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麦克斯韦妖(薛定谔的猫)

     2023-03-24 19:48:41     46
3分钟前

本篇文章给大家谈谈麦克斯韦妖,以及薛定谔的猫对应的知识点,希望对各位有所帮助,不要忘了收藏本站喔。

麦克斯韦妖有什么作用

麦克斯韦妖的作用是:

麦克斯韦妖(Maxwell's demon),是在物理学中假想的妖,能探测并控制单个分子的运动,于1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。

当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他无法清晰地说明这种机制。他只能诙谐地假定一种“妖”,能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。

特点:

可以简单的这样描述,一个绝热容器被分成相等的两格,中间是由“妖”控制的一扇小“门”,容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击。

“门”可以选择性的将速度较快的分子放入一格,而较慢的分子放入另一格,这样,其中的一格就会比另外一格温度高,可以利用此温差,驱动热机做功。这是第二类永动机的一个范例。

以上内容参考 百度百科—麦克斯韦妖

麦克斯韦妖真的存在吗?

我个人认为不可能吧,因为这个违反了科学热力学的第二定律。

日本研究人员,他们在2012年的时候说到,在11月15日,按北京时间算,出版的《自然物理学》网络版上报告说,他们让纳诺球沿着实验室电场制造的梯子向上爬,爬行所需的能量是根据粒子在任何给定时间移动方向的信息转换而来的,这意味着科学家们首次在实验室中实现了从信息到能量的转变。

大约在150年验证了英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的麦克斯韦妖的想法。它是一个虚构的妖精,可以检测和控制单个分子的运动,它是由英国物理学家麦克斯韦在 1871年构思的,目的是为了说明违反热力学第二定律的可能性。

现在,物理学家已经证明遗忘已经完全粉碎存在的可能性,因为遗忘需要能量消耗,德国奥格斯堡大学的奥格斯堡大学的鲁兹和他的同事根据实验结果发现,消除信息需要的能量是多么的少。实验结果发表在 3月7日的《自然》杂志上。在 1961 中,IBM物理学家罗夫·兰道尔 证明重置 1 位信息会释放热量。

也就是说,将二进制位放入计算机中为零,无论初始值是 1 还是 0,释放的热量都很少。该能量是兰道尔的阈值,与环境温度成正比,因为人才删除的信息,他们是将两种可能的状态压缩为一种状态,所以正是这种信息的压缩,才可以导致热量的散发。

关于以上的问题今天就讲解到这里,如果各位朋友们有其他不同的想法跟看法,可以在下面的评论区分享你们个人看法,喜欢我的话可以关注一下,最后祝你们事事顺心。

 

物理学“四大神兽”:除了薛定谔的猫,另外三个是什么?

物理学十分注重实验,最初的物理学理论就是从实验中总结而来的。任何物理理论创立之后,都需要经过实验的反复验证。爱因斯坦的相对论提出百年之后,至今还在接受一系列严苛实验的检验。

不过,有些实验在现实中很难实现,所以物理学家提出了思想实验,包括爱因斯坦、牛顿在内的很多大物理学家都有提出过。虽然只是思想上的实验,但它们引发人深省,并推动了物理学的发展。在这些思想实验中,有四个的名称与动物有关,它们被冠以物理学“四大神兽”。

(1)芝诺的乌龟

这是最早的“神兽”,由2480年前的古希腊哲学家芝诺提出,它又被称为芝诺悖论。试想一下,一个人以10米/秒的速度奔跑,一只乌龟以1米/秒的速度爬行。一开始,乌龟比人领先了100米,那么,人在什么时候会追上乌龟?

这个问题看似是一个简单的追及问题,只要人的跑动距离等于乌龟的领先距离加上乌龟的爬行距离,就能算出人会在出发后第11.11…(100/9)秒追上乌龟。

然而,如果换个角度来看,结果会完全不一样。第1秒,人跑了10米,乌龟领先人91米;第5秒,人跑了50米,乌龟领先人55米;第10秒,人跑了100米,乌龟领先人10米;第11秒,人跑了110米,乌龟领先人1米;第11.1秒,人跑了111米,乌龟领先人0.1米。

如果空间能够无限分割,乌龟和人之间的距离包含了无限多个点。因此,乌龟可以一直在人的前面,尽管只领先了一点。那么,这是否意味着人永远也走不完无限多个点来追上乌龟呢?

其实不然。乌龟一开始领先人100米,人跑动100米所需的时间为:

100/10秒=10秒

在这10秒期间,乌龟爬行的距离为:

10×1米=10米

这是10秒后乌龟领先人的距离,人再去追上这10米所需的时间为:

10/10秒=1秒

在这1秒期间,乌龟爬行的距离为:

1×1米=1米

这是1秒后乌龟领先人的距离,人再去追上这1米所需的时间为:

1/10秒=0.1秒

如此无限反复下去,人追上乌龟的时间为:

10+1+0.1+0.01+0.001+0.0001+…秒=11.11…秒,也就是100/9秒,所以人可以在有限时间内追上乌龟。

(2)薛定谔的猫

根据量子力学的哥本哈根诠释,在没有进行观测时,量子系统是处于不确定的叠加态。一旦进行观测,波函数坍缩,不确定性消失,量子系统将会变成一种确定的状态。这样的描述与我们的常识大相径庭,而且还会影响宏观世界。

于是,量子力学奠基人之一的薛定谔提出了这样的一个思想实验。在一个密闭的箱子中,放置一块放射性物质,如果它发生衰变,由此产生的粒子将会触发盖革计器放电,通过继电器释放出铁锤,铁锤掉下来砸破毒药瓶,引发箱子内的猫死亡。如果放射性物质没有衰变,箱子内的猫仍然是活着的。

根据哥本哈根诠释,在没有打开箱子进行观测时,放射性物质的衰变是不确定的,处于叠加态,这就会导致箱子内的猫也处于不确定的“又死又活”状态。这就是著名的薛定谔的猫。

对此,多世界诠释或者说平行宇宙理论被提出来。箱子内的猫其实既活着,又死了,这会衍生出两个互不相干的平行宇宙,每条时间线中的观测者都会观测到确定的状态。

(3)麦克斯韦妖

熵增定律表明,孤立系统的有序度只会越来越低,混乱度只会越来越高,这是不可逆转的过程。举个例子,水和乙醇混合之后,无法自发地分离出纯净的水和乙醇。由于整个宇宙被认为是孤立系统,这意味着宇宙注定在未来达到熵值最大的热寂状态,那时的宇宙将会陷入完全的死寂之中。

但根据著名物理学家麦克斯韦的设想,宇宙或许还有救,这就需要麦克斯韦妖。麦克斯韦妖可以控制每个粒子的运动,意味着这种“神兽”具有逆熵的能力,让混合后的水和乙醇分子单独分开,也能让宇宙中的其他粒子变得更有序,从而扭转宇宙的热寂结局。

(4)拉普拉斯妖

这只“神兽”最初由物理学家、数学家拉普拉斯提出。从微观上来看,宇宙万物都是粒子,宇宙的运转是所有粒子共同运动的结果。拉普拉斯妖知道宇宙中所有粒子的动量和位置,所以宇宙中发生的一切事情都是注定的,而且都能被计算出来。

但随着量子力学的发展,物理学家意识到微观世界被不确定性所支配,我们根本不可能同时准确测出一个粒子的动量和位置。另外,根据混沌理论,在我们试图计算粒子的未来时,我们的计算行为会影响到粒子的运动,这种差异会被逐渐放大,从而导致结果变得不可预测。

最后,如果让这物理学四大神兽互相掐架,大家觉得谁会赢呢?

薛定谔猫和麦克斯韦妖怪是怎么回事

薛定谔的猫实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果 。在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的波态,即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定。

这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。

麦克斯韦妖(Maxwell's demon),是在物理学中假想的妖,能探测并控制单个分子的运动,于1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。

麦克斯韦妖可以简单的这样描述,一个绝热容器被分成相等的两格,中间是由“妖”控制的一扇小“门”,容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击,“门”可以选择性的将速度较快的分子放入一格,而较慢的分子放入另一格,这样,其中的一格就会比另外一格温度高,可以利用此温差,驱动热机做功。

扩展资料:

薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验,试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题,巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来,以此求证观测介入时量子的存在形式。随着量子物理学的发展,薛定谔的猫还延伸出了平行宇宙等物理问题和哲学争议。

麦克斯韦妖(Maxwell's demon),是在物理学中假想的妖,能探测并控制单个分子的运动,于1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。

当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他无法清晰地说明这种机制。他只能诙谐地假定一种“妖”,能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。

参考资料:百度百科-科学史上最著名的猫,以及它令人意外的残忍隐喻

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