2023公共基礎(chǔ)知識(shí)科技常識(shí)：物理學(xué)四大神獸
人類在科學(xué)發(fā)展史中，有過很多著名的思維實(shí)驗(yàn)。這些思維實(shí)驗(yàn)都是在現(xiàn)實(shí)中無法做到的。例如愛因斯坦有關(guān)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的著名思想實(shí)驗(yàn)，思想實(shí)驗(yàn)需求的是想象力，而不是感官。此外，著名的思維實(shí)驗(yàn)還有傳說中的物理學(xué)四大神獸。
【試題練習(xí)】(單選)1.為了批駁熱力學(xué)第二定律。有科學(xué)家構(gòu)思了一個(gè)可以自動(dòng)形成溫差，從而制作第二類永動(dòng)機(jī)的思維實(shí)驗(yàn)，這個(gè)思維實(shí)驗(yàn)是：（ ）
A.拉普拉斯妖 B.薛定諤的貓 C.麥克斯韋妖 D.芝諾烏龜
【答案】C【解析】1871年由19世紀(jì)英國物理學(xué)家麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性，而設(shè)想的一個(gè)思維實(shí)驗(yàn)，他設(shè)想了一個(gè)無影無形的小妖精，它處在一個(gè)盒子中的一道閘門邊，它允許速度快的微粒通過閘門到達(dá)盒子的一邊，而不允許速度慢的微粒通過閘門到達(dá)盒子的另一邊。這樣，一段時(shí)間后，盒子兩邊產(chǎn)生溫差。故本題答案選C。
【知識(shí)拓展】：
一、薛定諤的貓
根據(jù)量子力學(xué)理論，物質(zhì)在微觀尺度上存在兩種完全相反狀態(tài)并存的奇特狀況，這被稱為有效的相干疊加態(tài)。為了描述量子的相干性，薛定諤提出了一個(gè)思維實(shí)驗(yàn)。
在一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會(huì)衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，同時(shí)有50%的概率放射性物質(zhì)不會(huì)衰變而貓將活下來。
這個(gè)時(shí)候，觀測還未發(fā)生，盒子里的物質(zhì)是，既衰變又沒有衰變的。那么這個(gè)盒子就是一個(gè)既有毒又沒毒的狀態(tài)。所以貓也是既生又死，不生不死的狀態(tài)。
聽起來很奇怪對(duì)吧?這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)就是在說明量子力學(xué)對(duì)微觀粒子世界超乎常理的認(rèn)識(shí)和理解，用貓這一宏觀的事物作為比喻來描述微觀，貓既活又死違背了邏輯思維。所以也被稱為物理學(xué)四大神獸之一。
二、拉普拉斯妖
1814年法國數(shù)學(xué)家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出一個(gè)假設(shè)，假設(shè)有一個(gè)妖魔，知道宇宙中每個(gè)原子確切的位置和動(dòng)量，那么它就能夠使用牛頓定律來展現(xiàn)宇宙事件的整個(gè)過程，不論是過去還是未來。
拉普拉斯認(rèn)為，可以把宇宙現(xiàn)在的狀態(tài)視為其過去的果以及未來的因。如果一個(gè)超然的人，能知道某一刻所有自然運(yùn)動(dòng)的力和所有自然構(gòu)成的物件的位置，假如他也能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，那宇宙里最大的物體到最小的粒子的運(yùn)動(dòng)都會(huì)包含在一條簡單公式中。那么對(duì)于這個(gè)人來說，任何東西會(huì)如何發(fā)展，都會(huì)清清楚楚，而未來只會(huì)像過去般出現(xiàn)在他面前。
三、麥克斯韋妖
人類一直都有制作永動(dòng)機(jī)的夢想。其中不需要消耗任何能量的稱為第一類永動(dòng)機(jī)，已被證實(shí)為不可能實(shí)現(xiàn)。此外還有一種第二類永動(dòng)機(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)的原理是吸收消耗的熱量作為能源，不停的做功就會(huì)不停的釋放熱量，釋放的熱量如果被回收就可以不停的提供能量。
第二類永動(dòng)機(jī)的構(gòu)想，就需要有溫度差的熱源。一旦有溫度差，按照熱力學(xué)第二定律，就可以產(chǎn)生能量。但是隨著第二定律發(fā)揮作用，溫度差會(huì)逐漸減小，當(dāng)溫度差消失，就無法再做功。
所以如何保持溫度差就很重要。1871年，麥克斯韋提出了“麥克斯韋妖”。
一個(gè)絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由一種機(jī)制控制的一扇活板門，容器中的空氣分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)撞擊門，麥克斯韋妖控制著門，將速度較快的分子(溫度較高)放入其中一格，將速度較慢的分子(溫度較低)放入另一格，這樣，兩格的溫度就會(huì)一高一低。
四、芝諾的烏龜
芝諾的烏龜也叫芝諾悖論，是古希臘數(shù)學(xué)家芝諾提出的一系列關(guān)于運(yùn)動(dòng)的不可分性的哲學(xué)悖論。
假設(shè)一個(gè)人從A點(diǎn)走到B點(diǎn)，要先走完路程的1/2，再走完剩下總路程的1/2，再走完剩下的1/2……如此循環(huán)下去，永遠(yuǎn)不能到終點(diǎn)。因?yàn)橛肋h(yuǎn)有走不完的1/2的路程。
