Войти
Механический парадокс в музее Галилео, Флоренция. A физический парадокс очевидное противоречие в физических описаниях вселенной . Хотя 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 ошибки и неполноты, поскольку реальность быть полностью последовательным, хотя это само по себе философское предположение. Когда, как в таких областях, как квантовая физика и теория относительности, существующие предположения о реальности оказываются несостоятельными, это обычно решается путем изменения нашего понимания реальности на новый, который остается непротиворечивым при наличии новых свидетельств.
Парадокс близнецов иллюстрирует теорию неабсолютного времени. Некоторые физические парадоксы опровергать здравый смысл предсказания физических ситуаций. В некоторых случаях это результат современной физики, правильно описывающей мир природы в обстоятельствах, которые выходят далеко за рамки повседневного опыта. Например, специальная теория относительности традиционно дает два общих парадокса: парадокс близнецов и парадокс лестницы. Оба этих парадокса связаны с мысленными экспериментами, которые противоречат традиционным здравому смыслу предположениям о времени и пространстве. В частности, эффекты замедления времени и сокращения длины используются в обоих этих парадоксах для создания ситуаций, которые кажутся противоречащими друг другу. Оказывается, фундаментальный постулат специальной теории относительности о том, что скорость света является инвариантной во всех системах отсчета, требует, чтобы такие концепции поскольку одновременность и абсолютное время не применимы при сравнении радикально разных систем отсчета.
Другой парадокс, связанный с относительностью, - это парадокс Суппли, который, кажется, описывает две системы отсчета, которые несовместимы. В этом случае предполагается, что проблема в специальной теории относительности правильно сформулирована, 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 заключается в том, что вопреки наивным ожиданиям количество излучения, удаляемого из луча в дифракционном пределе равно удвоенной площади поперечного сечения. Это связано с тем, что существует два отдельных процесса, которые удаляют излучение из луча в равных количествах: поглощение и дифракция.
Аналогично, существует набор физических парадоксов, которые напрямую основываются на одном или нескольких предположениях. это неверно. Парадокс Гиббса из статистической механики приводит к очевидному противоречию при вычислении энтропии перемешивания. Если предположение, что частицы в идеальном газе неразличимы, не принимается во внимание надлежащим образом, вычисленная энтропия не является обширной переменной, как должно быть.
Парадокс Ольберса показывает, что бесконечная Вселенная с равномерным распределением звезд обязательно ведет 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, которые влияют на процесс замораживания. Предположение, что только температура воды будет влиять на замерзание, неверно.
Бесконечно плотная гравитационная сингулярность, обнаруженная по мере приближения времени к начальной точке во вселенной Большого взрыва является примером физического парадокса. Обычный парадокс возникает с математическими идеализациями, такими как точечные источники, которые хорошо описывают физические явления в отдаленных или глобальных масштабах, но распадаются на сам пункт. Эти парадоксы иногда рассматриваются как относящиеся к парадоксам Зенона, которые все имеют дело с физическими проявлениями математических свойств непрерывности, бесконечно малых и бесконечностей часто ассоциируется с пробелом и временем. Например, электрическое поле, связанное с точечным зарядом, бесконечно в месте расположения 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 ограниченной точке: вопрос, на который физика пока не может ответить. К счастью, последовательная теория квантовой электродинамики полностью устраняет необходимость в зарядах бесконечно малой точки.
Аналогичная ситуация возникает в общей теории относительности с гравитационной сингулярностью, связанной с решением Шварцшильда, которое описывает геометрию черной дыры. Кривизна пространства-времени в сингулярности бесконечна, что является еще одним способом заявить, 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 ), не адекватно описывается физикой. Прежде чем может произойти теоретическая экстраполяция сингулярности, квантово-механические эффекты становятся важными в эпоху, известную как планковское время. Без последовательной теории не может быть значимого утверждения о физических условиях, связанных со Вселенной до этого момента.
Другой парадокс, связанный с математической идеализацией, - это парадокс Д'Аламбера в механике жидкости. Когда форсирует, связанный с двумерным, несжимаемым, безвихревым, невязким устойчивым потоком по телу рассчитываются, нет перетаскивания. Это противоречит наблюдениям за такими потоками, но оказалось, что жидкость, которая строго удовлетворяет всем условиям, физически невозможна. Математическая модель разрушается на поверхности тела, и новые решения, включающие пограничные слои, должны быть рассмотрены для правильного моделирования эффектов сопротивления.
Значительный набор физических парадоксов связан с привилегированным положением наблюдателя в квантовой механике.. Три из самых известные из них:
все они предложены как мысленные эксперименты, относящиеся к обсуждениям правильной интерпретации квантовой механики.. Эти мысленные эксперименты пытаются использовать принципы, полученные из копенгагенской интерпретации квантовой механики, чтобы сделать выводы, которые кажутся противоречивыми. В случае кота Шредингера это принимает форму кажущегося абсурда..
В мысленном эксперименте Кот Шредингера кошка парадоксально жива и мертв в один и тот же момент. Кошку помещают в ящик, закрытый от наблюдения с помощью квантово-механического переключателя, предназначенного для убийства кошки при правильном использовании. Находясь в коробке, кошка описывается как находящаяся в квантовой суперпозиции «мертвого» и «живого» состояний, хотя при открытии коробки эффективно коллапсирует волновую функцию кошки до одного из два условия. В случае парадокса ЭПР, квантовая запутанность, по-видимому, учитывает физическую невозможность передачи информации со скоростью, превышающей скорость света, нарушая специальную теорию относительности. С парадоксом ЭПР связан феномен квантовой псевдотелепатии, в котором стороны, которым запрещено общаться, действительно справляются с задачами, которые, как представляется, требуют прямого контакта.
«Разрешение» этих парадоксов многие считают философски неудовлетворительным, потому что они зависят от того, что конкретно подразумевается под измерением наблюдения или что служит как наблюдатель в мысленных экспериментах. В реальном физическом смысле, независимо от того, как определяется любой из этих терминов, результаты одинаковы. Любое наблюдение за кошкой приведет либо к мертвой, либо к живой; суперпозиция - необходимое условие для вычисления того, чего следует ожидать, но никогда не будет соблюдаться сама по себе. Точно так же парадокс ЭПР не 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.
Спекулятивных теорий квантовой гравитации, сочетающих общую теорию относительности с квантовой Механика имеет свои собственные связанные парадоксы, которые обычно считаются артефактами отсутствия согласованной физической модели, объединяющей эти две формулировки. Одним из таких парадоксов является парадокс информации о черной дыре, который указывает, что информация, связанная с частицей, которая падает в черную дыру, не сохраняется, когда теоретическое излучение Хокинга заставляет черную дыру испаряться. В 2004 году Стивен Хокинг утверждал, что нашел рабочее решение этой проблемы, но подробности еще не опубликованы, а спекулятивный характер излучения Хокинга означает, что неясно, действительно ли этот парадокс имеет отношение к физической реальности.
Набор аналогичных парадоксов возникает в области физики, включая стрелу времени и причинность. Один из них, парадокс дедушки, касается специфической природы причинности в замкнутых временных циклах. В самом грубом понимании парадокс предполагает, 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 не существует согласованного решения парадокса, и даже не ясно, что существуют физически возможные решения уравнений Эйнштейна, которые учитывали бы условия, необходимые для парадокс, который необходимо встретить. 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 сконструирована таким образом, чтобы детерминированно предотвратить возникновение таких парадоксов. Эта идея вызывает дискомфорт у многих защитников свободы воли, хотя она очень удовлетворяет многих философов-натуралистов. Альтернативно, идеализация множества миров или концепция параллельных вселенных иногда предполагают, что допускает постоянное дробление возможных мировых линий на множество различных альтернативных реальностей. Это означало бы, что любой человек, который путешествовал во времени, обязательно попадет в другую параллельную вселенную, история которой будет отличаться от момента путешествия во времени вперед.
Другой парадокс, связанный с причинностью и односторонностью времени, - это парадокс Лошмидта, который ставит вопрос, как могут обратимые во времени микропроцессы производить необратимое во времени увеличение энтропии. Частичное разрешение этого парадокса строго обеспечивается теоремой флуктуации, которая полагается на тщательное отслеживание усредненных по времени величин, чтобы показать, что с точки зрения статистической механики энтропия далеко скорее увеличится, чем уменьшится. 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 была 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 в термодинамике, лежащая в основе парадокса Лошмидта, все еще не разрешена теоремой о флуктуациях. Большинство физиков считают, что термодинамическая стрела времени может быть объяснена только путем обращения к условиям низкой энтропии вскоре после Большого взрыва, хотя объяснение низкой энтропии самого Большого взрыва есть все еще обсуждается.
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 унификация еще не завершена, что может указывать на фундаментальные проблемы с текущими научными парадигмами. Является ли это предвестником научной революции, которая еще предстоит, или эти наблюдения будут уточнены в будущем или окажутся ошибочными, еще предстоит определить. Краткий список этих, но недостаточно объясненных наблюдений включает наблюдения, подразумевающие существование темной материи, наблюдения, подразумевающие существование темной энергии, наблюдаемую асимметрию вещества-антивещества, парадокс ГЗК, парадокс тепловой смерти и парадокс Ферми.
| version =()