薛定谔的猫只是物理学“四大神兽”之一,其他三大神兽你知道吗?


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【薛定谔的猫只是物理学“四大神兽”之一,其他三大神兽你知道吗?】
薛定谔的猫只是物理学“四大神兽”之一,其他三大神兽你知道吗?


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综述说起量子力学 , 可能有点陌生 , 但是提到薛定谔的猫 , 不少人都有所耳闻 。 薛定谔的猫也因此成为物理学的一大“神兽” , 不过还有另外三大“神兽” , 它们都曾为物理学的进步做出过重要贡献 , 究竟是哪三个呢?

薛定谔的猫首先我们了解一下大名鼎鼎的薛定谔的猫 。
虽说薛定谔这个名字很像中国人 , 但实际上是奥地利物理学家 , 它是量子力学的奠基人 , 推动了分子生物学和波动力学的发展 。
在量子力学领域 , 他提出的薛定谔方程是描述微观粒子的基本定律 , 有多重要呢?牛顿的三定律对经典力学有多重要 , 薛定谔的方程就有多重要 。
因此 , 薛定谔对物理的贡献还有很多 , 获得诺贝尔物理学奖就是有力的证明 , 说薛定谔是量子力学的奠基性大咖一点不夸张 , 量子力学界的牛顿 。

不过 , 了解量子力学的人并不多 , 真正让他广为人知的是薛定谔的猫这个思想实验 , 是量子力学绕不开的一个实验 。

薛定谔的猫究竟是什么实验呢?首先 , 这是一个思想实验 , 因为尖端科学受实验条件 , 现阶段科技水平限制 , 许多实验都是现实无法操作 , 只能靠理论推导 , 做思想实验之类来尝试证明 , 薛定谔的猫正是这样诞生的 。

其次我们来看一下这个实验的主要步骤 。
第一步 , 在头脑中想象有一个密闭的箱子 , 不打开看不到内部 , 里边关着一只猫 , 放着一瓶有毒氰化物 , 以及一粒半衰概率为二分之一的镭元素 。
如果镭元素发生了半衰 , 就会撞击氰化物 , 导致其泄露 , 猫会被毒死;如果镭元素没有发生半衰 , 氰化物不会泄露 , 猫安然无恙 。

第二步 , 关上箱子等待 。 这个过程中 , 人看不到箱子内部的情况 , 谁也不知道镭元素是否半衰 , 从量子力学来看 , 镭元素处于半衰和未半衰的叠加状态 , 猫也处于死和生的叠加状态 。 在箱子打开之前 , 谁也不知道猫是死是生 , 它既是死的 , 也是活得 。
这一观点和我们的生活常识大相径庭 , 引发人们的激烈讨论 。 薛定谔的猫实验并不是要哗众取宠 , 让大家恐慌 , 而是揭露量子力学的不完善和不确定 。

量子力学的现代意义
  • 麦克斯韦妖
量子力学界有薛定谔的猫 , 热力学界有麦克斯韦妖 。
詹姆斯·麦克斯是英国著名的物理学家、数学家 , 他出生在苏格兰的爱丁堡 , 对经典电动力学和统计物理学贡献巨大 , 是奠基性人物 。 电磁对现代电工业的不可或缺 , 甚至可以说没有电磁就没有现代电工业和现代工业文明 , 我们的世界是电动的 。
麦克斯韦不仅在电磁学、电动力学成就斐然 , 他对热力学也有所研究 , 并提出了麦克斯韦妖的实验 , 反驳热力学第二定律 , 广为人知 。

什么是热力学第二定律呢?如果说“熵增定律”对理工科感兴趣的人大概就听说过了 , 假设有一个完全封闭的系统 , 里面的混乱程度定义为“熵” , 如果熵值越大 , 就代表封闭系统内的混乱程度越高 , 反之亦然 。
举个例子 , 煤炭燃烧 。 煤炭本来是固体 , 有一个初始的熵 , 在燃烧过程中 , 煤炭变成气体和热量 , 这个系统内部的熵就变得更加混乱了 。

  • 拉普拉斯妖
科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出的假设更加玄幻 , 他假设存在一个恶魔 , 可以准确得知宇宙中所有原子的位置和动量 。

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