Otázka:
Proč se zdá, že výpočet počtu objektů pokrývající určitou oblast dává nesmyslné jednotky?
Mark Eichenlaub
2017-09-06 14:37:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Předpokládejme, že chcete odhadnout počet atomů v obdélníkovém listu grafenu.Můžete odhadnout, že list bude mít na jednom okraji atomy $ 10 ^ {7} $ a na druhém okraji $ 2 * 10 ^ {7} $ atomy.Násobení při sledování jednotek získáme

$$ 10 ^ {7} \ text {atomy} * 2 * 10 ^ {7} \ text {atomy} = 2 * 10 ^ {14} \ text {atomy} ^ 2 $$

Ale samozřejmě existují $ 2 * 10 ^ {14} $ atomy, ne $ 2 * 10 ^ {14} \ text {atomy} ^ 2 $.Co je na tomto výpočtu špatně?

Obecným pravidlem ve fyzice znamená „počítání“ věcí (atomy, molekuly, hrušky, banány atd.) Žádnou jednotku.Nakonec lze jakoukoli fyzickou veličinu rozdělit na [7 prvotních] (https://en.wikipedia.org/wiki/Physical_quantity#Base_quantities).Rozpor můžete také vyřešit takto: „Mám 2 * 10⁷ atomů ** na ** řádek a 10⁷ řádků“.Stejně tak, když máte 10 košů, z nichž každý obsahuje 10 jablek, neříkáte, že vlastníte 100 jablek².
Není důvod, aby byla čísla tak velká, nebo aby se do nepořádku zapojily atomy: situace se ponechá v zásadě nezměněná, pokud vezmeme v úvahu například jablka ve výši 2 $ krát 2 $.
@QiaochuYuan Tato komunita nemá nijak zvlášť otevřenou představu o tom, jaké dotazy jsou relevantní.Otázka má 6 downvotes.Pokud se zeptám na mřížku jablek 2x2, bylo by to ještě horší.
@MarkEichenlaub * Někteří * v této komunitě * nemusí * mít zvláštní otevřenost vůči * této konkrétní * otázce, ale dostali 22 upvotes a je to jeden z nejsledovanějších v posledních několika dnech.
Pět odpovědi:
ZeroTheHero
2017-09-06 15:01:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vaše „rozměry“ nejsou zcela „správné“. Výpočet by měl být něco jako $ 10 ^ {7} \ frac {\ hbox {atomy}} {\ hbox {řádek}} \ krát 2 \ krát 10 ^ 7 \ hbox {řádek} = 2 \ krát 10 ^ {14} $ atomy. Ve skutečnosti jsou atomy objekty, které se mají počítat a přidávat, jako auta nebo hrušky.


Věřím, že si z matematického kurzu pamatuji, že Řekové nemohli (zjevně) abstraktní čísla, a tak by si vždy mysleli na „$ 5 $“ jako na objekty: $ 5 $ jablka, $ 5 $ oblázky atd. Můžete tedy přidat jablka: $ 5 $ jablka + $ 5 $ jablka + $ 5 $ jablka je $ 15 $ jablka.

Násobení bylo jiné a považovalo se to za geometrickou operaci. Obdélník stran $ 3 $ m a $ 4 $ m měl plochu $ 3 \ krát 4 = 12 \ hbox {m} ^ 2 $.

Ve výsledku (zjevně) nikdy „neobjevili“ obecný abstraktní výsledek, že $ a \ times b = b + b + b \ ldots $ ($ a $ times), protože tyto dvě operace byly v určitém smyslu „nekompatibilní“ ". Jelikož navíc žijeme v $ \ mathbb {R} ^ 3 $, nemělo smysl jim vynásobit více než $ 3 $ čísel dohromady.

OP by také chtěl přirovnat dvě „nekompatibilní“ operace (ve smyslu Řeků), jejichž výsledek se numericky shoduje, protože je třeba spíše součet všech atomů všech řádků, než „znásobení“ atomů dohromady.

Bohužel nemohu najít zdroj, který by to potvrdil.

Na druhou stranu, staří Babyloňané, několik století (více než tisíc let) před Řeky, měli více algoritmický přístup k matematice a ve svých problémech s hračkami (cvičení pro studenty atd.) Rádi přidávali oblasti do svazků, a takna.(Zdroj: viz str. 673 článku Knutha z roku 1972 CACM [* Ancient Babylonian Algorithms *] (http://teaching.csse.uwa.edu.au/units/CITS1001/extension/ancient-babylonian-algorithms.pdf).)
@ShreevatsaR Děkuji za referenci, na kterou se moc těším!
Farcher
2017-09-06 14:54:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Neexistuje žádná taková jednotka jako atom $ ^ 2 $.

Počítáte počet objektů (atomů), a tak přidáváte

$ 10 ^ {7} \, \ rm atomy \, + 10 ^ {7} \, \ rm atomy \, + 10 ^ {7} \, \ rm atomy \, + 10 ^ {7} \, \rm atomy \, +.....+ 10 ^ {7} \, \ rm atomů \, $

s výrazy $ 2 * 10 ^ {7} $ v součtu a toto napíšete do zkratky jako

$ (10 ^ {7} * 2 * 10 ^ {7}) \, \ rm atomy = 2 * 10 ^ {14} \, atomy $.

mmesser314
2017-09-06 17:02:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Atomy nejsou ve skutečnosti jednotkou. Když se množíte, nekombinují se správným způsobem. Pokud jste opatrní, můžete je v některých situacích nechat fungovat, jak ukazují obě ostatní odpovědi (+1 k oběma).

Ale jak jste viděli, nefungují všude. Ne jako by to byla délka. Pokud je vzdálenost od atomu k atomu 1 Angstrom, není problém s oblastí $ 10 ^ {14} $ Angstrom $ ^ 2 $.

Takže co je jednotka? Počet je bezrozměrný.

I přesto ji lidé často používají jako jednotku, kde funguje. Musíte jen dávat pozor, abyste jej nepoužívali tam, kde není.

Fyzici jsou někdy takoví nedbalí, když jsou matematici mnohem opatrnější. Například funkce může mít na většině míst hodnotu $ 0 $, ale má vysoký tenký hrot blízko $ 0 $, takže oblast pod hrotem je 1. To je v některých situacích užitečné. Fyzici zjistili, že potřebují, aby byl hrot nekonečně úzký. Vytvořili tedy delta funkci Dirac, která je všude kromě $ 0 $ $ 0 $. Hodnota na $ 0 $ je nekonečná. Plocha pod bodcem je $ 1 $.

Matematik by s takovou „funkcí“ narazil na problémy a řekl by, že neexistuje. Fyzik je opatrný, aby jej použil tam, kde to funguje.

Mohl byste prosím vysvětlit, proč říkáte, že neexistuje.Nebo přejděte na nějakou relevantní literaturu, která mi pomůže pochopit toto tvrzení?
@Griffin - mmesser314 právě podává krátký přehled matematických problémů s delta funkcí Dirac.A jak to vždy u krátkých přehledů je, zjednodušuje to natolik, že je to technicky nesprávné.Stále však ilustruje problém, aniž by se zabředával do podrobností.Matematici definují funkci, ale vyžaduje buď složitější koncept „funkce“, nebo „nekonečna“ (dva různé přístupy).V obou případech je rovněž zapotřebí složitější koncepce integrace.
@Griffin Rozpor nastává, když mluvíme o míře množiny, pokud má množina nulovou míru, nepřispívá k integrálu.Jediným bodem je kanonická sada nulové míry.To je místo, kde funkce Delta způsobuje problémy, protože je pouze nenulová v jednom bodě, integrál musí být nula.Jak Pavel zmiňuje, existují způsoby, jak to obejít, ale všechny vyžadují, abychom definice trochu pozměnili.
Uvedení distribucí by pomohlo věci technicky napravit, ale zatemnilo by to pointu.Děkujeme Paulu Sinclairovi a Ukkovi za objasnění.Poukázali na příklady opatrnosti matematiků.
Russell Borogove
2017-09-07 06:57:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vaše jednotky nejsou atomy, ale šířky ohraničující atomy;čtverec šířky atomových ohraničení přirozeně přichází v jednotkách oblastí ohraničujících atomy.

Guill
2017-09-13 23:25:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ve vašem výpočtu není správné, že jste dimenzi nahradili „count“.
Správný způsob, jak to udělat, by bylo určit délku $ 10 ^ 7 $ atomů.Za předpokladu, že zaberou 1 cm, pak $ 1 cm ^ 2 $ bude mít $ 1 x 10 ^ {14} $ atomů a the sheet (1 cm na 2 cm, nebo 2 $ cm ^ 2 $) by obsahovaly ($ 1x10 ^ {14} $atomy / $ cm ^ 2 $ x 2 $ cm ^ 2 $ =) $ 2x10 ^ {14} $ atomy.



Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 3.0, pod kterou je distribuován.
Loading...