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物理學四大神獸:芝諾的烏龜、拉普拉斯妖、薛定諤的貓

更新時間:2024-02-26 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

如果用數學的方法,阿喀琉斯不僅能追上烏龜,還能落后它幾個街區; 但用物理思維,永遠沒有辦法證明武士已經追上了烏龜。 因為在比賽中,追趕者首先要到達被追趕者的起點。 當阿喀琉斯追到100米時,烏龜又向前爬了10米,這樣就產生了一個新的起點; 阿基里斯他必須繼續追,當他追上烏龜已經爬過的10米時,烏龜又向前爬了1米,阿基里斯只能追那1米。 這樣,烏龜就會創造無限個起點,并且它總能在起點和它自己之間創造一個距離。 無論距離有多小,只要烏龜不斷地試圖向前爬行,阿喀琉斯就永遠無法前進。 追不上烏龜了!nVO物理好資源網(原物理ok網)

這個悖論困擾了整個科學界數千年,也導致了第二次數學危機。 直到現代微積分的出現,人類才有能力解構這個問題并相對完美地回答它。nVO物理好資源網(原物理ok網)

芝諾的烏龜緩慢地爬行了2000年后,拉普拉斯獸來到了這個世界。 1814年,法國數學家拉普拉斯提出了一個科學假設:世界上有一種神獸,它知道宇宙中每個原子的確切位置和動量。 那么它就可以利用牛頓定律來展示宇宙事件的整個過程。 在過去和未來。 而這只超凡脫俗的“神獸”就是拉普拉斯獸,所以宇宙萬物的運轉以及未來都在這只捉摸不透的“神”的掌控之中。nVO物理好資源網(原物理ok網)

拉普拉斯獸的想法是基于牛頓經典物理學,一度被認為是堅不可摧的。 然而,一百多年后,這頭拉普拉斯的野獸被開爾文和海森堡用量子力學打敗了。 量子物理學創始人之一海森堡提出了不確定性原理:你無法同時知道粒子的位置和速度。 由于測量不再準確,因此無法推測未來。 量子物理學中的“果不一定有因”進一步動搖了經典物理學中的因果理論。 隨著量子物理學的蓬勃發展,后續的各種理論和實驗中觀察到的現象都與拉普拉斯獸格格不入。 混沌理論的誕生再次完美駁斥了拉普拉斯幽靈的存在,最終拉普拉斯獸被馴服。nVO物理好資源網(原物理ok網)

然后是麥克斯韋妖。 1871年,英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋提出了一個熱力學假設實驗。nVO物理好資源網(原物理ok網)

那是一個永動機頻繁出現的時代,一群人熱衷于永動機的幻想。 當“能量守恒定理”揭曉后,人們發現第一種永動機無法制造,于是瞄準了“第二種永動機”,即熱與功之間的轉換。 后來,熱力學第二定律出現,人們發現了熵增原理。 第二種永動機卻弄巧成拙,真正杜絕了永動機的幻想。 麥克斯韋妖是響應熱力學第二定律,即熵增定律而提出的。 作為物理學大師,麥克斯韋隱隱約約地感覺到物理學四大神獸之麥克斯韋妖,宇宙中可能存在著某種抵抗熵增加的機制。 但他無法清楚地解釋這個機制,只能推測這是“惡魔”。nVO物理好資源網(原物理ok網)

這個“小惡魔”的工作原理是這樣的:一個絕緣的盒子被分成兩個相等的單元格,中間有一扇由“小惡魔”控制的小“門”。 他站在門前,盯著每一個分子。 如果是快速移動的分子(勢能高,也就是比較熱),他就不會讓這個分子通過。 如果是移動緩慢的分子(勢能低,即比較冷),他就不會讓該分子通過。 他就這么放手了。 隨著時間的推移,原本溫度平衡的盒子變得半熱半冷。 這違背了熱力學第二定律。 根據熵增定理,相反的過程是正確的。 這種怪物的外貌與拉普拉斯獸不同,讓人絕望。 他是整個宇宙的救世主!nVO物理好資源網(原物理ok網)

因為熱力學第二定律告訴我們,宇宙的熵一直在增加物理學四大神獸之麥克斯韋妖,最終,整個宇宙將變得寂靜。 也就是說,無論人類科技發展到什么程度,結局都注定是毀滅。 但這個惡魔的出現,卻讓人們意識到,可以將這個過程中的能量消耗降到最低,從而在不損失能量的情況下獲取信息。 這意味著宇宙仍有可能得救。 而如果真的存在的話,第二種永動機就有可能真的實現。 但現在物理學已經證明,小惡魔在控制“門”的消散過程中仍然需要消耗能量,但并不是釋放分子的過程,而是判斷分子速度的過程。 也就是說,信息還是有能量的! 是負熵! 這意味著麥克斯韋妖仍然沒有違反物理第二定律。nVO物理好資源網(原物理ok網)

最后一只“薛定諤的貓”離我們最近。 1935年,奧地利物理學家薛定諤針對量子力學的邊界問題提出了一個著名的思想實驗:盒子里有一只貓和少量放射性物質。 放射性物質有 50% 的可能性會衰變并釋放出有毒氣體殺死貓,而放射性物質有 50% 的可能性不會衰變而貓會幸存。nVO物理好資源網(原物理ok網)

根據經典物理學,這兩個結果之一必須出現在盒子里。 貓是死是活,只有打開盒子后,外界的觀察者才能知道。 而在盒子被打開之前,魔貓會處于一種“生與死”的狀態,一種生與死疊加的狀態。 薛定諤的貓本身就是一個假設的概念。 隨著技術的發展,人們在光子、原子、分子中實現了薛定諤貓態,甚至開始利用病毒來制備薛定諤貓態,比如劉慈欣《球狀閃電》中量子態的轉變。越來越接近實現薛定諤的貓作為一個生命體。nVO物理好資源網(原物理ok網)

★《不公浩》提醒您:民間信仰僅供參考,請勿過度迷信!nVO物理好資源網(原物理ok網)

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