公略教育
人類在科學發(fā)展史中，有過很多著名的思維實驗。這些思維實驗都是在現(xiàn)實中無法做到的。例如愛因斯坦有關相對運動的著名思想實驗，思想實驗需求的是想象力，而不是感官。此外，著名的思維實驗還有傳說中的物理學四大神獸。
【試題練習】(單選)1.為了批駁熱力學第二定律。有科學家構(gòu)思了一個可以自動形成溫差，從而制作第二類永動機的思維實驗，這個思維實驗是：
A. 拉普拉斯妖 B.薛定諤的貓 C.麥克斯韋妖 D.芝諾烏龜
【答案】C。
【解析】1871年由19世紀英國物理學家麥克斯韋為了說明違反熱力學第二定律的可能性，而設想的一個思維實驗，他設想了一個無影無形的小妖精，它處在一個盒子中的一道閘門邊，它允許速度快的微粒通過閘門到達盒子的一邊，而不允許速度慢的微粒通過閘門到達盒子的另一邊。這樣，一段時間后，盒子兩邊產(chǎn)生溫差。故本題答案選C。
【知識拓展】：
一、薛定諤的貓
根據(jù)量子力學理論，物質(zhì)在微觀尺度上存在兩種完全相反狀態(tài)并存的奇特狀況，這被稱為有效的相干疊加態(tài)。為了描述量子的相干性，薛定諤提出了一個思維實驗。
在一個盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，同時有50%的概率放射性物質(zhì)不會衰變而貓將活下來。
這個時候，觀測還未發(fā)生，盒子里的物質(zhì)是，既衰變又沒有衰變的。那么這個盒子就是一個既有毒又沒毒的狀態(tài)。所以貓也是既生又死，不生不死的狀態(tài)。
聽起來很奇怪對吧?這項實驗就是在說明量子力學對微觀粒子世界超乎常理的認識和理解，用貓這一宏觀的事物作為比喻來描述微觀，貓既活又死違背了邏輯思維。所以也被稱為物理學四大神獸之一。
二、拉普拉斯妖
1814年法國數(shù)學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出一個假設，假設有一個妖魔，知道宇宙中每個原子確切的位置和動量，那么它就能夠使用牛頓定律來展現(xiàn)宇宙事件的整個過程，不論是過去還是未來。
拉普拉斯認為，可以把宇宙現(xiàn)在的狀態(tài)視為其過去的果以及未來的因。如果一個超然的人，能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構(gòu)成的物件的位置，假如他也能夠?qū)@些數(shù)據(jù)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。那么對于這個人來說，任何東西會如何發(fā)展，都會清清楚楚，而未來只會像過去般出現(xiàn)在他面前。
三、麥克斯韋妖
人類一直都有制作永動機的夢想。其中不需要消耗任何能量的稱為第一類永動機，已被證實為不可能實現(xiàn)。此外還有一種第二類永動機。第二類永動機的原理是吸收消耗的熱量作為能源，不停的做功就會不停的釋放熱量，釋放的熱量如果被回收就可以不停的提供能量。
第二類永動機的構(gòu)想，就需要有溫度差的熱源。一旦有溫度差，按照熱力學第二定律，就可以產(chǎn)生能量。但是隨著第二定律發(fā)揮作用，溫度差會逐漸減小，當溫度差消失，就無法再做功。
所以如何保持溫度差就很重要。1871年，麥克斯韋提出了“麥克斯韋妖”。
一個絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由一種機制控制的一扇活板門，容器中的空氣分子做無規(guī)則熱運動時會撞擊門，麥克斯韋妖控制著門，將速度較快的分子(溫度較高)放入其中一格，將速度較慢的分子(溫度較低)放入另一格，這樣，兩格的溫度就會一高一低。
四、芝諾的烏龜
芝諾的烏龜也叫芝諾悖論，是古希臘數(shù)學家芝諾提出的一系列關于運動的不可分性的哲學悖論。
假設一個人從A點走到B點，要先走完路程的1/2，再走完剩下總路程的1/2，再走完剩下的1/2……如此循環(huán)下去，永遠不能到終點。因為永遠有走不完的1/2的路程。
