 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( февраль 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
 | Эта статья написана как личное размышление, личное эссе или аргументированное эссе , в котором излагаются личные чувства редактора Википедии или представлены оригинальные аргументы по теме. ( Январь 2021 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Физический парадокс представляет собой очевидное противоречие в физических описаниях в вселенной . В то время как многие физические парадоксы разрешаются, другие не поддаются разрешению и могут указывать на недостатки в теории . В физике, как и во всей науке, противоречия и парадоксы обычно считаются артефактами ошибок и неполноты, потому что реальность считается полностью согласованной , хотя это само по себе является философским предположением. Когда, как в таких областях, как квантовая физика и теория относительностиБыло показано, что существующие предположения о реальности разрушаются, с этим обычно справлялись путем изменения нашего понимания реальности на новое, которое остается самосогласованным в присутствии новых свидетельств.
Парадоксы, связанные с ложными предположениями [ править ]
Некоторые физические парадоксы опровергают предсказания здравого смысла относительно физических ситуаций. В некоторых случаях это результат того, что современная физика правильно описывает естественный мир в обстоятельствах, далеких от повседневного опыта. Например, специальная теория относительности традиционно дали два общих парадоксы: на парадокс близнецов и лестница парадокс . Оба эти парадокса связаны с мысленными экспериментами, которые бросают вызов традиционным представлениям здравого смысла о времени и пространстве . В частности, эффекты замедления времени и сокращения длиныиспользуются в обоих этих парадоксах для создания ситуаций, которые кажутся противоречащими друг другу. Оказывается, что основной постулат специальной теории относительности , что скорость света является инвариантом во всех системах отсчета , требует , чтобы такие понятия, как одновременность и абсолютное время не применяются при сравнении радикально разные систем отсчета.
Другой парадокс, связанный с относительностью, - это парадокс Суппли, который, кажется, описывает две несовместимые системы отсчета . В этом случае предполагается, что проблема в специальной теории относительности правильно поставлена, но поскольку эффект зависит от объектов и жидкостей с массой, необходимо учитывать эффекты общей теории относительности . Принимая правильные предположения, разрешение на самом деле является способом повторить принцип эквивалентности .
Парадокс Бабине состоит в том, что вопреки наивным ожиданиям количество излучения, удаляемого из пучка в дифракционном пределе , равно удвоенной площади поперечного сечения . Это потому, что есть два отдельных процесса, которые удаляют излучение из луча в равных количествах: поглощение и дифракция .
Точно так же существует набор физических парадоксов, которые напрямую основываются на одном или нескольких неверных предположениях. Парадокс Гиббса по статистической механике дает очевидное противоречие при расчете энтропии смешения. Если предположение, что частицы в идеальном газе неразличимы, должным образом не принимается во внимание, вычисленная энтропия не является обширной переменной, как должна быть.
Парадокс Ольберса показывает, что бесконечная Вселенная с равномерным распределением звезд обязательно приводит к небу, яркому, как звезда. Наблюдаемое темное ночное небо можно альтернативно разрешить, заявив, что одно из двух предположений неверно. Этот парадокс иногда использовался, чтобы доказать, что однородная и изотропная Вселенная, как того требует космологический принцип, обязательно имеет конечную протяженность, но оказывается, что есть способы ослабить допущения другими способами, допускающими альтернативные решения.
Парадокс Мпембы заключается в том, что при определенных условиях горячая вода замерзает быстрее, чем холодная, даже если в процессе замерзания она должна пройти ту же температуру, что и холодная вода. Это кажущееся нарушение закона охлаждения Ньютона, но на самом деле это связано с нелинейными эффектами, влияющими на процесс замерзания. Предположение, что на замерзание влияет только температура воды, неверно.
Парадоксы, касающиеся нефизических математических идеализаций [ править ]
Обычный парадокс возникает с математическими идеализациями, такими как точечные источники, которые хорошо описывают физические явления в отдаленных или глобальных масштабах, но разрушаются в самой точке . Эти парадоксы иногда рассматриваются как относящиеся к парадоксам Зенона, которые все имеют дело с физическими проявлениями математических свойств непрерывности , бесконечно малых и бесконечностей, часто связанных с пространством и временем . Например, электрическое поле, связанное с точечным зарядомбесконечно в месте нахождения точечного заряда. Следствием этого кажущегося парадокса является то, что электрическое поле точечного заряда может быть описано только в ограниченном смысле с помощью тщательно построенной дельта-функции Дирака . Эта математически неэлегантная, но физически полезная концепция позволяет эффективно вычислять соответствующие физические условия, удобно обойдя философский вопрос о том, что на самом деле происходит в бесконечно малой точке: вопрос, на который физика пока не может ответить. К счастью, последовательная теория квантовой электродинамики полностью устраняет необходимость в зарядах бесконечно малых точек.
Аналогичная ситуация имеет место в ОТО с гравитационной сингулярности , связанной с решением Шварцшильда , которое описывает геометрию в виде черной дыры . Кривизны в пространстве - времени , в особенности бесконечна , которая является еще одним способом о том , что теория не описывает физические условия в этой точке. Есть надежда, что решение этого парадокса будет найдено с помощью последовательной теории квантовой гравитации , чего до сих пор оставалось неуловимым. Следствием этого парадокса является то, что связанная сингулярность, которая произошла в предполагаемой начальной точке Вселенной (см. Большой взрыв) неадекватно описывается физикой. Прежде чем может произойти теоретическая экстраполяция сингулярности, квантово-механические эффекты становятся важными в эпоху, известную как время Планка . Без последовательной теории не может быть значимого утверждения о физических условиях, связанных со Вселенной до этого момента.
Другой парадокс из - за математическую идеализацию парадокс Даламбера в механике жидкости . Когда вычисляются силы, связанные с двумерным , несжимаемым , безвихревым , невязким устойчивым потоком через тело, сопротивление отсутствует . Это противоречит наблюдениям за такими потоками, но оказывается, что жидкость, строго удовлетворяющая всем условиям, физически невозможна. Математическая модель разрушается на поверхности тела, и необходимо учитывать новые решения, связанные с пограничными слоями , чтобы правильно моделировать эффекты сопротивления.
Квантово-механические парадоксы [ править ]
Значительный набор физических парадоксов связан с привилегированным положением наблюдателя в квантовой механике .
Три самых известных из них:
- эксперимент с двумя щелями ;
- ЭПР - парадокс и
- в кот Шредингера парадокс ,
все они были предложены как мысленные эксперименты, относящиеся к дискуссиям о правильной интерпретации квантовой механики .
Эти мысленные эксперименты пытаются использовать принципы, полученные из копенгагенской интерпретации квантовой механики, чтобы сделать выводы, которые кажутся противоречивыми. В случае с котом Шрёдингера это принимает форму кажущегося абсурда.
Кошку помещают в ящик, закрытый от наблюдения с помощью квантово-механического переключателя, который убивает кошку при правильном использовании. Находясь в коробке, кошка описывается как находящаяся в квантовой суперпозиции «мертвого» и «живого» состояний, хотя открытие коробки эффективно сводит волновую функцию кошки к одному из двух состояний. В случае парадокса , квантовая запутанность , как представляется , позволяют физической невозможности информации , передаваемой быстрее , чем скорость света , нарушение специальной теории относительности . С парадоксом ЭПР связан феномен квантовой псевдотелепатии. в которых стороны, которым мешают общаться, действительно справляются с задачами, которые, как представляется, требуют прямого контакта.
В «резолюции» в этих парадоксах, по мнению многих , чтобы быть философски неудовлетворителен , поскольку они зависят от того , что конкретно подразумевается под измерения в качестве наблюдения или что служит в качестве наблюдателя в мысленных экспериментах. В реальном физическом смысле, независимо от того, как определяется любой из этих терминов, результаты одинаковы. Любое наблюдение кошки приведет либо к мертвой, либо к живой; суперпозиция является необходимым условием для вычисления того, чего следует ожидать, но сама по себе она никогда не будет соблюдена. Точно так же парадокс ЭПРне дает возможности передавать информацию быстрее скорости света; хотя, по-видимому, происходит мгновенное сохранение измеряемой квантово-запутанной наблюдаемой, оказывается, что физически невозможно использовать этот эффект для передачи информации. Почему существует мгновенное сохранение, является предметом правильной интерпретации квантовой механики .
Спекулятивные теории квантовой гравитации , сочетающие общую теорию относительности с квантовой механикой, имеют свои собственные связанные парадоксы, которые обычно считаются артефактами отсутствия согласованной физической модели, объединяющей эти две формулировки. Одним из таких парадоксов является информационный парадокс черной дыры, который указывает на то, что информация, связанная с частицей, которая падает в черную дыру, не сохраняется, когда теоретическое излучение Хокинга вызывает испарение черной дыры. В 2004 году Стивен Хокинг заявил, что нашел рабочее решение этой проблемы, но подробности еще не были опубликованы, и предположительный характерИзлучение Хокинга означает, что неясно, имеет ли этот парадокс отношение к физической реальности.
Парадоксы причинно-следственной связи [ править ]
Набор аналогичных парадоксов возникает в области физики, связанной со стрелой времени и причинностью . Один из них, парадокс дедушки , касается своеобразной природы причинности в замкнутых временных петлях. В самом грубом понимании парадокс заключается в том, что человек путешествует во времени и убивает предка, у которого еще не было возможности произвести потомство. Спекулятивный характер путешествия во времени в прошлое означает, что нет согласованного решения парадокса, и даже не ясно, что существуют физически возможные решения уравнений Эйнштейна.это позволило бы выполнить условия, необходимые для выполнения парадокса. Тем не менее, есть два общих объяснения возможных разрешений этого парадокса, которые приобретают сходный оттенок с объяснениями квантово-механических парадоксов. В так называемом самосогласованном решении реальность построена таким образом, чтобы детерминистически предотвращать возникновение таких парадоксов. Эта идея вызывает дискомфорт у многих защитников свободы воли , хотя она очень удовлетворяет многих философов-естествоиспытателей . [ какой? ] В качестве альтернативы, идеализация множества миров или концепция параллельных вселенных.Иногда предполагают, что возможно постоянное разделение возможных мировых линий на множество различных альтернативных реальностей. Это означало бы, что любой человек, который путешествовал во времени, обязательно попадет в другую параллельную вселенную, у которой будет другая история с момента путешествия во времени вперед.
Другой парадокс, связанный с причинностью и односторонностью времени, - это парадокс Лошмидта, который ставит вопрос, как микропроцессы, обратимые во времени , могут вызывать необратимое во времени увеличение энтропии . Частичное разрешение этого парадокса строго обеспечивается теоремой о флуктуациях, которая полагается на тщательное отслеживание усредненных по времени величин, чтобы показать, что из статистической механикиС точки зрения энтропии вероятность увеличения гораздо выше, чем уменьшения. Однако, если не делается никаких предположений о начальных граничных условиях, флуктуационная теорема должна применяться и в обратном направлении, предсказывая, что система, находящаяся в настоящее время в состоянии с низкой энтропией, с большей вероятностью находилась в состоянии с более высокой энтропией в прошлом, в противоречие с тем, что обычно можно было бы увидеть в перевернутой пленке неравновесного состояния, переходящего в равновесие. Таким образом, общая асимметрия термодинамики, лежащая в основе парадокса Лошмидта, все еще не разрешена теоремой о флуктуациях. Большинство физиков считают, что термодинамическую стрелу времени можно объяснить, только обратившись к условиям низкой энтропии вскоре после Большого взрыва., хотя объяснение низкой энтропии самого Большого взрыва все еще обсуждается.
Наблюдательные парадоксы [ править ]
Еще один набор физических парадоксов основан на наборах наблюдений, которые не могут быть адекватно объяснены текущими физическими моделями. Это может быть просто указанием на неполноту текущих теорий. Признано, что объединение еще не достигнуто, что может указывать на фундаментальные проблемы нынешних научных парадигм . Еще предстоит определить, является ли это предвестником будущей научной революции, или эти наблюдения будут уточнены в будущем или будут признаны ошибочными. Краткий список этих, но недостаточно объясненных наблюдений включает наблюдения, подразумевающие существование темной материи , наблюдения, подразумевающие существование темной энергии ,наблюдаемая материя-антиматерия асимметрия , то ГКИ парадокс , то тепловая смерть парадокс , и парадокс Ферми .
См. Также [ править ]
- Список парадоксов
Ссылки [ править ]
- Бонди, Герман (1980). Относительность и здравый смысл . Dover Publications. п. 177 . ISBN 0-486-24021-5.
- Герох, Роберт (1981). Общая теория относительности от А до Б . Издательство Чикагского университета. п. 233. ISBN. 0-226-28864-1.
- Готт, Дж. Ричард (2002). Путешествие во времени во Вселенной Эйнштейна . Mariner Books. п. 291 . ISBN 0-395-95563-7.
- Гамов, Джордж (1993). Мистер Томпкинс в мягкой обложке (переиздание). Издательство Кембриджского университета. п. 202. ISBN. 0-521-44771-2.
- Фейнман, Ричард П. (1988). QED: Странная теория света и материи . Издательство Принстонского университета. п. 176 . ISBN 0-691-02417-0.
- Форд, Кеннет В. и Пол Хьюитт (2004). Квантовый мир: квантовая физика для всех . Издательство Гарвардского университета. п. 288 . ISBN 0-674-01342-5.
- Трибуч, Гельмут (2015). Иррациональность в природе или в науке? Исследование рационального мира энергии и разума . CeateSpace. п. 217. ISBN. 978-1514724859.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Кучич, Д. и Николич, А. (2006). Краткий обзор мысленного эксперимента в современной физике. 6-я Международная конференция Балканского физического союза BPU6, Стамбул - Турция.
- Кучич, Д. (2008). Парадоксы астрофизики. XV Национальная конференция астрономов Сербии, Белград.
- Кучич, Д. (2009). Парадоксы термодинамики. 7-я Международная конференция Балканского физического союза BPU7, Александруполис - Греция.
- Барышев, Юрий (2015). «Парадоксы космологической физики в начале 21 века». arXiv : 1501.01919v1 [ Physics.gen -ph ].
Внешние ссылки [ править ]
- Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics от Джона Баэза
- Путешествие во времени и современная физика
