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。