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物理|只要掌握了它，就可以推导出整个物理大厦( 三 )


竞赛的结果毫无疑问以牛顿的胜利告终 ， 因为别人都是冥思苦想 ， 而牛顿是结束一天劳累工作后用了几个小时做出来的 ， 看来即便是天才之间也是由差距的 。
那么剩下的他们四个是不是算平分秋色呢？还不是 ， 最终还是约翰输了 。
因为大家都是在用数学方法来解决问题 ， 而约翰却偷偷地引用了费马原理 ， 费马原理说的是光会选择最短时间的路径 ， 这恰恰和最速降线所说的时间最短吻合 ， 约翰就把小球当做光来处理了 。
可是这有一个大问题 ， 那就是费马原理并不是已经被证明的数学定理 ， 叫原理就是由于没有被证明 ， 这就是说约翰的证明建立在一个不稳固的基础上 ， 要是哪一天证明费马原理错了 ， 那么约翰的解决办法也就是错的了 。
不过所幸的是费马原理是正确的 ， 但是这也是约翰偷懒了 ， 要是单单从数学上说的话 ， 这次巅峰对决确实是约翰输了 。 不过“塞翁失马焉知非福” ， 约翰虽然输了比赛 ， 却无意中发现了一个大秘密 。
最速降线问题用严格的物理语言来说的话 ， 就是在引力场中粒子运动的规律 ， 而费马原理说的是光在不均匀介质中的运动规律 ， 约翰用费马原理解决了最速降线问题就意味着光和粒子都遵循相同的规律 。
这一点非常重要 ， 可以说影响了整个物理学 ， 后来薛定谔的描述微观粒子运动的波动方程就来源于此 。
约翰对此也很得意 ， 他说“我因此同时解决了两个重大问题 ， 一个是光学的 ， 一个是力学的……尽管这两个问题来自于不同的科学领域 ， 但是它们却具有同样的性质” ， 他最后又总结道“自然界总是以最简单的形式运动” 。 这句话说的就是最小作用量原理 。
不但约翰感觉到了 ， 他的老师莱布尼茨也感觉到了 。 “自然界总是存在着一个绝对性的原理……最大的效益应通过最小的付出而得到 。 ”从莱布尼茨这句话里 ， 同样看出来他也触摸到了最小作用量原理 。
不过他们师徒俩都没有明确地提出最小作用量原理 ， 第一个明确提出最小作用量原理的却是一位被遗忘的天才

  1. 天才接力
这位被遗忘的天才就是莫培督 。
莫培督是法国当时著名的科学家和思想家 ， 不过那个时代的思想家都有一点神学色彩 ， 伟大的牛顿本来就是神学家 ， 至于物理学和数学只不过牛顿爵爷的业余爱好 ， 同样莫培督提出最小作用量原理也是为了证明上帝的存在 ， 但是莫培督眼中的上帝并不是宗教神学中那个人格化的上帝 ， 他眼中的上帝更接近于自然的立法者 ， 在这个意义上说 ， 他更像一个唯物主义者 。
莫培督首先用最小作用量原理论证了几何光学 ， 之后他又研究了两个物体碰撞的情况 ， 这已经进入了力学领域了 ， 顺便又用最小作用量原理把杠杆原理给推导了出来 ， 现在莫培督觉得最小作用量原理已经是基本原理了 。
莫培督说道“我赞颂这一原理对一切自然现象的普适性 ， 动物之运动 ， 植物之生长 ， 星体之运行 ， 都只不过是它的推论而已 。 ”
莫培督或许不是第一个意识到最小作用量原理的科学家 ， 他却是第一个认为最小作用量原理的普适性的科学家 。
不过莫培督的论证还有些粗糙 ， 他把质量速度和距离的乘积当做了作用量 ， 这一点遭到了马赫的批评 ， 马赫认为莫培督所说的作用量有点不知所云 ， 马赫也不是凡人 ， 他敢单枪匹马去挑牛顿的错误 ， 他还启发了爱因斯坦 ， 他还有一个大名鼎鼎的教子就是泡利 ， 只是马赫擅于挑毛病 ， 在创造能力就差一点了 ， 接下来的工作就要换一个天才来做了 。

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