因为对星辰的崇拜,古代先民创造了四大神兽或神灵,它们是青龙、白虎、玄武和朱雀。但是很多人可能不知道,现代物理学中也有四大神兽,对应着物理学的四大理论。
这四大神兽拥有难以想象的神奇力量,科学家们为之痴迷,因为每一次战胜神兽,都意味着人类又向科学的终极目标迈出了坚实的一步。
关键问题来了,这四只猛兽是谁?答案:怪物和恶魔,乌龟和猫。
拉普拉斯尧
在量子力学出现之前,科学界被牛顿创立的经典力学“统治”,于是诞生了一个擅长计算的神兽——拉普拉斯耀。
数学家拉普拉斯说,世界上有一种神兽,能力非凡。只要给它提供了计算某个事物所需要的条件,它就可以用一个简单的公式准确计算出这个事物的未来。
也就是说,可以计算出宇宙中所有粒子的运动轨迹。只要知道它前一时刻的运动轨迹,就可以很容易地计算出它下一时刻的运动状态,把宇宙中每一个粒子的运动状态知道后,就可以准确预测整体的未来宇宙的方向。
对于经典力学的忠实粉丝来说,拉普拉斯耀是宏观经典力学的守护神,象征着简史的真理。但对于其他人来说,拉普拉斯耀简直就是一场噩梦,因为如果人类未来的命运已经被它计算的一清二楚,那我们存在的意义和生命的意义何在?
幸运的是,在不到100年的时间里,以海森堡为首的量子力学联手以开尔文为代表的热力学对其进行了猛烈的砍杀,彻底终结了闹事的拉普拉斯耀。
麦克斯韦妖
说到热力学,就不得不提另一种猛兽——麦克斯韦妖。“麦克斯韦妖”是电磁学大神麦克斯韦为了对抗熵增而幻想出来的“神兽”。
熵是一个描述封闭系统混乱程度的值。它只能增加不能减少,所以一个有序的系统最终会从有序走向无序。麦克斯韦对这个理论嗤之以鼻。他相信世界上有一种能量控制机制可以与之抗衡,那就是麦克斯韦妖。
这个恶魔可以快速的将快分子和慢分子分类,让系统的阶数变高,熵值变小。
乍看之下,麦克斯韦妖似乎可以对热力学第二定律产生巨大的影响,甚至直接打败它,同时让宇宙热寂理论笑话。
但在复杂的物理帝国中,一切都必须经得起推敲。事实证明,孤立系统中不可能存在麦克斯韦妖,因为麦克斯韦妖要想减少熵,就必须知道每个分子的运动信息,而要知道这些情况而不损失能量是不可能的。
于是,在困扰了科学界150多年之后,麦克斯韦妖终于被1950年代提出的“信息熵”概念彻底打败。
芝诺龟
公元前464年,一场“史诗般”的运动会开始了。芝诺乌龟要和上帝之子赛跑。上帝之子高大而有力,而乌龟芝诺又矮又瘦。
芝诺乌龟以体型劣势为由申请提前100米跑。上帝之子认为自己比芝诺乌龟快10倍,就答应了它的要求。
比赛开始了。当上帝之子追到100米时,芝诺龟在110米。当上帝之子达到110米时,芝诺龟爬到了101米。乌龟芝诺和神子之间始终有一段距离,只要它不停下来,神子就永远追不上。
也许在现实中,这样的乌龟是任何年龄的孩子都可以追上的,但在严密的物理学领域,一切都需要严格的逻辑推理,即使追上芝诺乌龟的时间可以很容易计算出来,但现在还无法证明,销魂之子为何能追上它。因此,芝诺乌龟能够傲立于物理大厦之巅2000多年。
2000多年后,牛顿和莱布尼茨联手苦练微积分,才破译了时空的连续性,彻底追上了这只不讲道理的乌龟。
薛定谔的猫
20世纪,随着量子力学的出现,也出现了略带悲剧色彩的野兽。因为它诞生在物理学家薛定谔的手中,所以被称为“薛定谔的猫”。.
薛定谔的猫有过一段悲惨的经历。它从出生起就生活在肉身的刑场中,掌握了重生的绝技。这个物理刑场是一个不透明的盒子,里面装着毒瓶,原子核就是毒瓶的开关。如果原子核衰变,就会释放毒液,盒子里的猫必死无疑。
然而,由于没有人知道原子核什么时候衰变,所以没有人确切知道猫什么时候会死,即使它必须死。也就是说,在箱子真正打开之前,箱子里的猫不是死就是活。但是现实中并不是这样,因为这只猫有一种奇怪的能力——量子叠加,所以在被观察之前,这只猫处于“生死”的叠加状态。
不要觉得这是荒谬的,因为宏观世界的因果逻辑在微观世界并不适用,所以在微观世界中有很多颠覆认知的事实。薛定谔的猫至今仍是科学界广泛讨论的话题。
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