打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
物理学“四大神兽”之谜:除了薛定谔的猫,你还知道哪些?
userphoto

2022.12.28 四川

关注

数千年以来,随着人们对世界的探索以及对物理学的研究,逐渐在“物理”这片沃土上发现了四大神兽,它们有的能缩地成寸、日行千里,有的能逆转时空、跨越阴阳,有的能推演万物、无事不知,更有的能够超越生死、至今不朽,那么在这种种“神迹”的背后,究竟又有着怎样的故事呢?

“真正的神速者——芝诺的乌龟”

相传在古希腊有着这样一只乌龟,它的速度永远只有你的1/10,可是当它站在你前方100米处的时候,你却永远也无法追上它。原因很简单,当你跑完你们之间的100米的时候,它又往前跑了1米,当你跑完了你们中间的一米的时候,它又往前跑了0.1米……

自古希腊数学家、哲学家芝诺提出这个猜想之后,这个很明显的悖论,一直困扰了人们将近千年,直到后来牛顿与莱布斯尼发明微积分,这个问题才得到了解决,而这只“活了千年的乌龟”也终于被牛顿“杀死”,做成了物理学上的一块里程碑。

其实,“芝诺猜想”是建立在时间没有最小单位、永远可以进一步朝下划分这一基础上的,是一种典型的纯理想状态,而人们从牛顿的微积分中找到了破解这一前提的武器,这才解决了这个悖论。“逆转时空的妖怪——麦克斯韦妖”

与存活了千年的芝诺的乌龟相比,存活时间不长的麦克斯韦妖的命运就有些悲惨了,但是这个也被誉为“麦克斯韦精灵”的家伙,在当时给物理学家们完成的困扰与冲击,可是一点也不比芝诺的乌龟要小。

所谓的麦克斯韦妖,其“权柄”主要包括逆转时光、构建莫比乌斯环。因为据说它能够控制单个分子,这样一来它就可以将两个盒子中的分子进行重新筛选,将运动的快地与运动的慢的分别放在一个盒子里,最终形成温差,也实现了熵的“消失”。而这一切在当时那些推崇热力学第二定律的人看来,实在是太过荒诞了,因为“熵只会转移、不会消失”这一观点早就根深蒂固的扎在了他们的脑海之中。

倘若麦克斯韦小精灵真的存在,那么对于现代物理学来说是颠覆性的,因为这证明热力学第二定律是有缺陷的,现代物理学构架是不完善的,甚至就连永动机我们也能造的出来,更夸张一点说,我们甚至可以阻止宇宙的毁灭。也正因如此,在麦克斯韦提出这个猜想后,一众物理学家们向他发起了冲锋。

然而与芝诺的乌龟相似的是,麦克斯韦妖的存在本身就是一个悖论,因为我们不可能在不消耗任何能量的情况下制作出这么一控制单个分子运动的“精灵”,所以这一猜想也只停留在了理论层面,可即使如此,其最终还是被物理学家们最终推翻了,在麦克韦斯妖化为尘埃之后,热力学第二定律依旧熠熠生辉。“大推演家——拉普拉斯兽”

与麦克斯韦妖这种可爱的“小精灵”不同,法国数学家皮埃尔创造的拉普拉斯兽,其口碑呈现出了明显的两极分化,有些人觉得它是“造物主的神迹”,也有人说它是“恶魔的低语”,原因很简单——它无所不知、无所不能。

作为牛顿门徒的皮埃尔,曾经有过这样一种设想,那就是在宇宙中存在着这样一种生物,它能够同时观察到宇宙中的每一个粒子,并将它们的状态以数据的形式表示出来;这样一来,它就可以借助牛顿的简易定理,去计算出这些粒子的过去与未来。这名为“计算”,实为推演,因为倘若按照这种说法来看的话,那么也就代表着拉普拉斯兽能够一眼看到我们宇宙的开始与结束,也就意味着宇宙是有“剧本”的、人类亦是如此。

拉普拉斯兽诞生了,一场长达百年的论战也正式开始了,相信者信之笃深、不信者大声驳斥,双方都在努力地寻找证据,以图驳倒对方,这些证据的领域涵盖得非常宽泛,有人扑进经典力学里去找答案,有人拽着天体力学的大部头书籍苦思明显,甚至还有不少人抱着因果论猛啃……

只可惜,拉普拉斯兽最终还是走向了消亡。在上世纪量子力学得到发展后,人们普遍认可宇宙是具有不确定性的,而蝴蝶效应更是这种不确定性的有力论证者,也正因如此,这一被誉为宏观力学守护神的神兽陨落了。“充满变数的怪物——薛定谔的猫”

作为四大神兽中硕果仅存的一位,至今还有许多物理学家们在孜孜不倦的研究“薛定谔的猫”、试图寻找到新的突破。

那么究竟什么才是这只神兽的“真面目”呢?

其实薛定谔的猫这个理论并不复杂,以简单阐述大致如下:“假设在你的面前个黑箱子,箱子里有两样东西,一个是时刻都会衰变的粒子,另一个是活着的猫,在不打开箱子的情况下,你无法确认猫的死活,那么请问这时候的猫算活着的还是死的?”

在这种情况下,粒子一旦衰变就会杀死猫,可是你又不确定粒子什么时候才会衰变,所以你无法单纯地说它是死的,亦或者是活的,而只能说它是“既活又死”的叠加态的,可“既活又死”又与我们常识中认为的物质只有一种形态相违背,这又进一步加深了我们的疑惑。

薛定鄂的猫这一猜想,对于量子力学的发展至关重要,而倘若我们将量子力学与多元宇宙统合到这一猜想中,那么我们就会发现问题变得更加复杂,当你打开盒子看到一只活着的猫的时候,你甚至无法确定他是原来的那只猫,还是来自多元宇宙的另一只,正因如此,对科学家们称“薛定鄂的猫”跨越了生死。

“以宏观世界的不确定,取代微观世界的不确定;以宏观世界的视角,来看待微观世界的量子叠加”,这就是薛定谔的猫的原理,不得不说,这的确是专属于天才的设想,而“薛定鄂的猫”这只神兽,也的确是光彩照人。

在物理学史上,这四大神兽都留下了自己浓墨重彩的一笔,所以说目前有的存在、有的消弭,但是它们都肩负着同样的一份历史使命,那就是推动物理学的发展;随着物理学的进步,我们相信“神兽”不会灭绝,反而会越来越多,而它们又会给物理学带来怎样的进步呢?让我们拭目以待。

相关内容已获授权,如有侵权请第一时间联系删除。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
物理学四大神兽,除了薛定谔的猫,你还知道几个?
物理学“四大神兽”:除了薛定谔的猫,另外三个是什么?
物理学四大神兽掐架,谁会赢?
物理学中的“四大神兽”
【物理科普】物理学界的四大神兽,芝诺的乌龟、拉普拉斯兽、麦克斯韦妖、薛定谔的猫。
物理学四大神兽之谜,两个被杀死两个继续研究
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服