اَبا اِباد

اصل کمترین کنش یا principle of least action

طبیعت تنبل است

یک موقعی بود که هرچندوقت یک داستانی راجع به کمپانی‌های بزرگ پخش می‌شد. یک روز یک تست هوش پخش می‌کردند و می‌گفتند که این یکی از سوالات آزمون ورودی ناسا بوده است. روز بعد می‌گفتند مایکروسافت برای همه‌ی کارکنانش این شرط را گذاشته که برای افزایش بازدهی فلان کار را انجام دهند. یک روز دیگر می‌گفتند چهار قانون ایلان ماسک راجع به جلسات درون سازمانی. البته الان هم هرچند وقت سر و کله‌ی این جفنگیات پیدا می‌شود و معلوم نیست چه کسی اینها را می‌سازد و چه کسی اینها را اینقدر پخش می‌کند و معلوم نیست چه کسی این داستان‌ها را سر کارمندان بخت برگشته‌اش در می‌آورد. یک زمانی هم این خیلی وایرال شده بود که گوگل سعی می‌کند انسان‌های تنبل را استخدام کند، چرا که تنبل‌ها همیشه آسان‌ترین راه حل را انتخاب می‌کنند و آسان‌ترین راه حل، بهینه‌ترین و‌ کم هزینه‌ترین راه حل است.

حالا معلوم نیست داستان پشت این قضیه چه باشد. شاید هم خود تنبل‌ها این داستان را درست کرده باشند. اما همچین‌ هم بی حساب کتاب نیست و یک منطقی پشت آن است. بالاخره از قدیم هم می‌گفتند که تنبل پادشاه است. اینکه تنبل‌ها آسان‌ترین راه را انتخاب می‌کنند که کمترین عمل را انجام بدهند و کمتر خسته شوند خیلی هم بیراه نیست. راستش را بخواهید یکی از تنبل‌ترین تنبل‌هایی که همه‌ی ما خیلی خوب او را می‌شناسیم که همیشه بهترین و کم‌هزینه‌ترین و کم‌انرژی‌ترین مسیر را برای انجام کارها انتخاب می‌کند، خود طبیعت است. خود طبیعت؟!!! بله خود طبیعت.

طبیعت از هر تنبلی که می‌شناسیم تنبل‌تر است و همواره کم هزینه‌ترین مسیر را پیدا می‌کند.

اجازه دهید با یک مثال این موضوع را بررسی کنیم. فرض کنید یک سنگ را در دستتان گرفته‌اید و می‌خواهید این سنگ را پرتاب کنید. من نمی‌دانم که قدرت پرتاب شما چقدر است. فرض کنیم که شما در یک فضای بازی مثل یک مزرعه ایستاده اید و از بابت اینکه سنگی که پرتاب می‌کنید شیشه‌ای را نشکند یا توی سر کسی نخورد، هیچ نگرانی ندارید و با تمام قوتی که دارید، سنگ را پرتاب می‌کنید. شما وقتی سنگ را پرتاب می‌کنید یک انرژی جنبشی به آن می‌دهید و این سنگ شروع به حرکت می‌کند. بعد این سنگ کمی ارتفاع می‌گیرد و سپس تحت تاثیر جاذبه‌ی زمین دوباره به پایین باز می‌گردد. مسیری که سنگ طی می‌کند یک منحنی‌ست. شاید شبیه یک تخم مرغ خوابیده روی زمین.

اما چرا باید سنگ این مسیر را طی کند؟ چرا مثلا چند بار بالا و پایین نمی‌رود تا نهایتا به زمین برسد؟ چرا مسیر زیگ‌زاگی را طی نمی‌کند؟ چرا یک حرکت موجی نمی‌رود؟ پاسخ این است که چون طبیعت تنبل است. اگر مسیرهای مختلف فرضی غیرواقعی مثل مسیر زیگ زاگی، مسیر موجی، مسیر خط مستقیم و هر مسیر دیگری را برای سنگ تصور کنید، سپس انرژی جنبشی سنگ را در هر لحظه از مسیر محاسبه کنید، انرژی پتانسیل را از آن کم کنید و آن را در طول زمان در کل مسیر انتگرال بگیرید، متوجه خواهید شد که عددی که برای تمام مسیرهای فرضی به دست خواهید آورد، بزرگتر از عددی است که برای حرکت واقعی در طبیعت به دست می‌آید.

پس طبیعت خیلی تنبل است و از میان همه‌ی مسیرهای ممکن، بهترین مسیری را انتخاب می‌کند که کنش (انرژی جنبشی منهای انرژی پتانسیل) در آن به حداقل برسد و بهترین مسیر در مثال پرتاب سنگ، همان منحنی‌ست که وقتی سنگ را پرتاب می‌کنید، می‌بینید. به این ویژگی طبیعت، اصل کمترین کنش یا principle of least action گفته می‌شود که یک اصل اساسی در تمامی حوزه‌های فیزیک است. با همین اصل، معادله‌ی حرکت هر سیستم فیزیکی به دست می‌آید.

– ابا اباد

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *