科学界4大神兽聚集：麦克斯韦妖是什么？通俗易懂的物理学！

不知道大家有没有这样的体会，搞文科理论的人，总爱把理论搞的特别复杂，生怕普通人看懂了。而搞科学理论的人，总是千方百计把理论往简单了解释，生怕普通人看不懂。

那科学界的大佬们为了让复杂的物理理论变得通俗易懂，它们又创造出什么神奇的方法呢？今天小编就来和大家详细的聊聊物理学界的四大神兽，看科学家们是如何让普通人也能听懂高深的理论的。

这四大神兽分别是：芝诺的乌龟，拉普拉斯兽，麦克斯韦妖和薛定谔的猫。这四大神兽中，芝诺的乌龟对应的是微积分，拉普拉斯兽对应的是经典力学，麦克斯韦妖对应的是热力学第二定律，薛定谔的猫对应的是量子力学。

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芝诺的乌龟

芝诺的乌龟是四大神兽里“年龄最大”的，诞生于公元前500年左右的古希腊。这个时代有一个叫芝诺的数学家，芝诺的乌龟就是他提出的关于运动不可分性的悖论之一。在这个悖论中，芝诺提出了这么一个问题。

古希腊神话人物阿克琉斯是一位运动健将，他的速度是乌龟的10倍，但是在他们比赛晒跑的时候，只要让乌龟在前面100米，阿克琉斯就永远也追不上这只乌龟。芝诺认为，无论如何，这只乌龟都将在阿克琉斯的前面。

芝诺是这么认为的，每当阿克琉斯追到乌龟先前所在的位置时，无果都在这个时间段内又往前爬了一段距离。假如阿克琉斯的速度为10米/秒，乌龟的速度为1米/秒，10秒后，乌龟领先10米；又过1秒后，乌龟领先1米；再过0.1秒后，乌龟领先0.1米。这个过程是无穷无尽的，总能找到一段足够小的时间，乌龟领先于阿克琉斯，故而阿克琉斯永远也住不上这只乌龟。

我们都知道用追及问题来算，小学生都能算出追到所需要的时间，但是想要解释这个疑问，却很难。现在我们知道，解决这个问题需要用到微积分，用到无穷小的概念。但是至今为止，牛顿和莱布尼茨发明的微积分虽然击破了时空连续性的问题，解决了这个悖论，而关于无穷小的概念，即使后来柯西等数学家用极限的思想逃过了这一问题，人类至今都还没有真正的解决。

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拉普拉斯兽

这个神兽于1814年由法国数学家拉普拉斯提出，这是一个能够预言万物与未来的神兽，人们将之比喻为“宏观经典力学”的守护神。

这个神兽有多强大呢？它是拉普拉斯糅合了经典力学，天体力学，概率论等基础理论后提出的。这个神兽是因果论的代表，认为宇宙现在的状态是过去造成的，也就是过去的因才有了现在的果。这个神兽认为一切都是注定的，一切都是可以预测的。

那这个神兽如何预知未来呢？假如它能够知道此时此刻宇宙中每一个微观粒子的位置和动量，那么他就可以用牛顿公式计算出下一秒乃至更久以后这些微观粒子的位置和动量，而这些信息就代表着未来。这意味着这只神兽知晓宇宙的诞生与结局中的每分每秒，可将将人类的命运计算得清清楚楚，世界也成了一局可逆转的游戏。

拉普拉斯这个神兽刚提出之时，人类顶尖的科学家顿时陷入了一篇恐慌，但是随着19世纪提出的不可逆的热力学定律，20世纪海森堡的不确定性原理和近代混沌理论里的蝴蝶效应的提出，科学家们终于彻底杀死了这只神兽。

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麦克斯韦妖

除了一些民科以外，接受过现代科学教育的人都知道“永动机”是不可能实现的。但是在19世纪之前，无数的顶尖科学家都沉迷在永动机的世界里不可自拔。

这个荒诞的梦想直到坚持不可逆的热力学定律出现后才终于被彻底打破，各种想着发明各种永动机的专业科学家一夜之间全部消失了。而在1871年，人类历史上最伟大的科学家之一麦克斯韦创造了物理学第三大神兽“麦克斯韦妖”。

麦克斯韦妖是一只想象中的妖怪，麦克斯韦试图用它来否定热力学第二定律。在这个思想实验中，麦克斯韦妖是一只能够用极快的速度去操纵分子运动的妖怪，它们减少做功过程中的能量消耗，试图达到不消耗能量获取信息的目的。

在物理学中，麦克斯韦妖可以在不使用能量的情况下让空间自动从混乱变为有序，让空间的熵减少。但是热力学第二定律却告诉我们，熵增是不可逆的，因此它又叫熵增定律。我们想要让空间变得有序，就必须用更多的能量，因此第二类永动机是不可能实现的。从1871年到2020年，人类寻找了几百年，麦克斯韦妖依然不见踪影，它就像人类想象中的一个救世主。如今，热力学定律依旧是宇宙铁律之一，就和质能守恒定律一样。

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薛定谔的猫

这是四大神兽里最年轻的一只，它出生于1935年，由量子力学领域的大佬薛定谔提出的，其本意是为了反对哥本哈根学派的的量子叠加态，解释量子力学的边界问题，却反被玻尔等人利用，反倒成为了量子叠加态学说的守护神。

这个思想实验大概就是说将一只猫放在一个装有少量放射性物质和氰化物的密封盒子里，这里面的放射性物质就是开关，当发生衰变后，机关就会被触发，剧毒的氰化物就会被释放，猫就会被毒死。

这里这个放射性物质下一秒是否会发生衰变十万群不可预测的，在一秒钟过后，根据量子力学的理论，盒子里的放射性物质处于衰变和没有衰变的叠加态，反映在猫身上就是猫处在半死半活，既死又活的状态，想要知道具体的结果，我们需要打开盒子才能知道。而量子力学认为，当打开盒子的一瞬间，叠加态就会坍缩成一种唯一的确定态，既我们观察到的现象，猫要么活着，要么死了。

在这只猫身上，宏观世界的因果律被打破，变成了所谓的概率波，完美地将微观不确定转化为了宏观不确定。

薛定谔的猫也因此成为了四大神兽里最惨的一只，后来科学家们试图用平行世界的理论来救这只猫，但是至今人类还没有成功。

好了，这就是物理学上的四大神兽，也许未来科学界还会出现更多的神兽，但不管怎样，每一只神兽的出现和死亡，都代表着人类科学的进步，这才是最后的，不是吗？对此你怎么看？