物理学四大神兽 | 拉普拉斯兽

经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理,它是20世纪以前的力学。其中最著名要数牛顿三大定律,以及万有引力定律。

说到经典力学,不得不提一下它曾经的坚定拥护者,拉普拉斯兽。拉普拉斯,也称乘龙,日本任天堂公司发行的掌机游戏《精灵宝可梦》(国内常称“口袋妖怪”)系列登场的虚构角色,首次出现于口袋妖怪红绿......不对,不是这个拉普拉斯。

拉普拉斯是法国分析学家、概率论学家和物理学家。拉普拉斯坚信决定论,他在他的概述论(Essai philosophique sur les probabilités)导论部分写道:

我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位置,假如他也能够对这些数据进行分析,那宇宙里最大的物体到最小的粒子的运动都会包含在一条简单公式中。对于这智者来说没有事物会是含糊的,而未来只会像过去般出现在他面前。

这里所说的“智者”即后人所谓的拉普拉斯兽。这只能够推演万物,未卜先知的兽,一度让牛顿建立的经典物理学帝国变得坚不可摧。

但是后来的人类对此并不表现得十分乐观,人们不愿意拉普拉斯兽将自己的命运算的一清二楚。于是,不出一百年,热力学和量子力学等新理论的出现对它进行了轮番攻击。

我们知道,经典力学的提出,存在着两个基本假定

  1. 假定时间和空间是绝对的,长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关;物质间相互作用的传递是瞬时到达的。
  2. 一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。
由此可知,经典力学实际上只适用于宏观低速。在高速运动情况下,时间和长度不能再认为与观测者的运动无关;在微观系统中,所有物理量在原则上不可能同时被精确测定。

近代观点指出,由于电子位置的不确定性,即使相互作用仅考虑牛顿力学,试图计算一个气态氧气分子在与其他分子碰撞50次(约0.1毫微秒以内)后的位置也是无效的;拉普拉斯兽的可能性是建立在经典力学可逆过程的基础上的,然而热力学理论则指出现实的物理过程都是不可逆的。

拉普拉斯兽的远去,让人们意识到了量子世界的存在。至此,“薛定谔的猫”应运而生。

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