养猫物理学

养猫物理学

首页角色扮演密室与猫汉化版更新时间:2024-09-14

每天吃三斤猫毛的壹读君 | 吴荻

你养过猫吗?感受过奶猫直达心灵的会心一击吗?体验过睡梦中熟悉且令人窒息的胸口一沉吗?遭遇过沙发上、大衣上、饭碗里、甚至保险柜里无处不在的猫毛吗?

猫,这种神奇生物, 天真可爱又行踪诡秘,静如处子也动若脱兔。它们宛如矛盾的对立面,磁铁的正反极......

那些自相排斥的要素,完美融合在一座小小的躯壳里。你很难用常识去理解它们,甚至常质疑它们的存在违背了基本法。但或许物理学,可以为我们提供一些解题思路。

猫的二象性

猫,是一种可以容于万物的物质。

养猫的朋友都深有体会,找猫的瞬间就是怀疑人生片刻。你翻遍了大小衣柜,拖出了桌椅板凳,趴在地上跟犬一样展开地毯式搜索,最后仍一无所获。你只能就地躺下,抱头沉思,自己是否出现了精神分裂,或者臆想症——或许我根本就没有养猫?

最后,你饿了决定先去做饭,打开电饭煲的瞬间,猫出现了。

下一次,电饭煲可以替换成快递箱、垃圾桶、雪地靴、洗手池,或者任何一个狭窄的空间。你本以为猫作为一种有形固体,不应该出现在那些匪夷所思的地方,并四处流淌,宛如一滩烂泥。但猫用实际行动告诉你,我可以。

于是你产生了疑惑,猫到底是固体还是液体?

来自法国里昂大学的科学家马克-安托万·方(Marc-Antoine Fardin)提出并解决了这个问题,他的论文课题是:以流体动力学论猫咪到底属于固态还是液态

要知道猫是不是液体,首先要回到液体的定义。液体定义的核心在于: 物质必须能改变形状,适应容器。这种改变需要的时间,流变学称为松弛时间(relaxation time),松弛时间与观测时间的比值称为狄波拉系数(De),当De<<1时,材料表现出似流体的力学响应(可以理解为是液体);当De>>1,材料表现出似固体的力学响应(可以理解为是固体)。

方丹对猫的流体力学参数进行了复杂精密的计算,最终发现,猫的De系数非常接近于1,但并不是1。具体说来,在较短的时间范围内,猫的De系数大于1,是固体;但只要猫在一个容器里睡着,观测时间拉长,猫就化为液体。

简言之,猫既是固体又是液体,其流动性受运动状态、年龄和接触表面的影响,而且状态十分不稳定。

根据论文中的上图所示,(a)图:一只站立、跳跃的猫,可以被认为是一只固态猫,而(b)(c)(d):当一只猫占据了一个酒杯、玻璃器皿时,就可以看做是液态猫。

如果你实在无法分辨一只猫的形态,只需要抱起来,如果被挠了,那就是固体无疑。

存在又不存在的猫

薛定谔有一只很有名的猫,这件事大家都知道。薛定谔把他的猫关在一间密室里,密室里有食物和毒药,药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关又由放射性原子控制。如果原子核衰变,则放出阿尔法粒子,打开开关,药瓶释放出氰化物气体,猫被毒死;反之,药瓶被封住,猫好好地活着。

由于原子核的衰变是随机事件,所以科学家完全不能预测密室里猫的状态。他们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活。此时,猫构成的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态 。量子理论认为:如果没有揭开盖子进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态。

本来薛定谔养这只猫,是为了讽刺挖苦哥本哈根那一帮人的——猫怎么可能又死又活,太荒唐了!跟你们捣鼓的量子理论一样可笑!

虐猫狂人薛定谔

然而多年以后,这个思想实验却成为用来教授量子论的经典比喻之一。量子力学的一个中心原则就是粒子可以存在于叠加态中,能同时拥有两个相反的特性。尽管我们在日常生活中常常面对“不是A就是B”的抉择,而大自然(至少在量子论的描述中)是可以接受“既是 A 又是 B”的。

以此类推,你的猫也可以是一片不确定的量子疑云。它活跃于家里的各个角落,但你找她时,她又根本不见踪影。

你的猫存在又不存在于这个世界上。

你在黑暗中与猫对峙,你看不见它的存在,它可能在那里,也可能不在那里,可能马上要跳上你的胸口,也可能整晚都不会临幸你。无论你怎么呼唤它的乳名,怎么费劲巴拉地吸引它的注意,它的存在都不以你的意志为转移。除非你开灯观察它,否则它永远处于“是又不是”的量子叠加状态。

“当你看不到猫时,它是不存在的。”因为猫也是由不确定的粒子组成的,当你忙于手里的活时,他可能在隐形,在变身,在滚卫生卷纸,在用你的LV磨自己的小爪子。而当你回过头去看它时,它永远那么乖巧地注视着你,仿佛刚刚的一切都是不存在。你的观测会影响猫的形态,使它坍缩成单一形态。

以及,这一刻跟你讨小鱼*猫咪,跟上一秒抓坏你睡裙的猫,肯定不是同一只猫。因为每一次不确定性创造出了新的宇宙,那是平行世界里另一只坏猫,跟它可没有半毛钱关系。

四维空间的猫毛

猫砂铲和除毛器,是养猫人的荣誉勋章。

年轻人与猫毛搏斗的历史,大约等于同脱发较劲的历史。对于养猫的人而言,出门前淡定地滚掉外套上的粘毛,吃饭时从嘴里吐出一两根猫毛,这都是非常稀疏平常的事情。但我们还是不禁要问,我那从未开封过的神仙水,第一次带回家的新靴子,里面的猫毛又是从何而来?

以及,这个世界上真有什么地方是猫毛进不去的吗?

我苦思冥想,终于有了一个结题思路,这个答案纯属拍脑袋原创,你不相信我也没有办法。那就是,猫毛是存在于四维空间的物质,对于生活在三维世界里的我们,它可以随意出入,不受限制。

要解释四维空间是一件非常抽象的事情,而且受到认知局限,我们很难真的理解这个空间。(四维不是时间!不是时间!不是时间!)但大致是这样,四维是无数个三维的叠加,对于四维“立方体”而言,三维“面”是基本的构成单位。

对于四维生物而言,三维空间是一个完全敞开的世界,包装严密的化妆品,柜门紧锁的大衣柜,从未拧开的可口可乐,它都可以随意出入,不费任何吹灰之力。这种操作,就跟你一脚踏进一个地板上的密闭圆圈那样自然。

对于猫毛而言,它们总是凭空出现,又莫名消失。它们自如地穿透你的柜门,你的饭盒,你的外套,依附在你的一切物品上,并已经进入你的身体。它们无处不在,无孔也入。

什么,你问我怎么消灭猫毛?

去除猫毛的最好办法,就是眼瞎,因为眼不见为净。

参考资料

Solid and liquid cats, didgeridoos and cheese disgust scoop Ig Nobel awards

Rheology Bulletin.http://www.rheology.org/sor/publications/rheology_b/RB2014Jul.pdf

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