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：

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

## 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