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-( 二 )


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-

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为了证明熵增定律只有在某些限定条件下才能成立,科学巨匠麦克斯韦设计了一个很有意思的思想实验:
一个不受外界温度影响的箱子被一块活板分为A、B区,活板由一个小妖控制,它知道箱子中任意分子的运动速度 。
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每当A区速度快的分子快撞上活板时,小妖就会控制活板将它放入B区,A区中剩下的都是运动速度慢的分子 。
而B区中的情况和A区完全相反,那些运动速度快的分子会被留在B区不动,运动慢的分子则会被小妖放到A区 。
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采用这样的分类方法之后,B区分子平均运动速率会升高,A区则和B区完全相反,也就意味着B区温度高,A区温度低 。
按照“熵增定律”,热量会从高到低移动,最后全部平均,这是个完全不能逆转的过程,但此时原本温度一样的A、B两区却出现了越来越明显的温差,这说明“熵增定律”是可逆的 。
麦克斯韦设计的这个思想实验让当时许多人哑口无言,直到二十世纪五十年代信息熵概念的出现,这只在盒子中控制着活板门的麦克斯韦妖才彻底退出历史舞台 。
【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-】芝诺的乌龟
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芝诺的乌龟是古希腊哲学家芝诺设计的思想实验,主要探讨了时间与空间的连贯性,也就是时间究竟是不是可以被无限分割 。
在芝诺设计的实验中,希腊有名的运动健将阿基里斯与一只乌龟进行赛跑,阿基里斯对自己非常有信心,他先让乌龟跑1000米,然后再从起始线追赶乌龟 。
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芝诺指出,在阿基里斯跑到1000米这个节点时,乌龟肯定又往前爬了一段距离,比如说20米 。此时乌龟距离起始线1020米,阿基里斯距离起始线1000米 。
为了追上乌龟,阿基里斯仍然要继续奔跑,再跑20米的距离,而当他再跑20米时,乌龟肯定又往前跑了一段距离,比如说1米,阿基里斯继续往前追1米,而乌龟则又往前跑了1厘米,阿基里斯继续向前追1厘米……
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可能很多人都发现了,在这个故事中阿基里斯只能无限接近跑在他前面的乌龟,却不能真正的追上它 。
也就是说,只要阿基里斯和乌龟之间的距离能够无限分割下去,那可以被无限分割的距离就需要用无限的时间去追赶 。
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芝诺提出的这个悖论直到现在还在一直让我们去反思,空间与时间究竟有没有真正意义上的最小单位,而它们又和宇宙中其他存在有着怎样的联系 。
以上就是科学界“四大神兽”,它们其实就是四个思想实验中的“主角” 。从某种意义上来看,它们其实也象征着人类对真理的追求以及对科学严谨的态度,而在这种追求和态度之下,未来或许会有越来越多有意思的“神兽”出现 。
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