物理学中被公认的四大神兽,它们有的上天入地,能跑赢世界上任何的东西;有的知晓一切,能够预测每个人的未来;有的超越生死,游走在冥河的边缘。
第一个,芝诺的乌龟失诺。芝诺是谁?活跃在公元前400多年的古希腊哲学家,芝诺的乌龟便是他提出的哲学悖论,一个哲学家提出的哲学悖论怎么就成了物理学神兽了呢?一天,有一只乌龟提出要和海神之子阿喀琉斯赛跑,高傲的阿喀琉斯心想自己还能跑不过一只臭乌龟吗?于是便答应,乌龟说:你得先让我跑100米。
此时假设阿喀琉斯的速度是乌龟的10倍,那么当阿喀琉斯跑到100米的时候,乌龟已经向前爬了10米了,阿喀琉斯继续追,追完乌龟爬的10米时,乌龟此时又往前爬了1米了,阿喀琉斯再往前追1米,此时乌龟又爬了十分之一米,以此类推,这只乌龟永远可以和阿喀琉斯保持一个距离,无论这个距离有多小,只要乌龟一直往前爬,那么阿喀琉斯就永远追不上乌龟。
尽管阿喀琉斯身为希腊第一勇士、半神之身,在特洛伊战争中无人能挡,但却败在了一只小小的乌龟之下,这便是芝诺的乌龟,也叫芝诺悖论。《庄子》中也有类似的说法:一尺之棰,日取其半,万世不竭。意识是一尺长的东西,今天取其一半,明天取剩下的那一半的一半,后天再取一半的一半的一半,总有一半剩下,所以永远也取不尽,相同的说法还有很多。
说到底芝诺的乌龟就是一个物质细分的极限,或者空间细分极限的问题,我们现在能知道的最小粒子还能不能再分下去,如果能,那就说明还有更微观的世界,如果不能,那就说明芝诺悖论被推翻了,物质世界最小的单位就是那些基本的粒子。
第二个,拉普拉斯兽。这个神兽特别神奇,能够晓古通今,包括预言未来。1814年法国数学家皮埃尔西蒙拉普拉斯提出了这一假设,原本是这样的,如果有一个怪物它能知道宇宙中的每个原子的位置和动量,那么它就可以利用牛顿定律来展现整个宇宙世界的全部过程,包括过去和未来。可能听到这有人听得有些迷惑,其实很简单,你想,如果说你有一天成神了,得到了一种能力,你能知道这宇宙中所有的原子、每个原子的位置以及它们现在的状态是运动还是怎样,它们的速度、方向是如何。
当你知道这些以后,通过这些原子的方向、速度,就能计算出它们下一秒的位置在哪里,从而知道整个宇宙下一秒会变成什么样子,这就是拉普拉斯兽。当然宇宙中是否存在这样全知的东西我们无法知晓,但拉普拉斯兽这玩意儿提出就代表着,对于未来的预测是可以实现的,只不过需要大量的数据以及无法预估的算力。
可能不久之后就会有一种计算机被发明出来,这个计算机能根据某个物体的所有原子、位置、动量,计算出这个物质下一秒会变成什么样,那这个计算机就是名副其实的预言家、先知。所以这样看来,我们所有看似主观控制的那些行为,其实早在宇宙大爆炸那一刻就已经定下来了,大爆炸刚开始,那些原子、物质飞出去的方向、速度就已经能决定几亿年以后的状况了。
说到这有人就要问了,那物理学发展到现在,拉普拉斯兽被证实或证伪了吗?其实有意思的是,量子力学的出现恰恰就说明了世界不是这样按部就班的,因为事物的发展并不是有因就有果的,还有叠加态,这就得说说四大神兽的另一只-薛定谔的猫。
1935年奥地利物理学家埃尔温薛定谔提出了一个思维实验,把一只猫关在一个封闭的容器里,容器不透明,从外面无法得知内部的状况,容器内装有少量的镭和氰化物,而由于镭是有几率衰变的,一旦它发生衰变就会触发机关打破装入氰化物的瓶子,这只猫就会被毒死。而由于镭的衰变具有随机性,所以外面的人并不知道猫死了没有,那么此时的猫就是处于生与死的叠加状态中。
薛定谔的猫这一观点有着试金石的作用,它便引出了如今的热门学科量子力学,进而还有各种诸如量子纠缠、量子隧川、量子通信、量子加密概念的出现,让人仿佛在看到了未来文明的图景。
最后一个,麦克斯韦妖。1871年英国物理学家詹姆斯麦克斯韦假设了一种妖怪,这个妖怪能探测并控制单个分子的运动,然后把它放在一个绝热的容器内,容器被分成了相等的两个,两个之间有一道小门,这个门便由麦克斯韦妖把守,容器中的空气分子会做无规则的运动,此时麦克斯韦妖便可以选择性地将速度较快的分子放入一格,速度较慢的分子放入另一格,这样其中一格就会比另外一格的温度高,以此形成温度差,利用温差便能驱动热气做功,击败热力学第二定律,实现永动。
热力学第二定律又叫熵增定律,它有很多表述,百科上的描述是不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或者可以说热量不能自发地从低温物体转移到高温物体,所以现实规律上,温度就是永远会从高温的地方向低温的地方转移。温度的本质是分子无规律的运动,运动的越剧烈温度就越高,那么一旦有这样一只可以探测分子运动速度的妖怪存在,那么便可以使上面那个盒子一边的温度越来越高,另一边的温度越来越低,从而违反热力学的第二定律。
以上就是著名的物理学四大神兽了,这四大神兽分别对应着微积分、经典力学、量子力学、热力学第二定律,你看,曾经枯燥的物理学知识也能如此生动有趣的展现出来。
惠勒的大烟龙。[呲牙笑]