物理学上的四大神兽在科学上面有许多有趣的比喻

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在科学上面有许多有趣的比喻，物理学上就有这么四大神兽。很多同学都听说过薛定谔的猫，那么还有哪三个呢？今天我们来介绍一下。

1、芝诺的乌龟

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芝诺的乌龟

芝诺（Zeno of Elea）是古希腊著名哲学家、数学家，生于意大利半岛南部的埃利亚城邦，他是埃利亚学派的著名哲学家巴门尼德(Parmenides)的学生和朋友。芝诺提出这样一个悖论：一个人从A点走到B点，要先走完路程的1/2，再走完剩下总路程的1/2，再走完剩下的1/2……”如此循环下去，永远不能到终点。

更加形象的解释道：

阿基里斯（又名阿喀琉斯）是古希腊神话中善跑的英雄。在他和乌龟的竞赛中，他速度为乌龟十倍，乌龟在前面100米跑，他在后面追，但他不可能追上乌龟。因为在竞赛中，追者首先必须到达被追者的出发点，当阿喀琉斯追到100米时，乌龟已经又向前爬了10米，于是，一个新的起点产生了；阿喀琉斯必须继续追，而当他追到乌龟爬的这10米时，乌龟又已经向前爬了1米，阿喀琉斯只能再追向那个1米。就这样，乌龟会制造出无穷个起点，它总能在起点与自己之间制造出一个距离，不管这个距离有多小，但只要乌龟不停地奋力向前爬，阿喀琉斯就永远也追不上乌龟！

“乌龟” 动得最慢的物体不会被动得最快的物体追上。由于追赶者首先应该达到被追者出发之点，此时被追者已经往前走了一段距离。因此被追者总是在追赶者前面。”

思考一下，这是怎么回事？

2、拉普拉斯兽

亦称拉普拉斯妖。拉普拉斯妖（Démon de Laplace）是由法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯于1814年提出的一种科学假设。此“恶魔”知道宇宙中每个原子确切的位置和动量，能够使用牛顿定律来展现宇宙事件的整个过程，过去以及未来。

拉普拉斯坚信决定论，他在他的概述论（Essai philosophique sur les probabilités）导论部分写道：

“我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位置，假如他也能够对这些数据进行分析，那宇宙里最大的物体到最小的粒子的运动都会包含在一条简单公式中。对于这智者来说没有事物会是含糊的，而未来只会像过去般出现在他面前。”

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听上去是不是很耳熟？有一种如来佛祖的既视感。拉普拉斯这里所说的“智者”即后人所谓的拉普拉斯妖。

想了解这个问题，去学物理吧，热力学统计物理、量子力学欢迎你的探索！

3、麦克斯韦妖

麦克斯韦妖（英语：Maxwell's demon）是在物理学中，假想的能探测并控制单个分子运动的“类人妖”或功能相同的机制，是1871年由英国物理学家麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。麦克斯韦妖又被称为麦克斯韦精灵。

早在公元1200年，数以千计的科学家痴迷于永动机不能自拔。到了19世纪，热力学蓬勃发展，各类永动机被一一枪毙。这时候，让爱因斯坦都崇拜不已的电磁学大牛麦克斯韦创立了物理学史上第三大神兽——麦克斯韦妖。

如果这神兽真的存在，或许创立违背热力学第2定律的永动机就不是梦了，走向熵寂的宇宙也有起死回生的可能。麦克斯韦妖（Maxwell's demon），是在麦克斯韦假想的妖，能探测并控制单个分子运动，麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增相拮抗的能量控制机制，但无法清晰说明这种机制，只能诙谐假定一种“妖”。

简单描述，一个绝热容器被分成相等的两格，中间是由“妖”控制的一扇小“门”，麦克斯韦妖个头迷你，没啥特别的本事，但眼神好，反应敏捷，能准确地探测并控制单个分子运动，迅速把快速移动的分子从从左盒丢进右盒，把慢速运动的分子从右盒丢进左盒。因此，这个小盒子不仅左右部分形成了温差，还实现熵的自发减少。乍一看来，麦克斯韦妖击败热力学第2定理不在话下，同时也让烜赫一时的“热寂说”也多了一个反对势力。麦克斯韦妖的物理学意义是让混乱变得有序，避免封闭系统变成一潭死水。扩展到现实世界，那此神兽能就能操控万物，逆转阴阳。

尽管人们希望这带领宇宙违背热力学第2定律的麦氏小妖真的存在，但在纪律森严的物理帝国，心地单纯的麦氏小妖同样命途多舛，它困扰科学家150余年，迄今仍不知是死是活。20世纪50年代，信息熵的概念被提出。麦克斯韦妖若要实现热力学上的熵减，势必需要获取分子运动的信息，不耗损能量而获得信息是不可能的，因此，在孤立系统中麦克斯韦妖不可能存在。归根结底，这个兢兢业业的小妖精可能只是人类想象中的救世主，不可能在时空中存在。

4、薛定谔的猫

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薛定谔

这应该是四大神兽中最为著名的一个。

在量子物理中，认为微观粒子本身处于波函数定义的所有状态的叠加态，只有当对该微观粒子的具体状态进行测量时，波函数才坍缩到某个特定的值，你才能知道该粒子究竟处于什么状态。

这种情况是否在宏观上也有相应的表现形式呢？薛定谔设计了这样一个思辨实验：把一只猫放进一个不透明的盒子里，然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变，它将会发射出一个粒子，而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置，打开装有毒气的容器，从而杀死这只猫。根据量子力学，未进行观察时，这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态，但是，如果在一个小时后把盒子打开，实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。

这样一来，微观上的情况被推广到了宏观上！

时至今日，这个问题并没有被完全解决。但仍然吸引着众多物理学家前赴后继地研究。物理学的土地上，还有大片未开垦的处女地，等待后人开发。