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和薛定諤的貓齊名的動物 物理學“四大神獸”-除了薛定諤的貓,另外三個是什么-

生活經驗知識分享

科學對人類的幫助是毋庸置疑的，它不僅顛覆了人類以往數千年對世界的認知，還進一步拓展了人類的探索范圍 。
科學想要進步其實并沒有什么捷徑可走，它靠的就是無數科學家前赴后繼的探索與研究 。而在對科學的研究中，“實驗”是其最基本也是最直接的方法之一 。
有意思的是，因為種種原因的困擾和限制，一些實驗的實驗地點并不是在現實世界中，而是在人類的大腦中用想象力去完成，科學家們將這種另類的實驗稱為“思想實驗” 。
隨著思想實驗的出現與普及，科學界也因此誕生了“四大神獸” 。而這四大神獸中，除了薛定諤的貓比較出名之外，另外三個你可能都不知道，下面就一起來看看這科學界“四大神獸” 。
薛定諤的貓
正如上文所說，隨著量子力學的逐漸普及，薛定諤的貓這個著名的思想實驗也開始逐漸被人所知 。
【和薛定諤的貓齊名的動物 物理學“四大神獸”-除了薛定諤的貓,另外三個是什么-】不過，雖然實驗的名聲打出去了，但許多人不知道薛定諤這個“虐貓狂人”為什么要跟一只貓過不去，甚至要將它關到一個箱子中，又在箱子中放入毒藥 。
其實薛定諤當初設計這個思想實驗的目的，是為了反駁量子力學的根本——哥本哈根詮釋，而實驗設計的也非常簡單：
將一只貓放入一個不透明的封閉箱子中，并且在箱子中放入一個蓋格計數器、毒氣釋放裝置以及一個放射性原子 。
假設該原子在一小時內有50%的概率衰變，衰變后會釋放出一個粒子，這個粒子會被蓋格計數器檢測到，從而打開毒氣釋放裝置，將封閉箱子中的貓殺死 。實驗的問題是：一小時后，箱子中的貓是生還是死？
如果不打開箱子觀察，永遠也不知道箱子中的原子是否已經衰變，也就不知道貓咪的狀態 。在量子力學中，原子的狀態處于兩種狀態（衰變或不衰變）的疊加態中 。
而因為原子的狀態也能影響貓咪的狀態，因此貓咪也就陷入了“或生”、“或死”的奇妙狀態中，我們在無法判斷貓咪狀態的情況下，只能認為它此刻“又生又死” 。
搞笑的是，薛定諤設計這個思想實驗的目的明明是為了反駁量子力學，但到頭來卻成為了詮釋量子力學特性的典型試金石 。
拉普拉斯妖
1814年，法國數學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出了一個概念：有一個妖精，這個妖精知道宇宙中所有粒子以及它們的運動軌跡，并且能夠用經典力學推理出所有下一個瞬間的信息 。
其實如果宇宙中真的有擁有這種能力的妖精，就等于它知道了宇宙中所有事物的未來 。那么這樣的妖精真的存在嗎？答案當然是否定的 。
對于其最大的駁斥就是量子力學的出現與建立，量子力學認為未來是不確定的，而是會以一種概率的方式隨機發生 。
需要注意的是，量子力學中所說的“未來是不確定的”，其實并不是完全的不確定，而是給出了可能會出現的情況及其對應的概率，未來只會在這些給出的可能中選擇（也會出現特殊情況） 。
為什么會出現拉普拉斯妖？其實這主要是因為當時科學界仍然是“決定論”占據主導地位，認為宇宙中的一切都能夠通過前提條件計算推導，人類的行為、認知都有條件決定其發生，這意味著未來是能夠通過計算精準預測的 。
值得一提的是，愛因斯坦最開始是非常推崇決定論的，由此在面對量子力學時才有了那句非常有名的話——上帝不投骰子 。但事實證明他錯了，上帝不僅投骰子，而且投得非常好 。
麥克斯韋妖
1850年，物理學家魯道夫·克勞修斯提出了熱力學第二定律，用于描述熱量從高向低的移動過程 。
1855年，克勞修斯在其中引入了“熵”的概念，用于描述其不可逆的過程，所以熱力學第二定律也被稱為“熵增定律” 。
為了證明熵增定律只有在某些限定條件下才能成立，科學巨匠麥克斯韋設計了一個很有意思的思想實驗：
一個不受外界溫度影響的箱子被一塊活板分為A、B區，活板由一個小妖控制，它知道箱子中任意分子的運動速度 。
每當A區速度快的分子快撞上活板時，小妖就會控制活板將它放入B區，A區中剩下的都是運動速度慢的分子 。
而B區中的情況和A區完全相反，那些運動速度快的分子會被留在B區不動，運動慢的分子則會被小妖放到A區 。
采用這樣的分類方法之后，B區分子平均運動速率會升高，A區則和B區完全相反，也就意味著B區溫度高，A區溫度低 。
按照“熵增定律”，熱量會從高到低移動，最后全部平均，這是個完全不能逆轉的過程，但此時原本溫度一樣的A、B兩區卻出現了越來越明顯的溫差，這說明“熵增定律”是可逆的 。
麥克斯韋設計的這個思想實驗讓當時許多人啞口無言，直到二十世紀五十年代信息熵概念的出現，這只在盒子中控制著活板門的麥克斯韋妖才徹底退出歷史舞臺 。
芝諾的烏龜
芝諾的烏龜是古希臘哲學家芝諾設計的思想實驗，主要探討了時間與空間的連貫性，也就是時間究竟是不是可以被無限分割 。
在芝諾設計的實驗中，希臘有名的運動健將阿基里斯與一只烏龜進行賽跑，阿基里斯對自己非常有信心，他先讓烏龜跑1000米，然后再從起始線追趕烏龜 。
芝諾指出，在阿基里斯跑到1000米這個節點時，烏龜肯定又往前爬了一段距離，比如說20米 。此時烏龜距離起始線1020米，阿基里斯距離起始線1000米 。
為了追上烏龜，阿基里斯仍然要繼續奔跑，再跑20米的距離，而當他再跑20米時，烏龜肯定又往前跑了一段距離，比如說1米，阿基里斯繼續往前追1米，而烏龜則又往前跑了1厘米，阿基里斯繼續向前追1厘米……
可能很多人都發現了，在這個故事中阿基里斯只能無限接近跑在他前面的烏龜，卻不能真正的追上它 。
也就是說，只要阿基里斯和烏龜之間的距離能夠無限分割下去，那可以被無限分割的距離就需要用無限的時間去追趕 。
芝諾提出的這個悖論直到現在還在一直讓我們去反思，空間與時間究竟有沒有真正意義上的最小單位，而它們又和宇宙中其他存在有著怎樣的聯系 。
以上就是科學界“四大神獸”，它們其實就是四個思想實驗中的“主角” 。從某種意義上來看，它們其實也象征著人類對真理的追求以及對科學嚴謹的態度，而在這種追求和態度之下，未來或許會有越來越多有意思的“神獸”出現 。

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