? ? ? ?中國(guó)古代有四大神獸，青龍白虎，朱雀玄武。這四大神獸都來(lái)源于對(duì)上古星宿的崇拜。而現(xiàn)代物理學(xué)同樣也有四大神獸，這四大神獸分別對(duì)應(yīng)著四個(gè)物理學(xué)學(xué)說(shuō)。和中國(guó)古代的四大神獸類似，物理學(xué)的四大神獸也并非真實(shí)存在的，它們?cè)从诳茖W(xué)家的腦洞，這四個(gè)現(xiàn)象中的生物擁有著巨大的力量，它們讓無(wú)數(shù)的科學(xué)家為之神魂顛倒，因?yàn)槊繎?zhàn)勝一只神獸，我們就能向科學(xué)的終極目標(biāo)邁進(jìn)一步。

? ? ? ? 那么，這四只神獸都是誰(shuí)呢？芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛定諤的貓，它們是著名的物理學(xué)四大神獸，那么，它們每一個(gè)都代表著什么呢？今天，就讓我們一同來(lái)看看物理學(xué)的四大神獸。

芝諾的烏龜

? ? ? ? 阿基里斯是古希臘神話中善跑的英雄。在他和烏龜?shù)母?jìng)賽中，他速度為烏龜十倍，烏龜在前面100米跑，他在后面追，但他不可能追上烏龜。因?yàn)樵诟?jìng)賽中，追者首先必須到達(dá)被追者的出發(fā)點(diǎn)，當(dāng)阿基里斯追到100米時(shí)，烏龜已經(jīng)又向前爬了10米，于是，一個(gè)新的起點(diǎn)產(chǎn)生了；阿基里斯必須繼續(xù)追，而當(dāng)他追到烏龜爬的這10米時(shí)，烏龜又已經(jīng)向前爬了1米，阿基里斯只能再追向那個(gè)1米。就這樣，烏龜會(huì)制造出無(wú)窮個(gè)起點(diǎn)，它總能在起點(diǎn)與自己之間制造出一個(gè)距不管這個(gè)距離有多小，但只要烏龜不停地奮力向前爬，阿基里斯就永遠(yuǎn)也追不上烏龜！

? ? ? ??現(xiàn)實(shí)生活中，我們當(dāng)然可以得知，阿基里斯可以輕松追上芝諾的龜，這是個(gè)違背現(xiàn)實(shí)的悖論。但是在理論中，當(dāng)兩者之間的距離可以無(wú)限的細(xì)分下去時(shí)，芝諾的龜和與阿基里斯將永遠(yuǎn)保持一個(gè)距離，雖然這個(gè)距離會(huì)無(wú)限小，但阿基里斯卻永遠(yuǎn)也追不上芝諾的龜。

? ? ? ?其實(shí)發(fā)生這樣的悖論就是將無(wú)限運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)，凡是涉及到無(wú)限的概念其實(shí)都是不講道理的。我們現(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)辦法做到無(wú)限細(xì)分，近代對(duì)無(wú)限的研究越來(lái)越多，我們終于擁有了“極限”這個(gè)武器，芝諾的龜是將有限定義成了無(wú)限。阿喀琉斯無(wú)限追逐芝諾的龜?shù)臅r(shí)間最終加起來(lái)是無(wú)限接近阿喀琉斯追上芝諾的龜?shù)臅r(shí)間，都是將有限無(wú)限細(xì)分，才制造了悖論。

拉普拉斯獸

? ? ? ?這個(gè)神獸于1814年由法國(guó)數(shù)學(xué)家拉普拉斯提出，這是一個(gè)能夠預(yù)言萬(wàn)物與未來(lái)的神獸，人們將之比喻為“宏觀經(jīng)典力學(xué)”的守護(hù)神。

? ? ? ? 這個(gè)神獸有多強(qiáng)大呢？它是拉普拉斯糅合了經(jīng)典力學(xué)，天體力學(xué)，概率論等基礎(chǔ)理論后提出的。這個(gè)神獸是因果論的代表，認(rèn)為宇宙現(xiàn)在的狀態(tài)是過(guò)去造成的，也就是過(guò)去的因才有了現(xiàn)在的果。這個(gè)神獸認(rèn)為一切都是注定的，一切都是可以預(yù)測(cè)的。

? ? ? ?那這個(gè)神獸如何預(yù)知未來(lái)呢？假如它能夠知道此時(shí)此刻宇宙中每一個(gè)微觀粒子的位置和動(dòng)量，那么他就可以用牛頓公式計(jì)算出下一秒乃至更久以后這些微觀粒子的位置和動(dòng)量，而這些信息就代表著未來(lái)。這意味著這只神獸知曉宇宙的誕生與結(jié)局中的每分每秒，可將將人類的命運(yùn)計(jì)算得清清楚楚，世界也成了一局可逆轉(zhuǎn)的游戲。

? ? ? ?只可惜，拉普拉斯獸最終還是走向了消亡。在上世紀(jì)量子力學(xué)得到發(fā)展后，人們普遍認(rèn)可宇宙是具有不確定性的，而蝴蝶效應(yīng)更是這種不確定性的有力論證者，也正因如此，這一被譽(yù)為宏觀力學(xué)守護(hù)神的神獸隕落了

麥克斯韋妖

? ? ? ?在1871年，物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說(shuō)明違反熱力學(xué)第二定律的可能性，而設(shè)想了這樣的一個(gè)妖怪，它能夠探測(cè)并控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)。而熱力學(xué)第二定律可以表述為：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零。

? ? ? ?在麥克斯韋構(gòu)想中，麥克斯韋妖有極高的智能，可以追蹤每個(gè)分子的行蹤，并能辨別出它們各自的速度。妖精掌握和控制著高溫系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)之間的分子通道。它利用了分子運(yùn)動(dòng)速度的統(tǒng)計(jì)分布性質(zhì)。通過(guò)這樣一個(gè)能夠控制分子運(yùn)動(dòng)的小妖精，只允許快分子從低溫往高溫運(yùn)動(dòng)，慢分子則從高溫往低溫運(yùn)動(dòng)，在“小妖”的這種管理方式下，兩邊的溫差會(huì)逐漸加大，高溫區(qū)的溫度會(huì)越來(lái)越高，低溫區(qū)的溫度越來(lái)越低。這個(gè)麥克斯韋妖就是第二類永動(dòng)機(jī)的范例。

? ? ? ? 但是麥克斯韋妖區(qū)分慢分子和快分子是需要信息的，而信息不可能無(wú)勞而獲，于是便引出信息熵的概念，蘭道爾原理在信息熵和能量之間建立起了嚴(yán)格的限制關(guān)系，得以將麥克斯韋妖從熱力學(xué)第二定律的領(lǐng)土上驅(qū)逐出境。盡管人們非常希望麥克斯韋妖真的存在，并且直到21世紀(jì)人們也還在研究如何造出麥克斯韋妖，但目前仍無(wú)進(jìn)展。

薛定諤的貓

? ? ? ? 薛定諤的貓是奧地利著名物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，是把微觀領(lǐng)域的量子行為擴(kuò)展到宏觀世界，試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問(wèn)題。

? ? ? ? 實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：把一只貓放進(jìn)一個(gè)封閉不透明的箱子中，箱子里面放上一個(gè)放射性原子（衰變概率為50%），一個(gè)粒子探測(cè)裝置，一瓶劇毒物質(zhì)，一把錘子。如果放射性物質(zhì)發(fā)生衰變，粒子探測(cè)器就能接收到衰變放射出的粒子，然后發(fā)出信號(hào)讓錘子打碎裝著劇毒物質(zhì)的瓶子，這樣貓就必死無(wú)疑，如果粒子不衰變，貓就會(huì)活著。也就是說(shuō)貓的狀態(tài)由粒子是否衰變決定的。

? ? ? ? 根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測(cè)者只有打開(kāi)盒子才能知道里面的結(jié)果。在量子的世界里，當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的波態(tài)，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開(kāi)后，外部觀測(cè)者觀測(cè)時(shí)，物質(zhì)以粒子形式表現(xiàn)后才能確定。

? ? ? ?薛定諤提出此思想實(shí)驗(yàn)的初衷并不是要證明什么，而是表達(dá)對(duì)波恩統(tǒng)計(jì)解釋的不滿，并對(duì)哥本哈根詮釋進(jìn)行諷刺，只不過(guò)無(wú)心插柳柳成蔭......薛定諤用貓實(shí)驗(yàn)將微觀和宏觀聯(lián)系在了一起，把量子行為拓展到了宏觀世界，以此求證觀測(cè)介入時(shí)量子的存在形式。但是，此實(shí)驗(yàn)成功地使問(wèn)題從討論微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了宏觀世界的邏輯思維。

? ? ? ? 作為物理學(xué)四大神獸之一，薛定諤的貓的誕生備受爭(zhēng)議，也是目前唯一幸存的一只神獸。隨著量子物理學(xué)的發(fā)展，薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問(wèn)題和哲學(xué)爭(zhēng)議。以上是簡(jiǎn)單的介紹，如果需要進(jìn)一步詮釋，需要涉及量子力學(xué)的知識(shí)。

? ? ? ?好了，這就是物理學(xué)上的四大神獸，也許未來(lái)科學(xué)界還會(huì)出現(xiàn)更多的神獸，但不管怎樣，每一只神獸的出現(xiàn)和消亡，都代表著人類科學(xué)的進(jìn)步，這才是最后的，不是嗎？對(duì)此你怎么看？