寒门在以前对我的反驳中提到:不能不顾实际情况来忽略次要因素或讨论理想情况,我这里就此问题再做分析:什么时候的什么因素可以忽略?
回答这一问题总的原则是:这一因素如果起的作用过小,或者和我们讨论的问题无关,则可以忽略!
例一:比如,我们在讨论火车运行的速度/时间/路程三者关系时,我们并不关心火车的类型(蒸汽式、机电式或者磁悬浮),因为无论什么火车,s=vt(这里v是平均速度)都成立。
这一点当然是很显然的。然而有的时候好象忽略了一些因素后如果再进一步考虑的话,好象会出现荒谬的结果,请看例二。
例二:我们考虑火车从北京到上海所需要的时间,这时由于火车的长度远小于两地距离,我们可以忽略火车自身长度,这里我们把火车当作一个点来描述。然而有人会问“难道火车仅仅是个点吗?如果是个点,那怎么拉货物啊?”火车当然不是真正的数学上的点,但是把火车“当作”点对我们的计算只能带来方便。但是,同样是这一列火车,如果是研究火车完全通过一座桥所用的时间,那么一般来说不能把火车当作点来看待,因为一般的桥长度和火车长度在数量级上比较接近。此外,光滑面、刚体、理想气体等等都是这样的例子。
此外,还有一特殊情况,就是同一量在同一式中有的地方可以忽略,有的地方不可忽略。这里我以一个数学中的式子来做例子,请看例三。
例三:数学式a/(a+b),此式中当b远远大于a时,分母中的a可以忽略,而分子中的则不能忽略,此式近似等于a/b,如果同时把分子中的a也忽略掉,则此数学式近似为0。
我们举例来看例三中两种分析方法产生的误差:假设a=1,b=1000。这时原式为1/1001(即0.000999可以近似为0.00100);当a由1变为2时,上式的值则变为2/1002(即0.001996近似为0.00200)。这里可以看到a加倍分数值也近似加倍,因此a/(a+b)近似看作a/b是可行的。而将原式近似看作0是不行的,反映不出a在式中的影响。
在物理中类似以上的近似比比皆是。当然也许还有其他的类型,但是目前我还没有想到。此外,什么是“影响小”?这个问题是和我们的研究精度有关系的,这里我们假设前面的简化都在我们的精度要求内。