¿Cuáles son los cuatro monstruos de la física?

Los cuatro monstruos de la física:

1. El gato de Schrödinger: más allá de la vida y la muerte.

Entre estas cuatro bestias míticas, quizás la más familiar para la gente sea el gato de Schrödinger, que es el experimento mental más famoso de la mecánica cuántica.

Ha pasado un siglo desde el nacimiento de la teoría cuántica y sigue confundiendo a la gente hasta el siglo XXI. Como dijo Bohr: "Quien no se vuelve loco al escuchar la teoría cuántica por primera vez no debe entenderla".

El gato de Schrödinger es uno de tantos enigmas cuánticos. Schrödinger intentó un experimento mental para comprobar las incertidumbres implícitas en la teoría cuántica.

Primero, comencemos con el concepto de experimento. El experimento implicó mantener a un gato en un recipiente hermético que contenía una pequeña cantidad de radio y cianuro. El radio tiene potencial para descomponerse; si el radio se descompone, se activa un mecanismo que rompe la botella con cianuro y el gato muere; si el radio no se descompone, el gato sobrevive;

Según la teoría de la mecánica cuántica, dado que el radio radiactivo se encuentra en una superposición de estados en descomposición y no en descomposición, los gatos también deberían estar en una superposición de gatos muertos y gatos vivos. Este gato vivo y muerto es el llamado "gato de Schrödinger".

Sin embargo, es imposible que un gato esté vivo y muerto, y el resultado no se puede saber hasta que se abre el recipiente. Este experimento intenta ilustrar el principio de superposición cuántica en la escala micro desde la escala macro, y conecta hábilmente la existencia de materia microscópica en forma de partículas u ondas después de la observación con el gato macroscópico para demostrar la existencia de formas cuánticas cuando interviene la observación.

2. Explique este experimento en lengua vernácula: La desintegración del núcleo atómico es un evento aleatorio. Lo que los físicos pueden saber con precisión es sólo la vida media: la mitad del tiempo requerido para la desintegración. Si la vida media de un elemento radiactivo es de un día, entonces la mitad del elemento desaparecerá después de un día y la mitad restante desaparecerá después de otro día.

Sin embargo, los físicos no tienen forma de saber cuándo se desintegró, si por la mañana o por la tarde. Por supuesto, los físicos conocen la probabilidad de que se descomponga por la mañana o por la tarde, que es la probabilidad de que el gato muera por la mañana o por la tarde.

Si no levantamos la tapa de la habitación secreta, podremos juzgar si el gato está vivo o muerto basándonos en nuestra experiencia diaria. Estos son sus dos estados característicos. Si utilizamos la ecuación de Schrödinger para describir el gato de Schrödinger, sólo podemos decir que se encuentra en una superposición de estados activo e inactivo.

Solo podremos saber con certeza si el gato está vivo o muerto en el momento en que se levanta la tapa. En ese momento, la función de onda formada por el gato se reducirá inmediatamente del estado de superposición al estado propio.

La teoría cuántica cree que si no abrimos la tapa para observar, nunca sabremos si el gato está vivo o muerto. Siempre estará en un estado de superposición de media muerte. el principio de incertidumbre microscópica en incertidumbre macroscópica. El principio de certeza y las leyes objetivas no están sujetos a la voluntad humana. Si un gato está vivo o muerto viola el pensamiento lógico.

2. La Tortuga de Zenón: Reducida a una pulgada.

La paradoja de Zenón es una serie de paradojas filosóficas sobre la indivisibilidad del movimiento propuestas por el antiguo matemático griego Zenón de Elea.

Persiguiendo a la tortuga

1. Contenido paradoja. Aquiles (también conocido como Aquiles) es un héroe de la mitología griega antigua que sabe correr. Supongamos que está corriendo con una tortuga. Su velocidad es diez veces mayor que la de la tortuga. La tortuga corre 100 metros delante de él. Él la persigue, pero no puede alcanzarla.

Porque en una carrera, el cazador primero debe llegar al punto de partida de la persona perseguida. Cuando Aquiles corrió 100 metros, la tortuga avanzó otros 10 metros, creando un nuevo punto de partida; persecución Cuando alcanza los 10 metros que la tortuga ha avanzado, la tortuga avanzó otro metro, y Aquiles solo puede alcanzar ese metro.

De esta manera, la tortuga crea innumerables puntos de partida, y siempre crea una distancia entre el punto de partida y ella misma, no importa cuán pequeña sea la distancia, mientras la tortuga siga avanzando, Aquiles lo hará. Persíguelo siempre. ¡No una tortuga!

En segundo lugar, aclara tu pensamiento. Esto realmente se reduce a una cuestión de tiempo. Por ejemplo, Aquiles se mueve a 10 metros por segundo, la tortuga se mueve a 1 metro por segundo y la tortuga está 100 metros por delante. La realidad es que Aquiles definitivamente alcanzará a la tortuga después de 100/9 segundos.

Según la lógica de la paradoja, estos 100/9 segundos se pueden subdividir infinitamente, dándonos la impresión de que nunca terminará.

Pero ese no es el caso en absoluto. Es como si hubiera 1 segundo primero tenemos que caminar la mitad, es decir 1/2 segundo, luego la mitad, es decir 1/4 de segundo, y luego la mitad, es decir 1/8 de. un segundo, y así sucesivamente, nunca completaremos este 1 segundo, porque por muy corto que sea el tiempo, se puede subdividir infinitamente.

¿Pero realmente nunca agotamos este segundo? Aparentemente no. Aunque pasemos por 1/2 segundo, 1/4 segundo, 1/8 segundo, etc. parece que nunca terminará. Pero, de hecho, el flujo de tiempo es uniforme. 1/2, 1/4 y 1/8 segundos son cada vez más cortos, aparentemente interminables, pero en realidad suman una sola constante, que es 1 segundo.

Entonces la paradoja de Zenón no existe.

3. Laprasmon: Buen razonamiento y omnisciente.

El demonio de Laplace es también un famoso experimento mental, propuesto por primera vez por el erudito francés Pierre-Simon Laplace en 1814. Vale la pena señalar que en la narración original, Laplace no usó la palabra "demonio" sino "hombre sabio".

1. Hipótesis: A principios del siglo XIX, Laplace afirmaba que el mundo objetivo presente es fruto del pasado y causa del futuro. Hay una bestia mítica en este mundo. Tiene vastos poderes sobrenaturales y lo sabe todo. Siempre que esté dispuesto a mover los dedos y los ojos y registrar un momento determinado, puede conocer la posición exacta y el impulso de cada átomo del universo. Puede utilizar las fórmulas simples de Newton para calcular instantáneamente el pasado y el futuro del universo.

Este es el famoso Laplace que escucha, que es bueno en la deducción y lo sabe todo.

2. Aclarar dudas. La teoría básica de Laplace es: siempre que comprendamos el estado de movimiento de la materia en un momento determinado, podemos deducir el estado de movimiento en el momento siguiente. Una vez determinado el estado de movimiento de cada partícula en todo el universo, se puede deducir el estado de movimiento del momento siguiente.

Pero la mayoría de los seres humanos no son tan optimistas. Si el destino de los seres humanos ha sido claramente calculado por el Demonio de Laplace, ¿qué manera tenemos de sobrevivir? Tarde o temprano hay que matarlo. En menos de cien años, se lanzaron nuevas teorías como la termodinámica y la mecánica cuántica. El físico Kelvin y el maestro de la mecánica cuántica Heisenberg comenzaron a unir fuerzas para rodear y reprimir al omnipotente demonio de Laplace.

El desarrollo de la mecánica cuántica en el último siglo muestra que nuestro universo no es determinista y la incertidumbre es la esencia del universo. Como resultado, el demonio de Laplace murió rápidamente. En comparación con la vieja tortuga seca anterior, se podría decir que su muerte es como el cielo en su infancia.

4. El demonio de Maxwell: Invertir el tiempo y el espacio.

El demonio de Maxwell, un monstruo imaginario de la física, puede detectar y controlar el movimiento de moléculas individuales. Fue propuesto por el físico británico James Maxwell en 1871 para ilustrar la posibilidad de violar la segunda ley de la termodinámica.

En ese momento, Maxwell se dio cuenta de que existía en la naturaleza un mecanismo de control de la energía que se oponía al aumento de la entropía. Pero no pudo explicar claramente el mecanismo. Sólo podía imaginar con humor un "diablo" que pudiera asignar partículas en movimiento térmico aleatorio a etapas específicas de acuerdo con ciertos órdenes y reglas. El "Diablo" de Maxwell es el prototipo de estructuras disipativas.

Se puede describir simplemente así: un contenedor aislado está dividido en dos compartimentos iguales, con una pequeña "puerta" controlada por el "diablo" en el medio. Las moléculas de aire en el contenedor están funcionando de manera irregular. Calefacción. Golpeará la puerta al moverse. Esta "puerta" puede colocar selectivamente moléculas más rápidas en un compartimento y moléculas más lentas en otro compartimento, de modo que un compartimento esté más caliente que el otro. Esta diferencia de temperatura se puede utilizar para impulsar el trabajo del motor térmico. Este es un ejemplo de máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo.

En 1981, el artículo de Bennett demostró que el proceso de disipación en el que la "puerta" controlada mágicamente de Maxwell permite que las moléculas pasen de un compartimento a otro no ocurre durante el proceso de medición, sino durante el proceso de medición. En el proceso de eliminar la "memoria" del juicio de la molécula anterior. Este proceso de "eliminación" es lógicamente irreversible.

Sin embargo, el demonio de Maxwell es sólo una hipótesis ideológica. En realidad, es imposible tener un dispositivo que pueda identificar moléculas automáticamente sin consumir energía. La entropía de la información colapsará en el acto.

Por tanto, en este caso, la segunda ley de la termodinámica sigue siendo una ley de hierro inquebrantable en el universo, por lo que las máquinas de movimiento perpetuo siguen siendo imposibles de lograr.

Los anteriores son los cuatro monstruos de la física, y todos han completado sus respectivas misiones. Los físicos todavía están trabajando arduamente para explorar las incógnitas del universo. En el proceso de exploración, se formarán nuevas teorías y en el futuro pueden surgir nuevos conceptos en física similares a las cuatro bestias míticas.

La filosofía detrás de esto:

Las cuatro bestias míticas no son más débiles que el legendario Dragón Azur, el Tigre Blanco, Suzaku y Xuanwu. La bestia mítica comprende el Gran Camino y puede deducir. todas las cosas, el demonio de Maxwell puede manipular todas las cosas e invertir el yin y el yang, y el gato de Schrödinger puede crear un universo que trasciende la vida y la muerte. Estas cuatro bestias míticas son buenas y malas. No sólo traen problemas a los científicos inteligentes, sino que también señalan el camino a los humanos que intentan evolucionar hacia dioses.