“薛定谔的貓”是物理學家埃爾溫·薛定谔提出的一個思想實驗，根據他的設想，一隻貓被關進了一個與外界完全隔絕的箱子裡，這個箱子裡有一個能釋放有毒物質的裝置，以及一個衰變概率為50%的粒子，一旦這個粒子發生衰變，那麼箱子裡的裝置就會立刻把有毒物質釋放出來，導緻箱子裡的貓死去。

量子力學的哥本哈根诠釋認為，一個量子系統在未被觀測的情況下處于一種不确定的疊加态，而一旦該量子系統被觀測了，其疊加态就會坍塌，其狀态也就确定了。

薛定谔指出，如果該理論是正确的，那麼箱子裡的粒子就處于一種“既衰變了又沒有衰變”的疊加态，由于粒子的衰變與否與貓的生死有着确定的關系，因此就可以得出一個奇怪的結論，即：在箱子沒有打開之前，箱子裡的貓處于一種“既死又活”的疊加态。

很明顯，這隻“既死又活”的貓是令人難以接受的，實際上，薛定谔正是想通過這個思想實驗來告訴人們，所謂的疊加态有多離譜，然而令他意想不到的是，時至今日，這隻貓俨然已成為了量子力學的“形象代言貓”。

薛定谔的貓也被人們戲稱為物理學的“神獸”，不過它并不是唯一獲此稱号的，其實薛定谔的貓隻是物理學“四大神獸”之一，那其他三大神獸你知道嗎？

實際上，除了薛定谔的貓之外，其他的三大神獸分别是“拉普拉斯妖”、“芝諾龜”和“麥克斯韋妖”，下面我們就來分别了解一下。

“拉普拉斯妖”由物理學家、數學家皮埃爾·西蒙·拉普拉斯提出，他認為宇宙是遵從因果律的，現在的宇宙其實是未來的宇宙的“因”，也是過去的宇宙的“果”。

在這種情況下，假如有一隻“神獸”能夠獲取到現在的宇宙中所有自然運動的力、以及所有自然構成的物件的全部信息，并且能夠對其進行分析處理，那麼它就可以知道宇宙的一切，從最小的粒子到最大的結構，無論是過去還是未來，全都清清楚楚、明明白白。

這隻能夠洞悉一切的“神獸”就被稱為拉普拉斯妖，如果它真的存在，就意味着宇宙的一切都早已注定，不得不說，這是令人無法接受的。幸運的是，随後出現的“混沌理論”基本上否定了一個可預知的宇宙存在的可能性，而量子力學中描述的微觀世界的不确定性，更是讓拉普拉斯妖存在的可能性變得微乎其微。

“芝諾龜”是由古希臘數學家、哲學家芝諾提出，這隻“神獸”的特異之處就是，雖然它的行動速度比你慢得多，但是如果你讓它先跑的話，那你就永遠追不上它。

如上圖所示，假設你的速度比“芝諾龜”快，現在你讓“芝諾龜”先跑，當它跑到了位置B的時候你才開始追，那麼當你追到位置B的時候，那麼“芝諾龜”就跑到了位置C，現在你繼續追，當你追到位置C的時候，“芝諾龜”又跑到位置D，而當你追到位置D的時候，“芝諾龜”又跑到了位置E……

芝諾指出，由于“芝諾龜”在持續前進，因此當你每次追到“芝諾龜”在上一次的位置時，它的實際位置總是會位于這個位置的前面一點，就這樣，盡管你與“芝諾龜”之間的距離一直在縮短，但你卻永遠都追不上它。

可以看到，“芝諾龜”其實是一個悖論，畢竟在現實世界中，根本不可能發生這種事情，盡管如此，人們也很難對其進行反駁，實際上，直到微積分出現之後，人們才可以從理論上來嚴謹地證明“芝諾龜”并不存在。

“麥克斯韋妖”來自經典電動力學的創始人、物理學家詹姆斯·克拉克·提出的思想實驗，在了解這隻“神獸”之前，我們有必要簡單介紹一下“溫度”這個物理量到底是怎麼回事。

從微觀角度來講，溫度是指物體内部的微觀粒子熱運動的激烈程度，微觀粒子的熱運動速度越高，溫度也就越高。

需要注意的是，溫度其實是大量微觀粒子的集體表現，是具有統計意義的，所以當我們說一團空氣的溫度時，其實是指這團空氣中的空氣分子熱運動的平均速度，而對于這團空氣中的單個空氣分子而言，它們的熱運動速度并不一樣，具體表現為有的速度快，有的速度慢（如下圖所示）。

麥克斯韋提出的設想是，假設有一個封閉的容器，其中充滿了空氣，現在把這個容器分成A和B兩個區域，并在這兩個區域之間設置一個可以開關的通道，這個通道非常小，每次隻能允許一個空氣分子通過，由一個能夠識别出單個空氣分子熱運動的“快”與“慢”的生物來進行控制。

這個生物所做的事情就是，當A區域中的一個空氣分子接近通道時，如果這個空氣分子的速度較快，那就打開通道，讓它移動到B區域，如果這個空氣分子速度較慢，那就關閉通道，不允許它移動到B區域，而對于B區域中的空氣分子則反過來做，即：如果空氣分子的速度較慢就允許通過，速度較快則不允許通過。

這個生物就被稱為“麥克斯韋妖”，可以看到，在它的操控下，A區域中速度較快的空氣分子就會不斷地向B區域聚集，與此同時，B區域中速度較慢的空氣分子也會持續地向A區域轉移，随着這個過程的持續，最終就會形成一個“A區域溫度低、B區域溫度高”的結果。

麥克斯韋認為，從理論上來講，“麥克斯韋妖”控制通道所消耗的能量可以非常小，以至于與單個空氣分子的動能相比都可以忽略不計，如果真是這樣的話，那麼上述的過程就可以認為是違背了熱力學第二定律。

要知道如果熱力學第二定律真的可以違背，就意味着第二類永動機是可以實現的，所以科學界普遍認為“麥克斯韋妖”是不可能存在的。盡管如此，還是有一些研究者對此非常感興趣，并試圖在實驗中創造出“人工麥克斯韋妖”，但迄今為止，這一類的實驗都沒有成功過。

總而言之，物理學“四大神獸”其實都隻存在于思想實驗之中，它們的提出有助于相關理論的發展與完善，可以想象的是，随着人類科學的持續進步，未來還可能有更多類似的“神獸”出現。

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見。

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