物理學四大神獸，除了薛定諤的貓，你還知道哪些？

綜述

中國古代神話當中有著名的四大神獸，也就是青龍白虎，朱雀玄武，它們所代表的不僅僅是強大的自然力量，往往還帶著一些玄之又玄的神秘規則。而在神學之外，還有一樣非常講究規則的學問，那就是科學。

以物理學為例，在它所經歷的一系列發展當中，我們看到了層出不窮的奇妙理論，而據說這個學科也有它們自己的四大神獸，除了大家比較熟悉的薛定諤的貓之外，另外三大神獸是哪些呢？

薛定諤的貓

薛定諤的貓來自物理學家薛定諤所設想的一個思想實驗，直觀上看來，這個實驗其實非常簡單，實驗者會

把一隻貓關在一個密封起來的容器當中

，而這個容器當中放有

非常危險的有毒物質

，薛定諤本人當時用的是

氯化氫

加上一種放射性物質

鐳

。

鐳本身並不直接對這隻貓造成傷害，

它的危險性在於它隨時可能發生衰變，一旦衰變開始，就會觸發薛定諤設計的裝置機關

，氰化物就會從某個瓶子當中被釋放出來，這隻貓也就活不成了

這個實驗的關鍵就在於鐳的衰變反應會不會發生

，

它直接對應的結果就是貓是生還是死。

從量子力學的理論出發，我們可以認為衰變和不衰變是兩種同等機率的事件，所以在某種程度上，它們是共同存在的兩種狀況，有著同樣的客觀性，

也就是說這隻貓的生命狀態也有兩種，要麼就是死，要麼就是生。

但對於實驗人員來說，在開啟這個容器之前，

到底結果是哪一種是並不清楚的，面對密封的容器我們應該如何描述這隻貓的狀態呢？

既死又活可能是最合適的說法了，從物理學的角度來說，這個實驗想要談論的問題就是如何站在宏觀的視角上來看待微觀上的量子變化，我們在宏觀尺度上所進行的觀測到底如何與微觀這個維度聯絡起來，確實是量子物理學必須要面對的問題。

拉普拉斯妖

第二大神獸我們聽得不多，它的名字

叫作

拉普拉斯妖，提出者是一位名叫拉普拉斯的科學家，從這個神獸的名字上我們也能看出，它是一個比較抽象的形象，拉普拉斯想要用它來解決的問題其實並不具體，如果非要說，就是

假定它其實知道所有物質運動的軌跡和這個過程中所發生的能量變化。

甚至如果再把範圍擴大一些，這個妖怪在某種程度上扮演的就是上帝的角色，整個世界從

源起

到結局，每一個環節它都清清楚楚。

借用拉普拉斯妖的設定，我們就能在一種確定性的圖景當中來推導和認知整個宇宙，從本質上講

，這個神獸提供的就是一個人類研究者角色的對映物件。

有了它，我們就能免於驕傲自大的指責，更大膽地構想宇宙模型和各種理論，當然，隨著現代物理學的不斷髮展，

拉普拉斯妖的設定也被證明並不具有實用性。

至少在量子力學出現之後，宇宙結構的單一性就已經被否定了，我們所面對的世界是一個處在不斷變動當中的不確定時空，

即便有上帝的存在，它也無法在這一秒給出我們關於下一秒世界形態的答案。

麥克斯韋妖

第三大神獸的名字裡面也有一個妖字，所以跟拉普拉斯妖一樣，

它也是一個承載著某種設定的角色

，是由物理學家詹姆斯·麥克斯韋提出，為了補充說明一個實驗模型所設計的，所以也就以他的名字命名為麥克斯韋妖。

這個實驗的目的很簡單，就是為了證明

熱分子能夠透過內部的選擇性運動來產生能量

，如果可以控制這些分子在一個特定的系統當中，重複實現從高溫流向低溫的運動，那麼理論上我們就能用這個系統

無限功能

，也就把所謂的永動機變成了現實。

在麥克斯韋的模型當中，它設計了一個密閉的空間，然後用一塊擋板把這個空間隔開，並且在這個擋板上打開了一扇門。

按照他的解釋，這個密閉空間中有很多分子，它們有著不同的運動速度，大致上可以被分為熱分子和冷分子，前者處在高速運動當中，後者則相對平靜，當高速運動的熱分子不斷撞上擋板時，麥克斯韋妖作為守門的人，就會根據情況決定要不要開啟那扇門，最終的結果是要將熱分子集中到空間的一側，並且讓兩側之間的熱力差達到一定的差距，並以此來產生新的能量。

芝諾的烏龜

第四大神獸名叫芝諾的烏龜，它所講述的是一個非常有意思的悖論實驗，在這個實驗裡，

人竟然跑不過一隻烏龜

。芝諾的設計是，

一個能夠每秒跑10米的神和一隻每秒只能跑1米的烏龜之間進行比賽

，但是這個神必須先讓烏龜跑一百米，然後再出發。

這樣在第十秒的時候，這個神已經跑過了100米，而烏龜的位置是110米，按理說，神在下一秒就能超過烏龜，但是芝諾卻提出，

如果把時間無限分割，那麼這隻烏龜就可以擁有無數個起點，在這個意義上，神永遠也趕不上這隻烏龜。

結語

四大神獸都在這些科學家的實驗中扮演了重要的角色，雖然或多或少有一些漏洞，但也正是因為這些漏洞，才能讓後來的科學家可以站在前任的肩膀上，得到更加完善。