本文就对微积分中的高斯(Gauss)公式进行一点思考,方向是其是否体现了什么物理意义。

我个人觉得,数学是物理在人类逻辑能力上的体现,也就是说,学习数学的定理、公式,必须和物理相联系,接了物理这个地气,数学才能学得通透。至少对工科的学生来说。

这是我第一篇对微积分的笔记,或者说思考。看情况,如果感兴趣的朋友多,再写写其他的思考结果。

这篇着重微积分中的Guass公式。一般的微积分教材中,对Guass公式有精确的定义、严格地推导过程和详细的数理说明。但是没有说明其物理意义。但我隐约觉得,Guass公式是反映了这个宇宙的某种规律的。数学么,如果不反映规律才怪。


先说Guass公式

高斯定理积分和微分结果一致吗(微积分笔记高斯公式的物理意义)(1)

数学意义很直观。就三维空间而论,矢量场在对封闭区域表面的通量,等于其势源在该区域的发散或汇聚程度的总量。

为了说明其和守恒的关系,和麦克斯韦方程(仅电场部分)放在一起。

高斯定理积分和微分结果一致吗(微积分笔记高斯公式的物理意义)(2)

麦克斯韦方程可以写成

高斯定理积分和微分结果一致吗(微积分笔记高斯公式的物理意义)(3)

从麦克斯韦的电场方程来看,Gauss公式的左边表示一个矢量场(这里是电场)对区域边界的作用,右边表示区域内产生该矢量场的源(这里就是电荷总量)。

Gauss公式的右边的被积函数表示一个数量场,也就是说,如果一个数量场能有梯度,则这个梯度场(即矢量场本身)必然是一个保守场,根据保守场性质,这个标量场必然符合守恒定律。


于是,我有了这么一个猜想。

数量场守恒猜想:如果一个数量场能有梯度,且其梯度场和这个数量场本身能符合Guass公式的相互关系,则这个数量场必然守恒。

这就是Guass公式的数量守恒猜想。这仅仅是个人的一个猜想。

这是宇宙的守恒性在Guass公式上的体现。当然,宇宙的守恒性在Stokes公式和微积分统一公式上也有相应地体现。甚至在矢量的内积和外积上也有。

或者说,如果你相信宇宙的守恒律,那么必然需要定义矢量的内积和外积这两个运算,而矢量通过这两个运算,在任意维度的空间上,都将表现统一公式,具象到三维空间就是Gauss公式和Stokes公式。

甚至于,如果你坚持守恒律,将可能必然不得不放弃超距作用。

有兴趣的话欢迎留言。

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