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。
芝諾的烏龜,出生日期為公元前464,主人是芝諾,所屬門派為先賢哲學(微積分),神通是縮地成寸。芝諾烏龜的學名叫做阿基裡斯悖論,主要涉及到古希臘的哲學故事。偉大的古希臘英雄,善跑的阿基裡斯與芝諾的烏龜進行了一場賽跑。以我們的常識來看,烏龜這種動物,龜殼笨重,跑得極慢,怎麼能比得過強壯有力的阿基裡斯?阿基裡斯也是這麼想的,畢竟他的速度比烏龜快得多,於是他大度地讓了芝諾的烏龜100米。可是當他們開跑之後,阿基裡斯發現他無論如何都追不上芝諾的烏龜,因為在競賽中,追者首先必須到達被追者的出發點,當阿基裡斯追到100米時,烏龜已經又向前爬了10米,於是,一個新的起點產生了;阿基裡斯必須繼續追,而當他追到烏龜爬的這10米時,烏龜又已經向前爬了1米,阿基裡斯只能再追向那個1米。就這樣,烏龜會製造出無窮個起點,它總能在起點與自己之間製造出一個距離,不管這個距離有多小,但只要烏龜不停地奮力向前爬,阿基裡斯就永遠也追不上烏龜!
在我國古代也有類似的的例子:一尺之棰,日取其半,萬世不竭,這句話出自《莊子 天下篇》。雖然在我們看來,不說阿基裡斯,連我們普通人都能輕鬆追上芝諾的烏龜,可是在物理學上就需要更為嚴謹的邏輯證明。後來,微積分的出現讓我們打敗了這隻烏龜。
拉普拉斯獸,出生日期為1814年,主人是拉普拉斯,所屬門派為經典力學,神通是善推演,能知萬物。此「惡魔」知道宇宙中每個原子確切的位置和動量,能夠使用牛頓定律來展現宇宙事件的整個過程,過去以及未來。
拉普拉斯堅信決定論,他在他的概述論導論部分寫道:「我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去的果以及未來的因。如果一個智者能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構成的物件的位置,假如他也能夠對這些數據進行分析,那宇宙裡最大的物體到最小的粒子的運動都會包含在一條簡單公式中。對於這智者來說沒有事物會是含糊的,而未來只會像過去般出現在他面前。」 拉普拉斯這裡所說的「智者」就是我們所講的拉普拉斯獸。
麥克斯韋妖,出生日期為1871年,主人是麥克斯韋,所屬門派為熱力學,神通是逆轉時空。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。
他主要是想說明一下有沒有可能有違背熱力學第二定律的可能性。他設想:在一個被分成兩個部分的絕熱容器中,中間隔板處有一個門,這個門可以選擇性地將速度較快的粒子(較熱)的放到右邊的格子裡,將較慢的粒子放到左邊的格子裡,這樣就形成了溫差,就可以利用這個溫差做功了。如果這個妖真的存在,那麼熱力學第二定律就是不成立的或者需要修改。看似沒毛病,但是麥克斯韋忽略了一點,就是妖怪獲取信息,做出判斷需要消耗能量,因此熱力學第二定律仍然正確。

薛丁格之貓,出生日期為1935年,主人是薛丁格,所屬門派為量子力學,神通是超越生死。這個思想實驗提出是為了反對哥本哈根學派的的量子疊加態,解釋量子力學的邊界問題,卻反被玻爾等人利用,反倒成為了量子疊加態學說的守護神。
這個思想實驗大概就是說將一隻貓放在一個裝有少量放射性物質和氰化物的密封盒子裡,這裡面的放射性物質就是開關,當發生衰變後,機關就會被觸發,劇毒的氰化物就會被釋放,貓就會被毒死。這裡這個放射性物質下一秒是否會發生衰變十萬群不可預測的,在一秒鐘過後,根據量子力學的理論,盒子裡的放射性物質處於衰變和沒有衰變的疊加態,反映在貓身上就是貓處在半死半活,既死又活的狀態,想要知道具體的結果,我們需要打開盒子才能知道。而量子力學認為,當打開盒子的一瞬間,疊加態就會坍縮成一種唯一的確定態,即我們觀察到的現象,貓要麼活著,要麼死了。
薛丁格的貓也因此成為了四大神獸裡最慘的一隻,後來科學家們試圖用平行世界的理論來救這隻貓,但是至今人類還沒有成功。