物理学的四大神兽,除了薛定谔的猫还有哪些?
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薛定谔的猫“薛定谔的猫”相信大家都不陌生,它是由奥地利的物理学家薛定谔于1935年提出的一个关于量子力学的思想实验,我们将这个实验称之为“薛定谔的猫”,大体的意思就是将一只猫放入一个密闭且里面具有放射性物质的盒子里,并且盒子里有一个能检测放射性物质衰变的设备,这个设备一旦检测到放射性物质衰变,就会自动的敲碎含有剧毒的容器,将猫毒死,反之如果放射性物质没有发生变化,猫则平安无事 。
其实,这个实验只是一场头脑风暴,并没有真正的试验过,它主要的意思就是,将猫放入这个空间之后,需要打开盒子才能知道猫的生死,假如猫是死的,那么它并不一定是打开盒子的一瞬间死的,也可能是早已经死了 。也就是说猫的生死其实不用外界观察就已经有了一个固定的结果 。
这个实验的目的,是要反驳哥本哈根学派,关于量子系统的叠加态会因由和外部世界的相互作用,或被外部世界测量时而变成一种固定态的理论 。而这个实验的结果是:猫是在被外部世界所观察之后,它的生死才处于一种固定态 。但按照客观来说,这个猫,不管你外部观察与否,它的生死早就固定了 。
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拉普拉斯妖
拉普拉斯妖与薛定谔的猫一样都是不存在的动物,严格意义上说,它就是科学家的一种构想 。它是由法国的数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯于1814年提出的一个假设,假设的内容是:如果有个“恶魔”,熟知我们宇宙之初所有原子的动量以及位置,那么它就可以根据这些信息准确的推算出宇宙任何时间的状态,就等于有了预知未来和回到过去的能力 。
当然这个“恶魔”只是科学假设,所有人们将这个“恶魔”称为“拉普拉斯妖”,这种理论是不存在的,因为它完全忽略了不确定性以及熵增原理 。
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麦克斯韦怪
麦克斯韦怪同样也是科学家提出的一种构想,它是由英国的物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于1871年提出的一个关于热力学的构想,简单来说就是一种能够区分单个气体分子速度的假想物,并且它能够让一个容器内运动快(“热”)的分子和运动慢(“冷”)的分子分别占据不同的区域,从而使容器中不同区域的温度不同 。
由于这个也是不存在的,所以被人称之为怪 。
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芝诺的乌龟
芝诺的乌龟是人们对芝诺提出的一个理论的称呼,它被称为“芝诺悖论” 。具体的意思是,一个人从A地点到达B地点,先走完整个AB间距离的一半,然后再走剩下部分的一半,如此往复 。按照这个理论,人是永远不会到达终点的,但是这个理论已经被部分推翻,因为他把走路的时间无限的除,比如从A到B距离为1米需要1分钟,那么走半米需要30秒,而再走剩下的半米的一半也就是25公分则需要15秒,如此一直走下去,但是他忽略了人的速度和时间比 。就好比仅剩下1厘米了你如何走1厘米的二分之一呢 。
但是,这个理论依然还存在的主要原因就是它能解释微积分的无限这个概念 。
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总结
以上四种物理学的“神兽”都是物理学家们一个构想,随着人们的认知提高,部分的点已经被打破,但是到现在为止,这“四种神兽”身上依然有未解的部分 。
其他网友观点物理学的四大神兽,除了薛定谔的猫还有哪些?
人类科学应该从古希腊时代就开始了,但科学真正形成体系则要从牛顿时代开始算起,在科学史上发生过很多有趣且非常有意义的故事!因为科学家不仅在科学研究上具有相当高的造诣,而且他们还非常善于讲故事!
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第一个故事:薛定谔的猫
上世纪八十年代某个红极一时的乐队有首标题为“恐惧之泪”的歌曲中,有一句歌词是“薛定谔的猫死在了这个世界”,所以大家都知道薛定谔的猫最终还是死了!
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但其实薛定谔的猫没有死,至少还没发确定!不过在确定死或者活之前得首先来交代下简单的实验过程:为了证明哥本哈根派所谓的粒子状态不确定论,到观测时候才坍缩的说法,薛定谔设置了一个非常有趣的实验:
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将一只猫关在一个箱子里,再在箱子里装上一套机构,然后触发这套机构的源头是一个原子的衰变,如果它衰变了,那么这套机关就会被触动,打破一个毒气瓶,然后猫就挂了,如果没有衰变,当然就不会打破毒气瓶!
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原子有50%的概率衰变,也有50%概率不衰变,那么请问在打开箱子之前猫是死还是活?如果按照哥本哈根的解释,在被观测之前,粒子处于叠加态,那么这只猫是否也处于生与死的叠加态?很显然生死叠加这种状态是不存在的!这个问题在于一个经典实验,将微观的粒子叠加态转移到了宏观,而且薛定谔的猫到现在也没有一个正解 。
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之后围绕这个薛定谔的猫还延伸出了多世界理论、系综解释以及退相干理论等等,但一直到现在都没有一个一致公认的解释,所以薛定谔的猫可谓是最经典的神兽!
第二个故事:巴普洛夫的狗
所谓猫狗不离家,因此薛定谔的猫之后就轮到巴普洛夫的狗上场了!广义一点说,大家都不自觉的成为了巴普洛夫实验的对象,他原本只打算研究狗的消化腺,结果意外的发现了条件反射原理!简单的实验过程如下:
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第一步:将食物放到狗嘴里,狗的唾液分泌增加,为咀嚼吞咽做好准备 。
第二步:狗看到食物唾液量分泌的开始增加
第三步:给食物敲下音叉,后来听到音叉声音唾液就开始分泌
第四步:只敲音叉,不给食物,狗还是分泌出了唾液 。
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狗狗从无条件刺激反应在经过训练后转而升级到条件刺激反应,请问各位有多少习惯的养成是条件刺激反应下形成的?开车算不算?老司机算不算?购买网红代言的产品算不算?所以各位生存在这个地球上,都是自觉或者不自觉的成为了巴普洛夫的实验对象,尽管他早已去世!
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第三个故事:拉普拉斯妖
“陛下,我的理论中不需要上帝这个假设!”,在科学史上没有一个人能像拉普拉斯那样的气概在拿破仑面前说出这样的话,这是他认为在掌握宇宙一切秘密之下才拥有如此信心,所以那时的拉普拉斯意气风发,一切尽在掌握,因此才提出了一个非常有趣的假设,假如在某一时刻能获知宇宙中所有粒子的运动状态,那么他拉普拉斯就能计算出宇宙的过去、现在和未来!后人将这个能获知所有粒子状态的神兽称之为拉普拉斯妖!
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我们现在知道,科学家甚至连一个电子的位置和状态都不能同时获知,又怎么可能知道整个宇宙的粒子的状态,拉普拉斯能如此信心满满说出这样的大话,那是因为他还不知道宏观的混沌学和微观量子力学,这两个理论,未来还将继续浆糊下去,不会有穷尽的那一天 。
第四个故事:麦克斯韦妖
【物理学的四大神兽,除了薛定谔的猫还有哪些?】1871年麦克斯韦提出来的违反热力学第二定律的可能性假设的,假设有一个妖控制一扇门,能探测到容器中无规则热运动的粒子,并将其区分,运动快的进一个门,运动慢的进另一个门,所以两边永远都有温差,可以据此驱动热机做工!
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但很明显这是不可能实现的,因为驱动这个妖将每一个粒子做出选择的要比从这个粒子获得能量高得多,所以麦克斯韦妖降低熵的企图无法实现,只能存在于他的理论中!
第五个故事:之诺的乌龟
为什么把历史最悠久的之诺悖论放在最后说?因为它爬得最慢嘛!与之相关的有两个有趣的悖论,一个就是“阿喀琉斯追乌龟”,还有一个就是“飞矢不动”!
动得最慢的物体不会被动得最快的物体追上 。由于追赶者首先应该达到被追者出发之点,此时被追者已经往前走了一段距离 。因此被追者总是在追赶者前面
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看起来好有道理,但其实“小前提“由于追赶者首先应该达到被追者出发之点,此时被追者已经往前走了一段距离”,这个就把思维给框死在里面了!所以只要超出总距离/速度的时间,即可超过乌龟,而飞矢不动也一样,就像一支飞行的箭,将其拍摄成连续画面后,每一张画面中的箭都不动,所以这支箭是不动的!
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但素不知每张照片中的箭都和之前那张照片有动一点,所以连起来它就是高速运动的!
这些有趣的神兽被科学家们当成了科学故事中的主角,一针见血的直击要害,使得科学不得不面对这个假设而不断来完善他们提出的理论,所以这些神兽在科学史上的地位是非常高的!
其他网友观点
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神兽多出现在神话故事中,如古中国的翱翔天际的鲲鹏、西方圣经中大如鲸鱼的利维坦、荷马史诗中阻止奥德修斯返乡的漩涡巨兽卡律布迪斯、科幻电影中的哥斯拉…其实科学界里也有我们的四大神兽,它们就是闻名中外的薛定谔的猫
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