物理學是一門研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科。
分為純物理學和多學科物理學,其中的純物理學又分為:1。經典力學;2。熱力學和統計力學;3。電磁學;4。相對論;5。量子力學。
如果有深入學過物理學的朋友應該知道,上面的許多分支都是非常晦澀難懂的知識。
不過在科學家在解釋一些難懂的知識時,就會用上一些恰當的比喻。
在科學的歷史上,就流傳著非常有趣的“物理學四大神獸”。
這篇文章我們就來看看”物理四大神獸“是何方神聖。
這物理學四大神獸分別是:芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛定諤的貓。
他們分別對應:微積分、經典力學、熱力學第二定律、量子力學。
四大神獸的能力:
1。芝諾的烏龜:縮地成寸。
2。拉普拉斯獸:善推演,能知萬物。
3。麥克斯韋妖:逆轉時空。
4。薛定諤的貓:超越生死。
這四大神獸威力強悍,芝諾的烏龜縮地成寸至極限,拉普拉斯獸推演萬物知未來,麥克斯韋妖逆轉陰陽轉時空,薛定諤的貓亦生亦死創世界。
壹、芝諾的烏龜
古希臘數學家芝諾(前490年~前425年),針對運動的不可分性提出了著名的“芝諾悖論”,說:一隻烏龜從起點走到終點,要先走完1/2路程,再走完剩下的1/2路程,繼續走完剩下的1/2路程……一直重複下去,永遠走不完。
這個故事的延伸,還有阿基里斯追龜等等,本質上都是一樣的。芝諾悖論蘊含了微積分的思想。
貳、拉普拉斯獸
法國物理學家拉普拉斯,是號稱“將上帝趕出宇宙”的人,他提出的拉普拉斯方程廣泛應用於各個領域。
他還是經典力學的堅定擁護者,也是決定論的支持者,基於經典力學,拉普拉斯提出:如果有一個智者,知道我們宇宙之初,所有粒子的狀態,那麼他就可以根據所有的定律,推算出宇宙任何時間的狀態。
這個智者,就被人們調侃為拉普拉斯獸。
叄、麥克斯韋妖
麥克斯韋妖是大物理學家麥克斯韋,在1871年,針對熱力學提出的一個假想實驗。為了說明違反熱力學第二定律的可能性而設想的。
當時麥克斯韋意識到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機制。但他無法清晰地說明這種機制。他只能詼諧地假定一種“妖”,能夠按照某種秩序和規則把作隨機熱運動的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋妖是耗散結構的一個雛形。
可以簡單的這樣描述,一個絕熱容器被分成相等的兩格,中間是由“妖”控制的一扇小“門”,容器中的空氣分子作無規則熱運動時會向門上撞擊,“門”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格,而較慢的分子放入另一格,這樣,其中的一格就會比另外一格溫度高,可以利用此溫差,驅動熱機做功。這是第二類永動機的一個範例。
肆、薛定諤的貓
這隻貓,不管是在物理學教材書,還是平時看一些科普知識文章總會看到,應該有很多人都知道吧。
這隻貓把物理學擴充套件到了一個更大的範圍中,不過科學家折騰了快一個世紀,也沒有確切的定論。
1935年,奧地利物理學家薛定諤,針對量子力學的邊界問題,提出了著名的思想實驗“薛定諤的貓”,該問題直指量子力學在微觀和宏觀的過渡邊界,把微觀的不確定性帶到了宏觀世界。
該實驗簡單地說:一隻貓被關在一個密閉無窗的盒子裡,盒子裡有一些放射性物質。一旦放射性物質衰變,有一個裝置就會使錘子砸碎毒藥瓶,將貓毒死。反之,衰變未發生,貓便能活下來。
其中機率取決於量子隨機。
薛定諤設計了這個可怕的實驗來挖苦量子理論荒唐的一面,按照量子論支持者的解釋,在開啟盒子看貓之前,這隻貓非生非死,而是處在典型的量子態,即活與不活疊加的離奇狀態。
這四大神獸威力強悍,芝諾的烏龜縮地成寸至極限,拉普拉斯獸推演萬物知未來,麥克斯韋妖逆轉陰陽轉時空,薛定諤的貓亦生亦死創世界。