最低功耗运动法则

摘要：物体的运动方向是消耗功低的方向，这是物体在理想环境的运动，自然环境的物体运动，运动过程存在功耗增加的问题。自然环境的物质运动方向是向消耗功最低的方向。

    关键词：低功耗，最低功耗，法则。

    正文：物体的运动方向是消耗功低的方向，这是物体在理想环境的运动，自然环境的物体运动，运动过程存在功耗增加的问题。确立自然环境的物质运动方向是消耗功最低的方向，使得建立“最低功耗运动”法则成为可能。

    任何运动都有产生的过程，“最低功耗运动”同样如此。这样的运动如何产生？当物质突破限制运动的极限物理值，这个运动就产生了。

    作者如此定义最低功耗运动法则：物质的运动都是“最低功耗运动”，诸如此类的“最低功耗运动”，产生于极限物理值的突破过程。

    这里必须指出，“最低功耗运动”法则，尽管是简单的运动规律的归纳和总结，也有必要成为物理学的重要法则。为什么这样说？“木桶原理”的发现和运用，是一个明显的例子。木桶中的水，从最短的桶板那里流出，这是人人都知道的常识，但是发现“木桶原理”之前，没有人根据那些常识，归纳和总结，并且发现“木桶原理”。“木桶原理”的广泛应用，在研究中使用“木桶原理”的方便，使用“木桶原理”得到的成功，人们有目共睹。

    这里还应该指出，“最低功耗运动”法则，也是对牛顿第一运动定律的补充。如果A物体静止，并且不被B物体推或者拉，它将永远静止，或永远运动。这样描述物体运动，如同物体脱离环境，如同物体是孤立的存在。认为物体的运动产生于极限物理值的突破过程，并且向最低功耗方向运动，才能正确地描述物体在自然环境的运动，才能正确地描述物体的真实运动。

    理所当然，“最低功耗运动”法则是真理，是简单明白的真理。物体向低功耗方向运动是常识，不能否认常识建立法则的基础，但这样的常识无法解释物体的实际运动。运动中的物体，阻力增加时功耗也增加，使得物体向低功耗方向运动不能成为法则。“最低功耗运动”法则明确存在运动的极限物理值的突破过程，才使得物体向低功耗方向运动的常识，成为法则变得可能。

    在后面的文章中，作者将结合例子，论述和证明“最低功耗运动”法则。

   一、例子和证明

    1、例子和证明

    “最低功耗运动”法则的正确性，简单的描述就能证明。物质的存在形式就是运动，运动的特征就是趋向于静止。静止的物体不耗功，无疑问运动趋向耗功最小的方向。

    在物理教科书中，具体的物体运动，被划分成不同种类，作者的描述和证明，也必须根据这些不同种类的运动。作者从分析物体的直线运动开始，论述“最低功耗运动”法则。

    （1）.匀力减速运动

    A物体做匀力减速运动，从０到Ｌ停止。力F是固定数值。整个运动消耗的功是N，那么N=F*L。

    A物体做匀力减速运动，力F是固定数值。Ａ物体从Ｋ点开始运动时，运动消耗的功是Ｎk,那么有Ｎk＝Ｆ*（Ｌ－Lk）。
　　　　　　　　(Ｌ－Lk)≥０
　　　　　　　　Ｆ*(Ｌ－Lk)≥０
　　　　　　　　N－Ｎk≥０
　　　　　　　　Ｎk－Ｎ≤０
                Ｎk≤Ｎ

    Ａ物体从Ｋ＋１点开始运动时，运动消耗的功是Ｎk+1,那么有Ｎk+1＝Ｆ*（Ｌ－Lk+1），于是可证明Ｎk+1≤Ｎ。物体Ａ向Ｌ点运动，显然趋向低功耗方向，并且Ｎk＝Ｆ*（Ｌ－Lk），ＮL＝０，Ａ物体向Ｌ点运动，显然趋向最低功耗方向。

    现在证明Ｎk+1≤Ｎk
　　　　　　　Ｎk＝Ｆ*(Ｌ－Lk)
　　　　　　　Ｎk+1＝Ｆ*(Ｌ－Lk+1)
　　　　　　　Lk+1≥Lk
　　　　　　　Lk+1－Lk≥０
　　　　　　　Ｎk+1－Ｎk＝Ｆ*(Ｌ－Lk+1)－Ｆ*(Ｌ－Lk)＝Ｆ*( Lk－Lk+1)
　　　　　　　Ｆ*( Lk－Lk+1)≤０
　　　　　　　Ｎk+1－Ｎk≤０
　　　　　　　Ｎk+1≤Ｎk

    物体Ａ向Ｌ点运动，从Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2……Lk，Lk+1，……ＬL开始运动，消耗的功是  Ｎ0，Ｎ1，Ｎ2，……Ｎk，Ｎk+1……ＮL。Ｎk＝Ｆ*(Ｌ－Lk)，LimtＮk =LimtＦ*(Ｌ－Lk), LimtLk＝L，LimtＮL＝LimtＦ*（Ｌ－Lk）＝０，并且Ｎk+1≤Ｎk，Ｎk≥Ｎk+1，表明Ａ物体运动任何距离，都是向低功耗方向运动，都是向功耗最低的方向运动，“最低功耗运动”法则是正确的。

    （2）非匀力运动

    物体的直线匀力减速运动，需要环境条件的稳定，非匀力运动较为常见。文章前面作者已经证明了LimtＮL＝LimtＦ*（Ｌ－Lk）＝０，表明在这种情况下，物体仍然趋向最低功耗方向。根据“最低功耗运动”法则，物体的非匀力运动向最低功耗方向，是“最低功耗运动”。但这里必须明确，前面所说的Ａ物体的运动，如果是非匀力运动，不是运动到任何位置，都趋向低功耗方向。实际上存在的问题是这样的，对于Ａ物体的非匀力运动，如果运动到Ｌ点，是“最低功耗运动”，那么Ａ物体非匀力运动任意距离，是否“最低功耗运动”呢？作者必须解决这个问题：Ａ物体的非匀力运动过程，如果存在作用力增加的情况，物体不是始终向功耗小的方向运动，在这种情况下，“最低功耗运动”法则是否正确。

    把物体Ａ由运动到静止的作用力，看成平均的作用力，Ａ物体的非匀力减速运动，运动任何距离都是最低功耗运动。如此解决问题，把物体的运动状态理想化了，在自然界，不存在物体的理想运动。Ａ物体的非匀力运动，如果发生作用力降低的变化，出现阻力降低的情况，Ａ物体的运动距离将延长，不会导致非“最低功耗运动”。Ａ物体的非匀力运动，如果发生作用力增加的情况，出现阻力增加的情况，Ａ物体的运动距离缩短，也不会导致非“最低功耗运动”。答案很明白，Ａ物体的非匀力运动，趋向最低功耗方向。

    尽管Ａ物体的运动趋向最低功耗方向，这里仍然有必要指出，趋向低功耗方向的运动，趋向最低功耗方向的运动，这两者之间有明显区别。如果A物体仅趋向低功耗方向运动，它将永远停留在始点，“最低功耗运动”法则的确立确实很有必要。

    （3）自然运动过程

    物体的直线匀力运动和直线非匀力运动，都是“趋向最低功耗方向的运动”，那么物体的任意方向运动，是否“趋向最低功耗方向的运动”？作者认为，有必要再次明确向低功耗方向运动和向最低功耗方向运动的区别。

    那么两者之间的区别究竟是什么？这两者之间的区别，实际上是理论运动和自然运动的区别。物体向低功耗方向的运动，如同热只能由高向低流动，这样的运动，不能正确的描述物体运动过程出现的阻力增加、功耗增加的情况，也排斥物体消耗功产生热量的热力学规律。物体向最低功耗方向运动，包括物体在运动过程出现的阻力增加、功耗增加的运动状态，不排斥物体物体消耗功产生热量的物理学规律。非常明显，前者是理想状态的运动，后者是自然状态的运动。

    明确低功耗方向运动和最低功耗方向运动的区别，物体的任意方向的运动是否趋向最低功耗方向，将成为这样的问题：物体任意方向的自然运动是否趋向最低功耗方向？

    物体的任意方向的自然运动是否向最低功耗方向，可以根据自然现象归纳总结得到。平抛物体的运动，是向最低功耗方向的运动，斜抛物体的运动也是向最低功耗方向的运动。为什么说斜抛物体的运动也是最低功耗运动？斜抛物体的方向倾斜向物体所在平面的下方，它显然是向低功耗方向的运动，是向最低功耗方向的运动，如果斜抛物体的方向倾斜向物体所在平面的上方，在此物体运动的最高点之前，它的功耗在逐渐增加，但是到达此物体运动的最高点之后，它的运动就类似于平抛物体的运动了。根据“最低功耗运动”法则，此物体运动的最高点，实际上是所谓极限物理值突破点，因此物体的斜抛运动是“最低功耗运动”。

    根据“最低功耗运动”法则，可以确定斜抛物体的运动向最低功耗运动方向，其他物理学定律不能很好地解决这个问题。很明显，关键问题是极限物理值突破概念的引入。在文章的后面，作者将专门论述极限物理值的突破。

    物体的圆周运动，也是常见的任意方向的运动，这样的运动符合“最低功耗运动”法则。比如说地球不能脱离太阳系，地球只能做趋向低功耗方向的运动，地球最终将融入太阳，是地球向最低功耗方向的运动，地球的融入太阳，当然也是极限物理值的突破过程。

    根据物理学定义，物体做曲线运动时，运动的方向是各点的切线方向，如果将各点的切线方向定义为物体所在平面，问题将变成平抛和斜抛问题。也就是说，物体的曲线运动是“最低功耗运动。

    现在可以说物体的任意方向的运动是“最低功耗运动”，“最低功耗运动”法则是正确的。

    物体的运动过程中，存在“作用力增加”的问题，使得物体向低功耗方向运动，无法成为法则，“最低功耗运动”法则解决了有关问题，才使得法则的建立成为可能。此外，法则的建立还涉及极限物理值。在文章的后面，作者将论述“作用力增加”的问题，论述极限物理值问题。

   二、极限物理值

    低功耗运动，是物体在运动过程的任意位置，都向低功耗方向的运动，这样的运动也是自然环境的运动形式之一，但这样的运动没有包括物体运动的全过程。静止的物体开始运动，必须突破限制运动的极限物理值。然而仅以低功耗运动、极限物理值的突破建立最低功耗运动法则，无法包括“最低功耗运动”。文章前面的论述，虽然确定了物体运动形式是“最低功耗运动”，但没有确定物体任意点的运动都是“最低功耗运动”。如同文章前面论述的Ａ物体匀力减速运动，实际上是极限物理值的突破在０点的运动。证明物体任意点的运动是“最低功耗运动”，显然很有必要。作者对极限物理值的突破的论述，实际上是证明物体任意点的运动都是“最低功耗运动”，都符合“最低功耗运动”法则。

    如何证明物体任何点的运动都符合“最低功耗运动”法则？作者这样认为，物体的“最低功耗运动”，存在运动始点和极限物理值突破点不相同的情况。证明这样的运动是“最低功耗运动”，也就证明了物体任意点的运动是“最低功耗运动”。有关论述主要是如下几个方面。

    证明Ⅰ：运动始点和极限物理值的突破点不在同一位置。

    文章前面论述了，“最低功耗运动”，产生于极限物理值的突破过程。这样的运动过程，如果在Ｋ点开始增加功耗，在Ｋ＋１点达到功耗极限值，那么可以认为物体从Ｋ点到Ｋ＋１点的运动是物体运动的极限物理值的突破过程。这样描述物体的运动，也可以认为物体的运动从０点到Ｋ、一直到Ｋ＋１点，都是极限物理值的突破过程，也就是说，物体的“最低功耗运动”，运动始点和极限物理值点不在同一位置。

    用简单的例子说明，能使问题的分析变得简单。例子之一，山坡上的木头，位置在０点，6级风才能使它移动到K点，但移动到K点之后，3级风就能吹动它，向山坡下面滚动。例子之二，山坡上的木头，位置在０点，３级风把它吹到Ｋ点，４级风把它吹到Ｋ＋１点，从Ｋ＋１点，木头沿着山坡滚下山去。如果０点和Ｋ点在相同高度，Ｋ＋１点的高度高于０点和Ｋ点，显然０点和Ｋ点不是木头运动的极限物理值突破点，但木头由０点到K点的运动，一直到Ｋ＋１点的运动，都是木头运动的极限物理值的突破过程。也就是说，自然环境的“最低功耗运动”，存在运动始点和极限物理值突破点不在同一位置的情况。

    证明Ⅱ：理论运动始点和实际运动始点。

    如证明Ⅰ的论述，物体的运动存在运动始点和极限物理值点位置不同的情况，那么存在运动始点和极限物理值点位置相同的情况吗？文章前面论述的匀力减速运动，运动始点在０点，极限物理值点也在０点。在一般性的概念中，可以认为这样的运动，运动始点和极限物理值突破点在同一位置，但这样认为是把物体的运动理想化，实际上的物体运动，不存在运动始点和极限物理值突破点相同的情况。

    认为A物体的匀力减速运动，运动始点和极限物理值突破点不在同一位置，表面上看，不存在这样的可能，不适合人们观察到的情况，但实际的这样的运动过程，确实存在运动始点和极限物理值突破点不在同一位置的情况。严格地说，人们通常所说的物体运动始点，是纯粹的理论运动始点。为什么如此，问题其实很简单，力作用于物体时，在物体移动之前，物体的形变、热状态变化等等，就是功的消耗过程。古典物理学的研究，忽视诸如此类的功耗，使得物体运动的研究，实际上成为古典物理学的物体运动研究，成为理论的物体运动研究。

    古典物理学的物体运动研究方法，实际上是为了研究方便，使用理论研究方式。认为物体的运动，存在运动始点和极限物理值突破点，符合物体的实际运动状态。使用运动始点和极限物理值突破点的方式研究物体运动，比古典物理学的研究方法，更接近物体运动的实际情况。

    这里有必要指出，和古典物理学比较，“最低功耗运动”法则论述的运动更接近实际情况，“最低功耗运动”法则发展和补充了古典物理学。

    不能否认物体到达终点时，它的功耗是０，物体的运动过程中，即使存在功耗的增加，也不能否认物体的运动向“最低功耗运动”方向。在这个运动中，物体功耗的增加，仅仅是物体运动的极限物理值的突破过程。

    不言而喻，认为物体的运动始点和极限物理值突破点不在同一位置，符合物体的实际运动状态。

    证明Ⅲ：若干极限物理值突破点。

    物体的运动，实际上存在若干个极限物理值突破过程。这里结合例子进行说明。

    （１）例子1

    密闭的铁桶中的水，当它由铁桶中渗出时，就是水实现对铁桶的极限锈蚀的结果。在铁桶的锈蚀点横截面，除了渗出点，其他位置的桶壁，都不是水渗出的“最低功耗运动”方向。水渗出点桶壁厚度是零，如同实现水的零距离脱离铁桶运动。水的“最低功耗运动”，在铁桶的锈蚀点，水锈蚀铁桶的功耗，显然是极限物理值突破点的功耗。在铁桶的其他地方，对于锈蚀过程，可以说水没有耗功。

    实际上的水锈蚀铁桶，实现零距离水脱离铁桶运动的锈蚀点，可能是一个，也可能是两个或者更多个。

    存在若干极限物理值突破点吗？是否如此，将在后面进行论述。

    （２）例子2。

    电路的短路，也是“最低功耗运动”的例子。这个例子，能更好地说明极限物理植的突破。并且当电流突破限制，流向零电压点时，短路点的功耗最低。但这样的短路点不是唯一的。在没有条件的地方，人们使用单线供电，他们使用的每一个电器，实际上都如同电流的极限物理值的突破点。

    物体的运动，确实存在一个或若干个极限物理值的突破点。

    证明Ⅳ：物体运动的实际情况，存在一个或若干个极限物理值突破点，但这样研究物体的运动，将使研究复杂化。在有关研究中，有必要明确这样一个问题：“最低功耗运动”法则涉及的运动，每个极限物理值的突破点，伴随特定的运动结果，对特定的运动结果而言，极限物理值的突破点是唯一的。

    这里仍然结合铁桶中的水进行说明。

    水进入铁桶就开始锈蚀铁桶的壁，开始了极限物理值的突破。但是在H1点实现突破之后，水还能在H2实现突破。存在两个或者更多极限物理值的突破过程。铁桶中的水，未流出之前，是水锈蚀铁桶的化学运动。水从H1点流出之后，又从H2流出，固然也是相同的化学运动，但就铁桶来说，已经由完好的容器变成坏容器了。

    不言而喻，水的极限物理值突破点——Ｈ点，对应的是破坏铁桶的运动。水的极限物理值突破点——Ｈ２，对应的是水的锈蚀点增加的运动，水的流量改变的运动等等。

    文章前面论述的Ａ物体的非匀力运动，也存在类似情况。物体从０点运动到Ｋ点，运动阻力突然增加，结束了匀力减速运动。０点就是Ａ物体的极限物理值突破点，这个极限物理值突破点，对应的运动结果是静止到运动。

    下面分析Ａ物体从Ｋ点开始的运动。

    A物体从K点开始，如果运动阻力一直增加，仅仅是L点改变数值，最终依旧是运动停止，实现A物体“最低功耗运动”。如果运动阻力仅瞬时增加，那么仅仅确定了一个极限物理值突破点——Ｋ点。

    非常明显，Ａ物体的极限物理值点——０点，对应结果是Ａ物体的静止状态结束，Ａ物体的极限物理值点——Ｋ点，对应的是Ａ物体运动的匀力减速运动状态的结束。

    Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的论述，表明物体任意点的运动，都是“最低功耗运动”。

    有关极限物理值的论述，证明了“最低功耗运动”法则是正确的法则。

   三、小结

    根据本文前面的论述，“最低功耗运动”法则可以有两种叙述形式。

    Ａ，自然界的物体，运动方向是低功耗方向。这样的物体运动，在运动始点和运动终止点之间，物体运动到运动终止点的功耗都低于物体由运动始点运动到运动终止点的总功耗。这样的运动具有固定的运动始点。

    Ｂ，自然界的物体，运动方向是最低功耗方向，这样的运动产生于限制物体运动的极限物理值的突破。

    比较两种叙述形式，显然后者的叙述形式更为科学。毕竟运动过程可能出现阻力增加的情况，阻力增加将伴随功耗的增加，阻力的增加将伴随运动终止点的变化，前者需要预先设定运动始点和运动终止点，后者不必预先设定运动始点和运动终止点，是更为自然界更为普遍的运动。

    四、法则的重要性

    根据上面的论述，“最低功耗运动”法则，是正确的法则。在后面的论述中，将通过具体问题的解决，论述这个法则的重要性

    1、 先烂一个苹果。

    “最低功耗运动”法则，既可以用于物理运动研究，也可用于生物学研究。储存的苹果先腐烂一个，作为研究结果，是一个明显的例子。

    储存在塑料袋中的苹果，在自然环境放置一些天，并不是一起烂掉，而是先腐烂一个苹果。即使这个苹果完全腐烂了，发黑了，其他苹果依旧完好。使用其他研究方法，需要较为复杂的论证，使用“最低功耗运动法则”，问题的论证很简单。

    根据“低功耗运动”法则，生物的运动，趋向于最节省功的方向。导致苹果腐烂的那些微生物，在塑料袋中，没有空气流动帮助它们，它们移动到其他苹果，需要消耗更多的能量，所以它们仅向最近的地方移动。这样移动的结果，当然是先腐烂一个苹果。

    2、南向天体流（注解1）

    宇宙膨胀说的支柱之一，是天体红移光谱说。但1986年的天文观测发现，室女座星系等超星系团，正在以700千米/秒的速度向南飞去。“南向天体流”，学者们这样称呼这些超星系团。南向天体流的存在，无法用天体红移光谱说解释，也破坏了宇宙的均匀性和完美。

    学者们猜测，是特大超星系团，牵动了室女座星系等超星系团，导致产生南向天体流运动。受到天文观测手段的限制，现在无法证实这个猜测，但使用“最低功耗运动”法则，就能使问题得到较好的解释。

    借鉴１的例子进行解释。把时空看成水果和细菌，“细菌”室女座等超星系团，首先品尝“苹果”特大超星系团，舍弃美味的宇宙“西瓜”。

    假设存在M星系团和W星系团，并且Ｍ星系团是不可见的特大超星系团，Ｗ星系团是室女座星系等超星系团，或许随宇宙膨胀亿万年之后，甚至可能从它们诞生之初，Ｗ星系团就开始蓝移运动了。对于W星系团，随着宇宙膨胀，做无限距离的红移运动，要消耗巨大的宇宙内能，这是违反“最低功耗运动”法则的运动，它向Ｍ星系团移动，才是符合自然规律的运动。

    很明显，根据“最低功耗运动”法则，可以明确地确定Ｍ星团的存在。

   五、比较和确立理论

    尽管作者在前面做了论述，这里仍然有必要再次进行比较，比较“最低功耗运动”法则和其他定律法则的不同。毕竟热力学的“热只能由高向低传递，”木桶原理的“水从最短那块板流出”，和本文前面论述的“最低功耗运动”一样，都是物体向低功耗方向运动的描述。

    文章前面谈到了“木桶原理”，水从最短那块木板处流出，类同“最低功耗运动”，那么“最低功耗运动”法则，是否“木桶原理”的重复呢？作者认为，“最低功耗运动”法则不是“木桶原理”的重复。“木桶原理”是经济学研究的产物，它形同自然现象的例举，也没有论述极限物理值的突破。“最低功耗运动”法则能成为物理学法则，“木桶原理”需要进一步的论述，才能成为物理学法则。

    和木桶原理比较，热力学第二定律的“热不能自发地从低向高传送”，更为接近“最低功耗运动”。热力学定律很早就被发现，“最低功耗运动”法则21世纪面世，确实和极限物理值突破过程的确立有关。“物体向低功耗方向运动”，是物体的简单和原始运动形式，但是“物体向最低功耗方向运动”，物体的运动产生于“极限物理值的突破”等等论述，解决了物体在运动过程中，出现作用力增加的问题，使得“最低功耗运动”法则的确立成为可能。

    结尾：最低功耗运动法则，确定了自然运动向耗功最低的方向，确定了最低功耗运动产生于最大极限物理值的突破过程，能为科学的研究和发展提供更为明晰的途径。可以这样预言，尽管“最低功耗运动”法则根据简单易见现象总结得到，一旦确立它的理论地位，它将如同“木桶原理”等科学定律和法则一样，在实际应用中发挥越来越大的作用，在理论研究中发挥越来越大的作用。

   注解1：南向天体流引用来源：
    （1）《宇宙与太阳系》。科学出版社，知识就是力量丛书，1991年5月第一版。
    （2）《并存的旧宇宙》。甘肃科学技术出版社，《飞碟探索》杂志，2000年第二期，总第166期。

作者简介: 
   
   屈习生男 肄业于大庆石油学院机械系。现为中国作家协会陕西分会会员。1979年开始科幻小说创作，1979年创作科幻小说提出，1986年发表文章论述，统一世界文字的过程是实现文字数字化的过程，即首先为各种文字的同义词标注相同数字，进而实现它们的语法、语音等等的统一。1993年出版长篇科幻小说《异星梦旅》，提出了不同于美国科学家的天文学新说；1996年发表文章论述此新说，即由于宇宙中存在类似于北极光的发光现像，有行星的非类太阳系恒星系存在生成高级生命体的可能。发明了蓄热式钎焊用烙铁和蓄热式熨斗，首先提出利用低熔点金属的液化潜热蓄热，设计电热器具的设计思想。发明了负压熔断器，首先提出利用负压空间抵消熔断爆炸应力和膨胀应力的设计思想。发表了《蓄热式烙铁的设计思想及其他》《印刷电路板设计生产工艺原则的补充》《改进电视机工艺生产流程之我见》《波峰焊前元器件定位装置》《发明的再发现》等工艺论文。还发表了论文《并存的旧宇宙》，论述新旧宇宙并存，宇宙大爆炸多次发生。发表了论文《地球水末日》，揭示地球失水是绝对过程的自然现象，呼吁捕捉彗星取水，从太空取水。《地球水末日》已收入《中国学术大百科全书·学术卷》。还创作了六部长篇小说稿和十余部诗集稿。传略收入《世界名人录》《中华人物辞海》《世界人物辞海》《世界文化名人辞海》《中国学术大百科全书·学者卷》《世界科技名人录》等数十部有关辞书，以及有关的网络版。