除了薛丁格家「又死又活」的貓,物理學「四大神獸」還有什麼?

2020-12-03 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

  • 除了「薛丁格的貓」,物理學四大神獸還有誰?
    引言神獸出沒的物理界物理學上有四大神獸,芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓,分別對應著微積分、經典力學、熱力學第2定律和量子力學一個毫無殺傷力但又難纏的神獸伴隨量子力學空降人間,這神獸誕生於史上最風流的物理學家薛丁格的手上,遂名曰薛丁格之貓。相比起前面那三個神通廣大的神獸們,薛丁格之貓命運最悲催,它既不能享受吞拿魚味兒的貓罐頭,也沒有貓奴給它獻殷勤。自始至終,它都活在物理帝國的刑場上,並練就了既死又活的本事。
  • 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「四大神獸」:除了又死又活的貓,還有扭轉宇宙結局的妖
    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」。根據哥本哈根詮釋,在沒有打開箱子進行觀測時,放射性物質的衰變是不確定的,處於疊加態,這就會導致箱子內的貓也處於不確定的「又死又活」狀態。這就是著名的薛丁格的貓。
  • 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,另外三個是什麼?
    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」。一開始,烏龜比人領先了100米,那麼,人在什麼時候會追上烏龜?根據哥本哈根詮釋,在沒有打開箱子進行觀測時,放射性物質的衰變是不確定的,處於疊加態,這就會導致箱子內的貓也處於不確定的「又死又活」狀態。這就是著名的薛丁格的貓。
  • 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
    在科學這座聖殿裡,沒有蠻橫的神獸,只有馴服的寵物。 引言:神獸出沒的物理界物理學上有四大神獸,芝諾的烏龜,拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓。分別對應著微積分、經典力學、熱力學第2定律和量子力學。
  • 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。
  • 薛丁格的貓——既死又活的貓
    當時的科學家為了解決當時不能用經典物理學解決的四大問題,所以創立了量子力學,1900年被譽為量子年,當時引用了量子力學去解決了四大問題。氫原子光譜、黑體輻射、光電效應和原子穩定性問題的解釋都引用了普朗克的量子論,普朗克被譽為量子力學之父。
  • 物理學四大神獸你知道嗎?
    物理學上有四大神獸,芝諾的烏龜,拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓。分別對應著微積分、經典力學、熱力學第2定律和量子力學。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。
  • 【物理科普】物理學界的四大神獸,芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓.
    物理學上有四大神獸,芝諾的烏龜,拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓。分別對應著微積分、經典力學、熱力學第二定律和量子力學。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。這四大神獸亦正亦邪,它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。
  • 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。
  • 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。
  • 科學史上五大神獸,除了薛丁格的貓,你知道其它四大神獸嗎?
    第一個故事:薛丁格的貓上世紀八十年代某個紅極一時的樂隊有首標題為「恐懼之淚」的歌曲中,有一句歌詞是「薛丁格的貓死在了這個世界」,所以大家都知道薛丁格的貓最終還是死了!但其實薛丁格的貓沒有死,至少還沒發確定!
  • 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。
  • 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。