Las "Cuatro Bestias Divinas" de la Física: Además del gato de Schrödinger, ¿cuáles son las otras tres?

La física concede gran importancia a los experimentos, y las teorías físicas originales se resumieron a partir de experimentos. Una vez establecida cualquier teoría física, es necesario verificarla repetidamente mediante experimentos. Cien años después de que se propusiera la teoría de la relatividad de Einstein, todavía está siendo probada mediante una serie de experimentos rigurosos.

Sin embargo, algunos experimentos son difíciles de implementar en la realidad, por lo que los físicos han propuesto experimentos mentales. Muchos grandes físicos, incluidos Einstein y Newton, los han propuesto. Aunque son sólo experimentos ideológicos, invitan a la reflexión y promueven el desarrollo de la física. Entre estos experimentos mentales, cuatro tienen nombres relacionados con animales, a los que se les denomina las "cuatro bestias míticas" de la física.

(1) La Tortuga de Zenón

Esta es la primera "bestia mítica", propuesta por el antiguo filósofo griego Zenón hace 2480 años. También se la llama el Argumento de Zenón. Imagínense una persona corriendo a una velocidad de 10 metros/segundo y una tortuga arrastrándose a una velocidad de 1 metro/segundo. Al principio, la tortuga estaba 100 metros por delante del hombre. Entonces, ¿cuándo alcanzará el hombre a la tortuga?

Este problema parece ser un simple problema de ponerse al día. Siempre que la distancia de carrera de la persona sea igual a la distancia de avance de la tortuga más la distancia de arrastre de la tortuga, se puede calcular que. la persona tendrá 11.11?(100/ 9) Alcanza a la tortuga en segundos.

Sin embargo, si lo miras desde otro ángulo, los resultados serán completamente diferentes. En el primer segundo, la persona corrió 10 metros y la tortuga estaba 91 metros por delante de la persona; en el quinto segundo, la persona corrió 50 metros y la tortuga estaba 55 metros por delante de la persona; la persona corrió 100 metros y la tortuga estaba 10 metros por delante de la persona; en el día 11, el hombre corrió 110 metros y la tortuga estaba 1 metro por delante del hombre en 11,1 segundos, el hombre corrió 111 metros y la tortuga estaba 0,1 metros por delante del hombre.

Si el espacio se puede dividir infinitamente, la distancia entre la tortuga y la persona incluye infinitos puntos. Por lo tanto, la tortuga siempre puede estar delante de la persona, aunque esté sólo un poquito por delante. Entonces, ¿significa esto que una persona nunca puede pasar por un número infinito de puntos para alcanzar a la tortuga?

De hecho, no lo es. La tortuga va 100 metros por delante del hombre al inicio. El tiempo que tarda el hombre en correr 100 metros es:

100/10 segundos = 10 segundos

Durante estos 10. segundos, la distancia recorrida por la tortuga es:

10?1 metro=10 metros

Esta es la distancia que la tortuga guiará a la persona después de 10 segundos. la persona que debe alcanzar los 10 metros es:

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10/10 segundos=1 segundo

Durante este 1 segundo, la distancia que recorre la tortuga es:

1?1 metro=1 metro

Esta es la distancia que recorrerá la tortuga después de 1 segundo. El tiempo que le toma a una persona alcanzar este metro es:

1/10 segundo = 0.1 segundo

Así que infinito Repetidamente, el tiempo que tarda una persona en alcanzar a la tortuga es:

11+0.1+0.01 +0,001+0,0001+ segundos = 11,11 segundos, que son 100/9 segundos, por lo que las personas pueden alcanzar a la tortuga en un tiempo limitado. Ponte al día con la tortuga.

(2) El gato de Schrödinger

Según la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, cuando no se realizan observaciones, el sistema cuántico se encuentra en un estado de superposición incierto. Una vez que se realiza una observación, la función de onda colapsa, la incertidumbre desaparece y el sistema cuántico pasa a un estado determinista. Esta descripción es muy diferente de nuestro sentido común y también afectará al mundo macroscópico.

Así que Schrödinger, uno de los fundadores de la mecánica cuántica, propuso tal experimento mental. En una caja cerrada, coloque un trozo de material radiactivo. Si se desintegra, las partículas resultantes provocarán la descarga del medidor Geiger y se soltará un martillo a través del relé. El martillo caerá y romperá la botella de veneno, provocando una explosión. fuego en la caja de gatos murió. Si el material radiactivo no se hubiera desintegrado, el gato de la caja todavía estaría vivo.

Según la Interpretación de Copenhague, cuando la caja no se abre para su observación, la desintegración del material radiactivo es incierta y en un estado de superposición. Esto hará que el gato en la caja también esté en un estado incierto. ?Muerto y vivo? Este es el famoso gato de Schrödinger.

En este sentido se ha propuesto la interpretación del multimundo o teoría de los universos paralelos. El gato en la caja en realidad está vivo y muerto. Esto creará dos universos paralelos independientes, y los observadores en cada línea de tiempo observarán un estado determinado.

(3) El demonio de Maxwell

La ley del aumento de entropía muestra que el grado de orden de un sistema aislado solo será cada vez más bajo, y el grado de caos solo aumentará y más alto Este es un proceso irreversible. Por ejemplo, después de mezclar agua y etanol, el agua pura y el etanol no se pueden separar espontáneamente. Dado que todo el universo se considera un sistema aislado, esto significa que el universo está destinado a alcanzar un estado de muerte por calor con máxima entropía en el futuro, y en ese momento el universo caerá en completo silencio.

Pero según la imaginación del famoso físico Maxwell, el universo aún puede salvarse, para lo cual se necesita el demonio de Maxwell. El demonio de Maxwell puede controlar el movimiento de cada partícula, lo que significa que esta "bestia mítica" tiene la capacidad de revertir la entropía, permitiendo que las moléculas mezcladas de agua y etanol se separen individualmente, y también puede hacer que otras partículas en el universo se vuelvan más ordenadas, así revertir el final de la muerte por calor del universo.

(4) El demonio de Laplace

Esta "bestia mítica" fue propuesta originalmente por el físico y matemático Laplace. Desde una perspectiva microscópica, todo en el universo son partículas, y el funcionamiento del universo es el resultado del movimiento simultáneo de todas las partículas. El demonio de Laplace conoce el impulso y la posición de todas las partículas del universo, por lo que todo lo que sucede en el universo está destinado y puede calcularse.

Pero con el desarrollo de la mecánica cuántica, los físicos se dieron cuenta de que el mundo microscópico está dominado por la incertidumbre y que es simplemente imposible para nosotros medir con precisión el impulso y la posición de una partícula al mismo tiempo. Además, según la teoría del caos, cuando intentamos calcular el futuro de una partícula, nuestro comportamiento de cálculo afectará el movimiento de la partícula, y esta diferencia se amplificará gradualmente, haciendo que el resultado se vuelva impredecible.

Finalmente, si las cuatro bestias míticas de la física lucharan entre sí, ¿quién crees que ganaría?