物理学中有四种“神兽”:芝诺乌龟、拉普拉斯兽、麦克斯韦妖和薛定谔猫。 其中,芝诺的乌龟可以缩小到一英寸,拉普拉斯的野兽可以推演万物,麦克斯韦的恶魔可以逆转时空,而薛定谔的猫可以超越生死。 接下来我们就来看看物理四神兽为何如此精彩!
芝诺的乌龟
如果有人问你,如果世界上跑得最快的人和乌龟比赛,谁会赢? 毫无疑问,答案将是人。 如果把这个问题进一步延伸,在百米赛跑中,如果乌龟比人早起跑10米,那么谁会赢呢? 现在我们当然知道最后的冠军无疑将是人类,但是这个问题给公元前464年古希腊当时最著名的学者带来了很大的麻烦。
提出这只乌龟的人叫芝诺。 他认为,即使人的速度比乌龟快十倍,当人到达乌龟的起点时,乌龟已经爬了1米; 当人向前跑1米米时,乌龟又爬了0.1米,如此循环下去。 最终,人们永远追不上乌龟。
不仅如此,在东方世界,同样的烦恼也存在于智者的心中。 《庄子》曾记载:“一尺杖,日取半,而长存”,与芝诺的乌龟有异曲同工之妙。 。
那么,这只芝诺乌龟真的是无敌的吗? 想要打败芝诺乌龟,就必须看透极限问题。 从诞生到此后的2000年,芝诺乌龟始终立于不败之地,成为物理学史上的第一支“队伍”。 直到2000年,经典物理学的奠基人牛顿和莱布尼茨发明了微积分,并用微积分这本“武林秘籍”破解了时空的连续性,人们才赶上了芝诺的老乌龟..
拉普拉斯兽
时间来到了19世纪初。 在牛顿的基础上,经典物理世界的雏形已基本确立,并在其应有的轨道上迅速发展。 正是在这个时候,一位名叫拉普拉斯的科学家提出了这样的观点:“我们可以把宇宙当前的状态视为它过去的结果和未来的原因。如果一个智者能够知道所有自然运动力的位置并所有自然构成的物体在某个时刻的位置,如果他也能知道所有自然物体的位置,当对这些数据进行分析时,宇宙中最大的物体到最小的粒子的运动将包含在一个简单的公式中。聪明人物理学四大神兽图片,没有什么是模糊的,未来对他来说只是过去。” 这位所谓的智者就是拉普拉斯兽。
根据拉普拉斯兽的“能力”,如果知道当前世界的某种状态,那么根据牛顿经典力学优美简洁的公式,就可以清晰完整地计算出世界的过去和未来。 如果我们以一个人为例,从他出生的那一刻起,伟大的拉普拉斯兽就能准确地预测他这一生会经历什么样的事情,什么时候结婚生子,什么时候死。 但如果真是这样的话,我们的奋斗还有意义吗?
当时的科学家也有这样的担忧。 他们坚信人的命运是由自己掌控的而不是所谓的“从出生就注定”,因此他们开始尝试推翻拉普拉斯兽的力量。
正是海森堡发起了这场针对拉普拉斯兽的运动。 这位量子力学的巨人提出了“测不准原理”,即粒子的速度和位置无法完全精确地测量。 用海森堡自己的话说:“在因果律的陈述中,即‘如果你准确地知道现在,你就可以预测未来’,得出的不是一个结论,而是一个前提。我们无法知道“现在的所有细节。这是一个原则问题。”
如果说海森堡的量子力学只是沉重打击了拉普拉斯恶魔,使其元气严重受损,那么真正将其送入坟墓的则是美国气象学家洛伦兹提出的混沌理论。
混沌理论现在更广为人知的是“蝴蝶效应”。 这只在亚马逊丛林中挥舞翅膀的蝴蝶可能会在两周后引发德克萨斯州的龙卷风。 这个理论的核心点是,一个系统的任何微小变化,在被传播放大之后,都会对整个系统产生巨大的影响,而这恰恰是拉普拉斯兽无法解释的。
拉普拉斯兽诞生不到一百年,就遭到了量子力学、热力学、混沌论等多个学派的围剿。 最终,它只存活了一百年,便消亡了。
麦克斯韦妖
还是在19世纪,在所有科学家痴迷于寻找永动机数百年之后,物理学界的另一只伟大的神兽——麦克斯韦妖,也被视为人类的救世主诞生了。
从能力上来说,麦克斯韦恶魔并不像芝诺的乌龟那样跑得比谁都快,也不像拉普拉斯兽那样能够预测一切。 它唯一的能力就是眼疾手快。
我们假设有一个盒子不与外界进行热交换。 中间有一块可以打开和关闭的挡板物理学四大神兽图片,将箱体分为左右两部分。 麦克斯韦妖就坐在这个挡板的前面。 它凭借敏锐的眼睛和敏捷的双手,能够观察和控制分子的运动。 麦克斯韦妖从左边的盒子里捡起运动较快的分子扔进右边的盒子里,然后再从右边的盒子里捡起运动较慢的分子。 把它扔到左边,那么在这个容器中,就会出现自发的熵减少,左右盒子之间就会出现温差。
麦克斯韦恶魔凭借非凡的眼力和出色的反应能力,成功化混乱为秩序,让封闭的系统重新焕发了生机。 如果麦克斯韦妖真的出现在现实生活中,那么从此以后,水可以治愈,破镜可以圆润,耄耋之年可以返老还童,百病可以治愈。
尽管人类对麦克斯韦妖寄予了美好的希望,但在物理学中,麦克斯韦妖能否存在仍然是一个悬而未决的问题。 20世纪50年代,随着信息熵的引入,科学界逐渐达成共识:不消耗能量就不可能获得信息。 这一共识无疑揭示了麦克斯韦妖能否存在于封闭系统中。 答案是否定的。
然而,我们可以通过提供外界的能量来创造一个人造麦克斯韦妖。 2007年,人造麦克斯韦妖诞生,它利用光作为能量,可以逐渐使系统偏离平衡状态。 虽然它与真正期待的麦克斯韦妖还有一定的差距,但这一发现仍然给正在努力研究和理解熵减过程的科学界注入了一针强心剂。
薛定谔的猫
现在说到薛定谔的猫,大家可能都或多或少的熟悉了,因为它真的是太有名了!
这只诞生在最受欢迎的物理学家薛定谔手中的猫,不仅没有之前神兽那样的通天达地的力量,甚至连家猫能享用的最基本的猫罐头都没有。 可怜他只能躲在纸箱里,维持着半生半死的状态,直到有一天纸箱被打开。
对于薛定谔的猫是活着还是死了,物理学界一直有不同的看法。 1957年,埃弗里特提出了一个理论。 他相信薛定谔的猫真的还活着,在盒子打开的那一刻,猫的世界分裂成了两个同时的世界:在一个世界里,猫还活着,但在另一个世界里,猫死了。
什么,这听起来是不是很像现在很流行的平行宇宙? 多个世界或宇宙同时存在,互不干扰。 在这些宇宙中,同一个人会发生不同的事情。 这听起来很美妙,但这个理论却遭到了量子力学主要流派的强烈压制。
薛定谔的猫还在那个盒子里,保持着半生半死的不死不活的状态。 让我们拭目以待,看看有一天谁能拯救它。
结论
物理学家其实是一群非常有趣的人。 他们总是把遇到的难以克服的科学难题比作凶猛的野兽。 事实上,除了这四只神兽之外,还有很多很多的问题一直困扰着整个物理学界。 但这些问题随着科学的发展已经一一得到解决。 我们相信,随着科技的进步和时代的发展,物理世界里将不再有所谓的“神兽”,而只有一代又一代的科学家。 一座由不断的努力和才华建造而成的辉煌宫殿。
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