物理学四大神兽：从拉普拉斯兽到薛定谔的猫

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@小白创作中心

物理学四大神兽：从拉普拉斯兽到薛定谔的猫

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https://www.ajbk.net/changshi/1489.html

物理学中存在着四个著名的“神兽”，它们分别是：经典力学中的拉普拉斯兽、微积分中的芝诺的乌龟、热力学中的麦克斯韦妖以及量子力学中的薛定谔的猫。这些“神兽”实际上是四个著名的思想实验，它们在科学史上留下了深刻的印记。

拉普拉斯兽

拉普拉斯兽是一个假想中的生物，被视为一个“智者”。法国数学家、天文学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出，这个“智者”能够知道宇宙中每个原子的确切位置和动量，并且可以展现整个事件的现在、过去和未来。他认为，如果这个“智者”掌握了足够的信息，就可以确定全部的历史。拉普拉斯说，如果一个智者可以知道并分析宇宙中某一刻所有物体的位置和自然运动的力，那么宇宙里从最大到最小物质的运动就包含在一个简单的公式里。对于这个智者来说，任何事物都是清晰的，未来也会像过去一样出现在他面前。他提到的这个智者就是“拉普拉斯兽”。

芝诺的乌龟

古希腊数学家和哲学家芝诺提出了一只特殊的乌龟，这只乌龟有一个特点，就是你永远无法追上它。假设你的速度是这只乌龟的十倍，那么你依旧只能在追赶时无限地逼近它，但始终无法超越它。这个悖论直到近代物理之父牛顿发明微积分后才得以破解。牛顿用微积分的方法破解了芝诺的龟悖论。在中国古代，《庄子·天下篇》中也有类似的悖论描述：“镞矢之疾，而有不行不止之时”。芝诺悖论与庄子悖论的区别在于，芝诺限制了时间，而庄子的理论可以使时间为无穷大。

麦克斯韦妖

麦克斯韦妖是电磁学大师麦克斯韦为了对抗熵增而假想出来的“神兽”。熵是描述封闭系统中混乱程度的值，它只能增加不能减少，这意味着有序系统最终会从秩序走向无序。麦克斯韦认为世界存在一种能够与之相抗衡的能量控制机制，即麦克斯韦妖。这只妖能够迅速将速度快的分子和速度慢的分子进行分类，从而让系统的有序度变高、熵值变小。

然而，在精密的物理帝国中，任何东西都要经得起推敲。事实证明，在孤立系统中不可能有麦克斯韦妖，因为麦克斯韦妖如果想实现熵减，必然要知道每个分子的运动信息，而在不损耗能量的情况下获取这些信息是不可能的。20世纪50年代提出的“信息熵”概念最终解决了这个困扰科学界150多年的问题。

薛定谔的猫

薛定谔的猫可以说是物理学中最著名的“神兽”之一。1935年，奥地利物理学家薛定谔提出了这个著名的思想实验，旨在展示量子力学的“不完备性”。实验简单来说是这样的：一只猫被关在一个密闭无窗的盒子里，盒子里有一些放射性物质。一旦放射性物质衰变，就会触发装置使锤子砸碎毒药瓶，将猫毒死；反之，衰变未发生，猫便能活下来。其中概率取决于量子随机。