物理學中有哪些不可思議

Ⅰ 物理學的四大神獸，除了薛定諤的貓還有哪些

物理學的四大神獸分別是薛定諤的貓、拉普拉斯妖、麥克斯韋妖、芝諾龜

薛定諤的貓是為了反擊海森堡的測不準原理而誕生的，海森堡的測不準原理則是指，你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度，粒子位置的不確定性，必然大於或等於普朗克常數除於4π（ΔxΔp≥h/4π）。

薛定諤提出在一個盒子里有一隻貓，以及少量放射性物質。之後，有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這只貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。

在過去的幾十年裡，物理學家成功地在實驗室中實現了多種薛定諤貓態，將物質微粒轉變為「既是 A 又是 B」的疊加態，並探測它們的性質。

1687年牛頓發表了《自然哲學的數學原理》，這是第一次科學革命的集大成之作,被認為是古往今來最偉大的科學著作，這本書標志著牛頓經典力學體系的建立，預示著科學時代的到來。而這本書也闡釋了牛頓的宇宙觀，牛頓認為世界就好像一個鍾表，當鍾表師傅完成裝配之後，將鍾表上發條，接著鍾表會自行運作，師傅不會再過問。

所以牛頓一直也就認為宇宙存在第一推動力，他是這樣說的: 「一切物體開始運動必有第一推動力,那就是造物主」。也就是上帝（第一推動力）給整個宇宙上好發條之後，整個宇宙就開始自行運轉。第一推動力幫助牛頓解決了「太陽系如何形成」、「地球何以會繞太陽運轉」這些問題。

牛頓的機械宇宙觀也影響了他的鐵粉拉普拉斯。

拉比牛頓更為極端，牛頓還認為宇宙存在第一推動力，而拉普拉斯則認為世間萬物（包括人類、社會）都逃不過確定的物理定律的掌控，所以也就不存在什麼上帝，世間萬物都是按照其既有規律來運動發展，所以他認為宇宙不存在什麼上帝。

拉普拉斯指出：我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去果以及未來的因。如果一個智能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構成的物件的位置，假如他也能夠對這些數據進行分析，那宇宙里最大的物體到最小的粒子的運動都會包含在一條簡單公式中。對於這智者來說沒有事物會是含糊的，而未來只會像過去般出現在他面前。

簡單來說就是存在一個智者，能夠清楚的知道宇宙中某一刻當中所有的物質，包括宇宙中每個原子確切的位置和動量。他能知道所有物質的運動狀態和位置，還有所受到的力。還能夠使用牛頓定律來展現宇宙事件的整個過程，過去以及未來。而且這個智者，還擁有足夠強大的運算能力，能夠分析並對數據進行處理！

這個智者就是拉普拉斯妖，拉普拉斯妖是基於經典力學可逆過程而誕生的。可逆性是指時間反演，即過程按相反的順序進行。在經典力學的運動方程中，把時間參量 t換成-t，就意味著過程按相反的順序歷經原來的一切狀態，最後回到初始狀態。

正是因為基於力學過程的可逆性，所以拉普拉斯妖才可以做到沒有什麼事情可以難倒他，他也沒有什麼事情是模糊的，一切都是可知的，未來只會像過去一樣出現在他眼前！

但是後來克勞修斯提出了熱力學第二定律，也就是熵增定律：

在絕熱條件下，只可能發生dS≥0 的過程，其中dS = 0 表示可逆過程；dS>0表示不可逆過程,dS<0 過程是不可能發生的。但可逆過程畢竟是一個理想過程。因此，在絕熱條件下，一切可能發生的實際過程都使系統的熵增大，直到達到平衡態。

絕熱過程是一個絕熱體系的變化過程，即體系與環境之間無熱量交換的過程。在絕熱過程中，Q = 0 ，有ΔS（絕熱）≥ 0（大於時候不可逆，等於時候可逆） 或 dS（絕熱）≥0 (>0不可逆；=0可逆)

熵增原理的出現表示經典力學的可逆性並不適用於所有情況，它只在有普遍的力學原理做保證的情況下才准確，熱運動就是一個不可逆的過程。

熱力學第二定律的出現徹底擊殺了拉普拉斯妖，也宣告了牛頓機械宇宙論的破產。

麥克斯韋妖：想要拯救宇宙的小妖精

同樣是源自於熱力學第二定律，熱力學第二定律的提出導致了熱寂說一度流行，熱寂說將熵增原理擴大到整個宇宙，將整個宇宙當成一個孤立系統，認為宇宙的熵會趨向極大，最終達到熱平衡狀態，即宇宙每個地方的溫度都相等。

麥克斯韋在聽到熱寂說之後，立即腦洞大開，首先從概率統計的角度認真思考這個假說，意識到對於宇宙這種「開放系統」來說，一定存在某種機制，使得在某種條件下，會存在貌似「違反了」熱力學第二定律的情況。

1871年，他在《熱理論》一書的末章《熱力學第二定律的限制》中，設計了一個假想的存在物，即著名的「麥克斯韋妖」（Maxwell'sdemon）。

在麥克斯韋構想中，麥克斯韋妖有極高的智能，可以追蹤每個分子的行蹤，並能辨別出它們各自的速度。這個理想實驗如下：

「我們知道，在一個溫度均勻的充滿空氣的容器里的分子，其運動速度決不均勻，然而任意選取的任何大量分子的平均速度幾乎是完全均勻的。現在讓我們假定把這樣一個容器分為兩部分，A和B，在分界上有一個小孔，在設想一個能見到單個分子的存在物，打開或關閉那個小孔，使得只有快分子從A跑向B，而慢分子從B跑向A。這樣，它就在不消耗功的情況下，B的溫度提高，A的溫度降低，從而與熱力學第二定律發生了矛盾"。

而這個存在物就是「麥克斯韋妖」，小妖精掌握和控制著高溫系統和低溫系統之間的分子通道。它利用了分子運動速度的統計分布性質。因為根據麥克斯韋分布，即使是低溫區，也有不少高速分子，高溫的系統中也有低速度的分子，通過這樣一個能夠控制分子運動的小妖精，在兩系統的中間設置一個門，只允許快分子從低溫往高溫運動，慢分子則從高溫往低溫運動，在「小妖」的這種管理方式下，兩邊的溫差會逐漸加大，高溫區的溫度會越來越高，低溫區的溫度越來越低。

那麼究竟會不會存在麥克斯韋小妖呢？因為如果麥克斯韋小妖真的存在的話，熱寂說就不攻自破，宇宙就「得救」 了，除此之外，我們就有可能造出違反熱力學第二定律的第二類永動機。從單一熱源吸取熱量使之完全變成有用功並且不產生其他影響就是第二類永動機。

1961年，美國IBM的物理學家羅夫·蘭道爾提出並證明了提出了一個著名的把信息理論和物理學的基本問題聯系起來的定理——蘭道爾原理，這個原理就是：擦除1比特的信息將會導致kBln2的熱量的耗散。

這個原理也解釋了我們的電腦為什麼會不斷發熱，比如我們刪除了電腦里存儲的一段資料，假設一個隨機二元變數的熵是1比特，具有固定數值時的熵為0，消除信息的結果使得這個2元系統的熵從0增加到1比特，必然有電能轉換成了熱能被釋放到環境中，所以我們的電腦不斷發熱。

蘭道的同事貝內特敏銳地發現這個原理可以適用於「麥克斯韋妖」身上，他經過不斷研究，在1982年的論文里表示：不耗散能量的「麥克斯韋妖」不存在，並且，這種耗散是發生在「妖」對上一個判斷「記憶」的消除過程中，「遺忘」需要以消耗能量為代價，這個過程是邏輯不可逆的。

而2003年，貝內特更是總結道： 任何邏輯上不可逆的信息操縱過程，例如擦除1比特的信息，或者是合並兩條計算路徑，一定伴隨著外部環境或者是信息存儲載體以外的自由度的熵增。

從而將麥克斯韋妖徹底從熱力學第二定律中驅逐了出去，但是並沒有徹底擊殺麥克斯韋妖，它在物理學中還有很大的作用。

芝諾龜：極限難題終引發數學大危機

阿基里斯（又名阿喀琉斯）是古希臘神話中善跑的英雄。在他和烏龜的競賽中，他速度為烏龜十倍，烏龜在前面100米跑，他在後面追，但他不可能追上烏龜。因為在競賽中，追者首先必須到達被追者的出發點，當阿喀琉斯追到100米時，烏龜已經又向前爬了10米，於是，一個新的起點產生了；阿喀琉斯必須繼續追，而當他追到烏龜爬的這10米時，烏龜又已經向前爬了1米，阿喀琉斯只能再追向那個1米。就這樣，烏龜會製造出無窮個起點，它總能在起點與自己之間製造出一個距離，不管這個距離有多小，但只要烏龜不停地奮力向前爬，阿喀琉斯就永遠也追不上烏龜！

「烏龜」 動得最慢的物體不會被動得最快的物體追上。由於追趕者首先應該達到被追者出發之點，此時被追者已經往前走了一段距離。因此被追者總是在追趕者前面。」

這就是在芝諾悖論下誕生的芝諾龜，這個悖論之所以會產生，是因為芝諾與我們採取了不同的時間系統。人們習慣於將運動看做時間的連續函數，而芝諾的解釋則採取了離散的時間系統。即無論將時間間隔取得再小，整個時間軸仍是由無限的時間點組成的。換句話說，連續時間是離散時間將時間間隔取為無窮小的極限。

這個問題在很長一段時間都沒有被解決。因為這涉及到極限問題，而當時實數理論並沒有得到完善。

後來，牛頓的微積分因為「無窮小量究竟是否為0」這個爭議將極限問題引發的數學危機掀至高潮，差點顛覆了整個數學大廈。

後來，在魏爾斯特拉斯「分析算術化」運動的引領下，實數理論得到完善，極限問題得到解決，芝諾龜也被順利消滅。

這就是物理四大神獸，它們的出現可以說促進了科學的大發展。

Ⅱ 宇宙中有哪些有趣的物理現象

宇宙是浩瀚無限的，是無邊無際無始無終的。目前人類認知的宇宙只局限於「宇宙大爆炸」形成的理論中。而大爆炸的中心就是「黑洞」，大爆炸後宇宙開始向四周膨脹，在宇宙膨脹結束後，黑洞開始收縮，並吸收宇宙中所有星體，物質，包括光，在宇宙中心聚集擠壓。最終發生新的「大爆炸」，產生新和宇宙。並以此永遠無限循環。
要解開宇宙之謎，黑洞之謎今後需要人類不斷的研究探索和發現。

Ⅲ 有哪些物理學家不能合理解釋的現象，至今是個迷

其實無法合理解釋的現象在科學之中真的太多了，地球上的任何一種現象發生之後都是一個熱議的點，特別是一些罕見的現象，各個學科的科學家都會來進行說明。下面我們就簡單的說明一種現象，不僅是物理學家無法合理解釋的，還是其他領域的科學家都無法進行解釋的。

所以我們就簡單的來說明一部分，看看大家有什麼自己的看法。

所以我們舉例說明了一個物理學家至今都無法解釋的現象，其實也是科學界如今都無法合理解釋的現象，它們都是存在爭議性的，大家參考下即可。