Physics Mechanism Decomposer

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name: physics-mechanism-decomposer
description: 当面对一个开放现象、说不清"为什么会这样"时使用——IYPT 题目、实验里看到的奇怪行为、科研中待解释的观测。把现象拆成候选机制清单，用守恒量收支表检查有没有漏，为每个机制写出带指数的标度律，用同量纲的量级比较排出主导、次导与可忽略，再为每个机制配一个能真正分辨它的观测量（判据是指数或符号不同，不是系数不同）。产出的是可检验命题与实验建议，不是结论。
category: physics/mechanism
version: 0.1.1
status: draft
priority: P0
compatible_agents:
  - claude-code
  - codex
  - cursor
  - codebuddy
  - nestudy
  - generic-llm-agent
display_name: 物理机制分解器
outputs:
  - chat
max_rounds: 24
suggest_hint: 用「物理机制分解器」把"为什么会这样"拆成排了序、能分辨的机制清单
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# 物理机制分解器 / Physics Mechanism Decomposer

开放问题绕不开的那一步：**把"为什么会这样"变成一组可以逐条检验的命题。**

产出不是"因为表面张力"。产出是：候选机制有哪几条、每条的标度律是什么、
量级比下来谁主导、以及**做哪个实验能把它们分开**。

## 何时使用 / When to use

- IYPT 型题目：现象给了，机制要自己找
- 实验里看到没预期的行为，想知道可能是什么在起作用
- 已经有一个解释，但拿不准它是不是主导的那条
- 要设计实验，需要知道测哪个量最能区分假设
- 论文或答辩里要说清"为什么是这个机制而不是那个"

**不适用于** / Not for：

- 封闭计算题，条件已经给全 —— 用 `problem-formalization-coach`
- 材料还没整理成现象陈述 —— 用 `competition-scenario-extractor`
- 已经排好机制，要配数值锚点做量级估算 —— `fermi-estimation-coach`
- 已有数据要做拟合体检 —— `model-fit-auditor`；怀疑数据本身有漂移、温度依赖等系统误差 —— `dataset-systematic-error-hunter`

## 需要的输入 / Inputs

| 输入 | 必填 | 说明 |
|---|---|---|
| 现象描述 | 是 | 在什么条件下能看到、看到了什么、什么时候看不到 |
| 可控参数 | 是 | 实验里能改哪些量、改的范围多大 |
| 已有观测或数据 | 否 | 哪怕是定性的"加大三倍后变强"也很有用 |
| 已有的解释 | 否 | 有的话作为候选之一进清单，不给它特殊地位 |

## 流程 / Process

### 1. 把现象写成可证伪的陈述

三栏分开，不要混：

| 栏 | 内容 | 注意 |
|---|---|---|
| **可观测事实** | 直接看到或测到的 | 带条件：在什么参数范围内成立 |
| **待解释的部分** | 事实里哪一条是"奇怪"的 | 写清"奇怪"相对于什么预期 |
| **边界** | 什么时候现象消失 | **现象消失的边界往往比现象本身更有信息量**——它直接指向控制它的那个参数 |

"水滴会在热板上悬浮"不是可证伪陈述。
"板温高于约 200 °C 时，水滴寿命从数秒跳到数十秒"才是。

### 2. 枚举候选机制：两条互补的路子都要走

**只用一条会漏。**

**路子甲：守恒量收支表。** 对每个相关的守恒量写一条收支方程：

```
d(储量)/dt = Σ流入 − Σ流出 + Σ源汇
```

守恒量清单：质量 / 物质的量、动量、角动量、能量、电荷。
（熵不守恒，但可以写成有产生项的收支式，用来定位耗散在哪。）

**每一项必须归到一个具体机制。对不上的那一项就是漏掉的机制。**
能量收支写不平，就说明有一条能量通道还没被列出来。

**路子乙：物理域清单。** 逐个域过一遍，问"这里有没有它"：

> 惯性 · 重力 · 弹性 · 塑性与断裂 · 黏性 · 表面张力与润湿 · 压强与浮力 ·
> 摩擦与接触 · 热传导 · 对流 · 辐射 · 相变潜热 · 扩散与混合 ·
> 静电 · 磁与电磁感应 · 涡流与磁滞 · 化学反应 · 光的散射吸收干涉 ·
> 热涨落 · 几何与边界效应 · 流体不稳定性（瑞利–泰勒、开尔文–亥姆霍兹、
> 瑞利–普拉托、瑞利–贝纳尔、马兰戈尼）

**注意区分机制与条件。** 几何形状、初条件、边界条件**不是机制**，
但它们决定哪个机制主导。把它们单列一栏，不要混进机制清单。

### 3. 为每条机制写标度律

标度律必须写成带指数的形式：`X ∝ Y^a Z^b`。
**"随 `Y` 增大"不是标度律**，它没有可检验内容。

每条标度律标注来源，四档证据力不同：

| 档 | 来源 | 强度 |
|---|---|---|
| 【推导】 | 从控制方程里的某一项直接得到 | 最强 |
| 【量纲】 | 量纲分析给出结构，无量纲系数未定 | 结构可信，系数不可信 |
| 【文献】 | 已有经验关联式 | **必须连同适用范围一起引**。例如层流平板边界层的 `Nu_L = 0.664 Re_L^{1/2} Pr^{1/3}` 只在 `Re_L < 5×10⁵`、`0.6 ≲ Pr ≲ 50` 成立，超出范围照抄是错的 |
| 【猜测】 | 还没有依据 | 只能作为待验证项，不能参与排序 |

### 4. 排序：只比同量纲的量

三步走，每步都要留下数：

1. **统一量纲。** 要比"哪个机制更重要"，先把它们化成同一个物理量——
   都化成力、都化成功率、或都化成能量。**拿力去比能量没有意义。**
2. **代入本题的量级。** 每个数标注是【题面】、【标准值】还是【估算】。
3. **写出比值。** 结论写成 `阻力功/重力功 ~ 10⁻³`，不写"比较小"。

常用的比值直接查 `_shared/dimensionless-groups.md`。

**门槛的三个陷阱**（详见该文档第 5 节）：

- 目标量是**和** → 10 % 的项通常可忽略
- 目标量是**两个大项之差** → 10 % 的项可能决定**符号**，绝不能忽略
- 目标量在**指数上** → 指数里 10 % 的偏差放大成倍数

比值落在门槛一个量级以内时**必须实算**，不能引门槛下结论。

有执行能力时，把所有机制表达式写成 `dimcheck.py` 的输入，
用 `[compare]` 小节确认它们确实同量纲：

```bash
python3 ../_shared/scripts/dimcheck.py mechanisms.dim
```

表达式里的分数指数要加括号（`d^(1/2)`、`Re_L^(1/2)`）。`d^1/2`、`m*v^2/2` 这类写法有歧义，脚本以退出状态 2 拒收：
这是 `.dim` 的写法问题，改好重跑，不算量纲结论。

### 5. 为每条机制配一个可分辨的观测量

**这一步决定了整份分析有没有用。** 排序只是猜想，分辨才是证据。

两条机制对某观测量的预言，必须在**结构上**不同才算可分辨：

| 算可分辨 | 例子 |
|---|---|
| **指数不同** | 小球终端速度：斯托克斯阻力给 `v_t ∝ d²`，二次阻力给 `v_t ∝ d^{1/2}`。双对数图上斜率 2 与 0.5，一眼分开 |
| **符号不同** | 一个机制预言随温度升高而增强，另一个预言减弱 |
| **定性行为不同** | 一个有阈值一个没有；一个单调一个有极大值 |
| **依赖的变量不同** | 一个依赖 `σ` 另一个不依赖 → 只改 `σ` 就能分开 |

| **不**算可分辨 | 原因 |
|---|---|
| 只有前因子（系数）不同 | 前因子常有几倍的不确定度，可以被"调"掉 |
| 同指数、只差量级 | 同上 |
| 只在一个数据点上不同 | 一个点分不开两条曲线 |

**实验设计的关键约束：判据里的那个参数必须能被独立改变。**
换一种液体会同时改变 `ρ`、`μ`、`σ` 三个量，这是最常见的失败设计。几个能相对独立调节的手法：

- **只改黏度**：甘油–水混合可以让 `μ` 变几个量级，而 `σ` 的相对变化小得多
- **只改表面张力**：低浓度表面活性剂能明显降低水的 `σ`，`μ` 几乎不动
- **只改气体密度**：改变环境气压

前两条的具体物性数值随温度、浓度变化，由使用者查，连同温度与出处一起写（见 `../_shared/physics-evidence-contract.md` 第 3 节）。

改不动的时候要如实说改不动，并给出退而求其次的方案（例如同时测两个观测量做联合约束）。

### 6. 完备性自检

四项，缺一项就还没做完：

- **收支闭合**：每个守恒量的收支表，每一项都归到了某条机制。
- **没有重复计数**：同一段耗散没有在两条机制里各算一次。
- **不是只列了会算的**：清单里应当有至少一条你还不会定量处理的机制，
  如实标为【猜测】。**一份全是自己会算的机制的清单，通常是漏了的那份。**
- **与已有观测不矛盾**：主导机制给的标度律，与手上的定性观察（"加大三倍后变强"）
  指数对得上。对不上就是排序错了，不是观察错了。

## 输出格式 / Output

```markdown
## 现象陈述
| 可观测事实 | 待解释的部分 | 现象消失的边界 |

## 收支表
| 守恒量 | 储量 | 流入 | 流出 | 源汇 | 每项归到哪条机制 | 是否闭合 |

## 候选机制
| ID | 机制 | 物理域 | 它如何产生这个现象（一句话） |

## 条件（不是机制，但决定谁主导）
- 几何 / 初条件 / 边界条件

## 标度律
| ID | 标度律 | 来源档（推导/量纲/文献/猜测） | 适用范围 |

## 量级排序
| ID | 比值 | 数值 | 各量的来源 | 结论（主导/次导/可忽略/待定） |
- 量纲检查：脚本已跑 / 人工检查 / 未执行

## 可分辨观测量
| 要分辨的两条 | 观测量 | 结构差别（指数/符号/定性/变量） | 需要独立改变什么 | 能不能改得动 |

## 完备性自检
- 收支闭合 / 无重复计数 / 含未定量机制 / 与已有观测一致

## 交接
- 已确认 / 暂定 / 未解决
- 下一步：<实验设计，或量级估算（fermi-estimation-coach）>
```

## 六个高频翻车 / Common failures

1. **把现象名当机制。** "因为共振"不是机制——是哪个自由度与什么驱动共振，固有频率多少。
   "因为湍流""因为表面张力"同理。
2. **同一条机制被数了两次。** 同一段耗散在"黏性"和"摩擦"里各出现一次，排序就废了。
3. **只列了自己会算的机制。** 这是最常见也最难自觉的一条，所以自检里专门有一项。
4. **写了"主要是因为 X"却没有量级比较。** 没有比值的主导判断只是偏好。
5. **把相关当因果。** 改变 `A` 时 `B` 也变了，可能是第三个量在动。
   要下因果结论，必须能独立改变 `A`。
6. **机制清单里混进了条件。** 几何、初条件、边界条件单列一栏。

## 边界 / Boundaries

- **不下结论**：给的是排了序的候选与可检验命题，"就是因为 X"由证据决定，不由本 skill 决定。
- **不虚构数据与文献**：引用经验关联式必须给来源与适用范围；查不到就标【缺失】。
- **不编造"典型值"**：材料参数必须连同温度、压强等状态条件一起给。
- **不把【量纲】档的结果说成推导**：量纲分析给结构不给系数。
- **不省略可分辨观测量那一步**：只排序不给分辨方案，等于给了一份没法证伪的清单。
- **不代替参赛者做智力产出**：IYPT 与科研场景下机制清单是本人的工作，本 skill 只提供结构与检查项。

## Token 控制 / Token discipline

- 物理域清单在心里过一遍，输出只写命中的那几条
- `dimensionless-groups.md` 按需查行，不整表复制进输出
- 收支表只写与待解释部分相关的守恒量
- 交接只带排序结论与可分辨观测量表

## 参考资料 / References

- `../_shared/dimensionless-groups.md` — 无量纲数定义、π 定理、排序纪律（第 3、4 步核心）
- `../_shared/idealization-catalog.md` — 被题面关掉的机制要在这里拿回来重排
- `../_shared/physics-evidence-contract.md` — 状态标签、有效数字、诚信边界
- `../_shared/scripts/dimcheck.py` — 第 4 步的同量纲检查

## 变更记录 / Changelog

| 版本 | 日期 | 变更 | 类型 |
|---|---|---|---|
| 0.1.1 | 2026-09-26 | fermi-estimation-coach 与组四 skill 已建成，删掉三处"计划中"并写出实名（model-fit-auditor、dataset-systematic-error-hunter）；独立调节手法里去掉不带温度与出处的表面张力数值，改为定性说法并要求查值时写明条件；第 4 步注明分数指数要加括号（修好的 dimcheck.py 对 `d^1/2` 这类写法以退出状态 2 拒收） | patch |
| 0.1.0 | 2026-08-30 | 初始草稿：收支表与物理域双路枚举、标度律四档来源、同量纲排序、可分辨观测量判据与独立可调性、四项完备性自检 | minor |