物理學(xué)中有四種“神獸”：芝諾烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖和薛定諤貓。 其中，芝諾的烏龜可以縮小到一英寸，拉普拉斯的野獸可以推演萬物，麥克斯韋的惡魔可以逆轉(zhuǎn)時(shí)空，而薛定諤的貓可以超越生死。 接下來我們就來看看物理四神獸為何如此精彩！
芝諾的烏龜
如果有人問你，如果世界上跑得最快的人和烏龜比賽，誰會(huì)贏？ 毫無疑問，答案將是人。 如果把這個(gè)問題進(jìn)一步延伸，在百米賽跑中，如果烏龜比人早起跑10米，那么誰會(huì)贏呢？ 現(xiàn)在我們當(dāng)然知道最后的冠軍無疑將是人類，但是這個(gè)問題給公元前464年古希臘當(dāng)時(shí)最著名的學(xué)者帶來了很大的麻煩。
提出這只烏龜?shù)娜私兄ブZ。 他認(rèn)為，即使人的速度比烏龜快十倍，當(dāng)人到達(dá)烏龜?shù)钠瘘c(diǎn)時(shí)，烏龜已經(jīng)爬了1米； 當(dāng)人向前跑1米米時(shí)，烏龜又爬了0.1米，如此循環(huán)下去。 最終，人們永遠(yuǎn)追不上烏龜。
不僅如此，在東方世界，同樣的煩惱也存在于智者的心中。 《莊子》曾記載：“一尺杖，日取半，而長存”，與芝諾的烏龜有異曲同工之妙。 。
那么，這只芝諾烏龜真的是無敵的嗎？ 想要打敗芝諾烏龜，就必須看透極限問題。 從誕生到此后的2000年，芝諾烏龜始終立于不敗之地，成為物理學(xué)史上的第一支“隊(duì)伍”。 直到2000年，經(jīng)典物理學(xué)的奠基人牛頓和萊布尼茨發(fā)明了微積分，并用微積分這本“武林秘籍”破解了時(shí)空的連續(xù)性，人們才趕上了芝諾的老烏龜..
拉普拉斯獸
時(shí)間來到了19世紀(jì)初。 在牛頓的基礎(chǔ)上，經(jīng)典物理世界的雛形已基本確立，并在其應(yīng)有的軌道上迅速發(fā)展。 正是在這個(gè)時(shí)候，一位名叫拉普拉斯的科學(xué)家提出了這樣的觀點(diǎn)：“我們可以把宇宙當(dāng)前的狀態(tài)視為它過去的結(jié)果和未來的原因。如果一個(gè)智者能夠知道所有自然運(yùn)動(dòng)力的位置并所有自然構(gòu)成的物體在某個(gè)時(shí)刻的位置，如果他也能知道所有自然物體的位置，當(dāng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，宇宙中最大的物體到最小的粒子的運(yùn)動(dòng)將包含在一個(gè)簡單的公式中。聰明人物理學(xué)四大神獸圖片，沒有什么是模糊的，未來對(duì)他來說只是過去。” 這位所謂的智者就是拉普拉斯獸。
根據(jù)拉普拉斯獸的“能力”，如果知道當(dāng)前世界的某種狀態(tài)，那么根據(jù)牛頓經(jīng)典力學(xué)優(yōu)美簡潔的公式，就可以清晰完整地計(jì)算出世界的過去和未來。 如果我們以一個(gè)人為例，從他出生的那一刻起，偉大的拉普拉斯獸就能準(zhǔn)確地預(yù)測他這一生會(huì)經(jīng)歷什么樣的事情，什么時(shí)候結(jié)婚生子，什么時(shí)候死。 但如果真是這樣的話，我們的奮斗還有意義嗎？
當(dāng)時(shí)的科學(xué)家也有這樣的擔(dān)憂。 他們堅(jiān)信人的命運(yùn)是由自己掌控的而不是所謂的“從出生就注定”，因此他們開始嘗試推翻拉普拉斯獸的力量。
正是海森堡發(fā)起了這場針對(duì)拉普拉斯獸的運(yùn)動(dòng)。 這位量子力學(xué)的巨人提出了“測不準(zhǔn)原理”，即粒子的速度和位置無法完全精確地測量。 用海森堡自己的話說：“在因果律的陳述中，即‘如果你準(zhǔn)確地知道現(xiàn)在，你就可以預(yù)測未來’，得出的不是一個(gè)結(jié)論，而是一個(gè)前提。我們無法知道“現(xiàn)在的所有細(xì)節(jié)。這是一個(gè)原則問題。”
如果說海森堡的量子力學(xué)只是沉重打擊了拉普拉斯惡魔，使其元?dú)鈬?yán)重受損，那么真正將其送入墳?zāi)沟膭t是美國氣象學(xué)家洛倫茲提出的混沌理論。
混沌理論現(xiàn)在更廣為人知的是“蝴蝶效應(yīng)”。 這只在亞馬遜叢林中揮舞翅膀的蝴蝶可能會(huì)在兩周后引發(fā)德克薩斯州的龍卷風(fēng)。 這個(gè)理論的核心點(diǎn)是，一個(gè)系統(tǒng)的任何微小變化，在被傳播放大之后，都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響，而這恰恰是拉普拉斯獸無法解釋的。
拉普拉斯獸誕生不到一百年，就遭到了量子力學(xué)、熱力學(xué)、混沌論等多個(gè)學(xué)派的圍剿。 最終，它只存活了一百年，便消亡了。
麥克斯韋妖
還是在19世紀(jì)，在所有科學(xué)家癡迷于尋找永動(dòng)機(jī)數(shù)百年之后，物理學(xué)界的另一只偉大的神獸——麥克斯韋妖，也被視為人類的救世主誕生了。
從能力上來說，麥克斯韋惡魔并不像芝諾的烏龜那樣跑得比誰都快，也不像拉普拉斯獸那樣能夠預(yù)測一切。 它唯一的能力就是眼疾手快。
我們假設(shè)有一個(gè)盒子不與外界進(jìn)行熱交換。 中間有一塊可以打開和關(guān)閉的擋板物理學(xué)四大神獸圖片，將箱體分為左右兩部分。 麥克斯韋妖就坐在這個(gè)擋板的前面。 它憑借敏銳的眼睛和敏捷的雙手，能夠觀察和控制分子的運(yùn)動(dòng)。 麥克斯韋妖從左邊的盒子里撿起運(yùn)動(dòng)較快的分子扔進(jìn)右邊的盒子里，然后再從右邊的盒子里撿起運(yùn)動(dòng)較慢的分子。 把它扔到左邊，那么在這個(gè)容器中，就會(huì)出現(xiàn)自發(fā)的熵減少，左右盒子之間就會(huì)出現(xiàn)溫差。
麥克斯韋惡魔憑借非凡的眼力和出色的反應(yīng)能力，成功化混亂為秩序，讓封閉的系統(tǒng)重新煥發(fā)了生機(jī)。 如果麥克斯韋妖真的出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中，那么從此以后，水可以治愈，破鏡可以圓潤，耄耋之年可以返老還童，百病可以治愈。
盡管人類對(duì)麥克斯韋妖寄予了美好的希望，但在物理學(xué)中，麥克斯韋妖能否存在仍然是一個(gè)懸而未決的問題。 20世紀(jì)50年代，隨著信息熵的引入，科學(xué)界逐漸達(dá)成共識(shí)：不消耗能量就不可能獲得信息。 這一共識(shí)無疑揭示了麥克斯韋妖能否存在于封閉系統(tǒng)中。 答案是否定的。
然而，我們可以通過提供外界的能量來創(chuàng)造一個(gè)人造麥克斯韋妖。 2007年，人造麥克斯韋妖誕生，它利用光作為能量，可以逐漸使系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)。 雖然它與真正期待的麥克斯韋妖還有一定的差距，但這一發(fā)現(xiàn)仍然給正在努力研究和理解熵減過程的科學(xué)界注入了一針強(qiáng)心劑。
薛定諤的貓
現(xiàn)在說到薛定諤的貓，大家可能都或多或少的熟悉了，因?yàn)樗娴氖翘忻耍?span style="display:none">85y物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
這只誕生在最受歡迎的物理學(xué)家薛定諤手中的貓，不僅沒有之前神獸那樣的通天達(dá)地的力量，甚至連家貓能享用的最基本的貓罐頭都沒有。 可憐他只能躲在紙箱里，維持著半生半死的狀態(tài)，直到有一天紙箱被打開。
對(duì)于薛定諤的貓是活著還是死了，物理學(xué)界一直有不同的看法。 1957年，埃弗里特提出了一個(gè)理論。 他相信薛定諤的貓真的還活著，在盒子打開的那一刻，貓的世界分裂成了兩個(gè)同時(shí)的世界：在一個(gè)世界里，貓還活著，但在另一個(gè)世界里，貓死了。
什么，這聽起來是不是很像現(xiàn)在很流行的平行宇宙？ 多個(gè)世界或宇宙同時(shí)存在，互不干擾。 在這些宇宙中，同一個(gè)人會(huì)發(fā)生不同的事情。 這聽起來很美妙，但這個(gè)理論卻遭到了量子力學(xué)主要流派的強(qiáng)烈壓制。
薛定諤的貓還在那個(gè)盒子里，保持著半生半死的不死不活的狀態(tài)。 讓我們拭目以待，看看有一天誰能拯救它。
結(jié)論
物理學(xué)家其實(shí)是一群非常有趣的人。 他們總是把遇到的難以克服的科學(xué)難題比作兇猛的野獸。 事實(shí)上，除了這四只神獸之外，還有很多很多的問題一直困擾著整個(gè)物理學(xué)界。 但這些問題隨著科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)一一得到解決。 我們相信，隨著科技的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，物理世界里將不再有所謂的“神獸”，而只有一代又一代的科學(xué)家。 一座由不斷的努力和才華建造而成的輝煌宮殿。
我是元辰，跟著我一起看世界吧