物理界的四大神兽是什么（物理学四大神兽）

物理界的四大神兽是什么（物理学四大神兽）1814年，法国数学家拉普拉斯提出一种科学假设：在芝诺的龟慢吞吞地爬行了2000年以后，拉普拉斯兽降世了。如果采用数学的方法，阿喀琉斯不仅能追上乌龟，而且早就甩它几条街了；但是用物理的思想，却永远没有办法证明勇士追上了乌龟。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！这个悖论曾经困扰了整个科学界上千年的时间，这也导致了第二次的数学危机，直到近代微积分的出现，人类才具备了解构此问题的能力，相对完善的回答了此问题。

人类历史长河中，物理学界曾经流行着四大神兽：

分别是缩地成寸永远追不上的芝诺龟，推演万物未卜先知的拉普拉斯兽，逆转时空起死回生的麦克斯韦妖和超越因果亦生亦死的薛定谔猫，它们如同鬼魅般，掀起物理学界、哲学界、数学界的轩然大波……

• 芝诺的乌龟

先从最“高寿”的芝诺的龟说起。芝诺是两千多年前希腊爱利亚学派的一个代表人物，可以说是第一个提出悖论的人。

他提出的乌龟悖论是：一位勇士阿喀琉斯与乌龟赛跑，他的速度为乌龟10倍，乌龟在前面100米跑，他在后面追，但他不可能追上乌龟。

如果采用数学的方法，阿喀琉斯不仅能追上乌龟，而且早就甩它几条街了；但是用物理的思想，却永远没有办法证明勇士追上了乌龟。

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！

这个悖论曾经困扰了整个科学界上千年的时间，这也导致了第二次的数学危机，直到近代微积分的出现，人类才具备了解构此问题的能力，相对完善的回答了此问题。

• 拉普拉斯兽

在芝诺的龟慢吞吞地爬行了2000年以后，拉普拉斯兽降世了。

1814年，法国数学家拉普拉斯提出一种科学假设：

世界上有一个神兽，它知道宇宙中每个原子确切的位置和动量，那么就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。

而这个的超凡的“神兽”就是拉普拉斯兽，于是乎宇宙万物的运转以及未来尽在这个未卜先知的“上帝”的掌握中。

拉普拉斯兽的设想建立在牛顿经典物理学上，一度认为是坚不可摧的，然而在100多年后，这头拉普拉斯兽就被开尔文和海森堡用量子力学给打败了。

量子物理学奠基人之一的海森堡，提出了测不准原理：你不可能同时知道一个粒子的位置和速度，既然已经测不准了，推测未来就无从谈起。

而量子物理学中“有果不一定有因”，对经典物理学中因果学说进一步进行了动摇。随着量子物理学蓬勃发展，其后的各种理论以及实验中所观测到的现象，都与拉普拉斯兽不相容。

而混沌理论的诞生，再次完美地驳斥了拉普拉斯鬼的存在，最终拉普拉斯兽被驯服。

• 麦克斯韦妖

然后是麦克斯韦妖。

1871年，英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦针对热力学提出的一个假想实验。

那是一个永动机频出的时代，一群人热衷于永动机的幻想。当“能量守恒定理”显示之后，人们发现第一类永动机是无法被制造出来了，于是瞄准了“第二类永动机”，即热与功之间的转换。

后来第二热力学定律出现了，人们发现了熵递增的原理。第二类永动机也不攻自破，真正意义上断绝了永动机的幻想。

麦克斯韦妖就是针对热力学第二定律，即熵增定律提出的。麦克斯韦作为物理学集大成者，他隐隐感觉到，这个宇宙中可能存在着某种机制，在抵抗着熵的增加。但他无法清晰地说明这种机制，他只能假定为一种“妖”。

这个“小妖”是这样工作的：一个绝热盒子被分成相等的两格，中间是由“小妖”控制的一扇小“门”。他站在门前，盯住了每一个分子，如果是运动快的分子（势能高，即比较热）他就不让这个分子过去，如果是运动比较慢的分子（势能低，即比较冷）他就放它过去。

久而久之，原本温度平衡的箱子，就出现了一半热一半冷的现象。这个是与热力学第二定律相悖的，根据熵增定理，上诉过程相反一下才是正确的。

这只妖的出现，与拉普拉斯兽让人绝望不同，他是整个宇宙的救星！

因为热力学第二定律告诉我们，宇宙的熵一直在增加，最后，整个宇宙都会归于一片寂静。也就是说，不管人类科技发展到哪一步，所有的结局注定都是毁灭。

但这头妖的出现，让人们意识到，用最低限度减少过程中的能量消耗，从而达到不损耗能量也能够获取信息。这意味着宇宙或许还有救。而且倘若真的存在，第二类永动机没准真的能实现。

但现在物理学已经证明，小妖控制“门”的耗散过程中依然需要消耗能量，但并不是在放分子的过程，而是在判断分子快慢的过程中。

也就是说，信息依然也是有能量的！是负熵！这代表着麦克斯韦妖依然没有违背物理学第二定律。

• 薛定谔的猫

最后一个“薛定谔的猫”离我们最近，1935年，奥地利物理学家薛定谔针对量子力学的边界问题，提出了著名的思想实验：

在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者才能知道里面的结果，而在盒子尚未被打开时，这只神奇的猫则处于“既生又死”、生死叠加的状态中。

薛定谔的猫本身是一个假设的概念，随着技术的发展，人们在光子、原子、分子中实现了薛定谔猫态，甚至已经开始尝试用病毒来制备薛定谔猫态，如刘慈欣《球状闪电》中变成量子态的人，人们已经越来越接近实现生命体的薛定谔的猫了。