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?

2020-12-04 閒雲趣談科學

先來放一張集結物理學界頂尖大牛的一張照片,這張照片攝於1927年第五次索爾維會議。此次會議的主角是愛因斯坦和玻爾,他們兩人圍繞量子力學的解釋問題再次展開辯論。參與者眾多,分量又很大,所以此次會議可以當作物理學界的「全明星會議」,唯一的女性是居裡夫人,兩次獲得諾貝爾獎的大牛。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。這四個神獸就知名度而言,薛丁格的貓自然是排名第一。但就「年齡」來說,它是最小的。下面按照神獸的「年齡」來做出介紹,看看它們的主人都想表達什麼。

芝諾的烏龜年齡最大,它對應著微積分。大約在公元前5世紀時出現,由古希臘數學家芝諾提出。按照他的說法,就是讓烏龜和阿喀琉斯(古希臘神話中的長跑運動員)比賽跑步,為了公平起見,烏龜在距離阿喀琉斯100米的地方起跑。阿喀琉斯的速度是烏龜的十倍,但由於烏龜向前爬的時候製造出了一個新的起點,阿喀琉斯只能不斷的去追那個新起點,烏龜又在他前面爬。換句話說,只要烏龜向前爬,新起點就不斷出現,阿喀琉斯只能跟在它屁股後面追,卻永遠也追不上。按照現在的思維來看,用微積分就能輕鬆解決,可以前真的困擾了人們很久。

拉普拉斯妖出現於1814年,主人是拉普拉斯,它對應著經典力學。話說某日拉普拉斯異想天開,說在這個宇宙中,存在著一個「惡魔」般的智慧生物。它知道宇宙中每一個原子的確切位置和動量。再用一下牛頓力學公式,便可以輕鬆計算。還把畢達哥拉斯的「萬物皆數」理論拿過來,作為理論支持。拉普拉斯還說,只要這位「惡魔」願意,未來也可以預知。這個理論一出,一些物理學家嘲笑拉普拉斯在做夢。事實也確實如此,拉普拉斯妖沒能像芝諾的烏龜一樣活得那麼久,海森堡用量子力學表明了它是在扯淡。宇宙的不確定性才是本質,通過公式計算太難。

麥克斯韋妖是第三個神獸,出現於1871年,主人是愛因斯坦的偶像麥克斯韋,對應熱力學第二定律。要說這個神獸,那就離不開永動機,麥克斯韋也是為了探尋第二類永動機才搗鼓出來了它。按照熱力學的理論,第二類永動機是不可能出現的。而麥克斯韋反推可以實現,這隻神獸才誕生了。它能控制探測單分子的運動,從而利用溫差驅使機器做功,達到第二類永動機的理想狀態。可現實中的裝置,不可能不消耗能量就能識別分子,熵沉默可不說說而已的。

最後就是小弟薛丁格的貓了,於1935年提出,對應量子力學,主人為薛丁格。這個貓比較出名,都知道它被關在一個由放射性原子作為毒氣開關的盒子裡。原子衰變,毒氣釋放,貓就會死亡。可原子衰變是隨機的,如果我們不打開盒子,這隻貓是死是活就是不確定的。所以說它半死半活,按照量子力學的解釋,則是處於一種生與死的疊加狀態。儘管至今還沒有確定的解釋,但量子力學還在吸引著科學家們探索。或許量子力學再發展,就能夠解釋宇宙萬物了,期待科學家們的努力。

相關焦點

  • 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。
  • 除了「薛丁格的貓」,物理學四大神獸還有誰?
    這四大神獸並不弱於傳說中的青龍白虎朱雀玄武,芝諾的烏龜時空雙修能縮地成寸,拉普拉斯獸明察大道推演萬物,麥克斯韋妖操控萬物逆轉陰陽,薛丁格的貓能製造宇宙超越生死。它們亦正亦邪,既給聰明的科學家帶來困擾,也給企圖進化成神的人類指明了道路。
  • 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。
  • 除了薛丁格家「又死又活」的貓,物理學「四大神獸」還有什麼?
    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。
  • 中微子是薛丁格的貓
    我們看一看什麼是薛丁格的貓。有一小部分能量從太陽中心傳到太陽表面,然後再傳遍整個太陽系,我們人類在地球上就能感受到來自太陽的光和熱。但問題是,這樣一個物理學機制你相信嗎?你說我信了,因為我感受到來自太陽的光和熱了,所以太陽中心肯定有某種反應。但那不一定是核聚變反應,其他的化學反應、物理反應也可能會發出光和熱。你要是一個好奇心特別重、特別喜歡刨根問底的學生,可能就想:是不是有其他辦法測量這種核聚變的末態產物?
  • 中微子是薛丁格的貓
    現在我們就像薛丁格那樣發揮自己的想像力,做一個薛丁格的貓的實驗。假設有一個封閉的盒子,裡面放進去一隻活貓,再放進去一瓶毒藥,然後放入一种放射性原子。放射性原子的用途就是為了打開毒藥的瓶子,這樣毒藥就可能毒死貓。同學們可能會好奇,為什麼要選擇放射性原子,而不是普通的開關?因為放射性原子不穩定,它們會分解,或者說會衰變。我們利用放射性原子的衰變作為開關就有它的好處。什麼好處呢?
  • 物理學「四大神獸」:除了薛丁格的貓,另外三個是什麼?
    ,最初的物理學理論就是從實驗中總結而來的。雖然只是思想上的實驗,但它們引發人深省,並推動了物理學的發展。在這些思想實驗中,有四個的名稱與動物有關,它們被冠以物理學「四大神獸」。於是,量子力學奠基人之一的薛丁格提出了這樣的一個思想實驗。在一個密閉的箱子中,放置一塊放射性物質,如果它發生衰變,由此產生的粒子將會觸發蓋革計器放電,通過繼電器釋放出鐵錘,鐵錘掉下來砸破毒藥瓶,引發箱子內的貓死亡。如果放射性物質沒有衰變,箱子內的貓仍然是活著的。
  • 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「神獸」薛丁格的貓,到底代表了什麼?答案比你想像的複雜
    今天我們來討論一個讓很多人感到疑惑的問題,「薛丁格的貓」到底代表了什麼?為什麼這個思想實驗經常被人提及,它對我們的科學發展有什麼幫助嗎?其實重要的並不是貓咪,而是貓咪所處的狀態「生死之間」,如果不打開盒子,我們就無法判斷貓咪的生死,這個時候這只可憐的貓就是生和死兩種狀態共存。
  • 「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。
  • 著名薛丁格的貓
    薛丁格有一隻貓,可他卻把貓關進一個盒子裡。更可怕的是,這個盒子裡除了貓,還安裝著一個毒氣機關。貓能不能活下來,就取決於這個毒氣機關。 是不是很為薛丁格的貓感到擔憂?但你不必擔心,這只是薛丁格的一個想像實驗,並沒有真的小貓被放進毒氣盒子中,薛丁格不過是用這個實驗來研究量子力學而已。量子力學研究什麼?它研究的是微觀世界,一個我們看不見摸不著的世界。
  • 愛因斯坦的骰子,薛丁格的貓,你真的懂嗎?
    物理學上有四大神獸,其中最著名的一個,莫過於是薛丁格的貓。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?
  • 薛丁格的貓是什麼意思?薛丁格的貓來源
    那麼薛丁格的貓究竟是什麼?它究竟有何意義?下面小編就將帶大家深入了解下薛丁格的貓實驗。而至今為止沒有任何人可以對薛丁格的貓作出完整的解釋,雖然大部分研究人員的觀點偏向於承認觀測與人類意識並沒有必然直接的聯繫。
  • 尋找薛丁格的貓:量子物理的奇異世界
    薛丁格這隻離奇的、著名的「貓」從何而來? 探索科學離奇的佯謬, 感受物理學裡迷人的量子世界。量子力學入門必備 科學又有趣的量子物理發展史    《尋找薛丁格的貓》是一本跨越量子力學、物理學及哲學等多學科的科普圖書。
  • 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。
  • 黑洞、薛丁格的貓與愛因斯坦:量子物理學顛覆的世界
    除了藝術家之外,在科莫的地方志中我們還可以輕易地找到許多政治家、哲學家和歷史學家的名字,甚至還包括一位教皇(英諾森十一世),可謂是人傑地靈了。不過,科莫市最著名的人物,當然還是1745年出生於此的大科學家,亞裡山德羅·伏打(Alessandro Volta)。他在電學方面的成就如此偉大,以致人們用他的名字來作為電壓的單位:伏特(volt)。
  • 中微子是薛丁格的貓 | 「小粒子 大宇宙」科學公開課
    這次科學公開課,我們大家一起來學習和探討一種神秘的基本粒子,它們的名字叫做中微子。顧名思義,中微子就是電中性的微小粒子。很多同學可能從來沒有聽說過中微子,但是我相信,很多同學應該聽說過薛丁格的貓。其實中微子和薛丁格的貓有很多相同之處,它們都和量子力學有非常緊密的關係。首先,我們看一看什麼是薛丁格的貓。
  • 薛丁格方程及薛丁格的貓
    薛丁格方程解釋了許多已經觀測到的量子現象,並引入了量子波是概率波的奇異解釋。埃爾溫·薛丁格對科學最重大的貢獻當屬薛丁格方程,即決定亞原子粒子運動的波動方程。薛丁格方程是現代量子力學的一大根基。薛丁格1887年出生於維也納,早年興趣非常廣泛,但最終被維也納大學錄取,學習物理學,並於1910年畢業。此後,薛丁格為奧地利物理學家弗朗茨·埃克斯納( Franz Exner)工作了一段時間。
  • 薛丁格的貓是什麼?
    薛丁格的貓是物理學的四大神獸之一,並非是指某種動物,而是一種思維實驗。接下來講一下這個實驗的背景故事。二十世紀物理學的兩大支柱相對論和量子力學,大家對相對論比較了解,或者是即使不懂什麼意思但是會經常聽說。
  • 「薛丁格的貓」
    薛丁格的貓這個詞常常被網友們來拿說,但是其具體意思卻沒多少人去深究,歸根結底,薛丁格的貓還是比較費解的。薛丁格的貓是量子物理學的一個理論,大致意思是說當沒有人能看到盒子裡面的一隻50%概率死掉情況下的貓時,這隻貓既可以是活的,也可以是死的,叫做「量子疊加態」,也可以說是「薛丁格貓態」。