科學殿堂裏的七大神獸_風聞

本文首發於量子學派微信公眾號，ID：quantumschool

科學聖殿裏，經常有****蠻橫的神獸出沒

只有大神，才能馴服它們

 引言

神獸出沒的科學界

**科學聖殿裏有七大神獸，芝諾的烏龜，拉普拉斯獸、巴甫洛夫的狗、麥克斯韋妖、莎士比亞的猴子、薛定諤的貓、洛倫茲的蝴蝶。**分別對應着微積分、經典力學、生物學、熱力學第2定律、概率論、量子力學和混沌學。

這七大神獸獨霸一方，各擅勝場：芝諾的烏龜時空雙修能縮地成寸，拉普拉斯獸明察大道推演萬物，巴甫洛夫的狗能瞬時響應抗拒理性，麥克斯韋妖操控萬物逆轉陰陽，莎士比亞的猴子在時空光錐創造無限可能，薛定諤的貓能製造宇宙超越輪迴，洛倫茲的蝴蝶能以四兩之力撓亂乾坤。

這七大神獸亦正亦邪，互相之間各有恩怨**，例如洛倫茲蝴蝶和拉普拉斯獸就是天生的死對頭。**這些神獸有時給科學聖殿帶來難以理解的困擾，有時也給那些天才的科學家指明瞭方向和道路。

No.1

芝諾的烏龜

出生日期：公元前464

主人：芝諾

門派：先賢哲學

能力：縮地成寸

**公元前464年，物理帝國的世紀運動競技開幕，芝諾之龜與海神之子阿喀琉斯賽跑。**阿喀琉斯體格健壯，肌肉飽滿，四肢遒勁有力。芝諾之龜短小精悍，豆眼如炬，龜甲結實笨重。芝諾之龜以身體劣勢為由，申請提前奔跑100米。阿喀琉斯深知自己的速度乃是芝諾之龜的十倍，便毫不猶豫地答應了。

比賽開始，當阿喀琉斯追到100米時，烏龜已經向前爬了10米；阿喀琉斯繼續追，而當他追完烏龜爬的10米時，烏龜又已經向前爬了1米；阿喀琉斯只能再追向前面的1米，可烏龜又已經向前爬了1/10米；就這樣，芝諾之龜總能與阿喀琉斯保持一個距離，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！

儘管阿喀琉斯是全人類頂尖的英雄，但最終敗在芝諾之龜四條小短腿之下，芝諾之龜從此暴得大名，無人匹敵。不僅在古希臘，同樣智者雲集的東方文明，也對這隻烏龜無可奈何，《莊子·天下篇》中提到：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”，其實也是這隻龜施展的“魔法”。

 

在現實世界中，這芝諾的烏龜蠻不講理，因為隨便拉來一隻烏龜，無論它跑多遠，6歲小兒都能追上踩扁它。而且，隨便建立一個簡單的方程組t=s/(v1-v2)還能求出阿喀琉斯追上芝諾之龜的時間。

可科學世界不一樣，萬事萬物需要嚴密的邏輯推理和數學證明才能説服自己。所以，**即使我們輕而易舉地求出阿喀琉斯追上烏龜所花的時間，甚至惱羞成怒地踩死它，也仍不能證明他為何能追上。要想滅了它，必須解決極限問題。**可從畢達哥拉斯到歐拉的數學大神們，無一人能破解該數學之秘。這隻蠻不講理的芝諾之龜，以神獸姿態定居物理帝國2000年。

**整整兩千年後，數學巨匠萊布尼茨與科學巨匠牛頓隔空修煉“微積分”，用微積分中的“極限”法門攻破了時空連續性。**才讓大英雄阿喀琉斯在物理帝國的競技場裏，追上芝諾之龜。然而人類對這隻千年老烏龜依然耿耿於懷，從哲學到前沿物理學，還常常拿它吵架。

No.2

拉普拉斯獸

出生日期：1814年

主人：拉普拉斯

門派：經典力學

能力：善推演，能知萬物

19世紀初，整個物理世界晴空萬里，牛頓帶來萬物光明，匍匐在老爵爺門下的拉普拉斯宣稱，當下的客觀世界是過去的果和未來的因。**這世間存在一種神獸，它神通廣大、無所不知。只要它願意動動手指和眼睛，記錄下某一刻它能知道宇宙中每個原子確切的位置和動量，就能用牛頓的簡潔公式，瞬間算出宇宙的過去與未來。**這就是大名鼎鼎的諦聽神獸拉普拉斯，善推演，能知萬物。

拉普拉斯的基本理論是：瞭解物質前一刻的運動狀態，就可以推出下一刻的運動狀態，把整個宇宙的每一個粒子的運動狀態確定以後，就可以推出下一刻的運動狀態。

**拉普拉斯是經典力學在19世紀最厲害的馬前卒，他吸納畢達哥拉斯“萬物皆數”之力，結合天體力學、概率論等思想精華，創造了宏觀經典力學的守護神獸拉普拉斯獸，**沉睡在威斯敏斯特大教堂裏的祖師爺牛頓高興得合不攏嘴。因為，這説明自己親手建立的經典物理學帝國堅不可摧，無所不能。

**可大部分的人類卻沒有這麼高興，如果人類的所有命運都已經被拉普拉斯妖算得清清楚楚，那我們還有什麼活頭？必須得早點弄死它才行，**不出一百年，熱力學和量子力學等新理論對其萬箭齊發，以物理學家開爾文以及量子力學的海森堡開始聯手圍剿，這隻無所不能的拉普拉斯妖最終一命嗚呼，和前面那隻千年老烏龜相比，可以算是夭折在了襁褓裏。

**19世紀，建立在不可逆基礎上的熱力學大行其道，這讓以可逆性作為基石的拉普拉斯妖元氣大傷。**20世紀，困擾人類長達百年的雙縫干涉實驗成功證明因果律在微觀世界徹底失效，而海森堡的測不準原理也説明再厲害的神獸也無法看清微觀世界的全部面貌。

**更悲傷的是，即使拉普拉斯妖已經徹底死掉，不厚道的人類也不願給這個短命的神獸留下最後的尊嚴。**因為，由宇宙最大熵、光速、以及將信息傳送通過一個普朗克長度所需要的時間計算得來，拉普拉斯妖的算力上限已被證實約為10120比特，如此以來，那驚人的算力也不可能在物理帝國存在。

No.3

巴甫洛夫的狗

出生日期：1849年

主人：巴甫洛夫

門派：生物學

能力：瞬時反射

170年前，巴甫洛夫用食物、蜂鳴器和幾條狗做實驗。正常情況下，狗見到食物就會分泌唾液，聽到鈴聲卻沒有任何反應。**但在巴甫洛夫設計下，每次餵食前都有一個蜂鳴器響起，久而久之，這個聲響便有了意義，那是食物來了的信號。**在這之後，即使沒有食物，這隻好吃的狗狗也會一聽到鈴聲，就忍不住嘩啦啦流口水。蜂鳴器響聲成為了它快樂的源泉，就像我們聽到“叮咚”聲，就釋放出快樂的多巴胺。

實驗表明：原來並不能引起某種本能反射的中性刺激物（鈴聲、紅燈），由於它總是伴隨某個能引起該本能反射的刺激物出現，如此多次重複之後，這個中性刺激物也能引起該本能反射，稱為經典性條件反射。

**原來一個人的反應可以不經大腦思考，而以意識形態先入為主、對邏輯思辨抗拒。**雖然是生物學實驗，但這為人類社會學開闢了一條通往認知學的道路。

單身工科男從實驗中開竅，悟出了史上最強的把妹法。**具體方法是每天給心儀女同學的買早餐，堅持一兩個月並且緘默不語。當妹子已經對你每天的早餐習以為常時，突然停止送餐，**她心中一定會產生深深的疑惑，同時會滿懷興趣與疑問找到你詢問，這時一鼓作氣將其拿下。所以巴甫洛夫的狗又被稱為“巴甫洛夫的單身狗”。

當然這也並不全是好事**，**二戰時的希特勒解讀了巴甫洛夫的條件反射理論，通過教育、洗腦等手段控制人民的思想，給世界帶來沉重的災難。

時至今日，我們已經完全被這種“條件反射”操控了。

一聽到新消息“叮咚”聲，就立即拿起手機。

一看到微信界面的紅點提示，就忍不住馬上動手點開。

這不就是巴甫洛夫當年一手馴化，而後名揚天下的巴甫洛夫的狗嗎？

No.4

麥克斯韋妖

出生日期：1871年

主人：麥克斯韋

門派：熱力學

能力：逆轉時空

早在公元1200年，數以千計的科學家痴迷於永動機不能自拔。到了19世紀，熱力學蓬勃發展，各類永動機被一一槍斃。

**這時候，讓愛因斯坦都崇拜不已的電磁學大牛麥克斯韋創立了物理學史上第三大神獸——麥克斯韋妖。**如果這神獸真的存在，或許創立永動機就不是夢了，走向熵寂的宇宙也有起死回生的可能。

麥克斯韋妖（Maxwell’s demon），是在麥克斯韋假想的妖，它能探測並控制單個分子運動，麥克斯韋意識到自然界存在着與熵增相拮抗的能量控制機制，但無法清晰説明這種機制，只能詼諧假定一種“妖”。簡單描述，一個絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由“妖”控制的一扇小“門”，麥克斯韋妖個頭迷你，沒啥特別的本事，**但眼神好，反應敏捷，能準確地探測並控制單個分子運動，**迅速把快速移動的分子從從左盒丟進右盒，把慢速運動的分子從右盒丟進左盒。因此，這個小盒子不僅左右部分形成了温差，還實現熵的自發減少。

**儘管人們希望這帶領宇宙違背熱力學第2定律的麥氏小妖真的存在，但在紀律森嚴的物理帝國，心地單純的麥氏小妖同樣命途多舛，它困擾科學家150餘年，迄今仍不知是死是活。**20世紀50年代，信息熵的概念被提出。麥克斯韋妖若要實現熱力學上的熵減，勢必需要獲取分子運動的信息，不耗損能量而獲得信息是不可能的，因此，在孤立系統中麥克斯韋妖不可能存在。這隻小妖精可能只是人類想象中的救世主，並不存活於世。

不過，信息論在熱力學這兒插了一腳後，麥克斯韋妖存亡之戰愈加精彩。有人通過“信息擒縱閥”使系統逐漸遠離平衡態，發現人造麥克斯韋妖，不過這種學説沒有得到大眾認可。

得到更多人認可的是薛定諤在科學經典《生命是什麼》一書中提出的觀點：生命就是一種熵減。也就是人就是妖，妖就是人。

麥克斯韋妖是科學家眼中真正的救世主，如果它真的存在，那老人可以華髮變成黑髮，宇宙能從熵寂走向重生。

No.5

莎士比亞的猴子

出生日期：1909年

**主人：**E.波萊爾

門派：概率學

能力：無限可能

 

16世紀文藝復興時期莎士比亞在《哈姆雷特》中喊出“人是萬物的靈長，宇宙的精華”，我們前所未有地在人身上找到價值和尊嚴，莎翁的《四大悲劇》更是被奉若圭皋。

但在科學殿堂，數學卻以精密的計算將這種驕傲擊得粉身碎骨，莎士比亞的猴子像石頭縫裏蹦出的孫悟空顛覆了人類三觀。

1909年，E.波萊爾在一本談概率的書中提出了無限猴子定理，該定理認為：如果無數多的猴子在無數多的打字機上隨機打字，並**持續無限久的時間，那麼在某個時候，**它們必然會打出莎士比亞的全部著作。

嚴謹的數理邏輯證明讓這事實看似鐵板釘釘，但現實的人們卻嗤笑這是天方夜譚，2003年，一家英國動物園的科學家“試驗”了無限猴子定理，他們把一台電腦和一個鍵盤放進靈長類園區。可惜的是，猴子們並沒有打出什麼十四行詩，打出的只是5頁幾乎完全是"S"的紙。

莎士比亞的猴子猶如跳樑小醜被狠狠地打入地牢，然而這個身懷“無限可能”絕技的神獸漠視着愚蠢的人類。

**100年後在谷歌AI系統的機器學習代碼中，莎士比亞的猴子展露神蹟。**儘管谷歌並未讓一隻猴子敲鍵盤打造出莎士比亞的著作，但被視為“莎士比亞猴子”的AI已經能夠開始寫出詩歌了。

這讓傲驕的人類瑟瑟發抖，開始重新思考自我，重新審視這隻可以創造無限可能的莎士比亞的猴子。

擁有智慧和情感是人類生而為人的驕傲，在體內多巴胺的化學分泌下，絢麗的詩句跳躍於靈動的字符之上，我們一直認為這是獨屬於人類文明的最美結晶，但在概率論的邏輯中，這一切只是猴子們的一個隨機動作。

No.6

薛定諤之貓

出生日期：1935年

主人：薛定諤

門派：量子力學

能力：超越生死

20世紀，物理帝國妖風四起。一個毫無殺傷力但又難纏的神獸伴隨量子力學空降人間**，這神獸誕生於史上最風流的物理學家薛定諤的手上，遂名曰薛定諤之貓。**

相比起那些神通廣大的神獸們，薛定諤之貓命運最悲催，它既不能享受吞拿魚味兒的貓罐頭，也沒有貓奴給它獻殷勤，**自始至終，它都活在物理帝國的刑場上，在生死之間徘徊。**這個刑場是一個密室，刑具是錘子和毒藥瓶，錘子由電子開關控制，而電子開關又由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動電子開關，貓必死無疑。不過，原子核的衰變是隨機事件。儘管人們能精確知道原子核衰變時刻的概率，卻無法判斷它具體何時衰變。所以，人們卻無法得知它具體何時死亡。打開密室前，這貓要麼活着，要麼死去。

可事情卻沒這麼簡單，因為，**這隻悲摧的貓被賦予了量子世界的特異功能——量子疊加，在這貓身上，宏觀世界的因果規律已坍塌，只剩下一連串的概率波。**所以，在被觀測之前，這貓都是既死又活、生死疊加。

薛定諤本來創造這隻神獸僅是為了方便吃瓜羣眾們從宏觀尺度理解量子物理，但它很快成了大家的噩夢，各類解説和研究紛至沓來。1957年，埃弗萊特用“多世界理論”給這隻貓找到了歸宿。他認為，問題並不在於盒子中的放射性原子是否衰變，薛定諤之貓在它被觀測那一刻，世界分裂成了兩個版本，在A版本中，貓活着，而B版本中，貓死去。“多世界理論”非常優美，卻被哥本哈根派這個量子力學頭號教派極力打壓，所以，這隻可憐的貓咪，依舊遊蕩在人界、地獄之間的灰色空間。

行走於生死邊界的貓從未見過，但科學家卻異口同聲地證實他們見過薛定諤之貓，你想象不出它活着的樣子，但它卻實際存在。有了微觀世界的真實發現，又有團隊謀劃着把薛定諤之貓徹底帶到宏觀世界，挑戰量子世界的邊界。

迄今為止，量子理論取得了偉大成就，但貓仍然是物理帝國的一團烏雲。也許，只有這兩個世界真正攜手的那一天，薛定諤之貓才能好好地安睡於天堂。

No.7

洛倫茲的蝴蝶

出生日期：1963年

主人：洛倫茲

門派：混沌學

能力：重歸混沌

20世紀初，相對論和量子力學兩者合力打碎了經典力學建立的田園秩序。相對論挑戰了牛頓的絕對時空觀，量子力學則重構了世界決定論。

不過，最近直接KO牛頓的，還有一隻南美洲的蝴蝶**。**別小看這隻任性的蝴蝶，它輕輕的在亞馬遜河流熱帶雨林中扇動翅膀，兩週以後在美國得克薩斯州引發一場龍捲風。

1963年，美國氣象學家洛倫茲首次揭開蝴蝶的魔鬼真容後，宏觀經典力學的擁護者一見到洛倫茲的蝴蝶，“決定論”便全都土崩瓦解。

這隻蝴蝶深刻地揭示了混沌理論的真諦：系統對初始條件極具依賴性，而初值的微小差別會導致未來的混沌軌道的巨大差別，正如中國古人所言：“失之毫釐,謬以千里”。

而這種行為的隨機不確定性，也直接從根本上否定了決定論。相比起量子力學只揭示了微觀世界的不可預測性，混沌理論直接在遵循牛頓定律的常規尺度下，直指論證了宏觀系統本身也普遍具有隨機性。

打着全知全能旗號的拉普拉斯獸此時無處遁形，最終只能倉皇逃竄。

當然，讓一切迴歸混沌只是蝴蝶表面的偽裝，任性的靈獸內心同樣遵循着秩序。它的身體內生長着美妙的洛倫茲吸引子，那是一個具有無窮結構的分形，是鏈接混沌和分形的橋樑，提供了混沌從無序邁向有序的鐵證。

洛倫茲的蝴蝶將有序與無序統一在一起，連接了科學界決定論與概率論兩大長期對立體系之間的鴻溝，站在科學帝國的金字塔尖俯視着整個人類。

結語

神獸都會成為寵物

除了這赫赫有名的七大神獸，物理學上還有很多魑魅魍魎，但無論什麼樣的神獸，最終都會被大神賽先生收服。

芝諾的烏龜迴歸於希臘神話，微積分讓它的“魔法”徹底失效後，它與英雄阿喀琉斯握手言和。

拉普拉斯獸被混沌效應的引入給推翻了，再加上調皮的海森堡臨門一腳，拉普拉斯獸逃回威斯特敏斯特教堂為牛爵爺守靈了。

巴普洛夫的狗仍然活躍於朋友圈，它以分身的姿態影遁在每個人的身上，站在生物學的角度看我們已經分不清自己是人是狗了。

麥克斯韋妖機智地將信息論中的信息定義與熱力學中的熵聯繫了起來，在末日來臨時尋找到了自己新的藏身地點。

莎士比亞的猴子攜AI之威勢崛起，誓要與智慧人類一決高下，在“概率論”的指引下建立“猩球帝國”。

薛定諤的貓現在還是不知是死是活，躲在量子力派的屋檐下瑟瑟發抖。

洛倫茲的蝴蝶雖然任性神秘，但洞悉其蹤跡的科學家開始“操作”它，利用極少量肼實現了衞星與小行星的碰撞。

在科學這座神聖的殿堂裏，只要人類的心智與“賽先生”同在，就沒有蠻橫的神獸，只有被馴服的寵物。