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物理学“四大神兽”:除了薛定谔的猫,别的三个是什么?

物理学非常重视试验,开始的物理学理论便是从试验中总结而来的。任何物理理论创建之后,都需求经过试验的重复验证。爱因斯坦的相对论提出百年之后,至今还在承受一系列苛刻试验的查验。

不过,有些试验在实际中很难完成,所以物理学家提出了思维试验,包括爱因斯坦、牛顿在内的很多大物理学家都有提出过。虽然仅仅思维上的试验,但它们引发人深思,并推动了物理学的开展。在这些思维试验中,有四个的称号与动物有关,它们被冠以物理学“四大神兽”。

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10米/秒的速度奔驰,一只乌龟以1米/秒的速度匍匐。一开始,乌龟比人抢先了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略的追及问题,只要人的跑动间隔等于乌龟的抢先间隔加上乌龟的匍匐间隔,就能算出人会在动身后第11.11…秒追上乌龟。

但是,咱们换个视点来看,成果会彻底不一样。第1秒,人跑了10米,乌龟抢祖先91米;第5秒,人跑了50米,乌龟抢祖先55米;第10秒,人跑了100米,乌龟抢祖先10米;第11秒,人跑了110米,乌龟抢祖先1米;第11.1秒,人跑了111米,乌龟抢祖先0.1米。

咱们空间能够无限切割,乌龟和人之间的间隔包括了无限多个点。因而,乌龟能够一直在人的前面,虽然只抢先了一点。那么,这是否意味着人永久也走不完无限多个点来追上乌龟呢?

其实不然。乌龟一开始抢祖先100米,人跑动100米所需的时刻为:

100/10秒=10秒

在这10秒期间,乌龟匍匐的间隔为:

10×1米=10米

这是10秒后乌龟抢祖先的间隔,人再去追上这10米所需的时刻为:

10/10秒=1秒

在这1秒期间,乌龟匍匐的间隔为:

1×1米=1米

这是1秒后乌龟抢祖先的间隔,人再去追上这1米所需的时刻为:

1/10秒=0.1秒

如此无限重复下去,人追上乌龟的时刻为:

10+1+0.1+0.01+0.001+0.0001+…秒=11.11…秒,也便是100/9秒,所以人能够在有限时刻内追上乌龟。

薛定谔的猫

依据量子力学的哥本哈根诠释,在没有进行观测时,量子体系是处于不确认的叠加态。一旦进行观测,波函数坍缩,不确认性消失,量子体系将会变成一种确认的状况。这样的描绘与咱们的知识截然不同,并且还会影响宏观国际。

所以,量子力学奠基人之一的薛定谔提出了这样的一个思维试验。在一个密闭的箱子中,放置一块放射性物质,咱们它产生衰变,由此产生的粒子将会触发盖革计器放电,经过继电器释放出铁锤,铁锤掉下来砸破毒药瓶,引发箱子内的猫逝世。咱们放射性物质没有衰变,箱子内的猫仍然是活着的。

依据哥本哈根诠释,在没有打开箱子进行观测时,放射性物质的衰变是不确认的,处于叠加态,这就会导致箱子内的猫也处于不确认的“又死又活”状况。这便是闻名的薛定谔的猫。

对此,多国际诠释或者说平行世界理论被提出来。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世界,每条时刻线中的观测者都会观测到确认的状况。

麦克斯韦妖

熵增规律标明,孤立体系的有序度只会越来越低,紊乱度只会越来越高,这是不行逆转的进程。举个比如,水和乙醇混合之后,无法自发地别离出纯洁的水和乙醇。因为整个世界被认为是孤立体系,这意味着世界注定在未来到达熵值最大的热寂状况,那时的世界将会堕入彻底的死寂之中。

但依据闻名物理学家麦克斯韦的想象,世界或许还有救,这就需求麦克斯韦妖。麦克斯韦妖能够操控每个粒子的运动,意味着这种“神兽”具有逆熵的才能,让混合后的水和乙醇分子独自分隔,也能让世界中的其他粒子变得更有序,然后改变世界的热寂结局。

拉普拉斯妖

这只“神兽”开始由物理学家、数学家拉普拉斯提出。从微观上来看,世界万物都是粒子,世界的工作是全部粒子一起运动的成果。拉普拉斯妖知道世界中全部粒子的动量和方位,所以世界中产生的全部工作都是注定的,并且都能被核算出来。

但随着量子力学的开展,物理学家意识到微观国际被不确认性所分配,咱们底子不行能一起精确测出一个粒子的动量和方位。别的,依据混沌理论,在咱们企图核算粒子的未来时,咱们的核算行为会影响到粒子的运动,这种差异会被逐步扩大,然后导致成果变得不行猜测。

最终,咱们让这物理学四大神兽相互掐架,我们觉得谁会赢呢?

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