El sorprendente mundo de la física parece paradójico en su esencia. De vez en cuando es divertido y estimulante recordar las paradojas físicas y dejar que soplen los circuitos del cerebro. Este artículo se comprometerá a mostrar las diferencias entre la paradoja de Zermelo y la paradoja de Loschmidt, así como viajar a otros resultados paradójicos de la física del siglo XX.
La primera paradoja lleva el nombre de Zermelo. Era un famoso axiomatizador de la teoría de sets. Esta paradoja implica dos aspectos aparentemente contradictorios de la física. Uno tiene que ver con la recurrencia de Poincare. El otro tiene que ver con la segunda ley de la termodinámica.
Digamos que tiene un sistema gobernado por las leyes mecánicas de Newton y que también se conserva la energía (por ejemplo, el universo). El sistema tiene algunas condiciones iniciales y evoluciona a partir de ahí. La recurrencia de Poincare establece que el sistema devolverá arbitrariamente cerca de sus condiciones iniciales.
Este universo también parece obedecer las leyes de la termodinámica, el principio de la conservación de la energía (primera ley) como se mencionó anteriormente, y el Segunda ley, que tiene que ver con un sistema aislado que siempre aumenta su entropía.
Ahora nos enfrentamos a un problema. Cuando un sistema está en un punto de distancia de sus condiciones iniciales, tiene una mayor entropía debido a la segunda ley, pero la recurrencia de Poincare establece que un sistema puede devolver arbitrariamente cerca de sus condiciones iniciales. Estas dos declaraciones juntas implican una reducción de la entropía si un sistema regresa porque los puntos alcanzados de las condiciones iniciales tienen entropías más altas que los puntos más cercanos a las condiciones iniciales. Por lo tanto, parece que las leyes de Newton y las leyes de la termodinámica están en desacuerdo. termodinámica. Algo tenía que dar y para él era la vista mecánica newtoniana del universo. La contradicción anterior lo llevó a declarar que la visión mecánica del universo estaba en bancarrota.
Sorprendentemente, parece que aún no hay un acuerdo universal sobre la solución a este problema. La gente ha presentado el trabajo y la mecánica estadística de Boltzmann. Bajo este punto de vista, la entropía es básicamente la maximización de la cantidad de formas de organizar unidades de energía y partículas o similares. Puede mostrar utilizando el enfoque de la mecánica estadística que se puede reproducir el enfoque macro de la termodinámica.
¿Por qué es relevante este enfoque estadístico? A medida que aumenta la cantidad de formas de organizar cosas, algunas probabilidades se convierten en casi certezas. Básicamente verías un pico en el gráfico. Por lo tanto, es muy probable que la entropía continúe aumentando, pero hay probabilidades de que el universo pueda volver a caer en uno de los estados de baja entropía cerca del estado inicial del universo. La forma en que el universo entró en un estado de entropía tan bajo también ha sido un problema en cosmología. De todos modos, se ofrecen soluciones más avanzadas, pero esto es todo lo que sé de esta paradoja particular.
La segunda paradoja tiene que ver con el hecho de que las leyes de Newton son invariables de inversión del tiempo. Básicamente, esto significa que puede ejecutar las cosas hacia atrás y hacia adelante y no Beeble para notar la diferencia. Hay una simetría. Entonces, si este es el caso de que todas las partículas se rigan por estas leyes invariantes de inversión del tiempo, ¿por qué solo experimentamos solo el tiempo en una dirección? ¿Por qué nunca vemos que un huevo roto vuelva a estar juntos?
Algunos han querido conectar la “flecha de tiempo” con la segunda ley de la termodinámica porque también tiene el carácter unidireccional, es decir, la entropía siempre aumenta. Con el enfoque estadístico, vemos que en realidad es posible, pero altamente improbable que un huevo realmente vuelva a unirse después de ser roto. Algunos también han sugerido que esto está relacionado con la violación de CPT. Tiene que ver con un cierto tipo de desequilibrio de partículas que también podría tener que ver con el problema de por qué encontramos más materia que antimateria en nuestro universo.
Viajando a otros resultados paradójicos, digamos que tiene un partícula en una caja. En la mecánica clásica, supone que puede encontrar la partícula en cualquier parte de la caja y en cualquier nivel de energía continua. Si la partícula no tiene suficiente energía, no sale. Simplemente rebotará de un lado a otro contra las paredes.
Es muy diferente en la mecánica cuántica. Encuentra que puede encontrar la partícula solo en ciertas regiones con una cierta probabilidad de estar en esas regiones. Incluso encuentra que hay algunas regiones en las que la partícula tiene cero probabilidad de estar en esa región. Esto es sorprendente porque estás pensando en una partícula que rebota de un lado a otro aquí, pero hay espacios en su línea de movimiento. ¿Qué?
Esto tiene mucho más sentido cuando pensamos en las olas, y podemos porque hemos descubierto que las partículas tienen una naturaleza de onda y también que la luz tiene una naturaleza de partículas en lugar de solo una naturaleza de onda. Esta es la famosa dualidad de partículas de onda. De todos modos, las ondas tienen nodos y estas regiones nodales corresponden a las regiones donde la partícula tiene cero probabilidad de ser.
También encuentra que la energía está discretizada; La partícula no se puede encontrar en ciertas energías. Hablando de energía, encuentra un fenómeno extraño en la mecánica cuántica donde una partícula puede escapar de su caja a pesar de no tener suficiente energía clásicamente para hacerlo. El ejemplo común es el de pasar por una pared, dejando la pared intacta. Esto se llama túnel. Hay pequeñas probabilidades de que la partícula salga de la caja de esta manera. Usando la caja como modelo, podemos explicar la radiación como resultado de estas partículas escapadas que tienen pequeñas probabilidades de escapar del núcleo. La electrónica moderna también se basa en fenómenos cuánticos como este.
La física aceptada es tan loca, ¡y mucho menos la especulación! Cuando llegas a la relatividad, obtienes las ideas de dilatación del tiempo, contracción de Lorentz, deformación por gravedad en tiempo espacial por la presencia de materia y energía, el tiempo disminuye la presencia de campos gravitacionales, agujeros negros, especulación de viaje del tiempo, especulación de teletransportación, especulaciones multiversas , etc …
