物理学的四大神兽都有谁?一个怪兽一个妖,一只乌龟一只猫

中国古代有四大神兽,青龙白虎,朱雀玄武。这四大神兽都来源于对上古星宿的崇拜。

而现代物理学同样也有四大神兽,这四大神兽分别对应着四个物理学学说。和中国古代的四大神兽类似,物理学的四大神兽也并非真实存在的,它们源于科学家的脑洞,这四个现象中的生物拥有着巨大的力量,它们让无数的科学家为之神魂颠倒,因为每战胜一只神兽,我们就能向科学的终极目标迈进一步。那么,这四只神兽都是谁呢?一个怪兽一个妖,一只乌龟一只猫。我们先来说说这只怪兽,它叫拉普拉斯兽,对应着经典力学。

在很长一段时间以来,牛顿所创立的经典力学一直在物理学界有着不可动摇的地位,而拉普拉斯兽就是经典力学的守护神兽。

拉普拉斯是一只善于计算的神兽,你只要给它提供计算一件事物所需的全部条件,它就能够准确计算出这件事物的未来。拉普拉斯兽所要说明的就是宇宙间的每一个粒子的运动都是有规律可循的,只要知道粒子这一刻的运动就能够推算出它下一刻的运动轨迹。而宇宙中所有物质都是由粒子所组成,所以根据过去,我们可以准确推算出一切事物,乃至整个宇宙的未来。其实,这是一件很可怕的是,如果这是正确的,那么意味着生命毫无意义,因为未来早已写定。

还好,随着热力学和量子力学的出现,我们证实了世界存在着不可测的随机性,拉普拉斯兽也就随之消亡了。

既然说到了热力学,那么我们就来说说来自于热力学的一个妖,麦克斯韦妖。熵是一个描述封闭系统内部有序性的值,熵只能增加而不能减少,所以封闭系统会从有序走向无序,因此生命会消亡,宇宙会毁灭。但麦克斯韦认为,宇宙中存在着一种与熵增抗衡的力量,于是他想象出了一种妖,它能够迅速将快速移动的分子和慢速移动的分子进行分类,从而让系统变得有序,熵值自动减少。但这里面有个问题,假设这种小妖真的存在,那么它在对分子进行分类之前,首先必须要获得关于分子移动快慢的信息。既不想消耗能量,又想要获得信息,这是办不到的。

相比一个怪兽一个妖,一只乌龟显得更加难以对付。它就是芝诺的乌龟。

海神之子阿喀琉斯善于奔跑,一日他与芝诺乌龟赛跑,他让乌龟先跑了一百米,然后开始追逐,却发现怎样也追不上乌龟。因为当他跑100米时,乌龟跑了10米,他再追上10米,乌龟跑了一米,他追上一米,乌龟又移动了0.1米,以此类推,无论乌龟多么慢,每次他追上乌龟时,乌龟总会向前移动一定的距离,0.01、0.001,总而言之,就是追不上。为了追上这只龟,哲学家和物理学家展开了争吵和计算,最终还是微积分帮助阿喀琉斯追上了芝诺龟。

最后就剩下一只小猫咪了,薛定谔的猫。

在一个盒子里放上一只猫,盒子里有个机关控制着一个毒药瓶,机关又受到原子核衰变的控制。而原子核的衰变是一个随机事件,没人能够确切知道原子核何时衰变。所以当我们打开盒子的时候,要么是只活猫,要么是只死猫。可问题是如果我们不打开盒子,这只猫就处于一种“既死又活”的叠加态,这看上去很荒谬,但它实际上讲的是量子力学中的量子叠加问题,在微观世界中,宏观世界的因果逻辑并不产生作用。关于薛定谔的猫,至今仍是物理学界广泛讨论的一个话题。

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