next up previous
Next: Paradokser i matematik Up: Paradokser Previous: Zenon

Paradokser i fysik

Videnskaben -- særligt fysikken -- fortæller os fra tid til anden, at verden ser anderledes ud end vi gik og troede. For eksempel er dette eksemplar af Famøs, ikke meget andet end 0,03 gram elektroner. Tilsvarende er denne artikels forfatter cirka 14 gram elektroner. Fra kemien ved vi nemlig, at de kemiske bindinger kun mærker de yderste elektroner i atomernes elektronsky. Fra fysikken, at for cirka hveranden kernepartikel findes en elektron, og denne har massen en -del af massen af en kernepartikel. Altså er elektronmassen en -del af den samlede masse.

Måske lyder det paradoksalt? Sådan er fysikken altså: Fra tid til anden kommer et mærkeligt resultat frem, hvor det er op til den enkelte hovedrystende at fastslå, at naturen er underlig, eller at forsøge et vise en uoverensstemmelse mellem teori og virkelighed.

Der er groft sagt fire slags paradokser i fysik:

Den ene af to tvillinger placeres i en rumraket og flyver til et sted fjernt fra Jorden med hastigheder af en størrelsesorden, som er sammenlignelig med lysets. Efter nogen tid vender tvillingen om og flyver tilbage. Denne tvilling vil nu være yngre end tvillingen, som blev i ro på Jorden. Dette er tilfældet, fordi den specielle relativitetsteori siger, at en person, som befinder sig i hvile i et koordinatsystem, som bevæger sig med konstant hastighed (et initialsystem), vil se tiden gå langsommere for en person i et bevæget system.

Dette er den første (`forkerte') version af tvillingeparadokset. Det er underligt, første gang man hører om det, men sådan opfører naturen sig altså. Paradokset er et eksempel på et paradoks af den første type.

Den anden version går videre og stiller spørgsmålet: For tvillingen i raketten ser det ud som om, det er tvillingen på Jorden, der bevæger sig. Hvorfor er det så alligevel ham i raketten, som bliver den yngre? Dette er den `rigtige' version af tvillingeparadokset og et eksempel på et paradoks af den anden type. Den specielle relativitetsteori siger nemlig intet om, hvad en person i et koordinatsystem, som ikke bevæger sig med jævn hastighed, oplever. Teoriens gyldighedsområde overskrides ved alligevel at anvende den på tvillingen i raketten, for denne accelererer tre gange: Ved starten fra Jorden, når raketten vendes og ved ankomsten til Jorden.

Paradokser af den tredje slags, misforståelser af teorien, der fører til fejlagtige konklusioner, er et gennemsnitligt fysikstudium rigt på. I Gamma nr. 57 findes Carlo Hansens tog-paradoksgif:

I midten af en togvogn står en lanterne, som sender lysglimt fremad og bagud samtidig. I begge ender af togvognen er en automatisk dør, som åbnes ved et lysglimt. Da lysets hastighed er den samme for en vilkårlig iagttager i et initialsystem, vil en person i toget se dørene åbnes samtidig. En person, som står på en bakkeskråning udenfor, ser bagdøren nærme sig lanternen mens lysglimtet er undervejs, og han ser således den bageste dør åbnes først. En bombemand stiller nu en bombe oven på lanternen. Bomben er udstyret med to strenge og springer kun i luften, netop når der trækkes i disse samtidig. De to strenge forbindes til dørene. Manden i toget oplever, at toget springer i luften, mens observatøren udenfor kun ser det køre fredsommeligt videre.

Forklaringen på paradokset er ganske enkelt, at signalet i snorene allerhøjest kan udbrede sig med lysets hastighed. Signalet i snoren fra bagdøren og frem vil blive forsinket lige så meget som lyssignalet fra lanternen til fordøren. For begge personer vil toget springe i luften.

Fysikkens historie er rig på eksempler på paradokser af den sidste type, en samling af teorier, som går i hårdknude og giver modstridende forudsigelser, eller forudsigelser som strider mod eksperimenter på afgørende punkter. En af disse teorier er flogiston-teorien. Denne var herskede lige til den sidste fjerdedel af det 18. århundrede. Ifølge denne teori betinges alle forbrændingsprocesser af, at stoffet indeholder flogiston, der ved forbrænding går bort i luften. Luften være tilstede for at optage flogistonen. Ved forbrændingen frigøres flogistonen og andre bundne stoffer bliver tilbage som `aske' og `metalkalk' eller `fordamper' sammen med flogistonen.

Dette underlige stof, flogiston, opfører sig paradoksalt. Et af teoriens første store problemer var, at ved visse forbrændinger skete en vægtforøgelse af det brændende stof. I senere udgaver af teorien veg man derfor ikke tilbage for at tillægge flogiston negativ vægt.

Efter at ilten var opdaget i begyndelsen af 1770'erne, kunne flogistonteorien ikke holde stand længere: Lavoisier viste, at den virkelige årsag til vægtforøgelsen ved forbrænding var, at det brændende stofs bestanddele reagerede med luftens ilt. [16]

Flogistonteorien er samtidig et eksempel på, hvor svært det kan være at skelne ``sådan er naturen så underlig''-paradokser fra ``teorier i hårdknude ny teori''-paradokser. Hvor langt er man villig til at gå i troen på, at naturen nok har en `mening' med underlighederne, før man erkender at teorien må kasseres? Som vi har set, er man villig til endog at godkende negativ vægt. Historisk set er svaret da også: Man er villig til at gå overraskende langt. Den gamle underlige teori bliver som oftest først kasseret, når en ny og bedre (mindre `underlig') teori foreligger.

Når en problemstilling kaldes et paradoks i fysik, er det historisk betinget. Paradokset er kun et paradoks i tidsrummet, fra nogen har opdaget problemet, og til man har vænnet sig til tanken, eller indtil den fejlagtige teori er blevet modificeret eller forkastet og erstattet med noget bedre.

I nutidens fysik er der flere åbne spørgsmål, som med lidt god vilje kan kaldes paradokser. Et af de nyeste er problemet med universets alder. Nye målinger og beregninger viser, at de ældste stjerner er ældre end man hidtil har troet. Faktisk er de så gamle, at det kan se ud som om, de er lidt ældre end kosmologiens standard model siger, at universet er. Det er jo noget rod. Dog kan forklaringen stadig ligge i måleusikkerhed. Men hvis fremtidige, mere præcise målinger stadig viser uoverensstemmelse, har man to gode, velfungerende modeller i direkte modstrid. Dette er nok det tætteste, man kommer på et sandt paradoks i fysik.



next up previous
Next: Paradokser i matematik Up: Paradokser Previous: Zenon



Rasmus Borup Hansen
Wed May 31 09:41:45 GMT+0200 1995