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《庄子·天下篇》:芝诺的乌龟

更新时间:2024-02-26 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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。 芝诺的乌龟因身体状况不佳,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。IZH物理好资源网(原物理ok网)

比赛开始了。 当阿喀琉斯追乌龟到100米时,乌龟已经向前爬了10米; 阿喀琉斯继续追,当他追乌龟十米时,乌龟已经向前爬行了十米。 米; 阿基里斯只能向前追1米,而乌龟已经向前爬了1/10米; 这样,芝诺的乌龟就可以始终与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!IZH物理好资源网(原物理ok网)

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。IZH物理好资源网(原物理ok网)

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。IZH物理好资源网(原物理ok网)

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,即使我们能够很容易地找出阿喀琉斯追上乌龟所需的时间,甚至愤怒地踩死乌龟,我们仍然无法证明他为什么能追上乌龟。 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。IZH物理好资源网(原物理ok网)

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芝诺的乌龟。 然而,人类对这只千年龟依然怀有怨恨。 从哲学到尖端物理学,人们经常与之争吵。 IZH物理好资源网(原物理ok网)

19世纪初,整个物理世界变得清晰,牛顿给万物带来了光明。 爬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,记录下某个瞬间,它就可以知道宇宙中每一个原子的准确位置和动量,并且可以用牛顿的简单公式瞬间计算出宇宙的过去和未来。 这就是著名的听兽拉普拉斯,善于演绎,能知万物。IZH物理好资源网(原物理ok网)

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。IZH物理好资源网(原物理ok网)

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。 拉尔斯兽,睡在威斯敏斯特教堂的牛顿爷爷高兴得合不拢嘴。 因为这说明他亲手建立的经典物理帝国是坚不可摧、无所不能的。IZH物理好资源网(原物理ok网)

但大多数人并不那么幸福。 如果人类一切的命运都被拉普拉斯妖算计清楚了,那我们还有什么希望呢? 必须尽快将其杀死。 一百年内,热力学和量子力学等新理论将向它发起攻击。 物理学家开尔文和量子力学海森堡开始联手围剿它。 这个是万能的。 拉普拉斯恶魔终于死了。 与眼前的千年老龟相比,它也算是夭折了。IZH物理好资源网(原物理ok网)

19世纪,基于不可逆性的热力学盛行,极大地损害了以可逆性为基石的拉普拉斯妖的生命力。 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。IZH物理好资源网(原物理ok网)

更可悲的是,即使拉普拉斯的恶魔彻底死了,不仁慈的人类也不愿意留下这只短命神兽最后的尊严。 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,物理帝国中无法存在惊人的计算能力。麦克斯韦恶魔IZH物理好资源网(原物理ok网)

早在公元 1200 年,成千上万的科学家就对永动机着迷。 到了19世纪,热力学蓬勃发展,各类永动机一一被拍出来。 这时,连爱因斯坦都敬佩的电磁学大师麦克斯韦创造了物理学史上第三大神兽——麦克斯韦妖。 如果这种神兽真的存在,或许创造出违反热力学第二定律的永动机不再是梦想,宇宙有可能走向熵寂并起死回生。IZH物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦妖是麦克斯韦想象出来的一种妖,可以探测和控制单个分子的运动。 麦克斯韦意识到自然界存在一种与熵增加相反的能量控制机制。 但他无法清楚地解释这个机制,只能幽默地假设一个“恶魔”。 简单来说,一个绝缘容器被分成两个相等的隔间,中间有一扇由“恶魔”控制的小“门”。麦克斯韦恶魔体型迷你,没有特殊能力,但视力良好,动作敏捷反应,并且能够准确地检测和控制单个分子的运动,快速地将运动速度快的分子从左边的盒子扔到右边的盒子,将运动慢的分子从右边的盒子扔到左边的盒子。因此,这个小盒子不不仅产生了左右部分的温差,而且还实现了熵的自发减少,乍一看很容易看出麦克斯韦妖打败了热力学第二定理,同时还增加了一个相反的力推曾经著名的“热死理论”。麦克斯韦妖的物理意义就是拨乱反正,防止一个封闭的系统变成一潭死水。扩展到现实世界,这只魔兽可以控制一切事物阴阳颠倒。IZH物理好资源网(原物理ok网)

虽然人们希望带领宇宙违反热力学第二定律的麦氏怪物确实存在,但在纪律严明的物理帝国中,头脑简单的麦氏怪物也命运多舛。 它困扰了科学家150多年,至今仍不清楚它的起源是什么。 死亡即是生命。 20世纪50年代,信息熵的概念被提出。 如果麦克斯韦妖想要实现热力学中的熵减物理学四大神兽之麦克斯韦妖物理学四大神兽之麦克斯韦妖,就必须获得分子运动的信息。 不消耗能量就不可能获取信息。 因此,麦克斯韦妖不可能存在于孤立的系统中。 说到底,这个有良心的小妖精可能只是人类想象中的救世主,不可能存在于时空之中。IZH物理好资源网(原物理ok网)

然而,当信息论在热力学中站稳脚跟后,麦克斯韦妖的生死之战变得更加精彩。 进入21世纪,学术界痴迷于研究熵减过程,麦克斯韦妖再次出现。 2007年2月,人造麦克斯韦妖被发现,它通过“信息逃逸阀”逐渐使系统脱离平衡。 然而,这个人造麦克斯韦妖仍然需要光作为能源。IZH物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦妖才是科学家眼中真正的救世主。 如果真的存在,老人就能把金发变成黑发,宇宙就能从熵变走向重生。 从此水可以收复,破碎的镜子可以重逢。薛定谔的猫IZH物理好资源网(原物理ok网)

20世纪,物理学帝国一片混乱。 一头无害却难以对付的神兽,与量子力学一起降临人间。 这种神兽诞生于史上最浪漫的物理学家薛定谔的手中,因此被命名为薛定谔的猫。IZH物理好资源网(原物理ok网)

与前面三位神通广大的神兽相比,薛定谔的猫的命运最为悲惨。 它既不能享受金枪鱼口味的猫罐头,也不能有猫奴来追求它。 自始至终,它都生活在物理帝国之中。 在刑场上,他练就了生与死同时进行的能力。 这个刑场是密室,刑具是锤子和毒瓶。 锤子由电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。 如果原子核衰变,α粒子就会释放出来,触发电子开关,猫肯定会死。 然而,原子核的衰变是一个随机事件。 虽然人们可以准确地知道原子核衰变时刻的概率,但无法确定原子核何时衰变。 因此,虽然薛定谔的猫肯定会死,但人们却无法确切知道它什么时候会死。 也就是说,在密室打开之前,猫要么是活的,要么是死的。IZH物理好资源网(原物理ok网)

但事情并没有那么简单,因为这只可怜的猫在量子世界中被赋予了一种特殊的功能——量子叠加。 在这只猫身上,宏观世界的因果法则已经崩溃,只剩下一系列的概率波。 因此,在被观察之前,猫既死又活,是生与死的叠加。IZH物理好资源网(原物理ok网)

尽管薛定谔创造这种神兽只是为了方便大众从宏观层面了解量子物理,但它很快就成为了所有人的噩梦,各种解释和研究纷纷涌现。 1957年,埃弗雷特利用“多世界理论”为猫找到了一个家。 他认为,问题不在于盒子里的放射性原子是否衰变,而在于它是否衰变。 薛定谔的猫是一个生物。 当它被观察到的那一刻,世界就分裂成了两个版本。 在版本A中,猫是活的,而在版本B中,猫是死的。 然而,“多世界理论”虽然十分优雅,但却受到量子力学泰斗哥本哈根学派的打压,因此鲜为人知。 因此,这只可怜的猫至今仍在人间与地狱之间的灰色空间里徘徊。IZH物理好资源网(原物理ok网)

虽然从未见过行走在生与死边界上的猫,但实验室的科学家们一致证实,他们看到了薛定谔猫的鬼魂。 你无法想象它还活着,但它确实存在。 随着微观世界的真正发现,另一个团队正计划将薛定谔的猫彻底带入宏观世界,挑战量子世界的边界。IZH物理好资源网(原物理ok网)

但迄今为止,尽管量子理论取得了巨大成就,但它仍然是物理学帝国中的一片乌云。 或许,只有两个世界真正携手的那一天,薛定谔的猫才能在天堂安眠。IZH物理好资源网(原物理ok网)

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