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title: 2018-02-17-生活中無處不在的非線性例子
key: 20180217
tags: 非線性
modify_date: 2018-02-17
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生活中無處不在的非線性例子

說明

• 本文發布於: gitee,博客園.
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• 這裏的內容只作為作者的理論探討之用，僅供分享交流，並不明示或暗示任何傾向性的建議或意見.

摘要

• 本文舉了幾個小例子來展示生活中無處不在的非線性。

正文

生活中充滿了非線性，可以這麽說，非線性即是一切，而線性只是非線性在一定尺度或範圍約束下的近似。
簡單舉例如下：
1. 自來水龍頭，從擰開的一瞬間，從無到有，就是非線性，隨後逐步變大，在宏觀尺度好像流體均勻流出，其實不然，需要用流體模型來描述。水龍頭繼續開大，可能又會變得水流不穩定，非線性再次凸顯。
2. 將一並未開封的啤酒打開後，瞬間倒過來，啤酒流出瓶口，開始隨著空氣導入而液體非常不穩定的間歇噴湧，即便後續比較平穩，而因為空氣壓強的關系而不斷間歇變化，一點沒有線性的感覺，直到結束。
3. 燒開一壺水也是類似情況。

可見在一個既定的尺度上，比如酒瓶，水龍頭，水壺這樣的宏觀尺度，中間如果是液體，那麽水分子的尺度就很小。這樣小尺度的大數量物質在運動的時候，往往能夠在宏觀尺度上形成一定統計意義的均值或某個現象，而它又是不穩定的。
所以總體上來說，非線性無處不在，線性是偶發，而且也是平均或統計意思上的。

正因為如此，非線性世界的情況多變且復雜，這個找規律和預測提供了障礙。比如天氣預報，一般只能預報三天的天氣，因為天氣的形成，有賴於局部的空氣中各種小物質的大量相互作用，參數和屬性極多，幾乎無法預測。
非線性世界中，偶發的平靜，它體現為相對的線性表現，這可以被稱為物理規律。這些情況的互相轉化，可以被稱為相變，就像天氣劇烈變化，從一種天氣急劇變化為另一種。吉布斯在研究了化學過程後，提出了相變相關理論，比價深刻。

舉一個例子：飛機的阻力
當飛機高速飛行，阻力首先是空氣阻力，雖然空氣分析稀少，這就是為啥大家坐飛機能比汽車快的原因，阻力小，速度快。
但當飛機速度達到一定程度後，哪怕稀薄的空氣，不同小分子裝機金屬機殼的概率，密度，相對速度，頻率等也就大了，自然阻力越來越多。
可能大家以為就這樣下去了，這個物理過程很清晰。但其實不然，高速運行的飛機，速度達到一定程度後，其前後的空氣壓差而導致的渦街才是最大問題。
因為飛機開得快，身後壓力小，有點類似抽真空。飛機後部或者機翼邊緣等地方，壓力比較小，於是空氣產生了對流，形成漩渦。
而隨著飛機飛到一定速度後，漩渦就像一個大炮一樣，從飛機後面打出去，就如同飛機後面有一條街道，裏面行走著很多漩渦人，簡稱渦街。
而渦街將進一步導致更大的壓力差，將飛機拉回來。所以飛機速度無法進一步提高。
於是大家一定想到了真空當中運行，肯定會好很多，的確如此。所以宇宙空間中的飛行器，比近地飛行的飛機要快得多，就是因為宇宙空間和外層空間更稀薄，
集合沒有大氣和各種元素和分子，空空如也，接近真空，也就能進一步提速。

在舉一個例子：汽車起步
開過車的朋友一定知道，起步掛一檔，自動擋的汽車起步的時候也是慢慢提速，檔位自動切換到抵擋，以便提供更大的推動力來將汽車從零開始提速。
換擋的操作，其實就是一個非線性的過程。汽車的動力輸出和實際速度變化，有對應關系，汽車生產廠家，調教底盤的時候，可定有模擬曲線。
而這根曲線可能看著是線性的，因為是近似，自動擋汽車的自動部件應該就是跟著理論值，通過程序實現自動切換檔位(根據汽車當前速度和油門程度來計算),
而手動擋就更清晰了，對應汽車從速度0，到低速，到中速，到高速，正是認識到這幾個階段的非線性，所以手動擋的人，才會根據經驗，快速切換合適的檔位來提速。

類似的人走路也是起步，雖然說獵豹和百米冠軍和汽車或飛機比速度，起步人和動物占優，這是因為動物的生物理化結構，長期進化的結果，起步慢要被吃掉。
所以人和獵豹起步提速比戰鬥機還快，但後面就被追上了。拿人來說，正準備過馬路，在等待紅燈變綠的你，將重心正好控制在雙腳之間，此時突然綠燈亮了，
心急的你猛的擡起右腳就要往前走，發現你上身往後仰，那是因為慣性。你重心的保持是有慣性的，要改變就要付出代價，且要經理過程和時間。你擡腿便走，
為了保持重心依舊維持在你腳下，你驅趕不得不後仰。正確的做法也許是，你重心微微往前傾斜，然後紅燈變綠，你擡腿邁步，正好走出去，配合重心的前移。
然後人每一次走路，都是重心上下及前後的規律性運動，保持相對的穩定和線性，但付出的是你消耗身體能量，化學生物能量。能量持續的消耗，導致身體這個耗散結構，
幾乎勻速的均勻步行，非常完美和線性。但在開始走和停下來，這兩個獨居劇烈變化(和汽車起步與剎車)相對中間勻速運動來說，也是相變，整個過程是分階段的，非線性。
 

小結

原理和方法論提要：
1. 非線性無處不在，線性是相對的，非線性是絕對的。
2. 線性之間的切換可以成為相變，指運動狀態的劇烈變化。但考慮到變化無時無刻不在，支持程度不同，而程度不同意味著你以怎樣的空間和時間尺度來觀察過程。
3. 根據《012原理》，物質屬性以相互比較運動而體現並因為而能被界定和區別開來，從而定義了物。單獨一物是不可描述的，即便是存在的。
4. 根據《012原理》，物物之間的運動，肯定無法均勻，因為非線性得以體現。而非線性也只是因為觀察的尺度不同而被近似的看做或不看做線性。
5. 物理規律(非數學規律或哲學原理)，只是對相對線性的現象的規律總結，並對同樣情況(尺度)下的近似線性做預測。
6. 物理規律，如果能跨越多個物質尺度層次而起效，比如相對論，量子理論，那是因為多個尺度的非線性的近似線性規律具有相似性。
7. 從復雜科學及非線性科學的角度，某條狹義的物理規律，即便能穿透描述多個物質層次和尺度，但不一定就意味著一定能找到描述一切尺度的真理性規律。
8. 但數學和哲學可以描述穿透一起切尺度的真理性規律。

(備註：沒時間仔細校對文字，實在抱歉。)
 

2018-02-17-生活中無處不在的非線性例子