物理學神獸分別對應什么實驗 經典物理學四大神獸介紹

物理學十分注重實驗,最初的物理學理論就是從實驗中總結而來的 。任何物理理論創立之后,都需要經過實驗的反復驗證 。愛因斯坦的相對論提出百年之后,至今還在接受一系列嚴苛實驗的檢驗 。
不過,有些實驗在現實中很難實現,所以物理學家提出了思想實驗,包括愛因斯坦、牛頓在內的很多大物理學家都有提出過 。
雖然只是思想上的實驗,但它們引發人深省,并推動了物理學的發展 。在這些思想實驗中,有四個的名稱與動物有關,它們被冠以物理學“四大神獸” 。
(1)芝諾的烏龜

物理學神獸分別對應什么實驗 經典物理學四大神獸介紹


這是最早的“神獸”,由2480年前的古希臘哲學家芝諾提出,它又被稱為芝諾悖論 。試想一下,一個人以10米/秒的速度奔跑,一只烏龜以1米/秒的速度爬行 。一開始,烏龜比人領先了100米,那么,人在什么時候會追上烏龜?
這個問題看似是一個簡單的追及問題,只要人的跑動距離等于烏龜的領先距離加上烏龜的爬行距離,就能算出人會在出發后第11.11…(100/9)秒追上烏龜 。
然而,如果換個角度來看,結果會完全不一樣 。
第1秒,人跑了10米,烏龜領先人91米;第5秒,人跑了50米,烏龜領先人55米;第10秒,人跑了100米,烏龜領先人10米;第11秒,人跑了110米,烏龜領先人1米;第11.1秒,人跑了111米,烏龜領先人0.1米 。
物理學神獸分別對應什么實驗 經典物理學四大神獸介紹


如果空間能夠無限分割,烏龜和人之間的距離包含了無限多個點 。因此,烏龜可以一直在人的前面,盡管只領先了一點 。那么,這是否意味著人永遠也走不完無限多個點來追上烏龜呢?
其實不然 。烏龜一開始領先人100米,人跑動100米所需的時間為:
100/10秒=10秒
在這10秒期間,烏龜爬行的距離為:
10×1米=10米
這是10秒后烏龜領先人的距離,人再去追上這10米所需的時間為:
10/10秒=1秒
在這1秒期間,烏龜爬行的距離為:
1×1米=1米
這是1秒后烏龜領先人的距離,人再去追上這1米所需的時間為:
1/10秒=0.1秒
如此無限反復下去,人追上烏龜的時間為:
10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 …秒=11.11…秒,也就是100/9秒,所以人可以在有限時間內追上烏龜 。
(2)薛定諤的貓
物理學神獸分別對應什么實驗 經典物理學四大神獸介紹


根據量子力學的哥本哈根詮釋,在沒有進行觀測時,量子系統是處于不確定的疊加態 。一旦進行觀測,波函數坍縮,不確定性消失,量子系統將會變成一種確定的狀態 。這樣的描述與我們的常識大相徑庭,而且還會影響宏觀世界 。

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