคลื่อนที่ในสนามศักย์ไฟฟ้าบางสนาม ฟังก์ชันลากรองจ์สามารถแสดงเป็นผลต่างในจลน์ศาสตร์ได้ และพลังงานศักย์:
(แนวคิดเรื่อง "พลังงาน" มีรายละเอียดอธิบายไว้ในบทที่ 3 ของหัวข้อนี้)
สินค้านี้เรียกว่าการกระทำเบื้องต้น การกระทำทั้งหมดคือผลรวมของค่าทั้งหมดตลอดช่วงเวลาที่พิจารณา กล่าวคือ การกระทำทั้งหมด A:
สมการการเคลื่อนที่ของอนุภาคสามารถรับได้โดยใช้หลักการของการกระทำน้อยที่สุด ซึ่งการเคลื่อนที่ที่แท้จริงเกิดขึ้นในลักษณะที่การกระทำนั้นรุนแรงมาก นั่นคือ ความแปรผันของมันจะเป็น 0:
หลักการแปรผันของลากรองจ์-แฮมิลตันช่วยให้สามารถขยายไปยังระบบที่ประกอบด้วย non-
กี่อนุภาค (กี่) การเคลื่อนที่ของระบบดังกล่าวมักจะถูกพิจารณาในพื้นที่นามธรรม (เทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่สะดวก) ของมิติจำนวนมาก สมมติว่าสำหรับจุด N จะมีการใช้สเปซนามธรรมของพิกัด 3N ของอนุภาค N ทำให้เกิดระบบที่เรียกว่าพื้นที่การกำหนดค่า ลำดับของสถานะต่างๆ ของระบบจะแสดงเป็นเส้นโค้งในพื้นที่การกำหนดค่านี้ - วิถี เมื่อพิจารณาเส้นทางที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่เชื่อมต่อจุดสองจุดที่กำหนดของพื้นที่มิติ 3N นี้ เราสามารถมั่นใจได้ว่าการเคลื่อนไหวที่แท้จริงของระบบเกิดขึ้นตามหลักการของการกระทำน้อยที่สุด: ในบรรดาวิถีที่เป็นไปได้ทั้งหมด ซึ่งเป็นเส้นทางที่การกระทำนั้นสุดขั้ว ตลอดช่วงเวลาของการเคลื่อนไหวทั้งหมด
เมื่อลดการกระทำในกลศาสตร์คลาสสิกให้เหลือน้อยที่สุด จะได้สมการออยเลอร์-ลากรองจ์ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีถึงความเชื่อมโยงกับกฎของนิวตัน สมการออยเลอร์-ลากรองจ์สำหรับลากรองจ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมกลายเป็นสมการของแมกซ์เวลล์ ดังนั้นเราจะเห็นว่าการใช้ลากรองจ์และหลักการของการกระทำน้อยที่สุดทำให้เราสามารถระบุไดนามิกของอนุภาคได้ อย่างไรก็ตาม ลากรองจ์มีคุณลักษณะที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ซึ่งทำให้ลัทธิพิธีการลากรองจ์เป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหาเกือบทั้งหมดของฟิสิกส์สมัยใหม่ ความจริงก็คือว่า กฎการอนุรักษ์สำหรับบางคนได้ถูกกำหนดขึ้นในวิชาฟิสิกส์แล้วในศตวรรษที่ 19 พร้อมด้วยกลศาสตร์ของนิวตัน ปริมาณทางกายภาพ: กฎการอนุรักษ์พลังงาน กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า จำนวนกฎหมายอนุรักษ์ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาฟิสิกส์ควอนตัมและฟิสิกส์ อนุภาคมูลฐานในศตวรรษของเราก็ยิ่งยิ่งใหญ่ขึ้น คำถามเกิดขึ้นว่าจะค้นหาพื้นฐานร่วมในการเขียนทั้งสมการการเคลื่อนที่ (เช่น กฎของนิวตันหรือสมการของแมกซ์เวลล์) และปริมาณที่คงอยู่เมื่อเวลาผ่านไปได้อย่างไร ปรากฎว่าพื้นฐานดังกล่าวคือการใช้รูปแบบลากรองจ์ เนื่องจากลากรองจ์ของทฤษฎีเฉพาะกลายเป็นค่าคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลง) เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกับพื้นที่นามธรรมเฉพาะที่พิจารณาในทฤษฎีนี้ ซึ่งส่งผลให้เกิดกฎการอนุรักษ์ ลักษณะลากรองจ์เหล่านี้
ไม่ได้นำไปสู่ความสะดวกในการกำหนดทฤษฎีกายภาพในภาษาลากรองจ์ ความตระหนักรู้เกี่ยวกับเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในวิชาฟิสิกส์เนื่องจากการเกิดขึ้นของทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์
" |
YouTube สารานุกรม
-
1 / 5
การวิจัยทางคณิตศาสตร์และการพัฒนาหลักการของแฟร์มาต์ดำเนินการโดย Christiaan Huygens หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดแห่งศตวรรษที่ 17 ก็อภิปรายหัวข้อนี้อย่างแข็งขัน ไลบ์นิซได้นำแนวคิดพื้นฐานของการกระทำมาสู่ฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1669 ว่า “การกระทำที่เป็นทางการของการเคลื่อนที่นั้นเป็นสัดส่วน ... กับผลคูณของปริมาณสสาร ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ และความเร็ว”
ควบคู่ไปกับการวิเคราะห์พื้นฐานของกลศาสตร์ได้มีการพัฒนาวิธีการแก้ไขปัญหาที่หลากหลาย ไอแซก นิวตันใน “Mathematical Principles of Natural Philosophy” (1687) ได้วางและแก้ไขปัญหาการแปรผันข้อแรก นั่นคือ การค้นหารูปแบบของวัตถุที่หมุนรอบตัวซึ่งเคลื่อนที่ในตัวกลางต้านทานไปตามแกนของมัน ซึ่งความต้านทานจะประสบน้อยที่สุด เกือบจะพร้อมกัน ปัญหาการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ปรากฏขึ้น: ปัญหาของ brachistochrone (1696) รูปแบบของสายโซ่ ฯลฯ
เหตุการณ์แตกหักเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1744 Leonhard Euler ตีพิมพ์ครั้งแรก งานทั่วไปเกี่ยวกับแคลคูลัสของการแปรผัน (“วิธีการหาเส้นโค้งที่มีคุณสมบัติสูงสุดหรือต่ำสุด”) และปิแอร์-หลุยส์ เดอ โมแปร์ตุยส์ในบทความของเขาเรื่อง “การคืนดีของกฎธรรมชาติต่างๆ ที่เมื่อก่อนดูเหมือนจะเข้ากันไม่ได้” ให้สูตรแรกของ หลักการของการกระทำน้อยที่สุด: “เส้นทางที่ตามด้วยแสง เป็นเส้นทางที่ปริมาณของการกระทำจะน้อยที่สุด” เขาแสดงให้เห็นถึงการปฏิบัติตามกฎนี้ทั้งในการสะท้อนและการหักเหของแสง เพื่อตอบสนองต่อบทความของมอเพอร์ทุยส์ ออยเลอร์ได้ตีพิมพ์ผลงาน (ในปีเดียวกัน ค.ศ. 1744) เรื่อง "การกำหนดการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ถูกโยนในตัวกลางที่ไม่ต้านทานโดยวิธีแม็กซิมาและมินิมา" และในงานนี้เขาได้มอบให้กับมอเพอร์ทุยส์ หลักการ ลักษณะทางกลทั่วไป: “เนื่องจากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดเป็นไปตามกฎบางประการ ถ้ามีกฎสูงสุดหรือต่ำสุด ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสำหรับเส้นโค้งที่อธิบายวัตถุที่ถูกโยน เมื่อมีแรงใดๆ กระทำต่อสิ่งเหล่านั้น จะมีคุณสมบัติบางประการของ สูงสุดหรือต่ำสุด ออยเลอร์ได้กำหนดกฎนี้เพิ่มเติม: วิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุบรรลุผลขั้นต่ำ ∫ m v d s (\displaystyle \int mv\ ds)- จากนั้นเขาก็ประยุกต์ใช้มัน โดยได้กฎการเคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วงสม่ำเสมอและในกรณีอื่นๆ อีกหลายกรณี
ในปี ค.ศ. 1746 โมเปอร์ทุยส์ งานใหม่เห็นด้วยกับความเห็นของออยเลอร์และประกาศหลักการของเขาแบบทั่วไปที่สุด: “เมื่อการเปลี่ยนแปลงบางอย่างเกิดขึ้นในธรรมชาติ ปริมาณการดำเนินการที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงนี้จะน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ปริมาณของการกระทำเป็นผลคูณของมวลของวัตถุด้วยความเร็วและระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่” ในการอภิปรายกว้างๆ ที่ตามมา ออยเลอร์สนับสนุนลำดับความสำคัญของมอเพอร์ทุยส์ และโต้แย้งถึงธรรมชาติที่เป็นสากลของกฎหมายใหม่: “พลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์ทั้งหมดสามารถเปิดเผยได้อย่างง่ายดายอย่างน่าทึ่งผ่านวิธีการสูงสุดและต่ำสุดเพียงอย่างเดียว”
ขั้นใหม่เริ่มต้นขึ้นในปี 1760-1761 เมื่อโจเซฟ Louis Lagrange แนะนำแนวคิดที่เข้มงวดเกี่ยวกับการแปรผันของฟังก์ชันและให้แคลคูลัสของการแปรผัน ดูทันสมัยและขยายหลักการของการดำเนินการน้อยที่สุดไปยังระบบกลไกตามอำเภอใจ (นั่นคือ ไม่เพียงแต่ทำให้จุดวัสดุเป็นอิสระเท่านั้น) นี่เป็นจุดเริ่มต้นของกลศาสตร์การวิเคราะห์ การวางนัยทั่วไปเพิ่มเติมของหลักการนี้ดำเนินการโดยคาร์ล กุสตาฟ เจค็อบ จาโคบีในปี พ.ศ. 2380 โดยเขาพิจารณาปัญหาในเชิงเรขาคณิต โดยเป็นการค้นหาส่วนปลายสุดของปัญหาการแปรผันในพื้นที่โครงแบบด้วยหน่วยเมตริกที่ไม่ใช่แบบยุคลิด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Jacobi ชี้ให้เห็นว่าในกรณีที่ไม่มีแรงภายนอก วิถีของระบบจะแสดงเส้น geodesic ในพื้นที่การกำหนดค่า
แนวทางของแฮมิลตันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นสากลและมีประสิทธิภาพสูงใน แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ฟิสิกส์ โดยเฉพาะกลศาสตร์ควอนตัม พลังการเรียนรู้ของมันได้รับการยืนยันในการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เมื่อเดวิด ฮิลเบิร์ตใช้หลักการของแฮมิลตันในการหาสมการสุดท้ายของสนามโน้มถ่วง (1915)
ในกลศาสตร์คลาสสิก
หลักการของการกระทำน้อยที่สุดทำหน้าที่เป็นพื้นฐานและเป็นพื้นฐานมาตรฐานของสูตรกลศาสตร์ลากรองจ์และแฮมิลตัน
ก่อนอื่นเรามาดูการก่อสร้างดังนี้: กลศาสตร์ลากรองจ์- จากตัวอย่างของระบบทางกายภาพที่มีระดับความเป็นอิสระหนึ่งระดับ ให้เราระลึกว่าการกระทำนั้นเป็นการทำงานที่เกี่ยวข้องกับพิกัด (ทั่วไป) (ในกรณีของระดับความอิสระหนึ่งระดับ - หนึ่งพิกัด) นั่นคือมันแสดงออกผ่าน q (t) (\displaystyle q(t))ดังนั้นทุกตัวแปรที่เป็นไปได้ของฟังก์ชัน q (t) (\displaystyle q(t))มีการเปรียบเทียบจำนวนหนึ่ง - การกระทำ (ในแง่นี้เราสามารถพูดได้ว่าการกระทำในฐานะหน้าที่เป็นกฎที่อนุญาตให้มีฟังก์ชันที่กำหนด q (t) (\displaystyle q(t))คำนวณจำนวนที่เฉพาะเจาะจงมาก - เรียกอีกอย่างว่าการกระทำ) การกระทำดูเหมือนว่า:
S [ q ] = ∫ L (q (t) , q ˙ (t) , t) d t , (\displaystyle S[q]=\int (\mathcal (L))(q(t),(\dot ( ฏ))(t),t)dt,)
ที่ไหน L (q (t) , q ˙ (t) , t) (\displaystyle (\mathcal (L))(q(t),(\dot (q))(t),t))คือลากรองจ์ของระบบ ขึ้นอยู่กับพิกัดทั่วไป คิว (\displaystyle q)อนุพันธ์อันดับแรกเมื่อเทียบกับเวลา q ˙ (\displaystyle (\dot (q)))และอาจชัดเจนจากเวลาด้วย เสื้อ (\displaystyle เสื้อ)- หากระบบมีระดับความเป็นอิสระมากขึ้น n (\displaystyle n)ดังนั้นลากรองจ์จะขึ้นอยู่กับพิกัดทั่วไปจำนวนมากกว่า q i (t) , i = 1 , 2 , … , n (\displaystyle q_(i)(t),\ i=1,2,\dots ,n)และอนุพันธ์ครั้งแรก ดังนั้นการกระทำจึงเป็นฟังก์ชันสเกลาร์ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ของร่างกาย
ความจริงที่ว่าการกระทำนั้นเป็นสเกลาร์ทำให้ง่ายต่อการเขียนในพิกัดทั่วไปใด ๆ สิ่งสำคัญคือตำแหน่ง (การกำหนดค่า) ของระบบนั้นมีลักษณะที่ชัดเจนอย่างชัดเจน (ตัวอย่างเช่นแทนที่จะเป็นพิกัดคาร์ทีเซียน สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นขั้วได้ พิกัด ระยะห่างระหว่างจุดของระบบ มุมหรือฟังก์ชัน ฯลฯ .ง.)
การกระทำสามารถคำนวณได้สำหรับวิถีโคจรตามอำเภอใจโดยสมบูรณ์ q (t) (\displaystyle q(t))ไม่ว่ามันจะ “ดุร้าย” และ “ผิดธรรมชาติ” แค่ไหนก็ตาม อย่างไรก็ตาม ในกลศาสตร์คลาสสิก ในบรรดาวิถีที่เป็นไปได้ทั้งหมด มีเพียงวิถีเดียวเท่านั้นที่ร่างกายจะไปได้จริง หลักการกระทำนิ่งให้คำตอบสำหรับคำถามว่าร่างกายจะเคลื่อนไหวอย่างไร:
ซึ่งหมายความว่าหากให้ลากรองจ์ของระบบ จากนั้นใช้แคลคูลัสของการแปรผัน เราจะสามารถระบุได้อย่างชัดเจนว่าร่างกายจะเคลื่อนไหวอย่างไร โดยขั้นแรกได้สมการการเคลื่อนที่ - สมการออยเลอร์-ลากรองจ์ แล้วจึงแก้สมการเหล่านั้น สิ่งนี้ช่วยให้ไม่เพียงแต่สรุปการกำหนดสูตรของกลศาสตร์อย่างจริงจังเท่านั้น แต่ยังสามารถเลือกพิกัดที่สะดวกที่สุดสำหรับปัญหาเฉพาะแต่ละข้อ ไม่จำกัดเพียงพิกัดคาร์ทีเซียน ซึ่งจะมีประโยชน์มากในการรับสมการที่ง่ายและแก้ไขได้ง่ายที่สุด
S [ p , q ] = ∫ (∑ i p i d q i − H (q , p , t) d t) = ∫ (∑ i p i q ˙ i − H (q , p , t)) d t , (\displaystyle S=\int (\ ใหญ่ ()\sum _(i)p_(i)dq_(i)-(\mathcal (H))(q,p,t)dt(\big))=\int (\big ()\sum _( i)p_(i)(\dot (q))_(i)-(\mathcal (H))(q,p,t)(\big))dt,)
ที่ไหน H (q , p , t) ≡ H (q 1 , q 2 , … , q N , p 1 , p 2 , … , p N , t) (\displaystyle (\mathcal (H))(q,p, t)\equiv (\mathcal (H))(q_(1),q_(2),\dots ,q_(N),p_(1),p_(2),\dots ,p_(N),t) )- ฟังก์ชั่นแฮมิลตันของระบบนี้ q ≡ q 1 , q 2 , … , q N (\displaystyle q\equiv q_(1),q_(2),\dots ,q_(N))- (ทั่วไป) พิกัด p ≡ p 1 , p 2 , … , p N (\displaystyle p\equiv p_(1),p_(2),\dots ,p_(N))- แรงกระตุ้น (ทั่วไป) ผันเข้าหามัน ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะแสดงลักษณะเฉพาะของสถานะไดนามิกของระบบในแต่ละช่วงเวลา และแต่ละอันเป็นฟังก์ชันของเวลา ดังนั้น จึงแสดงลักษณะพิเศษของวิวัฒนาการ (การเคลื่อนไหว) ของระบบ ในกรณีนี้ เพื่อให้ได้สมการการเคลื่อนที่ของระบบในรูปแบบของสมการบัญญัติของแฮมิลตัน จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงการกระทำที่เขียนในลักษณะนี้โดยอิสระสำหรับทุกคน q ฉัน (\displaystyle q_(i))และ พี ฉัน (\displaystyle p_(i)).
ควรสังเกตว่าหากจากเงื่อนไขของปัญหาโดยหลักการแล้วสามารถค้นหากฎการเคลื่อนที่ได้ก็จะเป็นไปโดยอัตโนมัติ ไม่หมายความว่า เป็นไปได้ที่จะสร้างฟังก์ชันที่รับค่าคงที่ระหว่างการเคลื่อนที่จริง ตัวอย่างคือการเคลื่อนที่ร่วมกันของประจุไฟฟ้าและโมโนโพล (ประจุแม่เหล็ก) ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สมการการเคลื่อนที่ไม่สามารถหาได้จากหลักการของการกระทำที่อยู่นิ่ง ในทำนองเดียวกัน ระบบแฮมิลตันบางระบบมีสมการการเคลื่อนที่ที่ไม่สามารถหาได้จากหลักการนี้
ตัวอย่าง
ตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ช่วยในการประเมินการใช้หลักการทำงานผ่านสมการออยเลอร์-ลากรองจ์ อนุภาคอิสระ (มวล มและความเร็ว โวลต์) ในปริภูมิแบบยุคลิดเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง เมื่อใช้สมการออยเลอร์-ลากรองจ์ สามารถแสดงเป็นพิกัดเชิงขั้วได้ดังนี้ ในกรณีที่ไม่มีศักย์ไฟฟ้า ฟังก์ชันลากรองจ์จะเท่ากับพลังงานจลน์เท่านั้น
1 2 m v 2 = 1 2 m (x ˙ 2 + y ˙ 2) (\displaystyle (\frac (1)(2))mv^(2)=(\frac (1)(2))m\left( (\จุด (x))^(2)+(\จุด (y))^(2)\right)) ψ = ∫ [D x ] อี (i S [ x ] / ℏ) .(\displaystyle \psi =\int e^(((iS[x])/(\hbar )))\,.) ที่นี่∫ [ D x ] (\displaystyle \int ) เป็นสัญกรณ์แบบมีเงื่อนไขสำหรับการอินทิเกรตฟังก์ชันหลายฟังก์ชันอย่างไม่สิ้นสุดบนวิถีทั้งหมด x(t) และℏ (\displaystyle \hbar )
- ค่าคงตัวของพลังค์ ให้เราเน้นย้ำว่าตามหลักการแล้ว การกระทำในรูปเลขชี้กำลังจะปรากฏขึ้น (หรือสามารถปรากฏได้) เองเมื่อศึกษาตัวดำเนินการวิวัฒนาการในกลศาสตร์ควอนตัม แต่สำหรับระบบที่มีอะนาล็อกแบบคลาสสิก (ไม่ใช่ควอนตัม) ที่แน่นอน มันจะเท่ากับ การกระทำแบบคลาสสิกตามปกติ การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของนิพจน์นี้ในขีดจำกัดแบบคลาสสิก - สำหรับขนาดใหญ่เพียงพอ S / ℏ (\รูปแบบการแสดงผล S/\hbar ) กล่าวคือ ด้วยการแกว่งของเลขชี้กำลังจินตภาพอย่างรวดเร็ว - แสดงให้เห็นว่าวิถีโคจรที่เป็นไปได้ส่วนใหญ่อย่างท่วมท้นในอินทิกรัลนี้หักล้างกันในขีดจำกัด (อย่างเป็นทางการที่ S / ℏ → ∞ (\displaystyle S/\hbar \rightarrow \infty )
- สำหรับเส้นทางเกือบทุกเส้นทาง มีเส้นทางที่การเปลี่ยนเฟสจะตรงกันข้าม และจะรวมกันเป็นศูนย์ เฉพาะวิถีที่การกระทำใกล้กับค่าสูงสุด (สำหรับระบบส่วนใหญ่ - ต่ำสุด) จะไม่ลดลง นี่เป็นข้อเท็จจริงทางคณิตศาสตร์ล้วนๆจาก
กรมกล่าวว่า หนึ่งในหลักการแปรผันของกลศาสตร์สำหรับประเภทของการเคลื่อนไหวทางกลที่กำหนดเมื่อเปรียบเทียบกัน ระบบที่ถูกต้องคือสิ่งที่ทางกายภาพ ขนาดเรียกว่า การกระทำมีค่าน้อยที่สุด (คงที่มากขึ้น) โดยปกติแล้ว N.d. จะใช้ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง
ก) N. d. p. ในรูปแบบของแฮมิลตัน - ออสโตรกราดสกีกำหนดว่าในบรรดาการเคลื่อนไหวที่เป็นไปได้เชิงจลนศาสตร์ของระบบจากการกำหนดค่าหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง (ใกล้กับครั้งแรก) ที่สำเร็จในช่วงเวลาเดียวกันนั้นการเคลื่อนไหวที่ถูกต้องคือการเคลื่อนไหวที่ การกระทำของแฮมิลตัน S จะเล็กที่สุด คณิตศาสตร์. การแสดงออกของ N. d.p. ในกรณีนี้มีรูปแบบ: dS = 0 โดยที่ d เป็นสัญลักษณ์ของการแปรผันที่ไม่สมบูรณ์ (แบบไอโซโครนัส) (กล่าวคือ เวลาไม่แปรผันเหมือนกับการแปรผันที่สมบูรณ์)
b) N. d. p. ในรูปแบบของ Maupertuis - Lagrange กำหนดว่าในบรรดาการเคลื่อนไหวที่เป็นไปได้เชิงจลน์ทั้งหมดของระบบจากการกำหนดค่าหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งที่ใกล้เคียงกันนั้นดำเนินการในขณะที่ยังคงรักษาค่าเดียวกันของพลังงานทั้งหมดของระบบซึ่งเป็นค่าที่ถูกต้อง คืออันที่ - ดังนั้นการกระทำลากรองจ์ W จะเล็กที่สุด คณิตศาสตร์. การแสดงออกของ N.d.p. ในกรณีนี้จะมีรูปแบบ DW = 0 โดยที่ D เป็นสัญลักษณ์ของการแปรผันทั้งหมด (ไม่เหมือนกับหลักการของแฮมิลตัน-ออสโตรกราดสกี ในที่นี้ไม่เพียงแต่พิกัดและความเร็วจะแปรผันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเวลาการเคลื่อนที่ของ ระบบจากการกำหนดค่าหนึ่งไปยังอีกการกำหนดค่าหนึ่ง) เอ็น.ดี.พี.วี. ในกรณีนี้ ใช้ได้กับระบบอนุรักษ์นิยมเท่านั้น และยิ่งไปกว่านั้นคือระบบโฮโลโนมิก ในขณะที่ในกรณีแรก หลักการที่ไม่อนุรักษ์นิยมนั้นมีความทั่วไปมากกว่า และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถขยายไปยังระบบที่ไม่อนุรักษ์นิยมได้ N.D.P. ใช้ในการรวบรวมสมการของการเคลื่อนที่ทางกล ระบบและเพื่อศึกษาหลักการทั่วไปของการเคลื่อนไหวเหล่านี้ ด้วยการสรุปแนวคิดที่เหมาะสม NDP จะค้นหาการใช้งานในกลศาสตร์ของตัวกลางต่อเนื่อง ในไฟฟ้าไดนามิกส์ และควอนตัม กลศาสตร์ ฯลฯ
- - เช่นเดียวกับ...
สารานุกรมกายภาพ
- - m-operator ตัวดำเนินการย่อเล็กสุด และ - ทางการสร้างฟังก์ชันใหม่จากฟังก์ชันอื่นประกอบด้วยดังนี้...
สารานุกรมคณิตศาสตร์
- - หนึ่งในหลักการแปรผันของกลศาสตร์ซึ่งสำหรับการเคลื่อนไหวทางกลในระดับที่กำหนดเมื่อเปรียบเทียบกัน ระบบจะดำเนินการซึ่งการดำเนินการน้อยที่สุด...
วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ พจนานุกรมสารานุกรม
- - หนึ่งในกฎกลศาสตร์ที่สำคัญที่สุดซึ่งก่อตั้งโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย M.V. ออสโตรกราดสกี้...
สารานุกรมรัสเซีย
-
พจนานุกรมคำศัพท์ทางกฎหมาย
- - ในกฎหมายรัฐธรรมนูญของหลายรัฐหลักการตามหลักการและบรรทัดฐานที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป กฎหมายระหว่างประเทศเป็น ส่วนสำคัญระบบกฎหมายของประเทศนั้นๆ...
สารานุกรมทนายความ
- - ในกฎหมายรัฐธรรมนูญของหลายรัฐ หลักการตามบรรทัดฐานของกฎหมายระหว่างประเทศที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเป็นส่วนสำคัญของระบบกฎหมายแห่งชาติ...
ใหญ่ พจนานุกรมกฎหมาย
- - ระยะทางที่สั้นที่สุดจากศูนย์กลางของประจุระเบิดไปยังพื้นผิวอิสระ - เส้นบนแนวต้าน nai-malkoto - křivka nejmenšího odporu - Line der geringsten Festigkeit - Robbantás minimális ellenállási tengelyvonala - hamgiyn baga...
พจนานุกรมการก่อสร้าง
- - หากสามารถขยับจุดของร่างกายที่เปลี่ยนรูปไปในทิศทางต่างๆ ได้ แต่ละจุดของร่างกายนี้จะเคลื่อนไปในทิศทางที่มีแรงต้านน้อยที่สุด...
พจนานุกรมสารานุกรมโลหะวิทยา
- - กฎที่โดยปกติแล้วสินค้าคงคลังที่มีอยู่จะถูกตีราคาด้วยต้นทุนต่ำสุดหรือราคาขายต่ำสุด...
พจนานุกรมคำศัพท์ทางธุรกิจ
- - ในกฎหมายรัฐธรรมนูญของหลายรัฐ - หลักการตามหลักการและบรรทัดฐานของกฎหมายระหว่างประเทศที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเป็นส่วนสำคัญของระบบกฎหมายของรัฐที่เกี่ยวข้องและดำเนินการ...
พจนานุกรมสารานุกรมเศรษฐศาสตร์และกฎหมาย
- - หนึ่งในหลักการแปรผันของกลศาสตร์ ซึ่งสำหรับระดับการเคลื่อนไหวของระบบกลไกที่กำหนดเมื่อเปรียบเทียบกัน กลไกที่ถูกต้องคือจำนวนทางกายภาพสำหรับ...
- - เช่นเดียวกับหลักการของเกาส์...
สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต
- - หนึ่งในหลักการแปรผันของกลศาสตร์ เช่นเดียวกับหลักการของการกระทำน้อยที่สุด...
สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต
- - หนึ่งในหลักการแปรผันของกลศาสตร์ ซึ่งสำหรับระดับการเคลื่อนไหวของระบบกลไกที่กำหนดเมื่อเปรียบเทียบกับกัน ซึ่งเป็นระดับที่มีการกระทำน้อยที่สุด...
ใหญ่ พจนานุกรมสารานุกรม
- - หนังสือ เลือกมากที่สุด วิธีง่ายๆการกระทำ การหลีกเลี่ยงอุปสรรค การหลีกเลี่ยงความยากลำบาก...
พจนานุกรมวลีของภาษาวรรณกรรมรัสเซีย
"หลักการที่มีคุณค่าน้อยที่สุด" ในหนังสือ
2.5.1. หลักการทำงานของอุปกรณ์
จากหนังสือ Entertaining Electronics [สารานุกรมแหวกแนวของวงจรที่มีประโยชน์] ผู้เขียน คาชคารอฟ อังเดร เปโตรวิช2.5.1. หลักการทำงานของอุปกรณ์ หลักการทำงานของอุปกรณ์นั้นเรียบง่าย เมื่อฟลักซ์ส่องสว่างที่ปล่อยออกมาจาก LED HL1 สะท้อนจากวัตถุและกระทบกับเครื่องตรวจจับแสงหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานกับ 2 ไมโครวงจร - ตัวเปรียบเทียบ KR1401SA1 และตัวจับเวลา KR1006VI1 จะสร้าง
หลักการทำงานของเทราฟิม
จากหนังสือความรู้ลับ ทฤษฎีและการปฏิบัติของอัคนีโยคะ ผู้เขียน โรริช เอเลนา อิวานอฟนาหลักการทำงานของเทราฟิม 02.24.39 คุณรู้ว่าการรับรู้และการเป็นตัวแทนของวัตถุใด ๆ ทำให้เราใกล้ชิดยิ่งขึ้น ดังที่คุณทราบ ชั้นพลังจิตของวัตถุสามารถถ่ายโอนไปยังเทราฟิมของมันได้ เทราฟิมแห่งดวงดาวแห่งโลกอันห่างไกลและ
เงื่อนไขสามประการสำหรับการใช้กฎแห่งความพยายามน้อยที่สุด
จากหนังสือ The Wisdom of Deepak Chopra [ได้สิ่งที่ต้องการโดยปฏิบัติตามกฎ 7 ประการของจักรวาล] โดย ทิม กู๊ดแมนเงื่อนไขสามประการสำหรับกฎแห่งความพยายามน้อยที่สุดในการทำงาน เรามาดูกันว่าเงื่อนไขใดที่จำเป็นในการดึงดูดพลังงานที่สร้างสรรค์จากจักรวาลเข้ามาในชีวิตของคุณ - พลังแห่งความรัก ดังนั้นกฎแห่งความพยายามน้อยที่สุดจึงจะเริ่มทำงานในชีวิตของคุณ .
บทที่ 19 หลักการของผลกระทบน้อยที่สุด
จากเล่ม 6 ไฟฟ้าพลศาสตร์ ผู้เขียน ไฟน์แมน ริชาร์ด ฟิลลิปส์บทที่ 19 หลักการของผลกระทบน้อยที่สุด มีการเพิ่มหลังจากการบรรยาย ตอนที่ฉันอยู่ที่โรงเรียน ครูฟิสิกส์ของเราชื่อเบเดอร์เคยโทรหาฉันหลังเลิกเรียนและพูดว่า: "คุณดูราวกับว่าคุณเหนื่อยมากกับทุกสิ่ง ฟังสิ่งที่น่าสนใจอย่างหนึ่ง
5. หลักการกระทำน้อยที่สุด
จากหนังสือการปฏิวัติทางฟิสิกส์ โดย เดอ บรอกลี หลุยส์5. หลักการกระทำน้อยที่สุด สมการไดนามิก จุดวัสดุในด้านแรงที่มีศักยภาพสามารถหาได้ตามหลักการที่ว่า มุมมองทั่วไปเรียกว่า หลักการของแฮมิลตัน หรือ หลักการหยุดนิ่ง ตามหลักการนี้ทั้งสิ้น
หลักการทำงาน
จากหนังสือ Locksmith's Guide to Locks โดย ฟิลลิปส์ บิลหลักการทำงาน ความสามารถในการหมุนกระบอกสูบขึ้นอยู่กับตำแหน่งของหมุด ซึ่งจะถูกกำหนดโดยแรงโน้มถ่วง การกระทำของสปริง และแรงของกุญแจ (หรือมาสเตอร์คีย์ สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับมาสเตอร์คีย์ ดูบทที่ 9) . ในกรณีที่ไม่มีกุญแจ แรงโน้มถ่วงและสปริงจะกดเข้าไป
หลักการกระทำนิ่ง
จากหนังสือบิ๊ก สารานุกรมโซเวียต(ST) ผู้เขียน ทีเอสบีหลักการของการกระทำน้อยที่สุด
ทีเอสบีหลักการบังคับน้อยที่สุด
จากหนังสือสารานุกรมสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่ (NA) โดยผู้เขียน ทีเอสบี2.5.1. หลักการทำงาน
จากหนังสือการป้องกันการถ่ายทอดในเครือข่ายการจำหน่ายไฟฟ้า B90 ผู้เขียน บูลีเชฟ อเล็กซานเดอร์ วิตาลิวิช2.5.1. หลักการทำงาน ในเครือข่ายไฟฟ้าที่มีแหล่งจ่ายไฟสองทางและในเครือข่ายแบบวงแหวน การป้องกันกระแสไฟแบบทั่วไปไม่สามารถทำงานแบบเลือกได้ ตัวอย่างเช่นในเครือข่ายไฟฟ้าที่มีแหล่งพลังงานสองแหล่ง (รูปที่ 2.15) ซึ่งมีการติดตั้งสวิตช์และการป้องกันไว้ทั้งสองด้าน
หลักการทำงาน
จากหนังสือ Turbo Suslik วิธีที่จะหยุดตัวเองและเริ่มต้นชีวิต ผู้เขียน ลูชกิน มิทรีหลักการของการกระทำ "ประมวลผลสิ่งนี้" อันที่จริงแล้วคือ "มาโคร" ประเภทหนึ่งที่เปิดตัวกระบวนการทั้งหมดในจิตใต้สำนึกด้วยวลีเดียวโดยมีจุดประสงค์เพื่อประมวลผลเนื้อหาทางจิตที่เลือก ตัวจัดการนี้มีโมดูลที่แตกต่างกัน 7 โมดูล ซึ่งบางโมดูลก็มีอยู่ด้วย
วิธีเริ่มต้นตามกฎแห่งความพยายามน้อยที่สุด: การกระทำที่จำเป็นสามประการ
จากหนังสือ A Guide to Growing Capital จาก Joseph Murphy, Dale Carnegie, Eckhart Tolle, Deepak Chopra, Barbara Sher, Neil Walsh ผู้เขียน สเติร์น วาเลนตินวิธีเริ่มต้นปฏิบัติตามกฎแห่งความพยายามน้อยที่สุด: การกระทำที่จำเป็นสามประการ เพื่อให้กฎแห่งความพยายามน้อยที่สุดเริ่มทำงาน คุณไม่เพียงแต่ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขทั้งสามข้อที่กล่าวมาข้างต้น แต่ยังต้องดำเนินการสามประการประการแรกด้วย: เริ่มยอมรับโลกตามที่เป็นอยู่ คือการยอมรับ
11. ฟิสิกส์และไอคิโดที่มีการกระทำน้อยที่สุด
ผู้เขียน มินเดลล์ อาร์โนลด์11. ฟิสิกส์และไอคิโดที่มีผลน้อยที่สุด เวลาพัดก็มีแต่ลม เมื่อไร ฝนตกมีเพียงฝนเท่านั้น เมื่อเมฆผ่านไป พระอาทิตย์ก็ส่องผ่านพวกเขา หากคุณเปิดตัวเองสู่ความเข้าใจ คุณก็จะเป็นหนึ่งเดียวกับความเข้าใจ และคุณสามารถใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ ถ้าเปิดใจ
หลักการของไลบ์นิซที่กระทำน้อยที่สุด “วิส วีว่า”
จากหนังสือธรณีจิตวิทยาในลัทธิชามาน ฟิสิกส์ และลัทธิเต๋า ผู้เขียน มินเดลล์ อาร์โนลด์หลักการของการกระทำน้อยที่สุดของไลบนิซ "Vis Viva" สำหรับหลักการของการกระทำน้อยที่สุดเราทุกคนต้องขอบคุณ Wilhelm Gottfried Leibniz (1646–1716) ไลบ์นิซเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ "สมัยใหม่" คนแรกๆ อาศัยอยู่ในสมัยของนิวตัน ซึ่งเป็นยุคที่นักวิทยาศาสตร์เปิดเผยมากขึ้น
ไอคิโด - ศูนย์รวมของหลักการของการกระทำน้อยที่สุด
จากหนังสือธรณีจิตวิทยาในลัทธิชามาน ฟิสิกส์ และลัทธิเต๋า ผู้เขียน มินเดลล์ อาร์โนลด์ไอคิโด - ศูนย์รวมของหลักการของการกระทำน้อยที่สุด จิตวิทยาและเทคโนโลยีของเราส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยแนวคิดที่ใกล้เคียงกับแนวคิดของการกระทำน้อยที่สุด เราพยายามทำให้ชีวิตของเราง่ายขึ้นอย่างต่อเนื่อง คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันไม่เร็วพอ พวกเขาควรจะ
- - เช่นเดียวกับ...