谈谈物理学的四大神兽d(ŐдŐ๑)

玲珑

    咱们中国有许多神兽，最著名的就是青龙，白虎，朱雀，玄武四大神兽。

     同样物理学中也有四大神兽，分别是：芝诺的乌龟，拉普拉斯妖，麦克斯韦妖和薛定谔的猫。

芝诺的乌龟

     芝诺的乌龟悖论大意是，让古希腊一位跑得最快的神明和一只乌龟赛跑。

     当然，我们知道，在希腊神话中，人类对于神明的调侃随处可见，古希腊学者对于神明的缺乏敬意可见一斑，所以大家不用奇怪为啥芝诺敢让一个神明和乌龟赛跑了。

     不得不说，这个悖论如果出现在中世纪的欧洲，芝诺大概也就是个烧死的命了。

     因为神当然跑得比乌龟快，所以芝诺让乌龟先跑一百米，然后芝诺问：神能够追上乌龟么？注意，前提是神跑得比乌龟快——并且，这个并且很重要，这是一位敬业的神明，他也不会像某个兔子一样，中途要睡一觉——他会一直以比乌龟快的速度追赶乌龟。

     恩，忘了说，芝诺明确的设定了一下，假设神明的速度是乌龟的十倍。

     当然了，这个所谓的“十倍”只是一个随便设定的常数，并不是说，古希腊神话中速度最快的神明速度也只是乌龟的十倍的意思：-）。

     这是一个简单的数学追及问题，知道双方的速度差，知道双方的距离差，我们就很容易算出最后的追及时间。

     恩，没错，这小学生都会。

     当然，这个芝诺也会——虽然他是两千年前的数学家，但并不代表他连现在的小学生都不如。

     但芝诺认为，神明是追不上乌龟的。为什么这么说的？神明的速度是乌龟的十倍，这意味着，当神明跑完一百米的时候，乌龟已经跑了十米；当神明跑完这十米的时候，乌龟又跑了一米；当神明跑完一米的时候，乌龟又跑了0.1米……

     以此类推，神明想要追到乌龟的当前位置总要时间，而有这时间，乌龟就一定可以再往前跑一段距离，于是神明就又要花时间追，于是乌龟就又有时间跑……于是，距离就一直存在，神明就一直无法追上乌龟！

     庄子说过：“一尺之棰，日取其半，万世不竭”也是这个道理

拉普拉斯妖

     拉普拉斯妖是由法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯于1814年提出的一种科学假设。

     此“恶魔”知道宇宙中每个原子确切的位置和动量，能够使用牛顿定律来展现宇宙事件的整个过程，过去以及未来。

     简单一点，就是可以预知过去和未来，他知道我们的命运。

     我们只要做一个假设就可以了，宇宙中的每一个粒子，我们都能跟着它的运动轨迹来预测它下一秒的运动轨迹。

     那么又可以用根据下一秒的运动轨迹来预测下下一秒的运动轨迹。

     以此类推，我们就可以预知未来，所以拉普拉斯妖用的就是这个定律。

     但是拉普拉斯兽没能如愿以偿，上世纪发展的量子力学表明了我们的宇宙并不是确定的，不确定性才是宇宙的本质，因此拉普拉斯兽夭折了。

麦克斯韦妖

     麦克斯韦妖是世界十大著名物理学家之一詹姆斯·麦克斯韦提出的猜想，主要为了说明热力学第二定律的可能性而提出的设想。

     在1871年物理学家为了研究相关的理论，提出了一个有意思的猜想，假如有一个密闭的容器，中间一个没有任何摩擦力的板子将其分成AB两部分，而在隔板上面有一个妖怪控制的阀门。

     最开始两边的温度一样，当高速分子由A向B运动或慢速分子由B向A运动时，妖怪就会把门打开。而当当高速分子由B向A运动或慢速分子由A向B运动时，妖怪就会把门关上，最终久而久之所有的高速分子都会到达B区，而所有的慢速分子都会来到A区，这个系统就会变得更加有序。

举个例子，两个相同温度的水。它俩在一块中间隔着一个板，所以他不管放多久，他俩的温度都是一样的。但是隔板中间有一个看守能量的麦克斯韦妖。它只要按下阀门，所有的高速分子就会跑到左边，所有的低速分子就会跑到右边。也就可以获得两杯不一样的水，一杯温度高，一杯温度低。所以我们可以利用这个来做永动机。



     但是，麦克斯韦妖只有在获取更多的相关信息和能量才能真正的开始工作，所以它需要能量。

     而永动机是不消耗能量的所以这个物理神兽就只能成为理想中的存在

薛定谔的猫

     奥地利物理学家埃尔温·薛定谔是量子力学的奠基人之一。他在1926年提出了薛定谔方程，用以描述量子态的波函数随着时间的演化，并获得诺贝尔奖。

     但是，他却认为量子力学并不是一个完备的理论。尤其是：在宏观世界中会有许多与量子力学相违背的事实。他为了把这个事实描述的更加清晰，就提出了薛定谔的猫这个最让物理学家们头疼的思想实验。

      把一只猫关在一个封闭的铁容器里面，并放入少量的放射性物质。这些物质在一小时内有50%的概率发生衰变，还有50%的概率不发生衰变。如果物质发生了衰变，旁边的探测器会探测到，这样会通过一个装置启动一个榔头。榔头会打碎一个装有有毒物质的瓶子。瓶子里的有毒物质扩散到容器里，就会把猫毒死。如果物质没有衰变，那么有毒物质不会扩散，猫就活得好好的。

     由于量子系统处于叠加态，因此在人们没有打开盒子看的时候，这些放射性物质处于衰变和没有衰变的叠加态之中，这就使得这只猫处于一种既活又死的叠加态之中。只有打开盒子进行观测，在这一瞬间叠加态会瞬间坍塌成本征态，这只猫就从一个既死又活的状态立刻变为活的或者死的猫。

     有人可能会认为：不打开盒子也没关系，我们可以在盒子上安装一个玻璃看着这只猫啊。要知道：任何的观测行为都会影响实验。比如安装玻璃我们能够看到内部，这是因为有光射入了盒子再反射出来，这些光子就会影响量子系统，所以不能完成实验。猫要处于真正的叠加态之中，必须排除任何外界的干扰，因此人们也无法观测。

     这只猫的出现让物理学家们抓狂了。人们差一点就相信了量子力学和哥本哈根诠释，但这个美好的愿望被一只猫打击的粉碎。

     薛定谔通过这个实验向世界阐述：量子力学只是某个更深刻物理原理的侧面。

听到这有没有什么想法？(┯_┯)

我有一个朋友特别厉害，有一次没有写作业。他运用就是这个方法“薛定谔的作业”。因为老师再检查你作业之前不知道你到底有没有写。而他就一直说他写了，这样的话，老师不会证明你没有写，那不就是证明你写了吗？

咱们玩笑归玩笑，千万不要学他不写作业哦！

下次讲什么？

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制造者：樊宸楷