飞机为什么能飞起来?知道某件事不能简单解释,也是一种重要知识( 二 )
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莱特兄弟发明飞机时 , 主要依据的就是凯利的理论 。 他们说:“我们设计的飞机 , 完全按照凯利爵士的非常精确的计算方法 。 ”他们还自己设计制造了风洞 , 进行了数以百计的机翼剖面形状的选择 , 终于在1903年实现了载人的飞机飞行 。 实际上 , 直到现在 , 飞机设计主要依靠的还是风洞实验 , 而不是理论计算 。
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说来说去 , 对飞机的正确的解释是什么呢?武际可老师在文章的最后指出 , 只能是流体力学的基本方程 , 即纳维-斯托克斯方程 。 这是一个非常复杂的非线性方程 , 一个关键在于它考虑了流体的粘性 。 假如不考虑粘性 , 那就是欧拉提出的理想流体模型 , 欧拉已经证明了在这种情况下升力必然等于0 。 因此我们可以说 , 飞机能飞起来 , 关键在于空气有粘性 。 但是 , 这也决定了对此想进行简单的解释是非常困难的 , 如果不是不可能的话 。
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武老师告诉大家 , 对纳维-斯托克斯方程做近似处理 , 可以得到库塔-茹可夫斯基理论 , 这是目前估算机翼升力的主要方法 。 库塔-茹可夫斯基理论说的是什么呢?它说的是:任何横截面的柱形物体 , 设在密度为ρ的流体中运动的速度为U , 并且在它的周围存在数量等于Γ的环流 , 则在柱形物体的单位长度上的升力等于ρUΓ 。 环流是取一根包围物体的闭曲线 , 把曲线分为小段 , 将曲线段上沿曲线切线方向的流体速度分量的平均值乘以曲线段的弧长 , 然后逐段相加 , 结果就是环流量 。
呃 , 大家听懂了吗?我想 , 到这个层次还能够紧密跟随的 , 只能是专业人士了 。 这就脱离科普的范畴了 。 总结一下 , 我们获得了一个重要的教益 。 对飞行做一个第一层的解释是相对容易的 , 无论是伯努利原理还是牛顿第三定律都可以 。 但要对它做一个第二层的解释就非常困难 , 这样的解释几乎不存在 。 正确的解释会直接上升到第五层 , 超越普通人的理解能力 。 这很令人遗憾 , 但我们只能接受它 , 而不能自作聪明 , 发明一些看似合理而实际错误的理论 。 实际上 , 我在量子科学的科普中就经常遇到这样的问题 。 许多人自以为懂得量子纠缠或量子通信的原理 , 或者以为对这些现象存在简单的解释 , 于是就来胡说八道一通 , 例如说量子纠缠是因为存在高维空间 , 或者说量子纠缠能实现超光速的信息传输 。 我知道量子纠缠和量子通信的原理 , 也知道这些原理非常复杂 , 远不是三言两语能说清楚的 , 所以我的处境就很困难 , 天然的不如那些胡说八道的人 。 以前我每次写文章都解释一番原理 , 后来发现无论我怎么解释普通人都看不懂 , 所以现在我的策略变成了这样:我跟大家说 , 我可以快速地告诉你这件事的效果 , 但无法快速地告诉你它的原理 , 因为它的原理就是很复杂的 。 你如果想深入了解原理 , 就需要仔细读我的书《量子信息简话》 。
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【飞机为什么能飞起来?知道某件事不能简单解释,也是一种重要知识】归根结底 , 知道某件事没有简单的解释 , 也是一种重要的知识 。 知之为知之 , 不知为不知 , 是知也 。
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