虽然物理学是一门以科学严谨着称的学科，但也有关于神兽的故事。 这意味着物理学不仅征服了科学，还驯服了神兽。
物理学中有四大神兽，芝诺龟、拉普拉斯兽、麦克斯韦妖、薛定谔猫。 这四只神兽并不弱于青龙、白虎、朱雀、玄武这四大上古神兽，因为它们拥有掌控世界的能力。 能力：芝诺的乌龟可以将地球在时间和空间上缩小到一英寸，拉普拉斯的野兽可以洞察真理并推论万物，麦克斯韦的恶魔可以控制万物并颠倒阴阳，薛定谔的猫可以创造一个超越生命的宇宙和死亡。
他们的能力对应着不同的物理知识。 芝诺的乌龟对应微积分，拉普拉斯的兽对应经典力学，麦克斯韦妖对应热力学第二定律，薛定谔的猫对应量子力学。 你想了解更多他们的故事和相关物理知识吗？ 今天，《小主人与四神兽的神奇物理之旅》第一期开播！ 现在让我们来探索一下物理学四神兽中的两只吧！
一天
初级教师走上物理之路
他在走路
遇见了神奇的乌龟
01
芝诺的乌龟
学校：积分学
能力：将地面缩小一寸
古希腊数学家芝诺（公元前490年-公元前425年）提出了著名的关于运动不可分性的“芝诺悖论”。 他说：乌龟首先要从起点走到终点的1/2。 距离，然后走完剩下的1/2距离，继续走剩下的1/2距离……不断重复，你永远也走不完。
公元前464年，物理帝国世纪体育大赛开幕，芝诺的乌龟与海神波塞冬的儿子阿喀琉斯赛跑。
阿喀琉斯体格强健，肌肉发达，四肢有力。 芝诺的乌龟又短又瘦，有着圆圆的眼睛和坚固而笨重的龟壳。 芝诺的乌龟因身体劣势申请提前跑100米。 阿喀琉斯知道自己的速度是芝诺乌龟的十倍，所以毫不犹豫地答应了。
游戏开始
当阿喀琉斯追到100米时，乌龟已经向前爬了10米；
阿喀琉斯继续追，当他追完乌龟十米时，乌龟又向前爬了一米；
阿喀琉斯只能向前追1米，而乌龟已经向前爬了1/10米；
这样，芝诺的乌龟就可以一直和阿喀琉斯保持一定的距离，无论距离有多小，但只要乌龟不断地向前爬行，阿喀琉斯就永远追不上乌龟！
阿喀琉斯虽然是全人类最顶尖的英雄，但最终还是败给了芝诺乌龟的四条短腿。 芝诺的乌龟从此声名远扬，无与伦比。
不仅是古希腊，就连智者云集的东方文明，都对这只乌龟无能为力。 《庄子·天下篇》提到：“棍一足，日取其半，而长存矣”。 其实也是这只乌龟。 变体。
在现实世界中，芝诺的乌龟似乎相当不合理，因为如果你随机拉一只乌龟，无论它跑多远，一个6岁的孩子都可以追上并碾碎它。 而且，只需建立一个简单的方程组t=s/(v1-v2)，也可以计算出阿基里斯追上芝诺乌龟的时间。
但物质帝国不同。 一切都需要严格的逻辑推理和证明才能存在。 因此，即使我们可以很容易地计算出阿喀琉斯追上乌龟，甚至愤怒地踩死它所需的时间，我们仍然无法证明他为什么能追上。
如果我们想摧毁它，就必须解决极限问题。 然而，从毕达哥拉斯到欧拉，伟大的数学家中没有一位能够破解极限问题。 所以，这只不讲理的芝诺龟，以神兽的形式在物质帝国定居了两千多年。
整整两千多年后，数学大师莱布尼茨和科学大师牛顿在远处实践了“微积分”，用微积分中的“极限”方法打破了空间和时间的连续性。 这让大英雄阿喀琉斯终于在物理帝国的竞技场上追上了乌龟芝诺。
小石和无归一起路上了2000年
然后他就和乌龟说再见了
然后他在走路的时候遇到了另一只拉普拉斯兽
02
拉普拉斯兽
学校：经典力学
能力：推论一切
被誉为“将上帝踢出宇宙”的法国物理学家拉普拉斯提出了广泛应用于各个领域的拉普拉斯方程。 拉普拉斯以经典力学为基础提出：如果有一个智者知道我们宇宙诞生之初所有粒子的状态，那么他就可以根据一切定律推导出宇宙任意时刻的状态。
19世纪初，整个物理世界都是清晰的。 牛顿发现了万有引力定律，给万物带来了光明，也让我们认识到人类有能力找出我们所生活的这个看似混沌的世界的规律性。爬行在老主门下的拉普拉斯，宣称当前的客观世界是过去之果、未来之因。 这个世界上有一种神兽，拥有浩瀚神通，无所不知。 只要它愿意动动手指和眼睛，记录下宇宙中每一个原子在某一时刻的准确位置和动量，就可以用牛顿的简单公式瞬间计算出宇宙的过去和未来。
这就是著名的聆听兽拉普拉斯兽，善于推演，能知晓一切。
拉普拉斯的基本理论是：通过了解物质前一时刻的运动状态，可以推导出下一时刻的运动状态。 确定了整个宇宙中每个粒子的运动状态后，就可以推导出下一时刻的运动状态。
拉普拉斯是19世纪经典力学最有力的棋子。 他吸收了毕达哥拉斯“一切皆数”的力量，并与天体力学、概率论等思想的精髓相结合，创造了宏观经典力学的守护神拉普拉斯。 拉斯野兽。
整个19世纪，科学家们都被这种掌握宇宙所有规律和细节的“神兽”所吸引和诱惑。 直到20世纪物理学四大神兽分别是什么，科学家们才发现了混沌现象，彻底击碎了拉普拉斯准确预测宇宙的梦想。
1879年，法国物理学家庞加莱在研究三个物体的动力学时，原本认为这是一个果断可积的系统。 由于描述每个物体的运动的方程是确定性的，因此每个物体的运动应该是可确定和可预测的。 但研究结果表明该系统无法准确求解。 它们的运动轨迹非常混乱，甚至没有人能够尝试画出这些轨迹。 庞加莱工作的结论震惊了科学界，动摇了人们对牛顿理论的一贯看法。
一百年内，热力学、量子力学等新理论向它开火，以开尔文、海森堡为首的物理学家开始联手围剿它。 这个无所不能的拉普拉斯恶魔终于死了。物理学四大神兽分别是什么，与眼前的千年老龟相比，也算是夭折了。
19世纪，基于不可逆性的热力学开始盛行，这严重损害了拉普拉斯兽基于可逆性的生命力。 20世纪，困扰人类数百年的双缝干涉实验成功证明了因果律在微观世界中完全无效，而海森堡的测不准原理也表明，无论神兽多么强大，它无法看到微观世界的全貌。
更可悲的是，即使拉普拉斯兽彻底死了，不仁慈的人类也不愿意把最后的尊严留给这只短命的神兽。
因为，从宇宙最大熵、光速以及通过一个普朗克长度传输信息所需的时间来计算，拉普拉斯妖的计算能力上限已被确认约为10,120位。 从此，惊人的算力无法存在于物理帝国之中。
本来，小主人是想用神奇宝贝球来征服拉普拉斯兽。
但拉普拉斯兽死了
小主人有些难过，但还是继续前行
然后我又遇到了麦克斯韦妖。
故事尚未结束，未完待续
咱们下次来听听分解
结论
本期《小主人与四神兽的神奇物理之旅》到这里就结束了。 今天你一定收获很多吧！
芝诺的乌龟基本上已经死了；
微积分的基础是建立
在它的尸体上。
庞加莱时代左右，拉普拉斯兽因混沌效应的引入而被推翻。
了解四神兽的故事不仅可以让你深入了解物理学的发展历史，也可以为你以后的物理课增添素材。 如果你想听另外两只神兽的故事，你也想关注小石的魔法物理。 如果您正在旅行，请继续关注我们下一期的《老师说》！ 和我的小主人一起去见见肉身猛兽吧~
感谢各位前来观看的大家！
来源
1、物理学四神兽中，除了“薛定谔的猫”还有谁？
2. 物理学中的四大神兽是什么？
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三、小妖精的启示——论物理学中的“三只小妖精”
[1] 何莎莎，王晓军． 来自妖精的启示——论物理学中的“三个小恶魔”[J]. 物理教师，2014，35(11)：22-24。
结尾
编辑| 教师协会学习部
