物理学“四大神兽”：除了薛定谔的猫，另外三个是什么？

Question

如题所述

Answer 1

物理学十分注重实验，最初的物理学理论就是从实验中总结而来的。任何物理理论创立之后，都需要经过实验的反复验证。爱因斯坦的相对论提出百年之后，至今还在接受一系列严苛实验的检验。

不过，有些实验在现实中很难实现，所以物理学家提出了思想实验，包括爱因斯坦、牛顿在内的很多大物理学家都有提出过。虽然只是思想上的实验，但它们引发人深省，并推动了物理学的发展。在这些思想实验中，有四个的名称与动物有关，它们被冠以物理学“四大神兽”。

（1）芝诺的乌龟

这是最早的“神兽”，由2480年前的古希腊哲学家芝诺提出，它又被称为芝诺悖论。试想一下，一个人以10ç±³/秒的速度奔跑，一只乌龟以1ç±³/秒的速度爬行。一开始，乌龟比人领先了100米，那么，人在什么时候会追上乌龟？

这个问题看似是一个简单的追及问题，只要人的跑动距离等于乌龟的领先距离加上乌龟的爬行距离，就能算出人会在出发后第11.11…（100/9）秒追上乌龟。

然而，如果换个角度来看，结果会完全不一样。第1秒，人跑了10米，乌龟领先人91米；第5秒，人跑了50米，乌龟领先人55米；第10秒，人跑了100米，乌龟领先人10米；第11秒，人跑了110米，乌龟领先人1米；第11.1秒，人跑了111米，乌龟领先人0.1米。

如果空间能够无限分割，乌龟和人之间的距离包含了无限多个点。因此，乌龟可以一直在人的前面，尽管只领先了一点。那么，这是否意味着人永远也走不完无限多个点来追上乌龟呢？

其实不然。乌龟一开始领先人100米，人跑动100米所需的时间为：

100/10秒=10秒

在这10秒期间，乌龟爬行的距离为：

10×1ç±³=10ç±³

这是10秒后乌龟领先人的距离，人再去追上这10米所需的时间为：

10/10秒=1秒

在这1秒期间，乌龟爬行的距离为：

1×1ç±³=1ç±³

这是1秒后乌龟领先人的距离，人再去追上这1米所需的时间为：

1/10秒=0.1秒

如此无限反复下去，人追上乌龟的时间为：

10+1+0.1+0.01+0.001+0.0001+…秒=11.11…秒，也就是100/9秒，所以人可以在有限时间内追上乌龟。

（2）薛定谔的猫

根据量子力学的哥本哈根诠释，在没有进行观测时，量子系统是处于不确定的叠加态。一旦进行观测，波函数坍缩，不确定性消失，量子系统将会变成一种确定的状态。这样的描述与我们的常识大相径庭，而且还会影响宏观世界。

于是，量子力学奠基人之一的薛定谔提出了这样的一个思想实验。在一个密闭的箱子中，放置一块放射性物质，如果它发生衰变，由此产生的粒子将会触发盖革计器放电，通过继电器释放出铁锤，铁锤掉下来砸破毒药瓶，引发箱子内的猫死亡。如果放射性物质没有衰变，箱子内的猫仍然是活着的。

根据哥本哈根诠释，在没有打开箱子进行观测时，放射性物质的衰变是不确定的，处于叠加态，这就会导致箱子内的猫也处于不确定的“又死又活”状态。这就是著名的薛定谔的猫。

对此，多世界诠释或者说平行宇宙理论被提出来。箱子内的猫其实既活着，又死了，这会衍生出两个互不相干的平行宇宙，每条时间线中的观测者都会观测到确定的状态。

（3）麦克斯韦妖

熵增定律表明，孤立系统的有序度只会越来越低，混乱度只会越来越高，这是不可逆转的过程。举个例子，水和乙醇混合之后，无法自发地分离出纯净的水和乙醇。由于整个宇宙被认为是孤立系统，这意味着宇宙注定在未来达到熵值最大的热寂状态，那时的宇宙将会陷入完全的死寂之中。

但根据著名物理学家麦克斯韦的设想，宇宙或许还有救，这就需要麦克斯韦妖。麦克斯韦妖可以控制每个粒子的运动，意味着这种“神兽”具有逆熵的能力，让混合后的水和乙醇分子单独分开，也能让宇宙中的其他粒子变得更有序，从而扭转宇宙的热寂结局。

（4）拉普拉斯妖

这只“神兽”最初由物理学家、数学家拉普拉斯提出。从微观上来看，宇宙万物都是粒子，宇宙的运转是所有粒子共同运动的结果。拉普拉斯妖知道宇宙中所有粒子的动量和位置，所以宇宙中发生的一切事情都是注定的，而且都能被计算出来。

但随着量子力学的发展，物理学家意识到微观世界被不确定性所支配，我们根本不可能同时准确测出一个粒子的动量和位置。另外，根据混沌理论，在我们试图计算粒子的未来时，我们的计算行为会影响到粒子的运动，这种差异会被逐渐放大，从而导致结果变得不可预测。

最后，如果让这物理学四大神兽互相掐架，大家觉得谁会赢呢？

Answer 2

“薛定谔的猫可以存在，但也可能不存在，没有人知道这只猫到底存不存在”

这句有点绕口的话就是在指薛定谔的猫——量子力学。

对，就是说得“遇事不决，量子力学”里的量子力学。

量子力学说起来有点复杂，笔者尽量说简单点吧：

在A世界中，薛定谔的猫死了，在B世界中薛定谔的猫还活着，也就是说这只猫咪反复游走在生与死的世界。

这说的即“多世界理论”。

薛定谔的猫虽然没有人知道长啥样，但许多物理科学家说他曾亲眼见到过。

说的就是你不知道这只猫活着是什么模样，但它就是真实存在……

好绕口，反正这就是量子力学了，目前物理学中的几大谜团之一。

那么除了薛定谔的猫，其它的物理学三大神兽是什么呢？

1，拉普拉斯兽

这只叫做拉普拉斯兽是物理学大佬牛顿的专属宠物。

它也有自己的专属理论：：在了解物质前一刻的运动状态的情况下，就可以推导出下一刻的运动状态。

也就是说，如果有人把整个宇宙的每一个粒子的运动状态确定以后，就可以知道下一刻的一切……

不过令人遗憾的是，这只牛逼的神兽已经彻底死掉了。

它死于20世纪初，在双缝实验成功后，它的因果定律就被证明失败了。

2，芝诺的乌龟

这只老乌龟已经有两千多岁啦，它诞生于公元前464年，主人是古希腊的科学家芝诺。

而芝诺的乌龟就跟它名字中的乌龟一样，做了两千多年的老乌龟，还能在物理界中兴风作浪。

最起码它没有像拉普拉斯兽一样被干掉。

因为它代表着先贤哲学的流派，两千多年来还没有人能将它彻底干掉……

3，麦克斯韦妖

诞生于十九世纪后期的麦克斯韦妖，它的主人也是物流学的著名大牛——麦克斯韦。

这只妖呢，其实是麦克斯韦所想象出来的妖怪，在麦克斯韦大佬的理论中，这只妖能探测并且控制单个分子的运动。

如果这只妖是真的话，那么说不定它还真的能操控万物才是。

但以麦克斯韦妖为代表的热力学，仍然没有其想象中的强大……

因为当如果麦克斯韦妖真的存在的话，返老还童、破镜重圆、覆水能收……这些在现实社会中做不到的事情，麦克斯韦妖都将能做到。

可能是由于过于妖孽，麦克斯韦妖即使在过去了一百多年的时间中，仍然没有科学家能对此证明出来。

四大神兽说完了，笔者也简单说一句：

其实这物理学的四大神兽追根究底都只是一句调侃，其身后代表着的几种意义极其重大的物理学定律。

调侃归调侃，但把这当真了那就不太好了！

Answer 3

物理学的四大神兽，除了薛定谔的猫之外，还有芝诺的乌龟：它问的是乌龟以一米每秒的速度前行，人以10米每秒的速度前行，乌龟比人多100米，问人何时能够追上乌龟；然后就是麦克斯韦妖 以及拉普拉斯妖 ，它们两个都在科学家们在研究粒子问题的时候所提出来的。

Answer 4

物理学“四大神兽”中，薛定谔的猫最为人熟知，除此之外，另外三大神兽分别是芝诺龟，拉普拉斯兽与麦克斯韦妖。

Answer 5

另外3个是芝诺的乌龟（人可以在有限的时间追上乌龟）、麦克斯韦妖（让粒子有序运动）、拉普拉斯妖（宇宙中的一切都是注定的）。