Парадоксы и мысленные эксперименты

Парадоксы

"Ученый, ты объясняешь нам науку, но кто объяснит нам твое объяснение?"

 - Д. Байрон

"Чем больше сыра, тем больше в нем дырок, но, ведь, чем больше дырок, тем меньше сыра. Получается, чем больше сыра, тем меньше сыра? "- это и есть парадокс, но не наш, ведь мы с вами Физики!

Что же такое научный физический парадокс? Конечно, это парадокс из области науки «физика»!
А что же означает само слово «парадокс»? - мнение странное, на первый взгляд дикое, противное общему!

Парадокс - это неожиданное суждение, которое резко расходится с общепринятым убеждением или даже со здравым смыслом.
Оно приводит к взаимоисключающим, но в равной мере доказуемым результатам.
Оно логически правильно и, кажется, что из него невозможно найти выход.

Но, его все равно ищут!

В науке эти трудно разрешимые задачи играют особую роль. Их ставят, как правило, выдающиеся ученые. Отличаясь простой формулировкой, они длительное время не поддаются решению, хотя ими занимаются лучшие умы. И чем дольше задача не имеет решения, тем важнее обычно ее объяснение для развития науки.

Решения, или иначе объяснения, парадоксов зависят от их вида.
Если есть вывод из теории, который противоречит другому выводу из той же теории, то следует проверить научные рассуждения — нет ли в них логической ошибки?
А если «парадокс является истинным утверждением», то такое утверждение не нуждается в доказательстве, даже если «хочется сказать, что этого не может быть».

В физике можно различить разного вида парадоксы, возникающие в результате:
- противоречий между старой теорией и новой;
- между теорией и опытом;
- между результатами старых и новых опытов.

В шутку говорят, что все великие открытия переживают три этапа. Вначале о первооткрывателе говорят: «Он с ума сошел», потом – «Здесь что-то есть», а в заключительной стадии – «Это же так просто».

Парадокс – это, пожалуй, неотъемлемая часть развития любой области научного исследования. В парадоксах проявляются «горячие точки» науки, пункты ее наиболее вероятных продвижений вперед. Возникновение парадокса дает толчок к новым исследованиям, возможность по-новому посмотреть на существующую теорию и построить более совершенную.

Так объяснение парадокса о прерывистости сигнала в микромире привело ученых к созданию квантовой механики. В результате разрешения парадокса о конечности скорости передачи информации появилась специальная теория относительности. Аналогичными «точками отправления» были парадоксы физики элементарных частиц и современной космологии.

Вот парадокс, возникший и решенный совсем недавно. Анализируя свойства элементарных частиц, физики пришли к заключению, что все адроны состоят из кварков и антикварков — частиц, имеющих дробный электрический заряд. Но вскоре возник парадокс: несмотря на все попытки, обнаружить кварки не удалось.

Размышления над этим парадоксом привели физиков-теоретиков к созданию теории сильного взаимодействия, согласно которой кварки есть частицы особого рода: они существуют только в связанном состоянии, их нельзя извлечь из адронов.

Можете позабавиться классическим парадоксом тысячелетней давности «Ахиллес и черепаха»,возникшим в связи с понятием бесконечности. Считается, что автором этого парадокса о движении и бесконечности был древнегреческий философ Зенон Элейский, живший в 5 веке до н.э.

Допустим, Ахиллес бежит в десять раз быстрее, чем черепаха, и находится позади неё на расстоянии в тысячу шагов. За то время, за которое Ахиллес пробежит это расстояние, черепаха в ту же сторону проползёт сто шагов. Когда Ахиллес пробежит сто шагов, черепаха проползёт ещё десять шагов, и так далее. Процесс будет продолжаться до бесконечности.
Как Вы думаете, сможет ли все-таки Ахиллес догнать черепаху?

Мысленный эксперимент – это, когда какая-то научная ситуация проигрывается в воображении ученого. Задавая начальную физической модель, и преобразовывая ее в дальнейшем, ученый выявляет противоречия какой -либо физической теории, которая считалась ранее непоколебимой.

Ввел этот термин немецкий учёный Эрнст Мах.
В истории хорошо известны ставшие классическими мысленные эксперименты Галилея, Карно, Гюйгенса, Эйнштейна и др.

Существует парадоксальная теорема о бесконечных обезьянах (в различных вариантах) - утверждение, что если в течение продолжительного времени случайным образом обезьяна (одна или много) будут стучать по клавиатуре, то среди набираемого текста возникнут осмысленные слова, предложения и даже целые литературные произведения.

В начале XX в. Французский математик Э.Борель и английский астрофизик А. Эддингтон использовали эту теорему для определения временных масштабов, в которых начинают действовать законы статистической механики.

Данный мысленный эксперимент по проверке теории вероятности «шутки ради» был осуществлен на практике в 2003 году. В нём участвовало шесть обезьян, в результате было напечатано пять страниц текста, содержащего в основном букву "S" (наверно, не хватило времени – уж слишком ничтожным был выбранный временной отрезок …).

"Сворачивает парадокс , куда захочет,
Рассудок здравый он, смеясь, морочит".

Итак, читаем в следующих статьях о физических парадоксах и мысленных физических экспериментах великих физиков.
Эти статьи составлены для того, чтобы познакомить с основами некоторых имеющихся или уже разрешенных в науке проблем. А заинтересовавшиеся могут найти более полные рассуждения, доказательства и сопутствующие им расчеты в специальной литературе.

Источник: http://class-fizika.spb.ru/