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絕對球體與絕對平面之間的接觸點是否會無限小?在

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-09-02 08:08:37    作者:史舒文    瀏覽次數:33
導讀

在很小時候或初中課堂上,我們便知道一個圓球與一個平面相接觸的部分只有一個點,而且這個點用肉眼很難看出細微的差別。在現實中,圓球可以是一顆圓滑的小鋼珠,也可以是一個籃球或足球乒乓球,平面可以是平滑而干凈

在很小時候或初中課堂上,我們便知道一個圓球與一個平面相接觸的部分只有一個點,而且這個點用肉眼很難看出細微的差別。

在現實中,圓球可以是一顆圓滑的小鋼珠,也可以是一個籃球或足球乒乓球,平面可以是平滑而干凈的地面,或者是一塊透明的玻璃。

無論是足球、籃球,還是鉛球,它們與地面相接觸的部分似乎很大,即便僅憑肉眼觀察,我們也可以確定它們相接觸的部分絕不僅是一個點而已,或許還有一定的接觸面積。不過這也沒什么好困惑的,畢竟足球、籃球以及鉛球都不是絕對圓的球體,而地面也不是一個絕對平的平面。

我們所認識的所有球體中,都不是絕對的球體,球體本身的表面有無數的無法用肉眼分辨的微小凹陷和凸起,當然平面也是如此。

現在我們想象一下,把這些理想化。如果將一個絕對圓的球體放置在一個絕對平的平面上,它們相接觸的部分真的就只是一個點嗎?那么這個點又有多小呢?在數學幾何上,圓形和直線直接接觸的那個唯一的點叫做圓的切點,那條直線叫做圓的切線。

首先,我們要明確這只是一個假設性的問題,因為在這個現實世界上是不存在絕對圓的球體和絕對平面的。所謂球體,就是以圓的直徑為中軸旋轉而成的形狀,而真正的圓形在世界上是不存在的,就更不要說球體了。圓形真的不存在?當然,只有正多邊形,所謂圓是由無數條長度無限小的邊圍成的。

或許我們只熟悉正五邊形,正六邊形或正八邊形,在外觀上看起來與我們熟悉的圓形相差甚遠,也只是邊的數量少。我們再繼續增加邊的數量,比如正一百邊形,正一千邊形,五千邊形……當邊的數量足夠多且每邊的長度足夠小時,那么用肉眼看它就是一個完美的圓。這個圓無論是大是小,但只要精確到微觀層次,不斷將微小放大,就一定能夠看到它的“邊”。

真正的圓意味著每一個點與相鄰的兩個點之間都存在著弧度,而這里所說的“點”意味著一個無限小的單位。用筆在紙上點一下,這是否就是一個點?當然不是,這個看起來在紙上合理的點實際上是由無數點組成的不規則圖形。

假設世界上存在真正的絕對球體,也就是真正的圓,那么數學角度上的圓周率就會算盡,球體與平面之間的摩擦力就會不復存在。

現實中的球體與平面是粗糙的,不平的,這是微觀層面上的差別。假設真的找來絕對球體放在絕對平面上,它們之間相接觸的部分也絕不會是一個點,然而這只存在與理論之中,在現實中是不可能實現的。

世界上任何物質都具有一定彈性,無論是木頭,是鋼鐵,還是塑料,所以球與面接觸的部分一定會發生彈性形變,平面會略微向下凹陷,而球面也是如此,并且球體會嵌入平面凹出的坑中,不過這種形變可能極其微小,小到我們根本無法用肉眼看到,甚至將其放大數倍也無法看出端倪,但客觀上這種形變必然存在,也一定存在,所以球與面相接觸的部分仍然是一個面,而并非是一個點。所以,既然有極其微小的面,那么必然會有接觸面積,也是極其微小。

物體直接是存在摩擦力的,分為動摩擦和靜摩擦力,不然的話球體是會亂跑不停的。

我們再次給這個問題加上一個新的假設,球和面是由絕對剛體打造。

顧明思議,就是在不受任何外影響下,都能夠保持初始狀態而不發生任何形式的形變之物。絕對剛體只是一種物理學概念,而在現實世界絕對剛體無法存在或不允許存在。

現在,我們便將一個由絕對剛體打造的絕對圓球體放置在一個由剛體打造的絕對平面上,會發生什么呢?這一回兩者相接觸的部分的確只是一個點,而這個點的體積為“無限小”。這樣的情形只會發生在理論和想象之中,因為只是“無限小”這三個字就將現實世界的全部可能都堵死了。為什么這么說呢?因為無限小的接觸面積就意味著另一個事物會成為“無窮大”,而這個事物就是接觸點的壓強。

我們都知道,接觸面積或受力面積無限小,壓強便是無限大。世界上沒有任何東西可以承受得住“無限大”的壓強,即便是宇宙中密度最高、質地最硬的白矮星和中子星也不可能承受得了“無限大”的壓強。

既然有正,那么便是有負。正無窮大和負無窮大是同時存在的,但只存在于數學理論中。一切在現實中的不合理,在理論中是合理存在的,在知道真相之前,理論不分對錯。

另一方面,球體和平面又被定性為不會發生形變的絕對剛體。也就是說,我們在用可以摧毀一切的無窮大壓強去攻擊不會形變的絕對剛體,會出現怎樣的結果,是任何人都無法預測的,這已經超越了目前人類對于物質的認知,究其原因,是因為這個問題本身就是假設性質的,而在這個假設的問題之中又引入了很多假設的條件,所以,最終也只能得到一個超越認知、難以理解的假設性結論。或許是無解,或許是無法用三維世界的規律去理解超越認知范疇的結果。

所有能接觸到的物質都存在于空間中,是的,物質會湮滅,唯獨空間永恒不滅。一個看上去簡單實際上解釋起來極其復雜的問題,或許是科學進步的關鍵。

 
(文/史舒文)
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