Paradoxo físico

A física paradoxo é uma aparente contradição em descrições físicas do universo . Enquanto muitos paradoxos físicos aceitaram resoluções, outros desafiar resolução e pode indicar falhas na teoria. Em física , como em toda a ciência, contradições e paradoxos são geralmente assumido ser artefatos de erro e incompletude porque realidade é assumida como sendo completamente consistente, embora esta seja em si um pressuposto filosofia. Quando, como em campos como a física quântica ea teoria da relatividade , hipóteses existentes sobre a realidade têm sido mostrados para quebrar, isso geralmente tem sido tratado por mudar nossa compreensão da realidade para um novo que continua a ser auto-consistente na presença do novas provas.

Paradoxos relacionados a falsas suposições

O Paradoxo dos gêmeos ilustra a teoria do tempo não-absoluto.

Alguns paradoxos físicos desafiar previsões de senso comum sobre situações físicas. Em alguns casos, isto é o resultado de física moderna descrever corretamente o mundo natural em circunstâncias que são muito fora da experiência cotidiana. Por exemplo, a relatividade especial tem tradicionalmente rendeu dois paradoxos comuns: a paradoxo dos gêmeos ea paradoxo escada. Ambos estes paradoxos envolvem experimentos mentais que desafiam tradicional suposições de senso comum sobre o tempo e espaço. Em particular, os efeitos da dilatação do tempo e contração do comprimento são utilizados em ambos os paradoxos para criar situações que aparentemente contradizem uns aos outros. Acontece que o fundamento postulado da relatividade especial que a velocidade da luz é invariável em todos quadros de referência requer que conceitos como simultaneidade e tempo absoluto não são aplicáveis quando se compara radicalmente diferentes quadros de referência.

Outro paradoxo relacionado com a relatividade é O paradoxo de Supplee que parece descrever dois quadros de referência que são irreconciliáveis. Neste caso, o problema que se presume ser bem colocados em relatividade especial, mas porque o efeito é dependente de objectos e fluidos com massa, os efeitos de relatividade geral têm de ser tidas em conta. Tomando as premissas corretas, a resolução é, na verdade, uma forma de reafirmar a princípio da equivalência.

Paradoxo do babinet é que ao contrário das expectativas naive, a quantidade de radiação removido de um feixe no limite de difracção é proporcional ao dobro do área da secção transversal. Isto é porque existem dois processos separados, que removem a radiação do feixe em quantidades iguais: e absorção difracção.

Da mesma forma, existe um conjunto de paradoxos físicos que dependem diretamente em um ou mais suposições que estão incorretas. O Gibbs paradoxo da mecânica estatística produz uma aparente contradição no cálculo da entropia de mistura. Se a hipótese de que as partículas em um dos gases ideais são indistinguíveis não é adequadamente levada em conta, a entropia calculado não é um variável extensa como deveria ser.

Paradoxo de Olbers mostra que um universo infinito com uma distribuição uniforme de estrelas leva necessariamente a um céu que é tão brilhante quanto uma estrela. O céu noite escura observada pode ser resolvido em alternativa, afirmando que um dos dois pressupostos está incorreto. Este paradoxo às vezes era usado para argumentar que um homogênea e isotrópica universo como exigido pela princípio cosmológico era necessariamente finito em extensão, mas verifica-se que existem maneiras de relaxar as hipóteses de outras maneiras que admitem resoluções alternativas.

Mpemba paradoxo é que, sob certas condições, a água quente irá congelar mais rápido do que a água fria, embora ele deve passar através da mesma temperatura da água fria durante o processo de congelação. Isto é uma violação aparente de Lei de resfriamento de Newton, mas na realidade é devido a efeitos não lineares que influenciam o processo de congelação. O pressuposto de que apenas a temperatura da água vai afectar congelação não é correcta.

Paradoxos relativos a idealizações matemáticas não físico

O infinitamente denso singularidade gravitacional encontrado como o tempo se aproxima de um ponto inicial no Big Bang universo é um exemplo de um paradoxo físico.

Um paradoxo comum ocorre com idealizações matemáticas, tais como fontes pontuais que descrevem fenômenos físicos bem no distante ou global escalas, mas quebrar no apontar si. Esses paradoxos são por vezes vistos como estando relacionada com Paradoxos de Zenão que todos lidam com as manifestações físicas das propriedades matemáticas de continuidade, infinitesimais, e infinidades freqüentemente associada com espaço e tempo . Por exemplo, o campo eléctrico associado com um carga pontual é infinito, no local do ponto de carga. Uma consequência deste aparente paradoxo é que o campo elétrico de uma carga-ponto só pode ser descrito num sentido limitativo por um cuidadosamente construída Delta de Dirac. Este conceito matematicamente deselegante, mas fisicamente útil permite o cálculo eficiente das condições físicas associadas enquanto convenientemente evitando a questão filosófica do que realmente ocorre no ponto infinitesimal definido: a questão de que a física é como ainda incapaz de responder. Felizmente, uma teoria consistente de eletrodinâmica quântica desenvolvidas em parte por Richard Feynman elimina a necessidade de cargas pontuais infinitesimais completamente.

Uma situação semelhante ocorre na relatividade geral com a singularidade gravitacional associado com o Solução de Schwarzschild que descreve a geometria de um buraco negro . O curvatura espaço-tempo na singularidade é infinito que é outra maneira de afirmar que a teoria não descreve as condições físicas neste momento. Espera-se que a solução para este paradoxo será encontrada com uma teoria consistente de gravidade quântica, algo que até agora permaneceu uma incógnita. Uma consequência deste paradoxo é que a singularidade associada, que ocorreu no ponto de partida suposto do universo (ver Big Bang ) não é adequadamente descrita pela física. Antes de uma extrapolação teórica de uma singularidade pode ocorrer, efeitos mecânicos quânticos se tornam importantes em uma era conhecida como a Tempo de Planck. Sem uma teoria consistente, não pode haver nenhuma declaração significativa sobre as condições físicas associadas ao universo antes deste ponto.

Outro paradoxo devido a idealização matemática é Paradoxo de D'Alembert de mecânica dos fluidos . Quando as forças associadas com bidimensional, incompressível, irrotational, invíscido fluxo constante através de um corpo são calculadas, não existe nenhum arraste. Isto está em contradição com as observações de tais fluxos, mas como despeja um líquido que satisfaça rigorosamente todas as condições é uma impossibilidade física. O modelo matemático quebra na superfície do corpo, e que envolve novas soluções camadas limites têm de ser consideradas para modelar corretamente os efeitos de arrasto.

Paradoxos da mecânica quântica

Um conjunto significativo de paradoxos físicos estão associados à posição privilegiada do observador na mecânica quântica . Dois dos mais famosos são o Paradoxo EPR e O gato de Schrödinger, ambos propostos como experiências de pensamento relevantes para as discussões do que o correto interpretação da mecânica quântica é. Estes pensamento experimentos tanto tentar usar princípios decorrentes da Interpretação de Copenhague da mecânica quântica para tirar conclusões que são aparentemente contraditórias. No caso de O gato de Schrödinger isso toma a forma de um aparente absurdo. Um gato é colocado em uma caixa selada de observação com um interruptor mecânico quântico projetado para matar o gato quando adequadamente implementado. Enquanto na caixa, o gato é descrita como estando numa superposição quântica de "mortos" e estados "vivos", embora a abertura da caixa desmorona efetivamente o gato de função de onda a uma das duas condições. No caso de o Paradoxo EPR, emaranhamento quântico aparece para permitir a impossibilidade física de informação transmitida mais rapidamente do que a velocidade da luz , violando a relatividade especial .

As "resoluções" a esses paradoxos são considerados por muitos como filosoficamente insatisfatório porque eles dependem de o que é especificamente destinado pela medição de um observação ou o que serve como um observador nas experiências de pensamento. Em um sentido físico real, não importa o que forma qualquer um desses termos são definidos, os resultados são os mesmos. Qualquer observação de um gato irá produzir qualquer um que está vivo ou morto; a sobreposição é uma condição necessária para o cálculo o que é para ser esperado, mas nunca em si ser observado. Da mesma forma, o Paradoxo EPR pensei rendimentos experiência nenhuma maneira de transmitir informação mais rápido que a velocidade da luz, embora haja uma conservação aparentemente instantânea dos quanticamente enredado observável a ser medido, verifica-se que é fisicamente impossível para usar este efeito para transmitir informações. Por que há uma conservação instantânea é o assunto de que é o correto interpretação da mecânica quântica.

Teorias especulativas de gravidade quântica, que combinam a relatividade geral com a mecânica quântica têm seus próprios paradoxos associados que são geralmente aceites para ser artefatos da falta de um modelo físico consistente que une as duas formulações. Um paradoxo é o tal paradoxo informações buraco negro que aponta que a informação associada com uma partícula que cai em um buraco negro não é conservada quando o teórico radiação Hawking faz com que o buraco negro evaporar. Em 2004 , Stephen Hawking afirmou ter uma resolução de trabalho para este problema, mas os detalhes ainda têm de ser publicados e a natureza especulativa de radiação de Hawking significa que não está claro se esse paradoxo é relevante para a realidade física.

Paradoxos de causalidade

Um conjunto de paradoxos semelhantes ocorre dentro da área da física que envolva flecha do tempo e causalidade. Um destes, o paradoxo do avô, lida com a natureza peculiar de causalidade na fechado loops de tempo semelhantes. Em sua concepção mais bruto, o paradoxo envolve uma pessoa que viaja de volta no tempo e assassinar um ancestral que ainda não tinha tido a chance de procriar. A natureza especulativa de viagem no tempo para o passado significa que não há acordado resolução ao paradoxo, nem é ainda claro que não são fisicamente possíveis soluções para o Equações de Einstein que permitam as condições necessárias para o paradoxo de ser cumpridos. No entanto, existem duas explicações comuns para possíveis resoluções para este paradoxo que assumir sabor semelhante para as explicações dos paradoxos da mecânica quântica. No chamado- solução de auto-consistente, realidade é construída de tal forma que a deterministically evitar tais paradoxos ocorra. Esta idéia faz com que muitos livre arbítrio defende desconfortável, embora seja muito gratificante para muitos naturalistas filosóficos. Alternativamente, a muitos mundos idealização ou o conceito de universos paralelos às vezes é conjecturado para permitir uma fratura contínua do possível worldlines em muitas realidades alternativas diferentes. Isto significa que qualquer pessoa que viajou de volta no tempo seria necessariamente entrar em um universo paralelo diferente que teria uma história diferente do ponto do percurso para a frente do tempo.

Outro paradoxo relacionado com a causalidade eo one-way natureza do tempo é O paradoxo de Loschmidt que coloca a questão como pode microprocessos que são tempo reversível produzir um aumento do tempo-irreversível na entropia . A resolução parcial para esse paradoxo é rigorosamente previsto pela teorema de flutuação que se baseia em cuidadosamente mantendo a noção do tempo em média quantidades para mostrar que a partir de uma mecânica estatística ponto de vista, a entropia é muito mais propensos a aumentar do que diminuir. No entanto, se não suposições sobre as condições de contorno iniciais são feitas, o teorema de flutuação deve aplicar-se igualmente bem em sentido inverso, prevendo que um sistema atualmente em um estado de baixa entropia é mais provável que tenha sido em um estado de maior entropia no passado, em contradição com o que normalmente seria visto em um filme reversa de um estado de não equilíbrio vai equilíbrio. Assim, a assimetria global em termodinâmica, que está no cerne do paradoxo de Loschmidt ainda não foi resolvido pelo teorema de flutuação. A maioria dos físicos acreditam que a termodinâmica flecha do tempo só pode ser explicado apelando para condições de baixa entropia logo após o big bang , embora a explicação para a baixa entropia do golpe grande própria ainda é debatido.

Paradoxos observacionais

Um outro conjunto de paradoxos físicos são baseados em conjuntos de observações que não conseguem ser adequadamente explicado por modelos físicos atuais. Estes podem ser simplesmente indicações da incompletude das teorias atuais. Reconhece-se que unificação não foi realizado ainda o que pode sugerir problemas fundamentais com o atual paradigmas científicos. Se este é o prenúncio de uma revolução científica ainda está por vir, ou se estas observações irá produzir para refinamentos futuros ou de ser encontrado para ser errônea é ainda a ser determinado. Uma breve lista dessas observações ainda insuficientemente explicados inclui observações que implicam a existência de matéria escura , observações que implicam a existência de energia escura, a assimetria matéria-antimatéria observada, o Paradoxo GZK, o Anomalia Pioneer, eo paradoxo de Fermi .