科學(xué)對(duì)人類的幫助是毋庸置疑的，它不僅顛覆了人類以往數(shù)千年對(duì)世界的認(rèn)知，還進(jìn)一步拓展了人類的探索范圍 。
科學(xué)想要進(jìn)步其實(shí)并沒(méi)有什么捷徑可走，它靠的就是無(wú)數(shù)科學(xué)家前赴后繼的探索與研究 。而在對(duì)科學(xué)的研究中，“實(shí)驗(yàn)”是其最基本也是最直接的方法之一 。
有意思的是，因?yàn)榉N種原因的困擾和限制，一些實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)并不是在現(xiàn)實(shí)世界中，而是在人類的大腦中用想象力去完成，科學(xué)家們將這種另類的實(shí)驗(yàn)稱為“思想實(shí)驗(yàn)” 。
隨著思想實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)與普及，科學(xué)界也因此誕生了“四大神獸” 。而這四大神獸中，除了薛定諤的貓比較出名之外，另外三個(gè)你可能都不知道，下面就一起來(lái)看看這科學(xué)界“四大神獸” 。
薛定諤的貓
正如上文所說(shuō)，隨著量子力學(xué)的逐漸普及，薛定諤的貓這個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)也開(kāi)始逐漸被人所知 。
【和薛定諤的貓齊名的動(dòng)物 物理學(xué)“四大神獸”-除了薛定諤的貓,另外三個(gè)是什么-】不過(guò)，雖然實(shí)驗(yàn)的名聲打出去了，但許多人不知道薛定諤這個(gè)“虐貓狂人”為什么要跟一只貓過(guò)不去，甚至要將它關(guān)到一個(gè)箱子中，又在箱子中放入毒藥 。
其實(shí)薛定諤當(dāng)初設(shè)計(jì)這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)的目的，是為了反駁量子力學(xué)的根本——哥本哈根詮釋，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的也非常簡(jiǎn)單：
將一只貓放入一個(gè)不透明的封閉箱子中，并且在箱子中放入一個(gè)蓋格計(jì)數(shù)器、毒氣釋放裝置以及一個(gè)放射性原子 。
假設(shè)該原子在一小時(shí)內(nèi)有50%的概率衰變，衰變后會(huì)釋放出一個(gè)粒子，這個(gè)粒子會(huì)被蓋格計(jì)數(shù)器檢測(cè)到，從而打開(kāi)毒氣釋放裝置，將封閉箱子中的貓殺死 。實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題是：一小時(shí)后，箱子中的貓是生還是死？
如果不打開(kāi)箱子觀察，永遠(yuǎn)也不知道箱子中的原子是否已經(jīng)衰變，也就不知道貓咪的狀態(tài) 。在量子力學(xué)中，原子的狀態(tài)處于兩種狀態(tài)（衰變或不衰變）的疊加態(tài)中 。
而因?yàn)樵拥臓顟B(tài)也能影響貓咪的狀態(tài)，因此貓咪也就陷入了“或生”、“或死”的奇妙狀態(tài)中，我們?cè)跓o(wú)法判斷貓咪狀態(tài)的情況下，只能認(rèn)為它此刻“又生又死” 。
搞笑的是，薛定諤設(shè)計(jì)這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)的目的明明是為了反駁量子力學(xué)，但到頭來(lái)卻成為了詮釋量子力學(xué)特性的典型試金石 。
拉普拉斯妖
1814年，法國(guó)數(shù)學(xué)家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出了一個(gè)概念：有一個(gè)妖精，這個(gè)妖精知道宇宙中所有粒子以及它們的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且能夠用經(jīng)典力學(xué)推理出所有下一個(gè)瞬間的信息 。
其實(shí)如果宇宙中真的有擁有這種能力的妖精，就等于它知道了宇宙中所有事物的未來(lái) 。那么這樣的妖精真的存在嗎？答案當(dāng)然是否定的 。
對(duì)于其最大的駁斥就是量子力學(xué)的出現(xiàn)與建立，量子力學(xué)認(rèn)為未來(lái)是不確定的，而是會(huì)以一種概率的方式隨機(jī)發(fā)生 。
需要注意的是，量子力學(xué)中所說(shuō)的“未來(lái)是不確定的”，其實(shí)并不是完全的不確定，而是給出了可能會(huì)出現(xiàn)的情況及其對(duì)應(yīng)的概率，未來(lái)只會(huì)在這些給出的可能中選擇（也會(huì)出現(xiàn)特殊情況） 。
為什么會(huì)出現(xiàn)拉普拉斯妖？其實(shí)這主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)科學(xué)界仍然是“決定論”占據(jù)主導(dǎo)地位，認(rèn)為宇宙中的一切都能夠通過(guò)前提條件計(jì)算推導(dǎo)，人類的行為、認(rèn)知都有條件決定其發(fā)生，這意味著未來(lái)是能夠通過(guò)計(jì)算精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的 。
值得一提的是，愛(ài)因斯坦最開(kāi)始是非常推崇決定論的，由此在面對(duì)量子力學(xué)時(shí)才有了那句非常有名的話——上帝不投骰子 。但事實(shí)證明他錯(cuò)了，上帝不僅投骰子，而且投得非常好 。
麥克斯韋妖
1850年，物理學(xué)家魯?shù)婪颉た藙谛匏固岢隽藷崃W(xué)第二定律，用于描述熱量從高向低的移動(dòng)過(guò)程 。
1855年，克勞修斯在其中引入了“熵”的概念，用于描述其不可逆的過(guò)程，所以熱力學(xué)第二定律也被稱為“熵增定律” 。
為了證明熵增定律只有在某些限定條件下才能成立，科學(xué)巨匠麥克斯韋設(shè)計(jì)了一個(gè)很有意思的思想實(shí)驗(yàn)：
一個(gè)不受外界溫度影響的箱子被一塊活板分為A、B區(qū)，活板由一個(gè)小妖控制，它知道箱子中任意分子的運(yùn)動(dòng)速度 。
每當(dāng)A區(qū)速度快的分子快撞上活板時(shí)，小妖就會(huì)控制活板將它放入B區(qū)，A區(qū)中剩下的都是運(yùn)動(dòng)速度慢的分子 。
而B(niǎo)區(qū)中的情況和A區(qū)完全相反，那些運(yùn)動(dòng)速度快的分子會(huì)被留在B區(qū)不動(dòng)，運(yùn)動(dòng)慢的分子則會(huì)被小妖放到A區(qū) 。
采用這樣的分類方法之后，B區(qū)分子平均運(yùn)動(dòng)速率會(huì)升高，A區(qū)則和B區(qū)完全相反，也就意味著B(niǎo)區(qū)溫度高，A區(qū)溫度低 。
按照“熵增定律”，熱量會(huì)從高到低移動(dòng)，最后全部平均，這是個(gè)完全不能逆轉(zhuǎn)的過(guò)程，但此時(shí)原本溫度一樣的A、B兩區(qū)卻出現(xiàn)了越來(lái)越明顯的溫差，這說(shuō)明“熵增定律”是可逆的 。
麥克斯韋設(shè)計(jì)的這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)讓當(dāng)時(shí)許多人啞口無(wú)言，直到二十世紀(jì)五十年代信息熵概念的出現(xiàn)，這只在盒子中控制著活板門(mén)的麥克斯韋妖才徹底退出歷史舞臺(tái) 。
芝諾的烏龜
芝諾的烏龜是古希臘哲學(xué)家芝諾設(shè)計(jì)的思想實(shí)驗(yàn)，主要探討了時(shí)間與空間的連貫性，也就是時(shí)間究竟是不是可以被無(wú)限分割 。
在芝諾設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中，希臘有名的運(yùn)動(dòng)健將阿基里斯與一只烏龜進(jìn)行賽跑，阿基里斯對(duì)自己非常有信心，他先讓烏龜跑1000米，然后再?gòu)钠鹗季€追趕烏龜 。
芝諾指出，在阿基里斯跑到1000米這個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，烏龜肯定又往前爬了一段距離，比如說(shuō)20米 。此時(shí)烏龜距離起始線1020米，阿基里斯距離起始線1000米 。
為了追上烏龜，阿基里斯仍然要繼續(xù)奔跑，再跑20米的距離，而當(dāng)他再跑20米時(shí)，烏龜肯定又往前跑了一段距離，比如說(shuō)1米，阿基里斯繼續(xù)往前追1米，而烏龜則又往前跑了1厘米，阿基里斯繼續(xù)向前追1厘米……
可能很多人都發(fā)現(xiàn)了，在這個(gè)故事中阿基里斯只能無(wú)限接近跑在他前面的烏龜，卻不能真正的追上它 。
也就是說(shuō)，只要阿基里斯和烏龜之間的距離能夠無(wú)限分割下去，那可以被無(wú)限分割的距離就需要用無(wú)限的時(shí)間去追趕 。
芝諾提出的這個(gè)悖論直到現(xiàn)在還在一直讓我們?nèi)シ此?，空間與時(shí)間究竟有沒(méi)有真正意義上的最小單位，而它們又和宇宙中其他存在有著怎樣的聯(lián)系 。
以上就是科學(xué)界“四大神獸”，它們其實(shí)就是四個(gè)思想實(shí)驗(yàn)中的“主角” 。從某種意義上來(lái)看，它們其實(shí)也象征著人類對(duì)真理的追求以及對(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，而在這種追求和態(tài)度之下，未來(lái)或許會(huì)有越來(lái)越多有意思的“神獸”出現(xiàn) 。
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