除了薛丁格家「又死又活」的貓,物理學「四大神獸」還有什麼?

2021-01-15 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。

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  • 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。
  • 物理學四大神獸——薛丁格的貓
    ,是作為四大神獸中最廣為人知的一隻,在實驗中因為貓可能會被毒死,所以薛丁格也被人稱作虐貓狂魔,其實這只是個思想實驗,並沒有真正去實施,所以並不需要去指責他,相反,這個實驗讓人們更加直觀認識到微觀世界與宏觀世界的不同之處。
  • 物理學四大神獸之薛丁格的貓
    我是一隻貓,學名「薛丁格的貓」。我的貓生在1935年發生了翻天覆地的變化,就是薛丁格,改變了我原本普通而美好的貓生。那是1935年陽光明媚的一天,我正在院子裡曬太陽,薛丁格走過來摸了摸我的毛,輕輕地將我抱起。在我的印象裡,他是一個木訥的人,甚至為了做實驗能好幾天忘記給我吃飯。但那一瞬,我感受到了愛。
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    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。
  • 薛丁格貓死了嗎?
    量子的狀態是可以疊加的,那麼除了生存和毀滅之外,是否哈姆雷特還可以有一個狀態是「生存並且毀滅」呢?要回答這個問題,下面請出物理學四大神獸之一的薛丁格貓。 在一個封閉的盒子裡裝有一個量子儀器和一隻貓,這個量子儀器,比如說是一個量子的粒子,它有一半的可能會衰變,另一半的可能則不發生衰變。如果這個粒子衰變了,就會引發一瓶毒藥被打破。
  • 破解物理學四大神獸之薛丁格的貓悖論
    不信請看天才物理學家薛丁格在1935年提出的「薛丁格的貓」悖論。 設想在一個封閉的匣子裡,有一隻活貓及一瓶毒藥。 所以按照邏輯,我們只能說,它處於一種活與不活的疊加態。我們只有在揭開蓋子的一瞬間,才能確切地知道貓是死是活。 一隻又死又活的貓,在現實世界是不可想像的。
  • 薛丁格、女朋友、貓?這有什麼關聯嘛!
    什麼?一隻正常的貓竟然能變成一隻「既死又活」的貓?主角登場這是一場由主角喵參與的實驗喲名字就叫做「薛丁格的貓」這可是處於「死與活」的疊加態的喵喵喲!貓有了,一個密閉氧氣充足,完全不透明看不見裡面同時存有放射性原子(衰變概率為50%)的箱子也準備好了。黑盒子裡如果該原子衰變,貓必死無疑如果鐳不發生衰變,貓就存活鐳衰變機率是50%,所以貓死的機率是50%,活的機率是50%,貓的存在有兩種可能性。
  • 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。
  • 「薛丁格的貓」到底是什麼邏輯?這隻貓到底是死是活?
    原子衰變雖然有半衰期,但衰變的時間是隨機的,人們無法知道某個放射性元素準確的衰變時間,這樣我們就無法知道這個元素是不是已經衰變了,因此也無法知道那隻錘子是不是落下了,盒子裡的貓是死是活,只有等到打開盒子,才能夠確定這隻貓是死是活。那麼經典力學和量子力學的分歧就在打開盒子的一瞬間。
  • 這樣的貓你還敢擼嗎?(薛丁格貓之前世今生)
    就是人家薛丁格老人家的貓「薛丁格的貓」(知識回顧:物理學上有四大神獸,薛丁格的貓是其中一隻神獸。見:物理學上四大神獸)(以下故事是基於歷史事實的戲說演繹,純屬個人娛樂,細節不必當真,狗頭保命那麼寫了什麼呢。薛丁格在心中將愛因斯坦的這個實驗想法改進了,改成了貓的一個實驗。具體是「 密閉的鐵匣子裡放著一個蓋革計數器和少量的鈾,因為量非常少,所以很可能一個小時內有一個原子衰變的概率和沒有衰變的概率一樣。當第一次衰變發生時,通過繼電器,裝置會釋放錘子砸碎一瓶氫氰酸。另外殘忍的是,還有一隻貓設被關在這個鐵匣子裡。」
  • 深度解讀薛丁格的貓,這隻根本不存在貓為何會引發如此大的轟動?
    這隻貓就是被譽為物理學四大神獸之一的、由物理學家薛丁格飼養的薛丁格的貓薛丁格貓的由來1935年,奧地利物理學家薛丁格在一篇關於量子力學的論文中提出了一個思想實驗:把一個貓放進一個完全密閉且不透明的箱子裡,箱子裡有一個由原子衰變觸發的毒氣瓶,當原子發生衰變時,毒氣瓶就會被觸發而毒死這隻貓,如果原子沒有發生衰變,那麼這隻貓就會安然無恙的待在這個箱子裡,我們將這個實驗稱為
  • 愛因斯坦的骰子,薛丁格的貓,你真的懂嗎?
    愛因斯坦的骰子,薛丁格的貓,你真的懂嗎?作為討論量子力學就不可能繞過的話題,薛丁格的貓的名氣已經遠遠超出了量子力學的範圍。當然了,有些人只不過是拿它來開玩笑。但是還有更多的人,自以為了解薛丁格的貓,實則有著非常大的誤解。那麼,薛丁格的貓到底是什麼意思呢?它為何還和愛因斯坦有關呢?事情還要說回到1935年。
  • 薛丁格的貓到底是什麼意思?
    對於處在死與活的疊加狀態中就是薛丁格的貓。
  • 量子力學那點事兒華山論劍之二:薛丁格的貓
    薛丁格哈哈大笑,早在提出波動方程之時,愛因斯坦就稱他為"真正的天才",兩人頗有惺惺相惜之感,再說了,這些年來,也受夠了波恩的窩囊氣,天天在耳朵邊嘟囔什麼概率波,好像自己的方程是他寫出來一樣。薛丁格表示愛因斯坦說的有道理,不過這還不能解薛丁格的心頭之恨,乾脆火上澆油,扔出一隻不死不活的貓來噁心量子學派,這隻貓就是薛丁格送給愛因斯坦的投名狀。
  • 薛丁格的貓的真正意義是什麼?
    相信很多人對薛丁格的貓的理論了解都是來自《生活大爆炸》這部美劇。
  • 「麥克斯韋妖」與「薛丁格的貓」齊名,它有何恐怖之處?
    「薛丁格的貓」既是死的又是活的,這是非常令人難以接受的,事實上,這就是薛丁格當年提出這個思想實驗想要達到的目的。薛丁格試圖以這隻「既死又活」的貓讓人們明白,量子力學中的「疊加態」是多麼的荒謬,然而時至今日,薛丁格的貓儼然成為了量子力學的代名詞,這是薛丁格萬萬沒有想到的。
  • 薛丁格的貓,不僅僅是一個科學問題?甚至引發了哲學思考
    物理中存在四大聖獸,不管是芝諾悖論產生的龜,還是永動機推動而來的麥克斯韋妖,抑或是背靠經典理論而出現的拉普拉斯妖,都隨著科學的發展銷聲匿跡。雖然前三隻神獸背後的猜想帶來的科學精神值得後人尊敬,其中的故事也頗具傳奇色彩,而且有趣。但不可否認,新的理論必定會代替舊的思想。
  • 薛丁格、女朋友、貓 走近量子糾纏
    『薛丁格的貓』也稱『薛丁格佯謬』,是指薛丁格為說明量子力學中的『疊加態』設計的一個思想實驗而導致的佯謬。 那麼,首先我們需要了解,什麼是『疊加態』? 根據我們的日常經驗,一個物體某一時刻,總會處於某個固定的狀態。比如我說:女兒現在『在』客廳裡,或是說:女兒現在『不在』客廳裡。要麼在,要麼不在,兩種狀態,必居其一。
  • 薛丁格的貓是什麼意思比喻什麼 薛丁格的貓通俗解釋
    薛丁格的貓這句話真的是比較火的,但是還是有很多的人不太清楚這到底是個啥意思,來看看薛丁格的貓比喻什麼?  比如你有個老婆,你不確定她愛不愛你,這個時候在你的思維中只會有兩個結果,愛或不愛,你不問,這兩個結果永遠存在,科學上把這個稱作《既愛又不愛》,這個也就是對應薛丁格的貓裡的,既死又活的狀態吧。  只有你問了,才會有結果,但是一旦你問你老婆,這個結果就會被決定。而這個結果是由於你提出了問題所導致的,也就是你的提問直接幹預了結果。
  • 物理學四大神獸之「玄武」——芝諾的烏龜
    玄武——芝諾的烏龜青龍——拉普拉斯獸朱雀——麥克斯韋妖白虎——薛丁格的貓