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物理学中的“四大神兽”
【发布日期:2020-04-29】 【来源:本站】 【阅读:次】【作者:】

  为了更好地阐述自己的想法,物理学家喜欢通过讲故事来进行形象的说明。 物理学界的“四大神兽”便是这样诞生的。
  芝诺的乌龟

       古希腊哲学家芝诺曾讲过这样一个故事:乌龟和阿喀琉斯赛跑。阿喀琉斯身为海洋女神之子,号称希腊第一勇士,身体强壮,奔跑速度比乌龟快十倍。 赛跑时, 他很有体育精神,让乌龟先跑一百米,然后自己才发力追赶。 等到他跑了一百米时,乌龟比他领先十米 ;等他又追了十米时,乌龟又比他领先了一米。如此反复,阿喀琉斯什么时候能追上这只乌龟呢?因为涉及数学的极限概念,这个问题一直到微积分这门学科的创立才得到解决。
  拉普拉斯兽

       200 年前, 法国物理学家拉普拉斯根据牛顿定律,设想宇宙间存在一只神兽,它神通广大, 无所不知,它能知道宇宙间每一个原子的位置和动量,并且会通过牛顿的物理公式计算出宇宙的过去和未来。 人们管拉普拉斯设想 出 的 这只神兽叫拉普拉 斯兽。
  1927 年, 德国物理学家海森堡提出,在微观世界中不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度,也就是说,粒子的状态是不确定的,这就是“不确定性原理”。 再厉害的神兽也无法知道微观世界的全部面貌,所以即使在虚拟世界里,洞悉万物的神兽也是不存在的。
  麦克斯韦妖

       两个容积相同的水箱,左边的水温 40 摄氏度, 右边的水温60 摄氏度。如果两个水箱中的水完全混合,水温将是 50 摄氏度。英国物理学家麦克斯韦就想:为什么不能是一个 20 摄氏度,另一个 80 摄氏度呢? 1871 年,他设想出一个精灵,它能够探测出分子运动的速度,混合冷热不同的水之后,精灵迅速出击,将运动慢的水分子移到左边,再将运动快的水分子移到右边。 这个精灵被人称作麦克斯韦妖。 如果这样的精灵真实存在,创造永动机将成为现实, 宇宙的寿命也将会变得无限长。
  在 1948 年,一个新的学说—— — 信息熵产生了。 通过这个学说, 人们得知麦克斯韦妖要获知分子运动速度,势必损耗分子的能量。 也就是说, 在麦克斯韦妖探知和搬运分子的过程中, 分子运动速度始终处于不确定状态。所以,麦克斯韦妖是不可能实现它的目标的。
  薛定谔的猫

       1935 年,奥地利量子力学家薛定谔提出了这样一个设想: 将一只猫关在装有毒药和少量镭的铁盒子里。 如果镭已经发生衰变, 触发机关打碎装有毒药的瓶子,猫就会死 ; 如果镭尚未发生衰变,猫就存活。 根据量子力学理论,在人们打开盒子观察之前,由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加状态,猫会处于死猫和活猫的叠加状态,也就是说,这只猫既死又活。
  20 世纪初,一些物理学家共同创立了量子力学,他们认为微观世界和宏观世界有着很大的不同。 比如粒子可以存在于叠加状态中,能同时拥有两个相反的特性。 举例来说:生活中我们常说“不是在咖啡馆就是在去咖啡馆的路上”,而在量子力学看来,粒子是可以处于“既在咖啡馆又在路上”的状态。 摘自《知识窗》

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