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最小作用量原理-一种变分原理

最小作用量原理

《最小作用量原理》,此词条收录于01/19,仅供参考

      最小作用量原理(principle of least action)又称平稳作用量原理(stationary action principle),在数学中称为变分原理。最小作用量原理是指系统在t1与t2之间的运动轨迹,是使得作用量取驻值的轨迹。当应用于一个机械系统的作用量时,可以得到此机械系统的运动方程。这原理的研究引导出经典力学的拉格朗日表述和哈密顿表述的发展。雅可比(Jacobi)称最小作用量原理为分析力学之母。最小作用量原理是一条原理,因此它不能被证明,截止至2020年,所有已知的物理系统都可以用该形式处理。

      最小作用量原理的原始思想可以追溯到公元前1世纪,希罗(Hero)提出的光的最短路程原理。最小作用量原理最早、最成功的应用是费马(Fermat)于1662年用“最短时间”代替“最短路径”,提出了最短时间原理。莫佩尔蒂(Maupertuis)力求在力学中找到最小作用量代替牛顿动力学方程,他在1744年正式提出了最小作用量原理。同年,欧拉(Euler)提出了变分法的基本方程,但在许多地方还依赖于几何论证。1746年,莫佩尔蒂继续撰写了有关最小作用量原理的文章。

      通过最小作用量原理可以推导出系统运动方程、牛顿第二定律、纳维-斯托克斯方程、麦克斯韦方程组、热力学第一定律的基本方程等众多方程和定律。该原理仍然是现代物理学和数学的核心,在物理里,应用于热力学、 流体力学、 相对论、量子力学、 粒子物理学和场论等 ;在数学里,该原理是莫尔斯理论的研究焦点。最小作用量原理有很多种应用例子,如:莫佩尔蒂原理(Maupertuiss principle)和哈密顿原理(Hamiltons principle)。

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