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圆周率包含了什么物理意义?

 晓耀 2018-04-04

谢邀。这是一个启发物理思维的好问题。想必物理参与者,都会追究诸如圆周率π、虚数单位√-1、自然常数e、精密结构系数α、普朗克常数h、玻尔兹曼常数k、光速常数c、引力常数G之类的物理意义。π也许是最重要的,本人未做专门研究,以下说说我的几个直觉吧。

其一,“π”意味着圆周运动,表征物质运动的最本质形式——测地线循环。根据牛顿第一定律,保持静止或匀速直线运动,这是物质的本性或惯性。其实直线运动不存在,只有测地线循环,即匀速圆周运动。


其二,“π”意味着球体能密,用来简化那些复杂六维空间能密分布图景,所谓“能量球”。电子、质子、中子、中微子等粒子的能量球半径,皆可统一表示成:r=λc/2π。其中λc是康普顿波长,λc=h/mc。

其三,“π”意味着角动量矩。物质喜欢自旋与绕轨。自旋涉及自旋角动量。例如电子自旋角动量S=mcλ=√(3/4)h/2π;绕轨涉及轨道角动量。

其四,“π”意味着周期变化。电磁波与引力波,皆来自谐振子的圆周运动。傅里叶发现,周期函数都可用正交的正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示,按欧拉公式,三角函数可化成指数形式,傅立叶级数可变成指数级数。

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