除了薛丁格家「又死又活」的貓,物理學「四大神獸」還有什麼?

2021-01-11 勵新科技

自初中學習物理時,相信不少人就有耳聞過物理學的「四大神獸」。就算沒辦法全部叫出來名字,起碼薛丁格的貓還是聽過的。這四隻神獸分別對應著量子力學、微積分學、經典力學、熱力學第2定律。

說起來這四隻神獸還挺厲害的,像極了仙俠小說裡的人物。又是縮地成存,又是推演萬物,甚至還能逆轉陰陽,逆亂生死。而且它們還充滿邪性,帶給有些科學家一生的困擾。今天就讓小編來帶大家細數一下這四隻「神獸」吧。

1.逆亂生死的「貓妖」——薛丁格的貓

因為此貓誕生在一個風流的物理學家——薛丁格手上,所以也就被賜以名字:薛丁格的貓。這隻貓自出生,就待在一個「刑場」裡,刑場是個密室,裡面有電子開關控制的錘子,也存放著劇毒的毒藥瓶。

該電子開關被放射性原子控制,只要原子衰敗放射出α粒子,錘子就會擊碎毒藥瓶,貓則必死無疑。不過原子核衰變是完全隨機的,所以人們永遠無法知道這隻貓何時會死亡。換句話說,打開密室之前,貓都保持著一種「非死即生」的狀態。而賦予量子疊加的定義後,這隻貓在被觀測之前就變成了「既死又活、生死疊加」的狀態。

2.縮地成寸的「烏龜」——芝諾的烏龜

公元前464年,古希臘的物理學家編了一個故事。說芝諾有一隻烏龜,而海神之子要跟這隻烏龜賽跑。為了表示謙讓,所以讓這隻烏龜提前奔跑了100米。當海神之子追到100米的時候,烏龜已經跑到110米處了。

海神之子就繼續追,當追到110米時,烏龜則到了111米。烏龜每次都能多跑之前距離的10分之1。所以儘管二者可以「無限近」,但海神之子永遠也追不上這隻烏龜。這個故事在中國也有類似的「變種」,《樁子篇》中的「一尺之棰,日取其半,萬世不竭」其實是同樣的道理。

3.推演萬物的「怪獸」——拉普拉斯獸

拉普拉斯是經典力學19世紀最厲害的早期人物之一,他結合天體力學、概率論等思想,創造了宏觀經典力學的守護神獸——拉普拉斯獸。這隻神獸的「原理」是通過記錄所知道的宇宙中的每個原子確切的位置和動量,並用牛頓的簡潔公式,瞬間算出宇宙的過去與未來。

即了解物質前一刻運動狀態,推算下一刻的,如果整個宇宙每一個粒子狀態都能確定,那麼下一刻宇宙的狀態就會被算出。只不過這隻「神獸」不出100年就被幹掉了,且拉普拉斯獸的算力上限被證實為10120比特。所以,假想的驚人算力是不存在的。

4.逆轉陰陽的「妖怪」——麥克斯韋妖

自公元1200年開始,無數的科學家都痴迷於「永動機」無法自拔。到了19世紀熱力學蓬勃發展,而永動機計劃也一一「斃命」。但電磁學大家麥克斯韋創立了「麥克斯韋妖」,如果他的想法是真,那麼違背熱力學第2定律的永動機就是有可能成真的。

麥克斯韋假想這個妖怪存在,並可以控制單個分子運動,所以它只需要把快速移動的分子從左扔到右邊,慢速移動的分子從右扔到左邊,兩邊就會形成溫差,熵也能自發減小。如果這只能逆亂陰陽的妖怪真的存在,那麼擊敗熱力學第2定律不在話下。

可惜困擾科學家150多年,仍得不出一個結果,到了21世紀雖然有科學家發明了迷你的「麥克斯韋妖」,但仍需要光能做為能源。不過科學家仍希望有一天可以找到「它」,因為有了它老人可以變成黑髮,宇宙能得以重生,破鏡可以重圓。

其實除了這「四大神獸」,在物理學乃至科學的殿堂裡,仍有更多神奇的「生物」。它們遲早有一天會被人類所馴服,為人們服務。

相關焦點

  • 物理學上的四大「神獸」,除了薛丁格的貓,你還知道哪幾個?
    物理學是隨著人類社會實踐的發展而產生、形成和發展起來的,它經歷了漫長的發展過程。物理學起始於伽利略和牛頓的年代,現如今的物理學已經成為了一門有眾多分支的基礎科學。在物理學發展壯大的過程中,曾經出現過四大「神獸」,每一個神獸都對應著一個經典的物理學理論,分別為微積分,量子力學,經典力學與熱力學第二定律。
  • 物理學上的四大神獸,除了薛丁格的貓,你知道其他三大神獸嗎?
    物理學可以說是人類科學的重要組成部分了,對物理學的追溯可以到幾千年前。從最早的阿基米德定律到牛頓的萬有引力定律,然後到愛因斯坦的相對論,最後到玻爾等人的量子力學,人類的物理學經過了幾千年的發現與發展。物理學界也湧現出了一大批的天才物理學家,他們也提出了很多顛覆性的開創性理論。
  • 物理學四大神獸,除了薛丁格的貓,你還知道幾個
    物理學有四大神獸,除了我們基本都聽說過的薛丁格的貓,其他三個分別是芝諾的烏龜,拉普拉斯獸,麥克斯韋妖。它們有什麼不同?為什麼我們要稱它們為物理學四大神獸,下面我按照時間順序給大家講一下。除了一些民科以外,接受過現代科學教育的人都知道「永動機」是不可能實現的。但是在19世紀之前,無數的頂尖科學家都沉迷在永動機的世界裡不可自拔。在1871年,麥克斯韋針對熱力學的不完備性(主要針對熱力學第二定律),提出了著名的麥克斯韋妖。熱力學第二定律有很多種表述方法,最容易理解的就是:不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產生其他影響。
  • 物理學「四大神獸」之薛丁格的貓
    談到不確定性和量子疊加態,薛丁格同愛因斯坦一樣持反對態度。科學的目的,就是要發現事物的運行規律,準確地把握事物的發展趨勢。量子力學卻搞出了一個「不確定性原理」,意味著科學家像牌桌上的賭徒,只能依靠擲骰子猜數字混日子了。受到原子核衰變的啟發,薛丁格設計了一套假想實驗來嘲笑哥本哈根解釋。
  • 物理學的「四大神獸」
    哈嘍,大家好,我是崽偉,今天我們來講講物理學的四大神獸。四大神獸大家肯定都知道。分別是芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓。那麼你們知道它們的定義嗎?那麼人類,什麼時候才能追上烏龜?在注重嚴密的公式和和嚴謹的論證物理學中,這個問題困擾了,物理學家2000年。其實單靠物理學是無法解釋清楚的。因為根據公式算,人類永遠也追不上烏龜,可是在現實中人類不可能追不上烏龜。所以這個問題涉及數學的極限概念,直到微積分這門學科的建立。
  • 物理學上的四大神獸,你都知道是什麼嗎?
    人類的物理學經過了幾千年的發現與發展。物理學界也湧現出了一大批的天才物理學家,他們也提出了很多顛覆性的開創性理論。在物理學發展的路上,曾經出現過四大「神獸」,每一個神獸都對應著一個經典的物理學理論,分別為微積分,量子力學,經典力學與熱力學第二定律。今天就和大家說說。
  • 物理學的「四大神獸」,又兇又萌,還有超能力!
    物理學是一個美麗而又令人著迷的學科,它有著四大神獸為其鎮守邊疆。這四大神獸又兇又萌,還個個擁有超能力,讓我們一起來看看吧!麥克斯韋統一了電與磁,和牛頓一起開創了近乎完美的經典物理學時代,以至於使人們認為物理學大廈已經建成,「物理學已經無所作為,往後無非在已知規律的小數點後面加上幾個數字而已。」由此可見麥克斯韋的偉大。
  • 除了薛丁格的貓,物理學的其他三神獸是何,科學家搞定它們了嗎?
    愛因斯坦是「c位」,薛丁格在第三排,位置正好和愛因斯坦對應。這些人對物理學乃至全人類的社會進步,都做出了傑出貢獻。但科學從來都不是一帆風順的,他們起初提出的一些理論是不能夠被其他物理學家普遍接受的,甚至攻擊他們的理論是悖論,無法解釋。這也導致了物理學界有了「四大神獸」,每一個神獸的背後,都是一個看似無法解釋的理論,引起了無數物理學家的探索。
  • 科學界4大神獸聚集:麥克斯韋妖是什麼?通俗易懂的物理學!
    那科學界的大佬們為了讓複雜的物理理論變得通俗易懂,它們又創造出什麼神奇的方法呢?今天小編就來和大家詳細的聊聊物理學界的四大神獸,看科學家們是如何讓普通人也能聽懂高深的理論的。這四大神獸分別是:芝諾的烏龜,拉普拉斯獸,麥克斯韋妖和薛丁格的貓。
  • 薛丁格的貓是指什麼,為什麼會出現「既死又活」的貓?
    對於大多人來說,關於量子力學根本說不出什麼所以然,但這隻貓卻與深奧的量子力學聯繫在了一起,為什麼一隻貓居然能如此輕描淡寫般的示意這樣的一個深奧理論呢? 在物理學方面,他的薛丁格方程貫穿了整個量子力學課程學習,並在1933年被授予了諾貝爾物理學,但他最著名的卻不是薛丁格方程,而是「薛丁格的貓」,被廣泛應用於形象描述宏觀尺度與微觀尺度的量子疊加原理
  • 物理學四大神獸:追不上的龜 活不久的獸 看不見的妖 不知死活的貓
    物理學出現過四大神獸,它們分別為芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖以及薛丁格的貓,而它們所映射的是微積分、經典力學、熱力學第二定律和量子力學等著名理論。這個神獸沒出現多久,就被打敗了。根據這個理論,假設以現在狀態的為依據,如果你現在在上學的路上(現在),發現忘帶鉛筆了(過去的因),是否回家去取(未來的果)。如果拉普拉斯獸存在,它知曉你是否回家取鉛筆。這就很荒謬,取不取鉛筆難道不取決於自己,而是由別人決定。
  • 叱吒物理學界的貓是何物?原來物理學裡也有4大神獸
    這些被科學家們所提出的神獸究竟是什麼呢?事實上,它們都是科學家們在物理學的長河中探索出來的假想理論或實驗,他們分別是薛丁格的貓、拉普拉斯獸、芝諾的烏龜和麥克斯韋妖。現在,我將滿足你們的好奇心,一一向你們展現物理學神獸們的魅力!
  • 既死又活的薛丁格的貓,你有沒有可能讀懂量子力學?
    文/陳根在物理學的發展道路上曾經出現過四大神獸:薛丁格的貓,芝諾龜,拉普拉斯獸,麥克斯韋妖。這四大神獸裡,最為人熟知的、也是量子力學中最著名的思想實驗也許就是薛丁格的貓了。
  • 陳根:既死又活的薛丁格的貓,你有沒有可能讀懂量子力學?
    文/陳根在物理學的發展道路上曾經出現過四大神獸:薛丁格的貓,芝諾龜,拉普拉斯獸,麥克斯韋妖。這四大神獸裡,最為人熟知的、也是量子力學中最著名的思想實驗也許就是薛丁格的貓了。假如有一隻貓被關在一個裝有有毒氣體的箱子裡,而決定有毒氣體是否釋放的開關則是一個放射性原子。在這個實驗裡,如果放射性原子發生衰變,那麼毒氣就會釋放,這個貓就會被毒死。但是這個原子是否會衰變是不可知的,我們想要知道這隻貓是否死亡,只能打開箱子來看。但是在我們沒有打開箱子觀看時,這隻貓是處於生與死的疊加態的,也就是既死又活的狀態。
  • 薛丁格的貓為什麼恐怖 薛丁格的貓是什麼實驗
    ,也正是不死也不活,聽起來非常恐怖。薛丁格通過量子力學來向世界證明了,人類在某一個空間,即使生又是死,如果按照這個實驗結論以此類推的話,就決定了我們人類未來會走向哪一個平行世界。量子力學是一種非常奇妙的力量,它可以決定人類的走向,物理學的走向。  一、薛丁格的貓是什麼實驗
  • 薛丁格的貓,指的是什麼,大多數的理解都是錯誤的
    今天,是薛丁格133歲誕辰。薛丁格的貓是的指的什麼再次進入視野。很多人對薛丁格的貓的理解可以概括成一句話:「貓在箱子裡在「死的」或者「活著」兩種狀態之一的概率各是50%,只有打開箱子才會知道是死」或者「活」。但是你如果讀了《生命是什麼》之後,你就會發現這種理解是多麼的膚淺和不準確。
  • 「道」與「薛丁格的貓」《老子·第二十五章》
    域中有四大,而王居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然。02「薛丁格的貓」實驗「薛丁格的貓」,這個由奧地利物理學家薛丁格提出來的理論,我認為它與老子提出的實驗是將一隻貓和放射性物質裝在一個盒子裡。50%的機率放射性物質衰變,殺死貓;50%的機率放射性物質不衰變,貓活下來。量子物理學與經典物理學的不同在於:在量子物理學中,貓既是死的,也是活的。
  • 當量子力學遇上貝葉斯理論,薛丁格的貓終於不用既死又活了
    3 拯救薛丁格的貓 物理學史上有一隻著名、而又悲慘的貓——薛丁格的貓。這隻貓被放在一個精心設計過的盒子裡,貓和原子同生共死:原子完整貓就活著,原子衰變貓就死亡。問題是原子的波函數是處於疊加態的,這裡可憐的貓則成了「既死又活」的恐怖狀態。
  • 什麼是薛丁格的貓,這隻貓到底「害死」了多少人?
    對現今的人生宇宙產生了嚴重的質疑,產生了無限的遐想……那麼什麼是量子力學呢,什麼又是薛丁格的貓呢?為什麼要研究量子力學等,針對這些問題我們一一去理清楚他們的來龍去脈。在量子的世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的波態,即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後,外部觀測者觀測時,物質以粒子形式表現後才能確定。這項實驗旨在論證量子力學對微觀粒子世界超乎常理的認識和理解,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理,客觀規律不以人的意志為轉移,貓既活又死違背了邏輯思維。
  • 薛丁格的貓是什麼?它到底是死還是活?
    什麼是薛丁格的貓 薛丁格的貓,是由量字力學奠基人之一的薛丁格提出的思想實驗。薛丁格為了反對玻爾等提出的量子力學哥本哈根詮釋,設計出了這個半死不活的貓來嘲諷,這個無法完成的思想實驗,把微觀的不確定擴展到宏觀的不確定,給玻爾等人帶來極大的困擾。