物理四大神兽 物理学“四大神兽”
提起中国的四大神兽,想必大家都不会陌生,东青龙、西白虎、南朱雀、北玄武,这在中国都是一些很有名的传说。不过你们知道么?在物理学发展至今其实也出现过“四大神兽”。今天校会君就带着大家一起来了解一下物理学的“四大神兽”。
1.芝诺的乌龟
说道乌龟啊,大家可能会觉得乌龟是一种行动缓慢的动物,事实上也确实如此。乌龟行动缓慢,我们似乎很轻易就能追上位于我们前方的乌龟,不过朋友们有没有想过,会不会有那么一只乌龟,我们永远也追不上呢?
古希腊数学家芝诺(前490~前425),根据运动的不可分性提出了著名的“芝诺悖论”,举这样一个例子吧:我们假设一只乌龟在我们前方100米处以每分钟1米的速度爬行,我们以每分钟100米的速度在后面追当我们跑到了原先乌龟的位置时,此时乌龟又向前爬出了1米,我们又需要去追这1米的距离,当我们跑完这一米时,乌龟又向前爬出了1/100米……就这样,乌龟会制造出无穷个起点,它总能在起点与自己之间制造出一个距离,不管这个距离有多小,但只要乌龟不停地奋力向前爬,我们就永远也追不上乌龟!
其实这个问题中国的有些故事里也有提到,比如说:“一尺竹竿,日取其半,万世不竭。”,就现在的科学理论来说其实只是一个很简单的极限问题,只需要一个微分方程就可以轻易解决,但是一只小小的乌龟在当时可不知道难倒了多少人!
2.拉普拉斯兽
在很早之前,人们一直认为世界是由神创造,由神管理,但是从科学开始兴起之后,越来越多的人开始质疑神明的存在。
法国物理学家拉普拉斯,是号称:“将上帝赶出宇宙”的人,他提出的拉普拉斯方程被广泛应用于各个领域。此外,他还是经典力学的坚定拥护者,也是决定论的支持者。他提出,如果在宇宙之外有一个智者,他知道所有粒子的最原处形态,那么他就可以根据所有的定律,推算出宇宙在各个时间点上的状态。而这位“智者”也被人们戏称为“拉普拉斯兽”。
拉普拉斯兽是一个基于经典力学的设想,但是在现代科学中,这个理论是站不住脚的,仅仅是量子物理中的不确定性就可以将“拉普拉斯兽”的设想彻底粉碎。
3.麦克斯韦妖
近代科学研究中曾掀起过一阵“永动机”热,很多科学家都致力于永动机的研发,但是很显然,他们都失败了。
英国物理学家麦克斯韦也曾针对永动机提出过自己的构想,他设想出了一种生物或者物质,能够将能量从低能级自发的移动到高能级,让能量的逆向转化,以实现能量间的转化零损耗,也被称为“第二类永动机”。
不过“麦克斯韦妖”的构想只是麦克斯韦先生为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的,本身就是一种站不住脚的理论,所以“麦克斯韦妖”在诞生后不就就宣布死亡了。
4.薛定谔的猫
这应该是现代科学里仅存的“神兽”了,薛定谔的这只猫折磨了人们快一个世纪之久,还是没有一个令人信服的解释。
奥地利物理学家薛定谔提出过一个著名的思想实验--“薛定谔的猫”。该实验简单地说:一只关在箱子里的猫,箱子里有一瓶毒药,毒药有50%概率被释放,概率取决于量子随机,那么请问,我们不打开箱子时,这只猫是死?还是活?
薛定谔认为,一个随机事件呈现出什么样的形态是有观测者对这个随机事件进行观测的瞬间决定的,换句话说,在有人打开盒子之前,这只猫处在一种 既是死的又是活的 的一种微妙状态下。
薛定谔奠定了量子物理的基础,“薛定谔的猫”也被视为量子物理的最终Boss,值得一提的是,薛定谔先生因为觉得量子物理太过于晦涩难懂,于是这位奠基人最终转去研究生物学了(薛定谔的《生命物理学讲义》成为了后世发现基因模型的理论基础。)。
继薛定谔之后,许许多多的科学家踏上了寻找“薛定谔的猫”的旅途,目前为止,已有不少突破性的进展,希望终有一天,这目前仅存的最后的一只“神兽”会被我们征服吧。
由于“历史上的今天”栏目难以避免的和“历史上的今天”中文官网内容重复,故于此对文章内容进行改版,今后将在每周一、三、五对科学、历史、文化等内容进行介绍。望诸君见谅。
