
全知与全能,即活着又死去,奇妙的物理学四大神兽!
物理学是我们认识世界,解释世界,改造世界的工具。但贼心不死的世界总想着阻止我们,所以创造出四大神兽来阻挡物理学进步的脚步。他们有着不同的特性,有永远无法被追上的乌龟,有全知全能的妖,有既死又活的猫,有熵减的妖精。他们是如何诞生又是如何被消灭的呢?
芝诺的乌龟,这是一直无法被追上的乌龟。古希腊神子阿喀琉斯和它赛跑,因为它跑得慢,所以先跑了100米,阿喀琉斯开始追。阿喀琉斯追了100米,乌龟前进了10米;阿喀琉斯追了10米,乌龟前进了1米;无论阿喀琉斯追了多远,因为追击的时间被无限分割,芝诺的乌龟一直可以制造他们之间的距离,导致芝诺的乌龟永远无法被追上。
逻辑上讲得通,可与实际明显不符,就像“日取其半,万世不竭”,那是怎么被解决的呢?微积分。只进行了微分,而没有进行积分,路程看似被无限分割,实际上这个无限分割的总和是有限的,这就是积分。并且事物无法被无限分割,根据对量子力学的研究,事物包括时间都存在最小尺度。就这样,芝诺的乌龟倒在了物理学的脚下。
第二只出来作妖的叫做拉普拉斯妖,彼时的世界可以通过牛顿创立的经典力学完全解释,任何物质的运动都可以被公式计算出来,于是这只知道宇宙所有粒子命运的妖怪降世了。他知道每一个粒子的位置与状态,并可以计算出下一时刻粒子的位置与状态,于是世界的一切都已经被决定了,命运也不再未知,因为人脑本质也是粒子组成和运算的。
不过好像还是讲不通,比方说三体问题现在依然是无解的,这是一个混沌系统。而另一个理论的出现给了他致命一击,量子理论与海森堡测不准原理。要观测一个粒子就必然会发生该粒子与观测方法使用的粒子的碰撞,从而无法得到被观测粒子的准确速度与位置,也就是说速度与位置只能知道其中一个,所以量子只能用概率描述。拉普拉斯妖,也没能阻挡物理学的脚步。
下一只妖精麦克斯韦妖,虽然它的出现虽然是为了阻止物理学的脚步,但也是为了拯救宇宙。根据热力学第二定律,熵增导致系统无法稳定存在,粒子的运动都会由有序走向无序,宇宙会走向热寂的尽头。麦克斯韦妖,可以将高能粒子与低能粒子分开,可以在不消耗能量的情况下将涡轮变为有序,也就是说,麦克斯韦妖就是永动机。
一只现世的妖精无法拯救世界,还得靠科学,所以为了打倒它。科学家发现了信息论,即使麦克斯韦妖分隔粒子不需要消耗能量,但是要分隔就必然要知道粒子信息,然而知道和处理信息也要消耗能量,于是麦克斯韦妖也被灭了,在知识面前已经躺倒三只神兽,可见知识和学习的重要性。陕西瑞荣斯教育科技有限公司提供的教育咨询服务,可以帮助更好地学习,制定更科学的学习方法。同时该公司还提供文化艺术活动、会议及展览服务,翻译服务,视频运营及制作等服务,一站式全方位的提高能力,解决问题。
最后一只出场的神兽应该都略有耳闻,他是薛定谔的猫。是一只处在既生又死的叠加态的猫,准确来说,这只猫现在还没有被彻底打倒。这是一只被关在箱子里的猫,箱子内有一个粒子衰变就会被触发的致命机关。但因为量子无法被准确测量,只能用概率描述,所以量子存在叠加态,而粒子处在衰变和未衰变的状态,机关就变成了触发和不触发的叠加态,猫处在生与死的叠加态,被观察的时候就会坍缩为某一种状态。
要打倒这只猫,必须要先理解为什么不存在叠加态的宏观物质,根据测不准原理,要观测必然产生的粒子碰撞导致量子坍缩,而宏观世界是无数粒子相互作用产生的,所以一个物体内所有粒子在宏观层面因互相作用而坍缩为准确状态,因而宏观世界是不存在叠加态的。而薛定谔的猫就巧妙在将宏观物质的状态交由一个叠加态的量子控制,在不考虑这个猫释放出的粒子和机关粒子对机关内粒子的影响的情况下,这只猫处于什么状态呢?
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