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物理学四大神兽:芝诺的乌龟、拉普拉斯妖、薛定谔的猫

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:

如果用数学的方法,阿喀琉斯不仅能追上乌龟,还能落后它几个街区; 但用物理思维,永远没有办法证明武士已经追上了乌龟。 因为在比赛中,追赶者首先要到达被追赶者的起点。 当阿喀琉斯追到100米时,乌龟又向前爬了10米,这样就产生了一个新的起点; 阿基里斯他必须继续追,当他追上乌龟已经爬过的10米时,乌龟又向前爬了1米,阿基里斯只能追那1米。 这样,乌龟就会创造无限个起点,并且它总能在起点和它自己之间创造一个距离。 无论距离有多小,只要乌龟不断地试图向前爬行,阿喀琉斯就永远无法前进。 追不上乌龟了!QgO物理好资源网(原物理ok网)

这个悖论困扰了整个科学界数千年,也导致了第二次数学危机。 直到现代微积分的出现,人类才有能力解构这个问题并相对完美地回答它。QgO物理好资源网(原物理ok网)

芝诺的乌龟缓慢地爬行了2000年后,拉普拉斯兽来到了这个世界。 1814年,法国数学家拉普拉斯提出了一个科学假设:世界上有一种神兽,它知道宇宙中每个原子的确切位置和动量。 那么它就可以利用牛顿定律来展示宇宙事件的整个过程。 在过去和未来。 而这只超凡脱俗的“神兽”就是拉普拉斯兽,所以宇宙万物的运转以及未来都在这只捉摸不透的“神”的掌控之中。QgO物理好资源网(原物理ok网)

拉普拉斯兽的想法是基于牛顿经典物理学,一度被认为是坚不可摧的。 然而,一百多年后,这头拉普拉斯的野兽被开尔文和海森堡用量子力学打败了。 量子物理学创始人之一海森堡提出了不确定性原理:你无法同时知道粒子的位置和速度。 由于测量不再准确,因此无法推测未来。 量子物理学中的“果不一定有因”进一步动摇了经典物理学中的因果理论。 随着量子物理学的蓬勃发展,后续的各种理论和实验中观察到的现象都与拉普拉斯兽格格不入。 混沌理论的诞生再次完美驳斥了拉普拉斯幽灵的存在,最终拉普拉斯兽被驯服。QgO物理好资源网(原物理ok网)

然后是麦克斯韦妖。 1871年,英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦提出了一个热力学假设实验。QgO物理好资源网(原物理ok网)

那是一个永动机频繁出现的时代,一群人热衷于永动机的幻想。 当“能量守恒定理”揭晓后,人们发现第一种永动机无法制造,于是瞄准了“第二种永动机”,即热与功之间的转换。 后来,热力学第二定律出现,人们发现了熵增原理。 第二种永动机却弄巧成拙,真正杜绝了永动机的幻想。 麦克斯韦妖是响应热力学第二定律,即熵增定律而提出的。 作为物理学大师,麦克斯韦隐隐约约地感觉到物理学四大神兽之麦克斯韦妖,宇宙中可能存在着某种抵抗熵增加的机制。 但他无法清楚地解释这个机制,只能推测这是“恶魔”。QgO物理好资源网(原物理ok网)

这个“小恶魔”的工作原理是这样的:一个绝缘的盒子被分成两个相等的单元格,中间有一扇由“小恶魔”控制的小“门”。 他站在门前,盯着每一个分子。 如果是快速移动的分子(势能高,也就是比较热),他就不会让这个分子通过。 如果是移动缓慢的分子(势能低,即比较冷),他就不会让该分子通过。 他就这么放手了。 随着时间的推移,原本温度平衡的盒子变得半热半冷。 这违背了热力学第二定律。 根据熵增定理,相反的过程是正确的。 这种怪物的外貌与拉普拉斯兽不同,让人绝望。 他是整个宇宙的救世主!QgO物理好资源网(原物理ok网)

因为热力学第二定律告诉我们,宇宙的熵一直在增加物理学四大神兽之麦克斯韦妖,最终,整个宇宙将变得寂静。 也就是说,无论人类科技发展到什么程度,结局都注定是毁灭。 但这个恶魔的出现,却让人们意识到,可以将这个过程中的能量消耗降到最低,从而在不损失能量的情况下获取信息。 这意味着宇宙仍有可能得救。 而如果真的存在的话,第二种永动机就有可能真的实现。 但现在物理学已经证明,小恶魔在控制“门”的消散过程中仍然需要消耗能量,但并不是释放分子的过程,而是判断分子速度的过程。 也就是说,信息还是有能量的! 是负熵! 这意味着麦克斯韦妖仍然没有违反物理第二定律。QgO物理好资源网(原物理ok网)

最后一只“薛定谔的猫”离我们最近。 1935年,奥地利物理学家薛定谔针对量子力学的边界问题提出了一个著名的思想实验:盒子里有一只猫和少量放射性物质。 放射性物质有 50% 的可能性会衰变并释放出有毒气体杀死猫,而放射性物质有 50% 的可能性不会衰变而猫会幸存。QgO物理好资源网(原物理ok网)

根据经典物理学,这两个结果之一必须出现在盒子里。 猫是死是活,只有打开盒子后,外界的观察者才能知道。 而在盒子被打开之前,魔猫会处于一种“生与死”的状态,一种生与死叠加的状态。 薛定谔的猫本身就是一个假设的概念。 随着技术的发展,人们在光子、原子、分子中实现了薛定谔猫态,甚至开始利用病毒来制备薛定谔猫态,比如刘慈欣《球状闪电》中量子态的转变。越来越接近实现薛定谔的猫作为一个生命体。QgO物理好资源网(原物理ok网)

★《不公浩》提醒您:民间信仰仅供参考,请勿过度迷信!QgO物理好资源网(原物理ok网)

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