若利用一热机工作于B，A之间 就可制成一部第二类永动机.!!
？
与热力学第二定律 矛盾！
对这与热力学第二定律矛盾的设想，人 们往往作这样的解释，当气体分子接近小妖 精时，它必须做功。 1929年西拉德(Szilard，1898一1964)曾设想 了几种由小妖精操纵的理想机器。并强调指出， 机器做功的关键在于妖精取得分子位置的信息， 并有记忆的功能。在引人信息等于负摘概念后， 对此更易解释:小妖精虽未做功，但他需要有关 气体分子速率的信息。在他得知某一气体分子 的速率，然后决定打开还是关上门以后，他就 已经运用有关这一分子的信息。信息的运用 等于熵的减少，系统熵的减少表现在高速与 低速分子的分离。从对麦克斯韦妖这一假想过 程的解释可知，若要不做功而使系统的熵减少， 就必须获得信息.即吸取外界的负熵.但是在整个 过程中总熵还是增加的， 法国物理学家布里渊(Brillouin,1889-1969)于 1956年在《科学和信息论》一书中指出:若要能 看到分子必须另用灯光照在分子上，光会被分 子散射，被散射的光子为小妖精的眼睛所吸收， 这一过程中涉及热量从高温热源转移到低温热 源的不可逆过程，致使熵增加，而前者系统减 少的熵总是小于后者增加的熵。
宇宙学：
奥尔伯斯佯谬
矛 盾 宇宙不是静 态的，它在 ？ 膨胀
若恒星均匀分布在静止无限的 欧几里得空间中，则夜空的面亮 度应该与恒星表面亮度相等
事实上夜空是黑暗的
二.对已有的理论的补充完善
热力学第二定律：
克劳修斯 表述： 开尔文表 述：
不可能把热量从低温物 体传递到高温物体而不 产生其他影响 不可能从单一热源吸收 能量，使之完全变为有 用功而不产生其他影响。 （第二类永动机不可实 现） 热力学系统从一个平衡 态到另一平衡态的过程 中，其熵永不减少：若 过程可逆，则熵不变； 若不可逆，则熵增加 玻尔兹曼
万有引力定律的建立基础：
万有引力定律的建立也与“理想实验”密切相关.牛 顿曾在他的《原理》一书中详细论证了行星正是在向心 力的作用下保持着各自的轨道运动.他又进而通过一个 理想实验说明了抛体运动和行星运动在本质上的一致 性.“ 由于向心力，行星会保持于某一轨道，如果我们考 虑抛体运动，这一点就很容易理解:一块石头投出，由于 受自身的重力作用而被迫离开直线路径，如果只有初始 投掷，理应作直线运动，而这时却在空气中描出了曲线， 最终落在地面;投掷的速度越大，它在落地前走得越远. 于是我们可以假设当速度增大到足够大时，在落地前走 过一条1英里、2英里、5英里、10英里、100英里、1000 英里长的弧线，直到最后超出地球的限度，进人空间永不 触及地球’，.这时，这个“进人空间永不触及地球”的石 块实际上就成为地球的一个小卫星，重力就是石块围绕 地球运动的向心力.（注:1英里=1.6千米）
熵表述（熵 增原理）：
麦克斯韦妖
19世纪下半叶，在热力学第二定律成为物理学家的 热门话题时,
麦克斯韦曾虚构了一个小盒子，这个盒 子被一个没有摩擦的、密封的门分隔为两 部分。最初两边气体温度、压强分别相等， 门的开关被(后人称作麦克斯韦妖的)小妖精 控制.当它看到一个快速气体分子从A边飞 来时，它就打开门让它飞向B边，而阻止慢 速分子从A飞向B边;同样允许慢速分子(而 不允许快速分子)从a飞向A.这样就使B气体 温度越来越高,A气体温度越来越低，
广义相对论
爱因斯坦在创立广义相对论时，同样得益于“理想实验” . 例如，他曾设想 : 有一个升降机正垂直向上运动， “设 想有一束光穿过一个侧面窗口水平地射进升降机内，并 且在极短时间之后，到达对面的墙上.”由于光在空间沿 直线传播，“但升降机正在向上运动，而在光朝墙而射 的 时间内，升降机已经改变了位置.因此光线所射到的点 不会与入口的点恰好相对，而会稍微低一点”.也就是 说，“相对于升降机而言，光线不是沿着直线而是沿着 稍 微弯曲的曲线行进的”. 根据光具有质量以及惯性质量和引力质量的等效性， 爱因斯坦预言:一束光在引力场中由于引力的作用而 弯曲，就如同以光速水平抛出的物体的路线会由于引 力的作用而弯曲一样.爱因斯坦由“理想实验”而得 出的光线在引力场中会发生弯曲这一广义相对论效应， 已为后来的观测结果所证实.（引力透镜） 引力透镜
二.对已有的理论的补充完善 ① 麦克斯韦妖(信息熵） ② 爱因斯坦"光箱"(不确定关系) ③ EPR佯谬（量子力学的完备性） ④ 薛定谔的猫（波函数的解释）
一.物理学理论的建立
• 物理学的形成和发展
亚里士多德的理论：
在16世纪以前，经典物理学还尚未形成， 长期以来亚里士多德的理论一直占据统治 地位.他曾把运动分成自然运动和强迫运动: 重物下落、天上的星体绕地球作圆周运动 是自然运动，而让物体作强迫运动必须施 加力的作用，一旦取消力的作用运动即停 止.重物下落是自然属性，物体越重，趋向 自然位置的倾向性也就越大，速度也就越 快—一即物体下落的速度与物体的重量成 正比.
亚里士多德
伽利略的反驳：
在物理学发展史上，伽利略第一个使用“理想实验” 方法，对亚里士多德的上述理论给予了有力的批驳，从 而发现了落体定律和抛体的运动定律，为经典力学的 发展奠定了基础. 伽利略曾设想，如果把轻重不同的两物体 连成一体从高处抛下，那么根据亚里士多德的落 体理论，将会得到如下结论:复合物比两物中的 任何一个都重，它的速度也应大于两物中任何一 个的速度;复合物的速度因两物互相牵扯而慢于 较重物体.这就得到两个相悖的结论.可见，亚里 士多德的落体理论是错误的.这里，伽利略仅通 过一个简单的“理想实验”，就对亚里士多德的 落体理论进行了有力的批驳.该理想实验冲破了 束缚人们一千多年的亚里士多德理论，从而为近 代自然科学的发展开辟了道路.
EPR佯谬
1935年爱因斯坦(Einstein)和玻多 尔斯（基Podolsky）、罗森Rosen） 三人合写了题为《能认为量子力学 对物理实在的描述是完备的吗?》的 文章.文章通过一个巧妙设计的“理 想实验”来论证量子力学对物理实 在的描述是不完备的. 该“理想实验”得出的结论 是:要么量子力学对物理实在的 描述是不完备的，要么就存在 一种瞬时超距作用.这就是著名 的EPR佯谬。EPR理想实验” 在物理学界引起了一场轩然大 波。
伽利略
落体定律与惯性定律
伽利略在做小球在光滑斜面上滚动的实验时发现， 无论斜面的倾斜度如何，小球通过的距离都与时间的平 方成正比，而速度与时间的一次方成正比.于是他设想， 当斜面越来越陡，直至变成竖直时，这种比例关系应仍 能保持.这就得到了运动学中的一个基本规律—落体
定律.而该定律在当时是无法由实验直接得到的.
别去指挥上帝 做什么！
上帝不掷骰子！
爱因斯坦的“光箱” 在1930年召开的第六届索尔维会议上，
爱因斯坦曾以著名的“光箱”理想实验，对 不确定关系（旧称”测不准原理“）提出质 疑. 他设想，一个装有辐射物质的箱子，能在某 一确定时刻打开并放出一个粒子，通过称量箱 子在发射粒子前后的重量变化，根据相对论的 质能关系式，可以求出能量的变化，这样就可 以同时准确测定时间和能量，从而可以否定不 确定关系. 玻尔则经过一个不眠之夜想出一个利用广 义相对论的“红移效应”来反驳的方案.他指 出，由于广义相对论效应，一个在重力场中 下降的钟走时会变慢.因此，这种“光箱”能 精确测定能量，却不能控制光子溢出的时间. 也就是说，在这个“光箱”实验中不可能精 确地测定时间.“
量子力学
光速悖论
爱因斯坦可谓使用“理想实验” 的大师，在创立相对论的几个关 键步骤上，“理想实验”都发挥 了重要作用.爱因斯坦著名的“光 速悖论”就来源于一个“理想实 验”: . “如果我以速度c(真空中的速度) 追随一束光波运动，那么我就应 当看到，这样的一束光波就好像 在空间震荡着而停止不前的电磁 波.“ 可是，无论是依据经验， 还是按照麦克斯韦方程，看 来都不会有这样的事情闭”. 正如爱因斯坦所说‘‘这个 悖论已经包含着狭义相对论 的萌芽”
信息的运用=熵的减小 （负熵）
量子力学
自量子理论建立以来，由于对量子理论的 认识和理解不同，科学家之间进行了激烈的 争论.其中，尤以爱因斯坦与玻尔间的争论 最为著名，影响也最为深远.在这场争论中， “理想实验”方法成了科学家们得心应手的 “武器”而被反复使用. 爱因斯坦终生对量子力学的统计特征不满. 他曾风趣地说:‘上帝不掷般子”.他对不确 定关系、对量子理论的完备性始终抱着深沉 的怀疑态度，他以“理想实验”为“武器”， 向以玻尔为代表的哥本哈根学派进行了一次 又一次“攻击”。
3.作用： 在自然科学的理论研究中，“理想实验”
具有重要的作用．作为一种抽象思维的方 法，“理想实验”可以使人们对实际的科 学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示 出客观现象和过程之间内在的逻辑联系， 并由此得出重要的结论．
悖论和佯谬
悖论：
悖论，亦称为吊诡、诡局，是指在逻辑上可 以推导出互相矛盾的结论，但表面上又能自圆 其说的命题或理论体系。悖论的出现往往是因 为人们对某些概念的理解认识不够深刻正确。
狭义相对论
电动力学 伽v相对速度
矛 ？ 盾
√
×
时间是相 对的
广义相对论
爱因斯坦在创立广义相对论时，同样得益于“理想实验” . 例如，他曾设想 : 有一个升降机正垂直向上运动， “设 想有一束光穿过一个侧面窗口水平地射进升降机内，并 且在极短时间之后，到达对面的墙上.”由于光在空间沿 直线传播，“但升降机正在向上运动，而在光朝墙而射 的 时间内，升降机已经改变了位置.因此光线所射到的点 不会与入口的点恰好相对，而会稍微低一点”.也就是 说，“相对于升降机而言，光线不是沿着直线而是沿着 稍 微弯曲的曲线行进的”. 根据光具有质量以及惯性质量和引力质量的等效性， 爱因斯坦预言:一束光在引力场中由于引力的作用而 弯曲，就如同以光速水平抛出的物体的路线会由于引 力的作用而弯曲一样.爱因斯坦由“理想实验”而得 出的光线在引力场中会发生弯曲这一广义相对论效应， 已为后来的观测结果所证实.（引力透镜） 引力透镜