和薛定谔的猫齐名的动物 物理学“四大神兽”-除了薛定谔的猫,另外三个是什么-

科学对人类的帮助是毋庸置疑的,它不仅颠覆了人类以往数千年对世界的认知,还进一步拓展了人类的探索范围 。

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科学想要进步其实并没有什么捷径可走,它靠的就是无数科学家前赴后继的探索与研究 。而在对科学的研究中,“实验”是其最基本也是最直接的方法之一 。
有意思的是,因为种种原因的困扰和限制,一些实验的实验地点并不是在现实世界中,而是在人类的大脑中用想象力去完成,科学家们将这种另类的实验称为“思想实验” 。
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随着思想实验的出现与普及,科学界也因此诞生了“四大神兽” 。而这四大神兽中,除了薛定谔的猫比较出名之外,另外三个你可能都不知道,下面就一起来看看这科学界“四大神兽” 。
薛定谔的猫
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正如上文所说,随着量子力学的逐渐普及,薛定谔的猫这个著名的思想实验也开始逐渐被人所知 。
不过,虽然实验的名声打出去了,但许多人不知道薛定谔这个“虐猫狂人”为什么要跟一只猫过不去,甚至要将它关到一个箱子中,又在箱子中放入毒药 。
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其实薛定谔当初设计这个思想实验的目的,是为了反驳量子力学的根本——哥本哈根诠释,而实验设计的也非常简单:
将一只猫放入一个不透明的封闭箱子中,并且在箱子中放入一个盖格计数器、毒气释放装置以及一个放射性原子 。
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假设该原子在一小时内有50%的概率衰变,衰变后会释放出一个粒子,这个粒子会被盖格计数器检测到,从而打开毒气释放装置,将封闭箱子中的猫杀死 。实验的问题是:一小时后,箱子中的猫是生还是死?
如果不打开箱子观察,永远也不知道箱子中的原子是否已经衰变,也就不知道猫咪的状态 。在量子力学中,原子的状态处于两种状态(衰变或不衰变)的叠加态中 。
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而因为原子的状态也能影响猫咪的状态,因此猫咪也就陷入了“或生”、“或死”的奇妙状态中,我们在无法判断猫咪状态的情况下,只能认为它此刻“又生又死” 。
搞笑的是,薛定谔设计这个思想实验的目的明明是为了反驳量子力学,但到头来却成为了诠释量子力学特性的典型试金石 。
拉普拉斯妖
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1814年,法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出了一个概念:有一个妖精,这个妖精知道宇宙中所有粒子以及它们的运动轨迹,并且能够用经典力学推理出所有下一个瞬间的信息 。
其实如果宇宙中真的有拥有这种能力的妖精,就等于它知道了宇宙中所有事物的未来 。那么这样的妖精真的存在吗?答案当然是否定的 。
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对于其最大的驳斥就是量子力学的出现与建立,量子力学认为未来是不确定的,而是会以一种概率的方式随机发生 。
需要注意的是,量子力学中所说的“未来是不确定的”,其实并不是完全的不确定,而是给出了可能会出现的情况及其对应的概率,未来只会在这些给出的可能中选择(也会出现特殊情况) 。
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为什么会出现拉普拉斯妖?其实这主要是因为当时科学界仍然是“决定论”占据主导地位,认为宇宙中的一切都能够通过前提条件计算推导,人类的行为、认知都有条件决定其发生,这意味着未来是能够通过计算精准预测的 。
值得一提的是,爱因斯坦最开始是非常推崇决定论的,由此在面对量子力学时才有了那句非常有名的话——上帝不投骰子 。但事实证明他错了,上帝不仅投骰子,而且投得非常好 。
麦克斯韦妖
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1850年,物理学家鲁道夫·克劳修斯提出了热力学第二定律,用于描述热量从高向低的移动过程 。
1855年,克劳修斯在其中引入了“熵”的概念,用于描述其不可逆的过程,所以热力学第二定律也被称为“熵增定律” 。


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