【物理宠物】我们已经知道了薛定谔的猫，但是你还知道多少科学巨人饲养的宠物怪兽呢？

薛定谔的猫

20世纪，物理学帝国一片混乱，一只无害却难缠的宠物伴随着量子力学诞生，它诞生于史上最浪漫的物理学家薛定谔之手，被命名为薛定谔的猫。

薛定谔的猫命运悲惨，它既不能享用金枪鱼口味的猫罐头，也没有猫奴来伺候它，自始至终生活在物理帝国的刑场上，掌握了既死又生的能力。

刑场是一间密室，刑具是一把锤子和一瓶毒药。锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，就会释放出阿尔法粒子，触发电子开关，猫就会死。但原子核衰变是一个随机事件，人们虽然知道原子核衰变时刻的概率，但却无法确定它什么时候衰变。

所以，薛定谔的猫虽然必死无疑，但人们却无法知道它什么时候会死。所以在密室被打开之前，这只猫要么活着，要么死了。

但事情并没有那么简单，因为这只可怜的猫，被赋予了量子世界的一种特殊能力——量子叠加。在这只猫身上，宏观世界的因果律崩塌了，只剩下一连串的概率波。因此，在被观察之前，这只猫既是死的，又是活的，是生与死的叠加。

虽然薛定谔创造这个神兽只是为了帮助大众从宏观上理解量子物理，但它很快就成为了所有人的噩梦，各种解释和研究纷至沓来。

1957年，埃弗里特用“多重世界理论”为猫寻找归宿。他认为问题不在于盒子里的放射性原子是否衰变，而是它既衰变又不衰变。薛定谔的猫是一个生命体，在它被观察到的那一刻，世界分裂成两个版本。在版本A中，猫是活着的，而在版本B中，猫是死去的。

“多重世界理论”虽然很美，但是却遭到了量子力学之一流派哥本哈根学派的强力压制，鲜有人知。所以这只可怜的猫，至今还在人间与地狱之间的灰色空间里徘徊。

虽然从未见过猫在生死边界上行走，但实验室里的科学家一致确认，他们看到了薛定谔猫的幽灵。你无法想象它活着时的样子，但它却真实存在。随着微观世界的真实发现，另一个团队正计划将薛定谔猫带到宏观世界，挑战量子世界的边界。

但迄今为止，量子理论虽然取得了巨大成就，但它仍然是物理学帝国中的一片乌云。或许，只有当这两个世界真正携手，薛定谔的猫才能在天堂安然入睡。

麦克斯韦妖

19世纪，热力学蓬勃发展，各种永动机纷纷被击落。此时，爱因斯坦所仰慕的电磁学大师麦克斯韦，创造了物理学史上的宠物——麦克斯韦妖。如果这只宠物真的存在，或许造出违背热力学第二定律的永动机就不是梦了，走向熵沉寂的宇宙或许也能起死回生。

麦克斯韦妖是麦克斯韦创造的一个假想妖，它可以检测和控制单个分子的运动。麦克斯韦意识到自然界存在一种能量控制机制，可以抵消熵的增加，但他无法清楚地解释这种机制，只能幽默地假设一个“妖”。

简单来说，就是把一个隔热的容器分成两个相等的隔间，中间有一扇小“门”，由“恶魔”控制。麦克斯韦恶魔体型小，没有什么特殊能力，但视力好，反应敏捷。它能准确地探测和控制单个分子的运动，迅速把左边盒子里运动快的分子扔进右边盒子里，把右边盒子里运动慢的分子扔进左边盒子里。因此，这个小盒子不仅形成了左右两部分之间的温差，还实现了熵的自发减少。

乍一看，麦克斯韦妖似乎轻而易举地打败了热力学第二定律，同时也制造出与曾经风靡一时的“热寂论”相反的力量。麦克斯韦妖的物理意义在于将混沌变为有序，使封闭系统不至于停滞不前。如果延伸到现实世界，此兽可以掌控万物，颠倒阴阳。

尽管人们希望导致宇宙违背热力学第二定律的麦克斯韦妖是真实存在的，但在纪律严明的物理学帝国，心地单纯的麦克斯韦妖同样命运悲惨，它困扰了科学家们150多年，至今是死是活都还是未知数。

20世纪50年代提出了信息熵的概念，麦克斯韦妖要想实现热力学中的熵减，就必须获取分子运动的信息，不消耗能量是不可能获得信息的，因此麦克斯韦妖不可能存在于孤立系统中。

毕竟，这种勤劳的小妖精或许只是人类想象出来的救世主，无法存在于时空中。

然而，信息论介入热力学后，麦克斯韦妖的生存之战愈发激烈。进入21世纪，学术界痴迷于研究熵减过程，麦克斯韦妖再度出现。2007年2月，人工麦克斯韦妖被发现，通过“信息逃逸阀”使系统逐渐偏离平衡态。不过，这个人工麦克斯韦妖仍然需要光作为能源。

麦克斯韦妖是科学家眼中真正的救世主，如果它真的存在，老人的白发就能变黑，宇宙就能从熵值走向重生，从此洒落的水就能收起来，破碎的镜子就能重新团聚。

拉普拉斯妖

拉普拉斯恶魔的宠物力量：拉普拉斯的宠物知道关于宇宙的一切，例如任何物体在任何时间的确切位置。

通过这只无所不知的宠物，拉普拉斯是物理学史上之一个提出可以从宇宙某一时刻的状态推断出宇宙过去和未来的人。换句话说，拉普拉斯妖是一个万物理论。

目前很多物理学实践都在应用拉普拉斯妖的思想。然而拉普拉斯妖有一些致命的缺陷，因为有些物理过程是无法逆转的。比如根据杨振宁、李政道发现的宇称不守恒原理，有些信息在某一时刻永远丢失了，我们无法重建这一时刻之前的历史。

此外，量子力学与拉普拉斯妖怪之间还存在矛盾，量子力学的不确定性原理限制了拉普拉斯妖怪（以及我们人类）不能同时获得微观粒子在某一时刻的位置和动量信息，这就意味着拉普拉斯妖怪不可能无所不知。

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尼采的怪物

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嗯，我们这里正在开物理学家会议，为什么哲学家尼采要闯进来？

其实尼采也养过一只可爱的宠物，对后世的物理、数学影响很大，尼采在1882年出版的《快乐的科学》（）一书中提出了这个精灵的概念。

尼采的宠物力量：尼采的宠物比上述这些可爱的宠物更加可怕，尼采说他的宠物掌控着宇宙间的任何事件，无论大小，它都能让这些事情一再发生。

所以呢？

想想看，无论你是快乐还是悲伤，你都会一遍又一遍地重复这些痛苦或快乐。我们无法违抗尼采恶魔的意志，只能一遍又一遍地陷入恶性循环。这个宇宙未来将经历的、现在正在经历的和过去经历过的，没有区别。

听起来像是尼采的又一句疯狂胡言乱语，不是吗？那么，现在你感觉如何？尼采妖的思想在很多科幻电影和庞加莱递归定理中都有体现。

庞加莱递归定理指出，对于任何有限系统，它将无限递归，接近其初始状态。谐振子就是一个例子。庞加莱递归定理后来被应用于混沌理论，也被用来解释三体问题，这成为刘慈欣创作《三体》的灵感来源。

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达尔文恶魔

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这种可爱的宠物并不是达尔文自己养大的，而是后来的生物学家根据达尔文的理论创造出来的。

达尔文妖的宠物力量：能一次性将自身所有基因的适应度调整到更优水平，这样就不用慢慢适应环境，而是能立刻适应环境。

当然，现实中并不存在达尔文妖怪这样的怪物。生物学家说，如果它确实存在，理论上它可以在出生后立即繁殖，并且可以无限繁殖而不会死亡。这显然违反了热力学定律。

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先知

纽科姆悖论

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这位预言家是美国理论物理学家威廉·纽科姆提出的纽科姆悖论中的关键人物。

什么是纽科姆悖论？这是博弈论中一个经典的思想实验。游戏中有一位玩家和一位预言家，有两个盒子A和B。

玩家必须选择拿走盒子 B 或 2 个盒子。

如果预言家预测玩家拿走2个盒子，那么B盒子里就不会有任何东西。如果预言家预测玩家拿走1个盒子，那么B盒子里就会出现100万美元。

那么玩家该怎么办呢？

在不知道预测器准确性的情况下有 4 种可能的结果

因为预言机只能控制箱子B，而预言机的准确性未知，所以更好的策略是拿走2个箱子，这样不管怎样，最后至少会有1000美元，对吧？那么问题是什么呢？

预言家的准确性是一个问题。因为预言家总是能准确地预测未来，而玩家也知道这一点，如果你拿走 2 个盒子，那么盒子 B 一定是空的，你只能得到 1000 美元。所以更好的策略就变成了只拿盒子 B，这样你就能拿走 100 万。

自由意志和决定论的问题引起了博弈论和混沌理论研究者的极大兴趣。在混沌理论中，如果真的存在这样一个绝对可靠的预测因素，而且人类意识到了这一点，那么人类的思维过程就会使混沌系统的结果大不相同。

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笛卡尔的恶魔

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这是笛卡尔养大的无所不能的恶魔，它在梦中为笛卡尔创造了河流、山脉、肉体、一切感官，甚至还为笛卡尔创造了数学逻辑，让梦中的笛卡尔相信这是真的。

如果这样的恶魔真的存在，那么人类的感官就不可靠，基于感官的物理学也不可靠。笛卡尔是否应该怀疑自己的存在？此时的笛卡尔该怎么办？

笛卡尔说，即使一切感官和物质世界都是虚假的，只要人能够怀疑一切恶魔之眼神途，那么魔鬼制造的欺骗就是不完美的，能够怀疑自己的人是真实的。

魔鬼造的假山会怀疑自己吗？假人会怀疑自己吗？如果魔鬼无法阻止笛卡尔怀疑世界，那么笛卡尔就不是魔鬼造的。这就是笛卡尔那句名言“我思故我在”的由来。

这个恶魔是笛卡尔为了解释他的怀疑论思想而创造的，即一切思想都值得怀疑，你应该怀疑一切。但是，“怀疑一切”的原则，也就是笛卡尔的名言“我思故我在”，是不可怀疑的。如果你相信这一点，那么笛卡尔的万能恶魔就无法完全控制你的思想，你就一定存在。