物理學(xué)四大妖是什么

　　在物理學(xué)中也存在著四大妖，和神獸差不多，其實(shí)他們四個(gè)就是人類想象而成的，只不過(guò)在每個(gè)妖身上都附加了一些物理知識(shí)，可以更好的讓人認(rèn)識(shí)物理，了解物理。下面和小編一起來(lái)看物理學(xué)四大妖是什么，希望有所幫助！

　　一、縮地成寸芝諾龜

　　芝諾龜?shù)闹魅私凶鲋ブZ，擅長(zhǎng)奔跑，任何動(dòng)物都跑不過(guò)這個(gè)烏龜，當(dāng)這個(gè)烏龜和海神之子比賽時(shí)，海神之子比芝諾龜?shù)乃俣瓤焓�倍依舊沒(méi)趕上這只烏龜，怎么跑這個(gè)烏龜都比海神之子快十分之一，在物理學(xué)中是無(wú)法超越的，但是后來(lái)創(chuàng)造出了微積分，海神之子才超過(guò)了芝諾龜。

　　二、預(yù)言先知拉普拉斯獸

　　據(jù)說(shuō)拉普拉斯獸生活在1814年，它利用牛頓給出的公式可以很輕松的計(jì)算出未來(lái)和過(guò)去，還利用了畢達(dá)哥拉斯的理論為支點(diǎn)，所以拉普拉斯獸一直被人尊敬，在一百多年后，這個(gè)理論被量子力學(xué)給擊敗了。

　　三、逆轉(zhuǎn)時(shí)空麥克斯韋妖

　　麥克斯韋妖是麥克斯韋想象中的，他想要造出擁有無(wú)限力量的機(jī)器，雖然一直在努力，但是依舊沒(méi)有制作出來(lái)，到現(xiàn)在人類還一直在制作永動(dòng)機(jī)，但是并沒(méi)有制作出來(lái)，能量在地球上很難一直運(yùn)動(dòng)下去。

　　四、超越生死薛定諤的貓

　　很多人都說(shuō)這只貓是真實(shí)存在的，薛定諤的貓?jiān)趯?shí)驗(yàn)中是雙面性的，空間不同，貓也發(fā)生變化，在a空間貓就是死的，但是到了b空間貓就活了，后來(lái)出現(xiàn)了量子力學(xué)，就讓這個(gè)貓同時(shí)具有了生和死，所以現(xiàn)在也沒(méi)人確定這個(gè)難到底是怎樣的。

　　物理學(xué)四大妖：

　　人類的物理學(xué)經(jīng)過(guò)了幾千年的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展。物理學(xué)界也涌現(xiàn)出了一大批的天才物理學(xué)家，他們也提出了很多顛覆性的開(kāi)創(chuàng)性理論。在物理學(xué)發(fā)展的路上，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)四大“神獸”，每一個(gè)神獸都對(duì)應(yīng)著一個(gè)經(jīng)典的物理學(xué)理論，分別為微積分，量子力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)與熱力學(xué)第二定律。今天就和大家說(shuō)說(shuō)。

　　1.薛定諤的貓

　　這四大神獸里，最為人熟知的也許就是量子力學(xué)中最為著名的思想實(shí)驗(yàn)——薛定諤的貓了。

　　量子論的誕生已經(jīng)過(guò)了一個(gè)世紀(jì)，直到21世紀(jì)仍困惑著人們。正如玻爾的名言：“誰(shuí)要是第一次聽(tīng)到量子理論時(shí)沒(méi)有發(fā)火，那他一定沒(méi)聽(tīng)懂�！�

　　薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個(gè)。薛定諤嘗試著用一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)量子理論隱含的不確定之處。

　　一，先說(shuō)實(shí)驗(yàn)的設(shè)想。本實(shí)驗(yàn)是指將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發(fā)生衰變，會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會(huì)死；如果鐳沒(méi)有發(fā)生衰變，貓就存活。

　　根據(jù)量子力學(xué)理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒(méi)有衰變兩種狀態(tài)的疊加，貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。

　　但是，不可能存在既死又活的貓，則必須在打開(kāi)容器后才知道結(jié)果 。該實(shí)驗(yàn)試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問(wèn)題，巧妙地把微觀物質(zhì)在觀測(cè)后是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯(lián)系起來(lái)，以此求證觀測(cè)介入時(shí)量子的存在形式。

　　二，這個(gè)實(shí)驗(yàn)用大白話來(lái)解讀一下：原子核的衰變是隨機(jī)事件，物理學(xué)家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時(shí)間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過(guò)一天，該元素就少了一半，再過(guò)一天，就少了剩下的一半。

　　物理學(xué)家卻無(wú)法知道，它在什么時(shí)候衰變，上午，還是下午。當(dāng)然，物理學(xué)家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓?jiān)谏衔缁蛘呦挛缢劳龅膸茁省?/p>

　　如果我們不揭開(kāi)密室的蓋子，根據(jù)我們?cè)谌粘Ｉ�活中的�?jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)定貓或者死，或者活。這是它的兩種本征態(tài)。如果我們用薛定諤方程來(lái)描述薛定諤貓，則只能說(shuō)，它處于一種活與不活的疊加態(tài)。

　　我們只有在揭開(kāi)蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時(shí)，貓構(gòu)成的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個(gè)本征態(tài)（太專業(yè)的術(shù)語(yǔ)）。

　　量子理論認(rèn)為：如果沒(méi)有揭開(kāi)蓋子進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不知道貓是死是活，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的疊加態(tài)，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。

　　2. 芝諾龜

　　芝諾悖論（Zenos paradox）是古希臘數(shù)學(xué)家芝諾（Zeno of Elea）提出的一系列關(guān)于運(yùn)動(dòng)的不可分性的哲學(xué)悖論。

　　追烏龜

　　一、悖論內(nèi)容。阿基里斯（又名阿喀琉斯）是古希臘神話中善跑的英雄。假設(shè)在他和烏龜?shù)呐懿礁?jìng)賽中，他速度為烏龜十倍，烏龜在前面100米跑，他在后面追，但他不可能追上烏龜。

　　因?yàn)樵诟?jìng)賽中，追者首先必須到達(dá)被追者的出發(fā)點(diǎn)，當(dāng)阿喀琉斯追到100米時(shí)，烏龜已經(jīng)又向前爬了10米，于是，一個(gè)新的起點(diǎn)產(chǎn)生了；阿喀琉斯必須繼續(xù)追，而當(dāng)他追到烏龜爬的這10米時(shí)，烏龜又已經(jīng)向前爬了1米，阿喀琉斯只能再追向那個(gè)1米。就這樣，烏龜會(huì)制造出無(wú)窮個(gè)起點(diǎn)，它總能在起點(diǎn)與自己之間制造出一個(gè)距離，不管這個(gè)距離有多小，但只要烏龜不停地奮力向前爬，阿喀琉斯就永遠(yuǎn)也追不上烏龜！

　　二、釋疑。其實(shí)這歸根到底是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題。譬如說(shuō)，阿基里斯速度是10m/s，烏龜速度是1m/s，烏龜在前面100m。實(shí)際情況是阿基里斯必然會(huì)在100/9秒之后追上烏龜。

　　按照悖論的邏輯，這100/9秒可以無(wú)限細(xì)分，給我們一種好像永遠(yuǎn)也過(guò)不完的印象。但其實(shí)根本不是如此。這就類似于有1秒時(shí)間，我們先要過(guò)一半即1/2秒，再過(guò)一半即1/4秒，再過(guò)一半即1/8秒，這樣下去我們永遠(yuǎn)都過(guò)不完這1秒，因?yàn)闊o(wú)論時(shí)間再短也可無(wú)限細(xì)分。

　　但其實(shí)我們真的就永遠(yuǎn)也過(guò)不完這1秒了嗎？顯然不是。盡管看上去我們要過(guò)1/2、1/4、1/8秒等等，好像永遠(yuǎn)無(wú)窮無(wú)盡。但其實(shí)時(shí)間的流動(dòng)是勻速的，1/2、1/4、1/8秒，時(shí)間越來(lái)越短，看上去無(wú)窮無(wú)盡，其實(shí)加起來(lái)只是個(gè)常數(shù)而已，也就是1秒。

　　所以說(shuō)，芝諾的悖論是不存在的。

　　3，拉普拉斯獸

　　普拉斯的妖也是一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)，最早是法國(guó)學(xué)者皮埃爾-西蒙·拉普拉斯Pierre-Simon Laplace在1814提出的。值得一提的是，原始的敘述中拉普拉斯并沒(méi)有使用“妖”（demon）這個(gè)詞而是用了“智者”。

　　一、假說(shuō)。19世紀(jì)初,拉普拉稱,當(dāng)下的客觀世界是過(guò)去的果和未來(lái)的因。這世間存在一種神獸,它神通廣大、無(wú)所不知，只要它愿意動(dòng)動(dòng)手指和眼晴,記錄下某一刻，它能知道宇宙中每個(gè)原子確切的位置和動(dòng)量,就能用牛頓的簡(jiǎn)潔公式,瞬間算出宇宙的過(guò)去與未來(lái)。

　　這就是大名県県的諦聽(tīng)神獸拉普拉斯,善推演,能知萬(wàn)物。

　　二、釋疑。拉普拉斯的基本理論是:了解物質(zhì)前一刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),就可以推出下一刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。把整個(gè)宇宙的每一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定以后,就可以推出下一刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　可大部分的人類卻沒(méi)有這么樂(lè)觀，如果人類的所有命運(yùn)都已經(jīng)被拉普拉斯妖算得清清楚楚，那我們還有什么活頭?必須得早點(diǎn)弄死它オ行。不出一百年，熱力學(xué)和量子力學(xué)等新理對(duì)其萬(wàn)箭齊發(fā)，以物理學(xué)家開(kāi)爾文以及量子力學(xué)的海森堡開(kāi)始聯(lián)手圍絞這只無(wú)所不能的拉普拉斯妖。

　　上世紀(jì)發(fā)展的量子力學(xué)表明了我們的宇宙并不是確定的，不確定性才是宇宙的本質(zhì)。于是拉普拉斯妖很快一命鳴呼，和前面那只干年老烏龜相比，可以算是天折在了襁褓里。

　　4，麥克斯韋妖

　　麥克斯韋妖（Maxwells demon），是在物理學(xué)中假想的妖，能探測(cè)并控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)。于1871年由英國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說(shuō)明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而設(shè)想的。

　　當(dāng)時(shí)麥克斯韋意識(shí)到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機(jī)制。但他無(wú)法清晰地說(shuō)明這種機(jī)制。他只能詼諧地假定一種“妖”，能夠按照某種秩序和規(guī)則把作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋妖是耗散結(jié)構(gòu)的一個(gè)雛形。

　　可以簡(jiǎn)單的這樣描述，一個(gè)絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由“妖”控制的一扇小“門(mén)”，容器中的空氣分子作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)向門(mén)上撞擊，“門(mén)”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格，而較慢的分子放入另一格，這樣，其中的一格就會(huì)比另外一格溫度高，可以利用此溫差，驅(qū)動(dòng)熱機(jī)做功。這是第二類永動(dòng)機(jī)的一個(gè)范例。

　　在1981年，Bennett的論文表明，麥克斯韋妖控制“門(mén)”使分子從一格進(jìn)入另一格中的耗散過(guò)程，并不是發(fā)生在衡量過(guò)程中，而是發(fā)生在妖的對(duì)上個(gè)分子判斷“記憶”的去除過(guò)程，且這個(gè)過(guò)程是邏輯不可逆的。

　　但是這個(gè)麥克斯韋妖只是一種思想上的假設(shè)，現(xiàn)實(shí)中是不可能的存在不需要消耗能量就能自動(dòng)對(duì)分子進(jìn)行識(shí)別的裝置的。信息熵會(huì)啪啪的打臉。

　　因此在這種情況下，熱力學(xué)第二定律依然還是牢不可破的宇宙鐵律，因此永動(dòng)機(jī)依然是不可能實(shí)現(xiàn)的。

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