Bạn có quá quen thuộc với những nghịch lý vật lý?

…bạn có thể chỉ ra đầu mũi tên đang bay ở đâu không? Zeno của Elea

Tại sao nếu dùng rìu mang tải nặng vào cây thì cây sẽ bị hư nhẹ, còn nếu nhấc rìu không tải mà đập vào cây thì cây sẽ gãy đôi? Aristote

Trái với lẽ thường, lực ép lên đáy bình không phụ thuộc vào hình dạng của nó mà phụ thuộc vào

chỉ dựa trên chiều cao của cột chất lỏng, mật độ và diện tích đáy của nó. Nghịch lý của Pascal…Cho đến khi chiếc hộp được mở ra, con mèo bên trong chiếc hộp ở trạng thái chồng chất của hai trạng thái, tức là không sống cũng không chết. Nghịch lý của Schrödinger…trong vật lý, nghịch lý chỉ là sự nhầm lẫn trong hiểu biết của chúng ta. Richard Feynman Khi bạn ăn một chiếc bánh mì tròn, cái lỗ sẽ đi về đâu? Văn hóa dân gian

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

nghịch lý vật lý

Lịch sử vật lý đầy rẫy những nghịch lý! Đôi khi đơn giản, chỉ cần xem xét kỹ hơn và sử dụng những kiến ​​thức đã biết để giải quyết những mâu thuẫn rõ ràng. Và đôi khi sâu sắc, ảnh hưởng đến nền tảng của các lý thuyết hiện có và dẫn đến việc sửa đổi chúng. Những suy ngẫm về nghịch lý chiếm lĩnh tâm trí của các nhà khoa học xuất sắc và phân tích của họ đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của vật lý hiện đại. Tuy nhiên, ngay cả trong chương trình giảng dạy ở trường cũng có rất nhiều bài toán có bản chất nghịch lý và dường như khác xa với lẽ thường. Chúng tôi hy vọng lời giải của họ sẽ cho phép chúng tôi vượt ra ngoài các cách tiếp cận tiêu chuẩn, thông thường, mở rộng hiểu biết của chúng ta về các hiện tượng vật lý và cũng cảnh báo một số sai lầm, đôi khi gây khó chịu. Hãy trang bị cho mình câu nói đầy nghịch lý “đáng kinh ngạc, nhưng có thật” - và mạnh dạn tiến về phía trước!

Câu hỏi và bài toán

1. Trong một cỗ xe đóng kín, chuyển động đều, có một quả bóng ở giữa sàn và một quả bóng cao su nhẹ được thổi phồng bằng hydro treo phía trên nó gần trần nhà. Quả bóng và quả bóng sẽ chuyển động như thế nào nếu xe phanh gấp? Có thể bỏ qua lực cản của không khí và ma sát của quả bóng trên sàn.

2. Bạn sẽ trả lời câu hỏi của Aristotle như thế nào (xem đoạn văn)? 3. Chiếc vòng, quay theo mặt phẳng thẳng đứng và được tay của vận động viên thể dục ném qua sàn, sẽ tự quay trở lại chỗ cô ấy sau vài giây. Làm thế nào chúng ta có thể giải thích điều này? 4. Một quả bóng có khối lượng m, nối với một trục cố định bằng một sợi dây, chuyển động theo đường tròn với vận tốc v. Động năng của nó là $mv^{2} 2$ và không đổi. Tuy nhiên, trong một hệ quy chiếu chuyển động trong mặt phẳng quay của quả bóng với tốc độ v thì động năng của nó thay đổi từ 0 đến $2mv^{2}$. Điều này có phù hợp với định luật bảo toàn năng lượng không? 5. Một đường thẳng được vẽ trên đồng xu bằng phấn. Đường này có nên uốn cong nếu đồng xu bị nung nóng không? 6. Nếu bạn thả nước lên bếp đang nóng nằm ngang, giọt nước sẽ đọng lại rất lâu, gần như không bay hơi. Nếu bạn làm điều này trên bếp có nhiệt độ thấp, giọt nước sẽ bay hơi gần như ngay lập tức kèm theo tiếng rít. Làm thế nào để giải thích sự khác biệt trong “hành vi” này của giọt nước? 7. Mở cửa tủ lạnh vào ngày nắng nóng, chúng ta cảm nhận được một luồng không khí mát lạnh ùa vào phòng. Có thể tạo ra sự mát mẻ trong phòng theo cách này không?

8. Một ống đồng có đường kính ngoài 1cm làm chất dẫn hơi nước. Để giảm thất thoát nhiệt, nó được phủ một lớp cách nhiệt dày 5 mm. Tuy nhiên, tổn thất sau đó không những không giảm mà thậm chí còn tăng lên. Tại sao? 9. Hiệu điện thế giữa các bản của tụ điện không khí phẳng tích điện tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng. Bằng cách di chuyển các tấm ra xa nhau, dường như chúng ta có thể tăng hiệu điện thế này vô thời hạn. Có sự mâu thuẫn ở đây? 10. Một quả cầu kim loại B tích điện dương được đưa đến quả bóng A tích điện dương, quả bóng này bắt đầu bị hút bởi quả bóng A. Làm sao điều này có thể xảy ra được, vì các vật tích điện tương tự sẽ đẩy nhau!? 11. Sử dụng một mảnh gương nhỏ, người ta quan sát thấy một “chùm tia” mặt trời trên tường và hình dạng tròn của nó vì một lý do nào đó không phụ thuộc vào hình dạng của mảnh gương. Trong trường hợp nào điều này xảy ra? 12. Bạn có thể sử dụng que diêm để chặn bất kỳ từ nào trong văn bản sách khỏi mắt bạn. Tuy nhiên, nếu bạn giữ que diêm cách mắt 1–2 cm, văn bản sẽ hiển thị “xuyên qua” que diêm. Điều gì giải thích điều này?

Kinh nghiệm vi mô

Lấy một nửa ly chứa đầy nước và phủ nó bằng một tờ giấy. Dùng tay ấn chặt tờ giấy và lật ngược tấm kính. Sau khi đã chắc chắn tờ giấy nằm ngang thì bỏ tay ra. Nước không tràn ra ngoài! Những loại nghịch lý?

Thật thú vị rằng…

…theo aporia chính (trong tiếng Hy Lạp - độ khó) của Zeno chống lại chuyển động, không thể phân biệt được một mũi tên đang bay với một mũi tên đang nằm yên. Chỉ có thể thoát khỏi “tình thế vô vọng” này vào giữa thế kỷ 17 với sự đưa ra khái niệm tốc độ của Huygens. …cơ sở tư tưởng của các nhà khoa học Hy Lạp cổ đại, dẫn đến những nghịch lý, là sự bác bỏ bất kỳ quy trình hiện tại nào, được cho là không thể tiếp cận được để phân tích khoa học, và hạn chế của một quy trình

chúng chỉ là những “trạng thái” đông lạnh. …nghịch lý thủy tĩnh nổi tiếng, được đưa vào sách giáo khoa ở trường dưới tên định luật Pascal, đã được phát hiện sớm hơn nhiều bởi Simon Stevin, người đã khôi phục các kết quả mà Archimedes thu được. …theo định luật được thiết lập năm 1905, một phần đáng kể năng lượng trong phổ bức xạ nhiệt rơi vào vùng sóng ngắn (tia cực tím) của nó, điều này mâu thuẫn với thí nghiệm. Sự khác biệt này được gọi là thảm họa tia cực tím hay nghịch lý Rayleigh-Jeans. …Thuyết hấp dẫn của Newton hóa ra không thể áp dụng được cho mô hình mới của Vũ trụ xuất hiện vào đầu thế kỷ XX, dẫn đến nghịch lý hấp dẫn, theo đó một lực vô cùng lớn phải tác dụng lên bất kỳ điểm nào trong Vũ trụ. …thế kỷ trước đã đưa ra những khái niệm vật lý mới, thoạt đầu có vẻ nghịch lý: điện trường và từ trường không tồn tại riêng biệt, và đối với những người quan sát khác nhau, cùng một trường có thể tự biểu hiện dưới dạng từ tính, hoặc điện, hoặc dưới dạng hỗn hợp của chúng theo những tỷ lệ rất khác nhau. …sự khác biệt về tuổi của các cặp song sinh, một trong số đó vẫn ở trên Trái đất và người còn lại du hành vào không gian, có lẽ là nghịch lý nổi tiếng nhất trong thuyết tương đối. …vào cuối thế kỷ 20, cái gọi là hiệu ứng Zeno lượng tử đã được thảo luận tích cực. Tuyên bố nghịch lý chính của ông là việc quan sát liên tục quá trình phân rã phóng xạ khiến bản thân sự phân rã đó không thể xảy ra.

Đọc gì trong «Kvant» về nghịch lý vật lý (xuất bản những năm gần đây) 1. “Về vai trò của nghịch lý trong sự phát triển của khoa học” - 2016, Phụ lục số 2, tr. 165; 2. “Đó là nơi chúng ta đang đứng!” – 2018, số 5, tr. 26; 3. “Thuyết tương đối của chuyển động trong các bài toán động lực học” – 2019, số 4, tr. 40; 4. “Nghịch lý Vavilov” – 2020, số 1, tr. 59.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị