Парадоксы в физике реферат

Обновлено: 02.07.2024

Постулаты о корпускулярно-волновом дуализме и принципе суперпозиции состояний как физическая основа квантовой механики. Характеристика точной количественной аналогии между соотношениями неопределённости Гейзенберга и свойствами волн или сигналов.

Подобные документы

Модели атома Томсона и Резерфорда. Линейчатый спектр атома водорода. Постулаты Бора, опыты Франка и Герца. Спектр атома водорода по Бору. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Основное уравнение Шредингера - нерелятивистской квантовой механики.

курс лекций, добавлен 01.04.2014

Экспериментальные основы и роль М. Планка в возникновении квантовой теории. Квантовая механика – фундаментальная физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер).

доклад, добавлен 23.03.2019

Вернер Карл Гейзенберг как основатель квантовой механики. Описание предмета квантовой механики как теории физических явлений на очень малых пространственных масштабах. Изучение понятий комплексной вероятности, микрочастиц, неопределенности и квантования.

презентация, добавлен 05.07.2012

Развитие теории неклассических перемещенных фотонных состояний для квантовой обработки информации. Метод реализации состояний, квантовых операций. Построение протокола плотного кодирования методами линейной оптики. Протокол квантовой криптографии.

диссертация, добавлен 27.11.2017

Особенности возникновения и развития квантовой теории. Открытие корпускулярно-волнового дуализма частиц. Эффект Ааронова и Бома. Парадокс Энштейна, Подольского и Розена. Справедливость теоремы Белла и достоверность экспериментальных результатов.

статья, добавлен 02.05.2014

История образования и развития квантовой механики. Сущность и понятие корпускулярно-волнового дуализма для микрочастиц и излучения. Анализ основных формул и законов, что описывают эти явления. Применение дуализма свойств микрочастиц и излучения в науке.

реферат, добавлен 03.12.2016

Эвереттовская интерпретация квантовой механики. Интерсубъективное восприятие и коллективная память "сообществ сознаний", способных лишь к селективному восприятию квантовой Вселенной, но не оказывающих на нее никакого реального физического воздействия.

статья, добавлен 25.07.2018

Строение атомного ядра, ядерные реакции. Опыты Резерфорда, модель атома Бора. Свойства фотоэффекта, корпускулярно-волновой дуализм, соотношение неопределённостей Гейзенберга. Кинематика теории относительности. Идея построения квантового компьютера.

реферат, добавлен 04.02.2012

Квантово-полевая картина мира. Возникновение и развитие квантовой физики. Теория атома Бора. Взгляды на природу света, формула Планка. Принцип неопределенности Гейзенберга. Концепция целостности в квантовой физике. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена.

реферат, добавлен 15.06.2011

Вероятностный характер квантовой теории. Составление протокола квантовой телепортации, то есть последовательности операций для выполнения задачи. Схема протокола квантовой телепортации с участием трех частиц. Принцип работы установки опыта К. Монро.

Физика — это наука, которая описывает поведение Вселенной. Однако наши знания об окружающей действительности не полны. В этой науке существует еще много пробелов, неточностей и парадоксов.

Парадокс — это утверждение, противоречащее здравому смыслу или опыту. Он чаще всего возникает из-за неверных предположений и/или ошибок в доказательствах. В физике известно много парадоксов, но стоит упомянуть несколько самых интересных.

Парадокс дихотомии

Парадокс голубого неба

Парадокс голубого неба сфокусирован вокруг вопроса: почему небо голубое, если солнце желтое? В 1899 году Джон Уильям Стретт опубликовал закон, согласно которому интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Таким образом, голубой цвет неба является результатом рассеивания солнечного света в атмосфере. Но если на солнце смотреть с поверхности Луны, которая не имеет атмосферы, то оно будет белым, а небо черным.

Гравитационный парадокс

Парадокс Зелигера (известный как гравитационный парадокс) — это парадокс, сформулированный в 1895 году Хьюго Гансом Риттером фон Зелигером. Он говорит, что в соответствии с теорией тяготения Ньютона, в бесконечной вселенной, равномерно заполненной материей,

сила тяжести, действующая на частицу должна быть бесконечно большой, а каждую точку можно рассматривать как центр сферы с бесконечным радиусом. Согласно закону Гаусса, гравитационное поле в центре такой сферы исчезает.

Парадокс Ольберса

Парадокс Ольберса (также известный как фотометрический) был сформулирован в 1826 году Генрихом Вильгельмом Маттиасом Ольберсом: если Вселенная статична, однородна и бесконечна, то почему ночное небо темное? Ольберс попытался объяснить этот парадокс, говоря, что межзвездная материя поглощает свет, движущийся к Земле. Фотометрический парадокс Ольберса был решен почти 100 лет спустя благодаря теории расширяющейся Вселенной Фридмана (основанной на гипотезе Большого взрыва). Ночное небо темное, потому что возраст Вселенной конечен, а свет от далеких звезд еще не успел до нас дойти.

Демон Максвелла

Демон Максвелла — это воображаемое разумное существо микроскопического размера, придуманное Джеймсом Клерком Максвеллом для мыслительного эксперимента, иллюстрирующего физический смысл второго закона термодинамики. Если кратко: без демона никакая термодинамически изолированная система не сможет снизить свою энтропию. В 2013 году существование квантового демона Максвелла было теоретически доказано.

Тахионный антителефон

Кот Шредингера

Самый известный кот в мире науки. Кот Шредингера — это интересный мысленный эксперимент, который был опубликован в 1935 году Эрвином Шредингером. Чтобы понять в чем суть, нужно представить себе кота и непрозрачную коробку, в которой он находится. Помимо кота в коробке также есть источник радиоактивного распада, счетчик Гейгера и запечатанная капсула с ядом. Если счетчик уловит распад хотя бы одного атома, то он автоматически вскроет капсулу с ядом, и кот умрет. Парадокс заключается в том, что пока мы не откроем коробку, то не сможем узнать, жив кот или уже мертв. До этого момента кот находится сразу в двух состояниях — жив и мертв одновременно.

Ниже приведены лишь самые яркие примеры физических парадоксов.

1. В физике нет вечных двигателей, но движение в макро- и микромире ВЕЧНО.

2. На свете якобы нет ничего быстрее света, но мысль МГНОВЕННА.

Рис. 2. В физике свет быстрее мысли.

3. Физика не признаёт ЭФИР, но распространение энергии возможно только в среде, от одной частицы к другой.

4. В природе всё ИЗМЕНЯЕТСЯ, но постулаты, объясняющие эти изменения, неприкосновенны и НЕИЗМЕННЫ.

Рис. 4. Замена гипотез постулатами.

5. Для объяснения СОВРЕМЕННЫХ физических эффектов и явлений используются ВЕТХОЗАВЕТНЫЕ математические догматы: беспрерывность, безматериальность, бесконечность, безразмерность и беспричинность, или случайность.

Рис. 5. Новая физика – сфера античного догматизма.

Последний парадокс является, по сути, причиной парадоксов всей физики, как классической, так и квантовой.

12 марта 2018 года

3. Физика не признаёт эфир, но передача энергии возможна только от одной частицы среды к другой.
Но признаёт что имеется тёмная материя. Но это и есть эфир, только назвали по другому. Всего то. Которую лучше назвать не тёмной, а светлой. А точнее прозрачной, раз через неё проходит свет, а точнее через неё, как через стекло передаётся тепло, передаётся энергия, в частности от солнца к нам. Что именуется сейчас солнечным ветром.
Да кстати. Эфир, в переводе означает сияющий, прозрачный.
Так что если эту как бы темную материю назвать прозрачной материей, типа стекла. Все вообще будет тип-топ.

Ещё тут одна штука есть, интересная.
Считается что корпускула ещё и одновременно волна. Типа два в одном.
Волна, по другому называется синусоида.
Волна-синусоида, абстрактная величина, по русскому, понятие. То что понимается, и представление о чем формируется, умом и в уме. Т.е. синусоиды, как траектории движения, в природе нет.
Но траектории бывают разные, волна-синусоида, окружность, парабола и т.д.
Если следовать, что фотон, это без массовая частица,и одновременно синусоида.
То если взять землю, планету, движущуюся, "летящую" по окружности.
То значит она и планета, и окружность одновременно.
Но тогда и стрела летящая из лука, по траектории например в виде параболы.
Это и стрела и парабола, одновременно.
А если человек идёт прямо, по прямой линии. То значит он и человек, и прямая линия одновременно. Вот вопрос?
То

Ещё пример из школьного учебника: синусоида – это график, вычерчиваемый на асфальте краской, вытекающей из дырочки в днище раскачивающегося ведра, подвешенного за ручку на гвоздь в заднем борту движущейся вперёд телеги.

На мой взгляд, мнимый дуализм в опытах со светом возникает от абсолютно ошибочной трактовки в математике понятия многомерности! Я считаю, что свет ведёт себя как частица (фотон) только во взаимодействии с 4D-объектами, то есть с такими же 4D-частицами. Волновые же свойства свет проявляет во взаимодействии с 3D-макро объектами, например, со щелями диафрагмы в опыте Юнга.

Прошу извинить за невнимательность: 10^-15 – 10^-16 см.
10^-8 см – это размер трёхмерного атома.

Действительно надо начинать с простых задач.
Если краска из означенного ведра выписывает синусоиды, как график, траекторию движения ведра. То это же не значит, что ведро, является и ведром, и графиком, траекторией, синусоидой, одновременно.
А если ведро крутить ещё и вокруг вертикальной оси. То краска на асфальте будет выписывать несколько иной график, траекторию. Наверное график, след краски на асфальте, будет как нечто подобное спиральной синусоиды.
Но это же не будет говорить, что ведро, точнее часть ведра, железо, где дырка просверлена. И железо, и спиральная синусоида одновременно.
Синусоида, волна, это только график, траектория движения. Абстракция, Только и всего.
Синосоида, спираль, и т.д. не являются реальными объектами. Это суть абстракции, воображаемые и понимаемые исключительно умами людей.
Ещё раз отмечу, волна, синусоида, прямая линия, и т.п. это всего лишь траектории движения, перемещения, . Но не сами ведра, вода, фотоны, и т.п. А в общем случае, не вещества и энергия.
Элементарное магнитное поле от магнита, это намагничивание вещества, среды. И совсем другой вопрос какая это среда? Жидкая, твердая и т.д.
Так мне это хорошо упорядоченное хозяйство представляется.

Сергей, простите, я не понял, к чему всё это многословие?
Процитируйте, пожалуйста, мою фразу, с которой вы не согласны и поясните коротко, в чём конкретно не согласны.

Да с вами я по изложенному в статье и вообще почти полностью согласен.
Только с этими 4D и т.д. въехать не могу. Но это к делу не относится.
Не могу понять, что фотон, и вообще малые частицы, это и корпускола, и волна одновременно. Принцип дополнительности. Школьная физика.
Волна это та же синусоида, траектория, график движения частицы, корпускулы.
Так вот я и не могу понять, что и частица и график ее движения, и то и другое одновременно. Не входит мне это в голову. Может голова маленькая?

Сергей, почти всё, что опубликовано на этой страничке, нацелено на объяснение многомерности материи и пространства, начиная с 4D- и выше. Математика, к сожалению, сложилась два с половиной тысячелетия назад и с тех самых пор молится на дремучие заблуждения, типа: непрерывность, бесконечность, пустота, несоизмеримость и так далее.

Частица не может быть волной! Волновые свойства проявляются у потока частиц, который выступает уже в качестве трёхмерного макрообъекта.

Александр. Просто хочу разобраться во всех этих многомерностях. Чисто с практической цели. Например.
Существует в нашей речи такое явление именуемое ударностями. Их несколько видов.
Пример. Пишу ударные звуки большими буквами. кОтлинъ, котлИнъ и котлинЪ.
Из чего следуют, что одни и теже звуки произносимые с разной ударностью, в частности с разной долготой, обозначают разные значения, или разные размерности. Или разные мерности,разные меры измерения. Причём этих мер измерения измерения, имеется как минимум пять -шесть. Но эти пространственные меры измерения, не измеряют, или не отмечают, не выражают, длину, широту и высоту. А совершенно иные параметры.
Пойдём дальше.
Мы в одном случае говорим один, два, три, . А в другом раз, два, три, .
Но раз и один, это не одно тоже. Точнее этими названиями обозначали, совершенно разные единицы измерения. И совершенно для разных понятий.
А у вас нет, каких -то подходящих названий для 4D и т.д. измерений.
Может слов и много. Но есть такая штука. Чтобы что-то понять, это нужно сопоставить, уподобить, с тем и тому, что человек может ощутить своим органами чувств, или сравнить с тем представление о чем уже сформировано в его голове. Или на базе чего -то это можно сформировать. Проще говоря, мозгам нужно за что-то зацепится, чтобы производить дальнейшие построения.
В былые, прошлые времена, это делалось посредством рисунков, чертежиков, в первую очередь животных. Например, олени рисовались без ног, и с птичьими головами. У лосей рисовалось две головы, одна смотрит вперед, другая назад. Или змею со многими головами. Ну и т.п. Или это излагалось посредством сказок, В частности для того, чтоб через эти сказки у детей сформировались представления о нравственных понятиях. Таких как совесть, честь и т.п.

Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.

3. Oren Raz, Zhiyue Lu. Nonequilibrium thermodynamics of the Markovian Mpemba effect and its inverse. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2017. Vol. 114. iss. 20. P. 5083–5088.

4. Chang Q. Sun, Qing Jiang, Weitao Zheng, Ji Zhou, Yichun Zhou. Hydrogen-bond memory and water-skin supersolidity resolving the Mpemba paradox. Physical Chemistry Chemical Physics. 2014. Vol. 16. iss. 42. P. 22995–23002.

5. Клейменов М., Лозовенко С.В. Охлаждение жидкостей, эффект Мпембы // Физика для школьников. 2015. № 1. С. 40–43.

6. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Тепломассобмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат, 2000. 451 с.

Эффект Мпембы – известный физический парадокс, который гласит, что горячая вода в определенных случаях замерзает быстрее, чем холодная, хотя при этом, если следовать классическим представлениям о термодинамике, она должна отдать окружающей среде большее количество теплоты, чем холодная и, следовательно, охлаждаться дольше [1].

Этот феномен замечали в своё время Аристотель, Френсис Бэкон, Рене Декарт, Исаак Ньютон и многие другие. На Руси этот феномен тоже знали – когда заливали зимой ледяной каток, использовали горячую воду, даже кипяток.

Однако, как объяснить этот эффект, до сих пор точно никто не знает. У учёных к настоящему моменту накопилось множество версий, но пока никто не смог детально объяснить этот парадокс. Горячая и холодная вода обладают разными свойствами, но пока не ясно, какие именно играют роль в этом случае: разница в переохлаждении, испарении, формировании льда, конвекции или воздействии растворенных газов на воду при разных температурах.

Следует отменить, что во всех случаях данный парадокс был установлен экспериментальным путем. А свое название он получил благодаря следующему случаю.

Эрасто Мпемба, в 1963 году ученик средней школы в Танзании, выполнял практическую работу по кулинарии. Требовалось приготовить домашнее мороженое: вскипятить молоко, растворить сахар, охладить смесь до комнатной температуры, а затем поместить ее в холодильник, чтобы заморозить. Мпемба, опасаясь, что не успеет выполнить задание в отведенное для этого время, поместил в холодильник горячую смесь молока с сахаром. К его удивлению, она замерзла даже раньше, чем продукт, приготовленный в соответствии с технологией.

Эрасто Мпемба обратился за разъяснениями к учителю физики, но он не принял это в серьез. Мпемба экспериментировал не только с молоком, но и с обычной водой, и этот эффект также проявил себя.

С тех пор высказывались разные версии, одна из которых гласила: часть горячей воды сначала просто испаряется, а потом, когда осталось меньшее её количество, вода застывает быстрее. Эта версия, в силу своей простоты, стала самой популярной, но учёных удовлетворяла не полностью.

В основу другой популярной версии было положено учение о молекулярном составе воды. Как известно, молекулы воды состоят из одного атома кислорода и двух атомов водорода, удерживаемых вместе ковалентными связями, что на уровне частиц выглядит как обмен электронами. Другой известный факт заключается в том, что атомы водорода притягиваются к атомам кислорода из соседних молекул – при этом образуются водородные связи. Вместе с тем молекулы воды отталкиваются друг от друга. Учёные заметили: чем теплее вода, тем большим оказывается расстояние между молекулами жидкости из-за увеличения отталкивающих сил. В результате водородные связи растягиваются, а следовательно, запасают большую энергию. Эта энергия высвобождается при охлаждении воды − молекулы сближаются друг с другом. А отдача энергии, как известно, и означает охлаждение.

Высказывались и другие версии, основанные на известных явлениях физики, таких как теплопроводность, переохлаждение воды, конвекция и т.д. [3].

В дальнейшем эффект Мпембы исследовался и наблюдался в различных физических системах помимо воды, в том числе – в углеродных нанотрубках и клатратных гидратах, однако до сих пор феномен не понят до конца. Было выдвинуто несколько объяснений, и даже поставлен под сомнение сам факт наличия этого явления. Так, Антонио Ласанта и его соавторы теоретически продемонстрировали и изучили эффект Мпембы на примере сыпучих тел, состоящих, как песок, из мелких частиц. При помощи моделирования и кинетики они установили, что основополагающим фактором проявления эффекта Мпембы являются начальные условия, и смогли определить, какими они должны быть. Было установлено, что эффект Мпембы весьма чувствителен к изначальному состоянию жидкости или, другими словами, ее истории. Это может объяснить неуловимость и противоречивость эффекта Мпембы в воде, поскольку сложно подготовить образец должным образом. Но использование вместо воды сыпучих тел упрощает задачу.

Совсем недавно команда исследователей из Технологического университета Наньян в Сингапуре (Nanyang Technological University) во главе с химиком Си Чжаном заявила, что им удалось разрешить вековую загадку о том, почему тёплая вода застывает быстрее, чем холодная. Как выяснили китайские специалисты, секрет кроется в количестве энергии, запасённой в водородных связях между молекулами воды [4].

Авторы данной публикации также провели серию экспериментов по исследованию эффекта Мпембы. В ходе исследований температура горячей воды принималась равной 60 °С и 90 °С, а температура холодной воды была фиксированной и равнялась 30 °С. Использовалась обычная водопроводная вода. Масса воды в каждой пробе равнялся 50 грамм.

Время эксперимента – 90 минут с периодичностью замера температуры 5 минут; температура в морозильной камере – минус 17 °С, дно отсека, в который устанавливался контейнер с водой без инея и льда, материал – пластик. Температура замерялась термопарой с мультиметром, дополнительные замеры проводились инфракрасным термометром. Дополнительно за процессом осуществлялось визуальное наблюдение при помощи веб – камеры. Основные результаты эксперимента показаны на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость температуры проб с холодной и горячей водой от времени

На рис. 1 цифрами обозначены: 1 – проба с водой температуры 90 °С, 2 – 60 °С, 3 – 30 °С.

В результате этого эксперимента был сделан вывод, что в условиях равных тепловых сопротивлений границ вода/воздух (вода/испаритель холодильника), быстрее остужается до температуры кристаллизации вода с более низкой начальной температурой, то есть холодная, однако кристаллизация в горячей воде идет быстрее. Таким образом, как и ожидалось, горячая вода замерзает быстрее холодной (в рассматриваемом эксперименте почти на 15 минут), при этом разница в скорости замерзания воды с температурой 60 °С и 90 °С почти не заметна; возможно, это связано с погрешностью измерений температуры.

По окончании эксперимента образцы со льдом были повторно взвешены. Оказалось, что масса льда в пробе с холодной водой практически не изменилась (точность имеющихся весов не позволила установить уменьшение массы), масса пробы с водой температуры 60 °С сократилась на 4 грамма пробы с водой температуры 90 °С – на 7 грамм, то есть незначительно по отношению к начальной массе. Таким образом, можно утверждать, что процесс испарения воды при кристаллизации не играет решающую роль при объяснении эффекта Мпембы.

Стальной стержень небольшой длины и диаметра с одного края нагревается до высокой температуры (500–900 °С). При этом благодаря невысокой теплопроводности стали другой край стержня остаётся холодным (слабо нагревается) и его можно свободно держать не защищённой рукой. Однако если нагретый край стержня резко охладить в холодной воде, температура холодного края резко увеличивается, в некоторых случаях его даже невозможно будет взять в руки.

Для проверки этого парадокса был взят стальной стержень длиной 20 сантиметров и диаметром 5 миллиметров, который нагревался пламенем бытовой газовой горелки примерно на 10-15 % его длины. Температура нагретого края стержня определялась приблизительно по его цвету, поскольку термопара не рассчитана на такой нагрев. А температура холодного края определялась с помощью термопары с мультиметром, как и в первом примере.

После нагревания стержня определялась температура его краев (холодного и горячего), затем стержень охлаждался в воде комнатной температуры, и снова определялась температура его холодного края.

Результаты этих измерений показаны на рис. 2.

На рис. 2 по горизонтальной шкале отложена температура горячего края стержня (определялась приблизительно), по вертикальной – температура холодного. Цифрой 1 обозначена температура холодного края до охлаждения в воде, цифрой 2 – сразу после охлаждения.

Рис. 2. Зависимость температуры холодной стороны стержня от температуры горячей стороны до и после охлаждения

Результаты данных измерений показали, что действительно, после резкого охлаждения горячего края стержня происходит нагревания холодного, причем тем больше, чем выше была температура горячего. Обычно данный эффект проявляется в закрытых объемах, таких как трубопроводы, котлы и т.д. [6], однако, в данном случае также удалось воспроизвести подобный эффект.

Явление кризиса теплообмена известно давно, однако, механизм развития этого процесса до настоящего времени до конца не известен, ввиду сложности и многообразия данного явления, также, как и эффект Мпембы. Принято считать, что существует кризис первого рода – следствие перехода пузырькового кипения жидкости на поверхностное, и кризис второго рода – следствие испарения или срыва водяной микропленки с поверхности [6]. В данном случае, очевидно, имеет место кризис первого рода. Кроме того, по мнению авторов, при быстром охлаждении горячего края стержня возникает акустическая волна, направленная вдоль его оси (при резком охлаждении стержня отчетливо ощущается слабая вибрация), которая также способствует переносу энергии от нагретого края стержня к холодному.

Очевидно, что оба рассмотренных физических явления требуют более детального изучения, и авторы намерены продолжить данное исследование. Вместе с тем, все эксперименты были проведены авторами самостоятельно в бытовых условиях и с применением несертифицированных средств измерений. Поэтому приведенные результаты могут иметь достаточно большую погрешность, однако, для качественного объяснения явлений и обоснования их существования этих результатов вполне достаточно.

Читайте также: