물리적 역설
Physical paradox |
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물리적 역설은 우주를 물리적으로 묘사할 때 명백한 모순이다.많은 물리적 역설들이 해결책을 받아들인 반면, 다른 것들은 해결책을 거부하고 이론의 결함을 나타낼 수 있다.모든 과학에서와 마찬가지로 물리학에서도, 모순과 역설은 일반적으로 오류와 불완전성의 산물이라고 가정된다. 왜냐하면 현실은 완전히 일치한다고 가정되기 때문이다. 비록 이것 자체가 철학적 가정이지만.양자물리학이나 상대성 이론과 같은 분야에서, 현실에 대한 기존의 가정이 무너지는 것을 보여주었을 때, 이것은 보통 새로운 증거의 존재 하에서 자기 일관성을 유지하는 새로운 것으로 현실에 대한 우리의 이해를 바꿈으로써 다뤄져 왔다.
잘못된 가정과 관련된 역설
어떤 물리적 역설은 물리적 상황에 대한 상식의 예측을 무시한다.어떤 경우에는, 이것은 현대 물리학이 일상의 경험에서 훨씬 벗어난 상황에서 자연계를 정확하게 기술한 결과이다.예를 들어 특수상대성이론은 전통적으로 쌍둥이 역설과 사다리 역설이라는 두 가지 공통적인 모순을 낳았다.이 두 가지 역설 모두 시간과 공간에 대한 전통적인 상식의 가정을 거스르는 사고 실험을 포함한다.특히, 시간 연장과 길이 수축의 효과는 서로 모순되는 상황을 만들기 위해 두 역설 모두에서 사용된다.빛의 속도가 모든 기준 프레임에서 불변하다는 특수 상대성 이론의 기본 가설은 근본적으로 다른 기준 프레임을 비교할 때 동시성과 절대 시간과 같은 개념을 적용할 수 없다는 것을 요구한다.
상대성 이론과 관련된 또 다른 역설은 양립할 수 없는 두 개의 기준 프레임을 설명하는 것으로 보이는 서플리의 역설이다.이 경우, 이 문제는 특수상대성이론에 잘 위치한다고 가정하지만, 그 효과는 질량을 가진 물체와 유체에 의존하기 때문에 일반상대성이론의 영향을 고려할 필요가 있다.올바른 가정을 취한다면, 이 결의안은 사실 동등성 원칙을 다시 설명하는 방법입니다.
바비넷의 역설은 순진한 예상과 달리 회절 한계에서 빔에서 제거되는 방사선의 양은 단면적의 두 배와 같다는 것이다.이는 빔에서 동일한 양의 방사선을 제거하는 두 가지 다른 과정이 있기 때문입니다. 흡수와 회절입니다.
마찬가지로 잘못된 하나 이상의 가정에 직접 의존하는 일련의 물리적 역설도 존재합니다.통계역학의 깁스 역설은 혼합의 엔트로피를 계산할 때 명백한 모순을 낳는다.이상 기체 내의 입자를 구별할 수 없다는 가정을 적절히 고려하지 않으면 계산된 엔트로피는 광범위한 변수가 아니다.
올버스의 역설은 별이 균일하게 분포된 무한한 우주는 반드시 별만큼 밝은 하늘로 이어진다는 것을 보여준다.관측된 어두운 밤하늘은 두 가지 가정 중 하나가 틀렸다고 진술함으로써 다른 방법으로 해결할 수 있다.이 역설은 때때로 우주 원리에 의해 요구되는 균질하고 등방적인 우주가 반드시 유한하다고 주장하기 위해 사용되었지만, 다른 방법으로 대안적인 해결을 허용하는 다른 방법으로 가정을 완화할 수 있는 방법이 있는 것으로 밝혀졌다.
음펨바 패러독스란 어떤 조건에서는 차가운 물과 같은 온도를 통과해야 하지만 차가운 물보다 뜨거운 물이 더 빨리 얼게 된다는 것이다.이는 뉴턴의 냉각 법칙에 위배되는 것으로 보이지만 실제로는 동결 과정에 영향을 미치는 비선형 효과 때문입니다.물의 온도만이 결빙에 영향을 미친다는 가정은 옳지 않다.
비물리적 수학적 이상화와 관련된 역설
일반적인 역설은 물리적 현상을 먼 거리 또는 전역 척도로 잘 설명하지만 점 자체에서 분해하는 점 소스 같은 수학적 이상화에서 발생합니다.이러한 역설은 때때로 연속성, 무한소, 그리고 종종 공간과 시간과 관련된 무한의 수학적 특성의 물리적 현상에 대해 다루는 제노의 역설과 관련된 것으로 보여진다.예를 들어 점전하에 관련된 전계는 점전하의 위치에서 무한하다.이 명백한 역설의 결과로 점 전하의 전장은 신중하게 구성된 디락 델타 함수에 의해서만 제한적인 의미로 설명될 수 있습니다.이 수학적으로 평범하지만 물리적으로 유용한 개념은 연관된 물리적 조건의 효율적인 계산을 가능하게 하면서, 실제로 무한히 정의된 지점에서 일어나는 일에 대한 철학적 이슈를 쉽게 피하게 합니다: 물리학이 아직 답을 낼 수 없다는 질문입니다.다행히도, 일관된 양자 전기역학 이론은 극소점 전하의 필요성을 완전히 제거한다.
일반 상대성 이론에서도 블랙홀의 기하학적 구조를 설명하는 슈바르츠실트 해와 관련된 중력 특이점과 유사한 상황이 발생합니다.특이점에서의 시공간 곡률은 무한하며, 이는 이론이 이 지점의 물리적 조건을 설명하지 않는다는 것을 나타내는 또 다른 방법이다.이 역설에 대한 해답은 지금까지 이해하기 어려운 양자 중력의 일관된 이론과 함께 발견될 것으로 기대된다.이 역설의 결과는 우주의 추정 시작점에서 발생한 연관된 특이점이 물리학에 의해 적절하게 묘사되지 않는다는 것입니다.특이점에 대한 이론적인 추론이 일어나기 전에, 플랑크 시대에는 양자 역학적 효과가 중요해졌다.일관된 이론이 없다면, 이 시점 이전의 우주와 관련된 물리적 조건에 대한 의미 있는 진술이 있을 수 없습니다.
수학적 이상화로 인한 또 다른 역설은 달랑베르의 유체역학 역설이다.물체를 가로지르는 2차원, 압축 불가, 비회전, 비점성 안정 흐름과 관련된 힘을 계산할 때, 항력은 없습니다.이것은 이러한 흐름의 관측과는 상반되지만, 모든 조건을 엄격하게 만족시키는 유체는 물리적으로 불가능하다는 것이 판명되었다.수학적 모델은 본체의 표면에서 분해되며, 드래그 효과를 올바르게 모델링하려면 경계 레이어와 관련된 새로운 솔루션을 고려해야 합니다.
양자 역학적 역설
중요한 일련의 물리적 역설은 양자역학에서 관찰자의 특권적 위치와 관련되어 있다.
그 중 가장 유명한 것은 다음 세 가지입니다.
그것들은 모두 양자역학의 올바른 해석에 대한 논의와 관련된 사고 실험으로 제안되었다.
이러한 사고 실험들은 겉으로 보기에 모순되는 결론을 도출하기 위해 코펜하겐의 양자역학 해석에서 파생된 원리를 사용하려고 한다.슈뢰딩거의 고양이의 경우 이것은 겉으로 보기에 부조리한 형태를 취한다.
고양이는 적절히 전개되면 고양이를 죽이도록 설계된 양자 기계 스위치로 관찰로부터 격리된 상자에 넣어진다.상자 안에 있는 동안, 고양이는 "죽은" 상태와 "살아있는" 상태의 양자 중첩 상태에 있는 것으로 묘사되지만, 상자를 열면 고양이의 파동 기능이 두 가지 조건 중 하나로 효과적으로 축소됩니다.EPR 패러독스의 경우 양자 얽힘은 빛의 속도보다 빠르게 전달되는 정보의 물리적인 불가능성을 허용해 특수상대성이론을 위반하는 것으로 보인다.EPR 패러독스와 관련된 것은 의사소통을 방해하는 당사자들이 직접 접촉이 필요한 것처럼 보이는 작업을 해내는 양자 의사 텔레파시 현상이다.
이러한 역설에 대한 "해결"은 많은 사람들에 의해 철학적으로 만족스럽지 못하다고 여겨지는데, 왜냐하면 그것들은 관찰의 측정이 구체적으로 무엇을 의미하는지 또는 사고 실험에서 관찰자로서의 역할을 하는지에 달려 있기 때문이다.실제 물리적인 의미에서는 이러한 용어 중 어느 쪽이 정의되어 있든 결과는 동일합니다.고양이를 관찰하면 죽거나 살아있는 고양이를 얻을 수 있다. 중첩은 예상된 것을 계산하는데 필수적인 조건이지만, 그 자체는 관찰되지 않을 것이다.마찬가지로 EPR 역설은 빛의 속도보다 더 빨리 정보를 전송할 수 있는 방법을 제공하지 않는다. 측정되는 양자 결합 관측 가능성의 겉보기에는 순간적인 보존이 있지만, 정보를 전송하기 위해 이 효과를 사용하는 것은 물리적으로 불가능하다는 것이 밝혀졌다.왜 순간 보존이 존재하는가 하는 것은 양자역학의 올바른 해석이다.
일반 상대성 이론과 양자 역학을 결합하는 양자 중력의 추측 이론은 일반적으로 두 공식을 통합하는 일관된 물리적 모델의 결여의 산물로 받아들여지는 그들만의 연관된 역설들을 가지고 있습니다.그러한 역설 중 하나는 이론적인 호킹 복사가 블랙홀을 증발시킬 때 블랙홀에 떨어지는 입자와 관련된 정보가 보존되지 않는다는 것을 지적하는 블랙홀 정보 역설이다.2004년, 스티븐 호킹은 이 문제에 대한 실질적인 해결책을 가지고 있다고 주장했지만, 자세한 내용은 아직 발표되지 않았고, 호킹 방사선의 투기적인 성격은 이 모순이 물리적 현실과 관련이 있는지는 분명하지 않다는 것을 의미한다.
인과관계 역설
일련의 유사한 역설들이 시간과 인과관계를 수반하는 물리 영역 내에서 발생한다.그 중 하나인 할아버지의 역설은 닫힌 시간 같은 고리 안에서 인과 관계의 특이성을 다루고 있다.가장 조잡한 개념에서, 역설은 과거로 거슬러 올라가 아직 번식할 기회가 없었던 조상을 죽이는 것이다.과거로의 시간 여행의 추측적 성격은 역설에 대한 합의된 해결이 없다는 것을 의미하며, 역설에 필요한 조건을 충족시키는 아인슈타인 방정식에 물리적으로 가능한 해법이 있다는 것조차 명확하지 않다.그럼에도 불구하고, 양자 역학적 역설의 설명에 비슷한 맛을 띠는 이 역설에 대해 가능한 분해능에 대한 두 가지 일반적인 설명이 있다.이른바 자기일관적 해법에서 현실은 그러한 역설의 발생을 결정적으로 방지하도록 구성되어 있다.이 생각은 많은 철학 박물학자들에게 [which?]매우 만족스럽지만 많은 자유 의지 옹호자들을 불편하게 만든다.대안으로, 많은 세계의 이상화 또는 평행 우주의 개념은 종종 가능한 세계선을 많은 다른 대안 현실로 계속 분할할 수 있도록 하기 위해 추측된다.이것은 시간을 거슬러 간 사람은 반드시 다른 평행우주에 들어가게 될 것이고, 그것은 시간 여행의 시점과는 다른 역사를 가지고 있을 것이다.
인과관계와 일방향의 시간과 관련된 또 다른 역설은 로스미트의 역설이다. 로스미트의 역설은 어떻게 시간이 되돌릴 수 없는 엔트로피의 증가를 만들어 낼 수 있는지에 대한 의문을 제기한다.이 역설에 대한 부분 분해능은 통계역학적인 관점에서 엔트로피가 감소하는 것보다 증가할 가능성이 훨씬 높다는 것을 보여주기 위해 시간 평균량을 신중하게 추적하는 변동정리에 의해 엄격하게 제공된다.그러나 초기 경계 조건에 대한 가정이 만들어지지 않는다면, 변동 정리는 반전에 똑같이 잘 적용되어야 하며, 현재 낮은 엔트로피 상태에 있는 시스템이 일반적으로 비평형 상태의 반전 필름에서 볼 수 있는 것과 반대로 과거에 더 높은 엔트로피 상태에 있었을 가능성을 예측해야 한다.평형상태로 가다.따라서 로슈미트의 역설의 핵심인 열역학에서의 전체적인 비대칭성은 여전히 변동정리에 의해 해결되지 않는다.대부분의 물리학자들은 빅뱅 직후에 낮은 엔트로피 조건에 호소함으로써 시간의 열역학적 화살이 설명될 수 있다고 믿지만, 비록 빅뱅 자체의 낮은 엔트로피에 대한 설명은 여전히 논란이 되고 있다.
관측적 역설
또 다른 일련의 물리적 역설은 현재의 물리적 모델에 의해 적절하게 설명되지 않는 일련의 관측치에 기초한다.이것들은 단순히 현재의 이론의 불완전성을 나타내는 것일지도 모른다.아직 통일이 이뤄지지 않은 것은 현재의 과학 패러다임의 근본적인 문제를 암시할 수 있다는 인식이다.이것이 아직 다가올 과학 혁명의 전조인지, 아니면 이러한 관찰이 미래의 개선으로 이어질 것인지, 아니면 잘못된 것으로 밝혀질지는 아직 결정되지 않았다.아직 충분히 설명되지 않은 관측의 간단한 목록에는 암흑 물질의 존재를 암시하는 관측, 암흑 에너지의 존재를 암시하는 관측, 관측된 물질-반물질 비대칭성, GZK 역설, 열사 역설, 페르미 역설 등이 포함됩니다.
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레퍼런스
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