拉格朗日力學
最小作用量原理
在系統於固定起點與終點位形之間所有可能走的路徑中,大自然恰恰只選一條。最小作用量原理說:被選中的那條,正是使某個量——作用量——取駐值(通常是極小值)的路徑。彷彿系統把每一條可能的路都檢視一遍,再挑出那條極值路徑。
精確地說:固定端點 q(t1) 與 q(t2),在所有連接它們的路徑中,物理路徑使作用量 S = 積分 L dt 取駐值,也就是對微小變分的一階項而言 delta S = 0。這唯一一條變分條件,正好等價於尤拉-拉格朗日方程,而後者對力學系統就重現了牛頓第二定律。
老實說,「最小」略有語病。作用量取的是駐值,不一定是極小值;在很長的時間下它可能是鞍點(越過共軛點或焦點之後),這也是為何「駐作用量原理」是更嚴謹的稱呼。更深一層地說,它是量子力學的古典投影:費曼的路徑積分把 e^(i S / hbar) 對所有路徑求和,而古典軌跡恰好落在相位 S 取駐值之處,使得鄰近路徑相長干涉。
在重力下拋出的球,走的是那唯一一條拋物線——在所有起落點相同、彎彎曲曲的路徑中,它使作用量取駐值。
端點固定;真實路徑使作用量取極值。
作用量取的是駐值,不一定是極小值;稱為「最小」作用量是傳統叫法,但在長時間區間可能會誤導。
又称
另见