物理学领域的四大神兽

物理学上有四大神兽，芝诺的乌龟，拉普拉斯兽、麦克斯韦妖、薛定谔的猫。分别对应着微积分、经典力学、热力学第2定律和量子力学。这四大神兽各有神通：芝诺的乌龟时空双修能缩地成寸，拉普拉斯兽明察大道推演万物，麦克斯韦妖操控万物逆转阴阳，薛定谔的猫能制造宇宙超越生死。

芝诺的乌龟

古希腊数学家芝诺（前490~前425），根据运动的不可分性提出了著名的“芝诺悖论”，举这样一个例子吧：我们假设一只乌龟在我们前方100米处以每分钟1米的速度爬行，我们以每分钟100米的速度在后面追当我们跑到了原先乌龟的位置时，此时乌龟又向前爬出了1米，我们又需要去追这1米的距离，当我们跑完这一米时，乌龟又向前爬出了1/100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，我们就永远也追不上乌龟！

尽管阿喀琉斯是全人类最顶尖的英雄，但最终败在芝诺之龟的四条小短腿之下，芝诺之龟从此暴得大名，无人匹敌。不仅在古希腊，同样智者云集的东方文明，也对这只乌龟无可奈何，《庄子·天下篇》中提到：“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，其实就是这只龟的变种。

整整两千年后，数学巨匠莱布尼茨与科学巨匠牛顿隔空修炼“微积分”，用微积分中的“极限”法门攻破了时空连续性。这让大英雄阿喀琉斯终于在物理帝国的竞技场里，追上芝诺之龟。然而人类对这只千年老乌龟依然耿耿于怀，从哲学到前沿物理学，人们还常常拿它吵架。

拉普拉斯兽

在很早之前，人们一直认为世界是由神创造，由神管理，但是从科学开始兴起之后，越来越多的人开始质疑神明的存在。

法国物理学家拉普拉斯，是号称：“将上帝赶出宇宙”的人，他提出的拉普拉斯方程被广泛应用于各个领域。此外，他还是经典力学的坚定拥护者，也是决定论的支持者。他提出，如果在宇宙之外有一个智者，他知道所有粒子的最原处形态，那么他就可以根据所有的定律，推算出宇宙在各个时间点上的状态。而这位“智者”也被人们戏称为“拉普拉斯兽”。

拉普拉斯的基本理论是：了解物质前一刻的运动状态，就可以推出下一刻的运动状态，把整个宇宙的每一个粒子的运动状态确定以后，就可以推出下一刻的运动状态。

这是一个基于经典力学的设想，但是在现代科学中，这个理论是站不住脚的，仅仅是量子物理中的不确定性就可以将“拉普拉斯兽”的设想彻底粉碎。

因为，由宇宙最大熵、光速、以及将信息传送通过一个普朗克长度所需要的时间计算得来，拉普拉斯兽的算力上限已被证实约为10120比特，如此以来，那惊人的算力也不可能在物理帝国存在。

麦克斯韦妖

麦克斯韦妖，是在物理学中假想的妖，能探测并控制单个分子的运动，于1871年由英国物理学家詹姆斯·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。

当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他无法清晰地说明这种机制。他只能诙谐地假定一种“妖”，能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。

可以简单的这样描述，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”，容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击，“门”可以选择性的将速度较快的分子放入一格，而较慢的分子放入另一格，这样，其中的一格就会比另外一格温度高，可以利用此温差，驱动热机做功。这是第二类永动机的一个范例。

不过“麦克斯韦妖”的构想只是麦克斯韦先生为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的，本身就是一种站不住脚的理论，所以“麦克斯韦妖”在诞生后不就就宣布死亡了。

薛定谔的猫

这应该是现代科学里仅存的“神兽”了，薛定谔的这只猫折磨了人们快一个世纪之久，还是没有一个令人信服的解释。

奥地利物理学家薛定谔提出过一个著名的思想实验——“薛定谔的猫”。该实验简单地说：一只关在箱子里的猫，箱子里有一瓶毒药，毒药有50%概率被释放，概率取决于量子随机，那么请问，我们不打开箱子时，这只猫是死？还是活？

薛定谔认为，一个随机事件呈现出什么样的形态是有观测者对这个随机事件进行观测的瞬间决定的，换句话说，在有人打开盒子之前，这只猫处在一种 既是死的又是活的 的一种微妙状态下。

薛定谔奠定了量子物理的基础，“薛定谔的猫”也被视为量子物理的最终Boss。继薛定谔之后，许许多多的科学家踏上了寻找“薛定谔的猫”的旅途，目前为止，已有不少突破性的进展，希望终有一天，这目前仅存的最后的一只“神兽”会被我们征服吧。

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