女科学家眼中的牛顿第二定律_学习方法-查字典物理网

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=F/m，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）。

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=asinωt，y=acosωt。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。再对比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，比如，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？

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