物理学“四大神兽”，除了薛定谔的猫，其他三个你知道吗？

“物理学”，是研究物质最基本的运动规律以及物质最基本构成的一门学科，是人类认知宇宙，探索未来的阶梯。物理学的进步推动着人类文明对宇宙的认知，早在古希腊时代，古代哲学家的研究就奠定了物理学的基础。

随着时间的推移，伽利略奠定了科学的基础，牛顿的研究建立了力学的基础，让人类换了一个角度认知这个宇宙，随后相对论和量子力学的诞生让物理学再次高速发展，但是在物理学发展的过程中出现了“四大神兽”，除了“薛定谔的猫”以外，你还知道哪一个？

01薛定谔的猫

“薛定谔的猫”可能是物理学中流传最广的一只小动物，这只猫处于“又生又死”的状态中，这个思想实验巧妙地利用了量子力学中微观粒子的性质，让处于宏观世界的猫咪同时处于两种状态之间，但是我们都知道，猫咪其实只能以一种状态存在，薛定谔以此来向世人展示量子力学的“不完备”。

有很多关于薛定谔的猫的科普并没有讲述这个实验的出发点，只是讲述了猫咪处于“又生又死”的状态中，没有告诉大家这个实验其实只是为了告诉世人量子力学目前并不完善，导致了很多人的心中量子力学变得“不靠谱”。

其实薛定谔的猫这个实验十分简单，现代物理学发现，在没有观察者的情况下，我们是无法确定确切状态的，这个时候我们就认为，这个粒子处于两种状态共存，在薛定谔的猫这个实验中，猫咪被关在一个密闭的容器中，“镭”如果衰败就会导致猫咪的死亡，但是不打开容器我们就无法确认猫咪的状态，如果打开容器就会导致猫咪的死亡。

不打开容器，镭可能永远不会衰变，打开容器猫咪就会被毒死，因此我们才会认为猫咪处于“又生又死”的状态。“薛定谔的猫”这个实验并没有太大的实际意义，只是为了提醒我们量子力学的理论目前并不完善。

02拉普拉斯妖

拉普拉斯妖（Démon de Laplace）是一位科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出的假设，他认为在宇宙中存在一个恶魔，被称为“拉普拉斯妖”，这个恶魔知道宇宙中每个原子的位置和动量，并且百分百正确。

如果这个恶魔真的存在，那么他就可以把整个宇宙从诞生到灭亡的过程展开，知道一切事情，包括过去和未来。

简单来说，拉普拉斯认为，如果可以知道宇宙中的一切，就可以推导出宇宙的过去和未来，这种观点也被称为“决定论”。但是随着量子力学的出现，科学家发现宇宙的本质很可能是“不确定性”，拉普拉斯妖随着决定论的没落逐渐被我们遗忘。

03麦克斯韦妖

麦克斯韦妖（Maxwell's demon），是科学家詹姆斯·麦克斯韦提出的一种反对“热力学第二定律”的概念，是一种只存在于假想中的“妖”。

热力学第二定律也就是我们常说的“熵增定律”，在一个封闭系统内，“熵”代表了混乱程度的总值，熵越大整个系统中的混乱程度就越高。例如煤炭的燃烧过程就是一个熵增的过程，从有序的固体转变为热量和气体，从整体来看质能仍然守恒，但是却要更加的混乱。

热力学第二定律引力很多人的恐惧，如果熵的总值无法减少，那么我们的宇宙是否会在未来的某一天因为熵的总值达到了最大，导致宇宙只剩下混乱的虚无呢？麦克斯韦妖正是为了违反熵增定律而存在的。

这种假想中的妖怪可以控制单个分子的运动，从而制造出来一个“第二类永动机”，但是现实中不存在可以控制分子的妖怪，人类也不可能制造出第二类永动机，熵增定律从这个角度是无法破解的。

04芝诺的乌龟

芝诺的乌龟是一个神奇的悖论，简单来说，就是有一个人和乌龟赛跑，但是这个人却永远追不上乌龟。

善于跑步的神阿基里斯速度是每秒10米，乌龟的速度是每秒一米，阿基里斯的速度是乌龟的十倍，但是乌龟先跑出了一百米后，阿基里斯才开始追赶，十秒后阿基里斯跑出了100米，乌龟跑出了10米，他们之间距离10米，又过了1秒，阿基里斯跑出了10米，乌龟跑出了1米。

在一秒后，阿基里斯就可以追上乌龟，但是芝诺却提出了这样一个观点，如果时间可以无限分割，那么乌龟就会制造无限个起点，那么阿基里斯永远无法追上乌龟。这个观点当然是错误的，但是当时的人类无法反驳这个观点，直到后来微积分诞生，人类才可以很好地解释这个问题。

这就是“物理学四大神兽”，可以说每一个“神兽”其实都是物理学发展中的假设和推论，每个“神兽”都不是真实存在的，或许在未来还会出现更多的“神兽”，帮助我们的物理学更进一步。

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