Физический парадокс - Physical paradox

Механический парадокс в Музее Галилея, Флоренция.

А физический парадокс очевидное противоречие в физические описания из вселенная. Хотя многие физические парадоксы разрешаются, другие не поддаются разрешению и могут указывать на недостатки в теория. В физика как и во всей науке, противоречия и парадоксы обычно считаются артефактами ошибки и неполноты, потому что реальность предполагается полностью последовательный, хотя это само по себе философское предположение. Когда, как в таких областях, как квантовая физика и теория относительности было 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

В парадокс близнецов иллюстрирует теорию неабсолютного времени.

Некоторые физические парадоксы бросают вызов здравый смысл предсказания о физических ситуациях. В некоторых случаях это результат современная физика правильно описывать мир природы в обстоятельствах, далеких от повседневного опыта. Например, специальная теория относительности традиционно порождает два общих парадокса: парадокс близнецов и лестница парадокс. Оба эти парадокса связаны с мысленными экспериментами, которые бросают вызов традиционным здравый смысл предположения о время и Космос. В частности, эффекты замедление времени и сокращение длины используются в обоих этих парадоксах для создания ситуаций, которые кажутся противоречащими друг другу. Оказывается, фундаментальный постулат специальной теории относительности, что скорость света является инвариантный в целом системы отсчета требует, чтобы такие концепции, как одновременность и абсолютное время неприменимы при сравнении радикально разных систем отсчета.

Еще один парадокс, связанный с относительностью: Парадокс Supplee который, кажется, описывает два системы отсчета которые непримиримы. В этом случае предполагается, что проблема в специальной теории относительности правильно поставлена, но поскольку эффект зависит от объектов и жидкостей с массой, эффекты общая теория относительности нужно учитывать. Принимая правильные предположения, разрешение на самом деле является способом повторить принцип эквивалентности.

Парадокс Бабине заключается в том, что вопреки наивным ожиданиям, количество излучения, удаленного от луча в предел дифракции равно удвоенному площадь 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 зависят от одного или нескольких неверных предположений. В Парадокс гиббса из статистическая механика дает кажущееся противоречие при вычислении энтропия смешивания. Если предположить, что частицы в идеальный газ неразличимы, не учитывается надлежащим образом, вычисленная энтропия не является обширная переменная так, как это 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 утверждать, что однородный и изотропный вселенная как того требует космологический принцип обязательно был конечным по протяженности, 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 Закон охлаждения Ньютона но на самом деле это связано с нелинейный эффекты, влияющие на процесс замораживания. Предположение, что только температура воды повлияет на замерзание не правильно.

Парадоксы, касающиеся нефизических математических идеализаций

Бесконечно плотный гравитационная сингулярность находится по мере приближения времени к начальной точке в Большой взрыв Вселенная - это пример физического парадокса.

Обычный парадокс возникает с математическими идеализациями, такими как точечные источники которые хорошо описывают физические явления на далеком или глобальном напольные весы но сломаться в точка сам. Эти парадоксы иногда рассматриваются как относящиеся к Парадоксы Зенона которые все имеют дело с физическими проявлениями математических свойств непрерывность, бесконечно малые, и бесконечности часто ассоциируется с Космос и время. Например, электрическое поле связанный с точечный заряд бесконечна в месте нахождения точечного заряда. Следствием этого кажущегося парадокса является то, что электрическое поле точечного заряда можно описать только в ограниченном смысле с помощью тщательно построенного Дельта-функция 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 квантовая электродинамика полностью устраняет необходимость в зарядах бесконечно малой точки.

Аналогичная ситуация возникает в общая теория относительности с гравитационная сингулярность связанный с Решение Шварцшильда это описывает геометрия из черная дыра. В кривизна из пространство-время в сингулярности бесконечно, что является другим способом заявить, что теория не описывает физические условия в этой точке. Есть надежда, что решение этого парадокса будет найдено с помощью последовательной теории квантовая гравитация, то, что 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 Планковское время. Без последовательной теории не может быть значимого утверждения о физических условиях, связанных со Вселенной до этого момента.

Другой парадокс математической идеализации: Парадокс Даламбера из механика жидкости. Когда силы связана с двумерный, несжимаемый, безвихревый, невязкий постоянный поток по телу рассчитаны, нет тащить. Это противоречит наблюдениям за такими потоками, но оказывается, что жидкость, строго удовлетворяющая всем условиям, физически невозможна. Математическая модель разрушается на поверхности тела, и новые решения, включающие пограничные слои необходимо учитывать, чтобы правильно моделировать эффекты сопротивления.

Квантово-механические парадоксы

Значительный набор физических парадоксов связан с привилегированным положением наблюдатель в квантовая механика.
Три самых известных из них:

все они предложены как мысленные эксперименты относится к обсуждениям правильных интерпретация квантовой механики.
Эти мысленные эксперименты пытаются использовать принципы, полученные из Копенгагенская интерпретация квантовой механики, чтобы сделать выводы, которые кажутся противоречивыми. В случае Кот Шредингера это принимает форму кажущегося абсурда.

В Кот Шредингера мысленный эксперимент кошка как ни парадоксально живой и мертвых в тот же момент.

Кошку помещают в ящик, закрытый от наблюдения с помощью квантово-механического переключателя, который убивает кошку при правильном использовании. Находясь в коробке, кот описывается как находящийся в квантовая суперпозиция состояний "мертвого" и "живого", хотя открытие коробки эффективно коллапсирует волновую функцию кошки к одному из двух условий. В случае Парадокс ЭПР, квантовая запутанность похоже, учитывает физическую невозможность Информация передается быстрее, чем скорость света, нарушая специальная теория относительности. С парадоксом ЭПР связан феномен квантовая псевдотелепатия в которых стороны, которым мешают общаться, действительно справляются с задачами, которые, как представляется, требуют прямого контакта.

«Разрешить» эти парадоксы многие считают философски неудовлетворительными, потому что они зависят от того, что конкретно подразумевается под измерение из наблюдение или то, что служит наблюдателем 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 происходит мгновенное сохранение, является предметом обсуждения. интерпретация квантовой механики.

Спекулятивные теории квантовая гравитация которые сочетают общая теория относительности с квантовая механика имеют свои собственные связанные парадоксы, которые обычно считаются артефактами отсутствия согласованной физической модели, объединяющей эти две формулировки. Один из таких парадоксов - это парадокс информации о черной дыре что указывает на то, что Информация связанная с частицей, которая падает в черную дыру, не сохраняется, когда теоретическая Радиация Хокинга заставляет черную дыру испаряться. В 2004 г. Стивен Хокинг заявили, что имеют рабочее решение этой проблемы, но подробности еще не опубликованы, и предположительный характер Радиация Хокинга означает, что неясно, относится ли этот парадокс к физической реальности.

Парадоксы причинно-следственной связи

Набор аналогичных парадоксов возникает в области физики, связанной с стрела времени и причинность. Один из них, дедушка парадокс, касается специфической природы причинность в закрытом своевременный петли. 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 путешествий во времени в прошлое означает, что не существует согласованного решения парадокса, и даже не ясно, что существуют физически возможные решения проблемы. Уравнения Эйнштейна это позволило бы выполнить условия, необходимые для выполнения парадокса. Тем не менее, есть два общих объяснения возможных разрешений этого парадокса, которые приобретают аналогичный оттенок для объяснений квантово-механических парадоксов. В так называемом самосогласованный решение, реальность построен таким образом, чтобы детерминированно предотвратить возникновение таких парадоксов. Эта идея заставляет многих свободная воля пропагандирует неудобство, хотя многим это очень нравится философские натуралисты.^{[который? ]} В качестве альтернативы много миров идеализация или концепция параллельные вселенные иногда высказывается предположение, что допускает непрерывный разрыв возможных мировые линии во 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 точки путешествия во времени вперед.

Другой парадокс, связанный с причинностью и односторонностью времени: Парадокс лошмидта что ставит вопрос, как микропроцессы, обратимый во времени произвести необратимый во времени увеличить в энтропия. Частичное разрешение этого парадокса строго предусмотрено теорема о флуктуациях который основан на тщательном отслеживании усредненных по времени величин, чтобы показать, что из статистическая механика С 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 была в состоянии с более высокой энтропией в прошлом, в противоречие с тем, что обычно можно увидеть в перевернутой пленке неравновесного состояния, переходящего в равновесие. Таким образом, общая асимметрия в термодинамика лежащий в основе парадокса Лошмидта, до сих пор не разрешен теоремой о флуктуациях. Большинство физиков считают, что термодинамические стрела времени может быть объяснено только обращением к условиям низкой энтропии вскоре после Большой взрыв, хотя объяснение низкой энтропии самого Большого взрыва все еще обсуждается.

Наблюдательные парадоксы

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 выполнено, что может указывать на фундаментальные проблемы с текущим научные парадигмы. Является ли это предвестником научная революция еще предстоит выяснить, будут ли эти наблюдения уточнены в будущем или будут признаны ошибочными. Краткий список этих, но недостаточно объясненных наблюдений включает наблюдения, предполагающие существование темная материя, наблюдения, предполагающие существование темная энергия, наблюдаемая асимметрия вещества и антивещества, то ГЗК парадокс, то парадокс тепловой смерти, а Парадокс Ферми.

Смотрите также

Список парадоксов

дальнейшее чтение

Кучич, Д. и Николич, А. (2006). Краткое описание 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 ]. Cite имеет пустой неизвестный параметр: | версия = (помощь)