作者miletian (在水一方)
看板Physics
標題[問題] 如何用古典力學解釋骰子
時間Thu Dec 11 11:06:31 2014
最近突然想到骰子的問題
先模擬一個情況,如果我在桌上鏡置一個骰子
用推幣機的方式,以一個塊狀物將骰子推下桌子
而桌子和地面距離為X
假設桌子光滑無摩擦、推骰速度固定為V、真空狀態
那當V很小的時候,與地面距離X為0時
骰子不會翻動
隨著X增加,當X=骰子的邊長時
骰子可能會翻一個面
到這邊只要能掌控所有實驗因素,我就能在推骰之前算出骰子會翻到哪一面
也就是能用古典力學來解釋骰子的運動狀況
那麼我如果重複此實驗,將距離X與骰子數值的離散程度Y畫成表格
應該會呈現怎麼樣的曲線的?Y會不會和X^2成正比
如果我將實驗改為同時用塊狀物推下兩個骰子
從古典力學角度來看,兩個骰子的結果應該要一模一樣
實際實驗的話,當X很小時,的確如我們預期兩者一樣
如果把實驗次數增加到100次
我們可以測得當X=某數值時,準確率為100%
當超過該數值,準確率會小於100%
即100次推骰中,至少有一次兩骰結果不一致
我想知道這個狀況是怎麼產生的?
當然設備精度越高,那X即使比較大,仍能保持100%的準確率
但是不是代表這句話可以無限上綱?
如果我的設備精準度趨近於無限高,兩個骰子受力完全相同
那兩個骰子不論在任何高度下掉落都有一樣結果?
如果上述正確,就表示所有機率現象都能被預測
就像拉普拉斯惡魔的概念那樣
反之,如果上述不正確
即使實驗設備精度再高,也存在一個無法突破的瓶頸
當X大於某數值時,實驗結果就會有機率兩骰不一致
無論用任何設備都無法令X大於該數值
那我想知道,這個產生機率的關鍵是什麼?
我可以很確定當X小於骰子邊長,且V夠慢的時候骰子是可控制的
這都能用古典力學來計算
但機率這種東西就不是古典力學能解釋的
從可控制到出現機率的關鍵點是什麼呢?
是不是存在一個常數,會使得這些物理現象出現不確定性?
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1F:推 Landau: 我覺得就是你無法掌握所有變數 12/11 11:18
2F:→ Landau: 所以才用機率描述 12/11 11:19
3F:→ miletian: 言下之意就是只要掌握所有變數,就不存在機率的意思嗎 12/11 11:24
4F:推 Landau: 在古典力學的框架下是這樣 12/11 12:50
5F:→ WINDHEAD: 不確定性未必來自機率,也有可能產生自混沌效應 12/11 14:19
6F:推 sopare: 我覺得是兩個骰子重心或形狀的細微差異 在X夠大時會顯現 12/11 15:25
7F:→ sopare: 而桌面光滑度、推骰速度、萬有引力等 在實際實驗也不可能 12/11 15:27
8F:→ sopare: 完全一樣 這些微小差異可能因混沌效應放大到影響結果 12/11 15:28
9F:→ miletian: 那這樣我很好奇,如果我用電腦模擬骰子落下的狀況,就能 12/11 15:46
10F:→ miletian: 模擬出完全相同的實驗條件,這樣就會達到100%重現性嗎 12/11 15:47
11F:→ wohtp: 無摩擦無阻力,你的骰子根本不會停止滾動啊 12/11 19:09
12F:→ miletian: 無摩擦指的是桌面,非地面的狀況 12/11 19:44
13F:推 yw1002: spontaneous symmetry breaking就很像這個 晶格規範場 12/11 22:33
14F:推 sunev: 又出現了! 12/11 22:59
15F:推 pilipilifans: XD 12/11 23:17
16F:推 wtfmap: ... 12/11 23:42
17F:推 lucifer19: 原來不知不覺163天過去了XDDD 12/12 01:37
18F:→ recorriendo: 你可以參考Diaconis有名的丟硬幣研究 12/12 07:02
19F:→ recorriendo: "DYNAMICAL BIAS IN THE COIN TOSS"他就有設計精美的 12/12 07:04
20F:→ recorriendo: 裝置來丟硬幣 準確度幾乎百分之百 12/12 07:04
22F:推 sunev: 推樓上 12/12 11:19
23F:推 yw1002: 推樓樓上 12/12 18:27
24F:→ yw1002: 是阿XD 12/12 18:28