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{{Refimprove|article|date=February 2008}}
{{essay|date=January 2021}}
[[File:Teacup with Tealeaves on Wooden Table.jpg|thumb|[[茶葉悖論]]是指一杯茶中茶葉在攪拌後遷移到杯子的中心和底部，而不是像螺旋離心機中預期的那樣被壓到邊緣的現象]]

一個'''物理[[悖論]]'''是一個對[[宇宙]]的物理描述中明顯的矛盾。雖然有一些物理悖論已經有被廣為接受的解答，但另一些沒有明確解答且可能暗示物理理論缺陷。就像其他所有科學，在物理學中[[矛盾]]和[[悖論]]被視為錯誤與不完整的，因為[[現實]]是被哲學性的假設成擁有完全[[一致性 (邏輯)]]的。像在[[量子力學]]和[[相對論]]的理論中，現實的假設被證明已經不合理時，通常解決方式是改變對現實的理解而使用一個全新、可以在新證據的存在下自洽的全新理解。

==與錯誤假設相觀的悖論==
[[Image:Twin Paradox Minkowski Diagram.svg|thumb|[[雙胞胎悖論]]說明了非絕對時間理論。]]

某些物理悖論違反了[[常理]]對物理現象的預測。某些情況下，這是[[現代物理學]]在遠遠超出日常經驗的情況下正確描述自然世界的結果。舉個例子，[[狹義相對論]]有兩個與傳統邏輯衝突的矛盾:[[雙胞胎悖論]]和[[階梯悖論]]。這些矛盾都涉及了違背[[常理]]中對[[時間]]和[[空間]]的假設。特別是兩個悖論都使用了[[時間膨脹]]和[[長度收縮]]造成的的影響以創造看似相互矛盾的情況。事實顯示狹義相對論中的基本[[公理]]:在所有[[参考系]]中[[光速]]是[[不變量]]，這使得[[相對同時]]和[[絕對時空]]等概念在完全不同的參考系中是不適用的。

另一個與相對論相關的悖論是{{tsl|en|Supplee's paradox||Supplee's paradox}}，它似乎描述了兩個不可調和的[[参考系]]。假設該問題在狹義相對論中得到很好的解決，但由於該效應發生在具質量的物體和流體，因此[[廣義相對論]]的影響是不可忽視的。在正確的假設下，解方其實就是重申[[等效原理]]。

[[巴比涅原理]]是對簡單的預測衝突的悖論，在[[衍射極限]]下從光束去除的輻射量等於橫[[截面]]面積的兩倍。這是因為有兩個獨立的過程可以等量地從光束中去除輻射:[[吸收(光學)]]和[[衍射]]。

同樣地，存在一些物理悖論源自一個或多個不正確的假設。[[統計力學]]中[[吉布斯悖論]]在計算混合[[熵]]時產生了明顯的矛盾。如果沒有適當考慮[[理想氣體]]中粒子是不可區分的假設，則計算出來的熵就不是一個好的廣泛變數([[內含及外延性質]])。

[[奧伯斯悖論]]顯示恆星分布均勻的無限宇宙必然導致天空像恆星一樣明亮。現實中觀測到的星空當然是黑暗的，這可以透過說明兩個假設中其一不正確來解決。這個悖論有時候被用來論證[[宇宙論原則]]中假設[[各向同性]]的[[宇宙]]在範圍上必然是有限的，但事實證明有其他方法修改原假設，允許了其他解決方案。

[[姆潘巴现象]]顯示，在某些情況下，熱水會比冷水結冰得更快，即使它在結冰過程中必須經過與冷水相同的溫度。這似乎違反了[[冷卻定律]]，但實際上是由於[[非線性系統]]效應對冷凍過程的影響。只有水的[[温度]]會影響凍結是錯誤的假設。

==與非物理性的數學理想化相關的悖論==
[[Image:Universe expansion-en.svg|thumb|240px|left|隨著時間接近[[大爆炸]]宇宙的初始點，發現的[[密度]]為無限的[[引力奇點]]即是物理悖論的一個例子.]]

一個常見的悖論發生原因是數學的理想化，例如點[[源]]，它們在宇宙或全球尺度時很好地描述了物理現象，但在點([[奇點(數學)]])本身時反而被打破了。這些悖論有時被視為與[[芝諾悖論]]有關，芝諾悖論通常與[[空間]]和[[時間]]相關的[[連續性]]、[[無窮]]小和無窮大等數學性質的物理表現有關。例如， [[點電荷]]位置上點電荷造成的[[電場]]是無限大的這個悖論明顯造成的結果是點電荷的電場被限制在特定的[[狄拉克δ函數]]上。這個在數學上不夠漂亮但在物理上有用的概念允許有效地計算相關的物理條件且同時方便地迴避了在無限小定義點上時實際發生的事情:一個物理學至今無法回答的哲學問題。幸運地，一致的[[量子電動力學]]理論完全消除了對無窮小點電荷的需求。

在[[廣義相對論]]中也有類似的情況。與描述[[黑洞]][[幾何]]形狀的[[史瓦西解]]相關的[[引力奇点]]。 引力奇點的[[時空]][[曲率]]是無限的，這同時也顯示了該理論沒有描述此時的物理條件。人們希望透過一致的[[量子引力]]來找到這個悖論的解決方法，但我們至今仍不太了解量子引力理論。這個悖論造成的其中一個後果是，在宇宙的假定起點(詳見[[大爆炸]])發生的相關奇點沒有被物理學充分描述。在奇點的理論被更進一步外推前量子力學效應在[[普朗克時代]]變得很重要，若無一致的理論就不可能有關於與宇宙相關的物理條件得有意義的描述。

另一個數學理想化造成的悖論是[[達朗貝爾]]的[[流體力學]]悖論。當計算穿過物理的[[二維]]、[[不可壓縮]]、[[不旋轉]]、[[無黏性穩態流動]]中的力時是沒有[[阻力]]的。這與對這種流動狀態的觀察結果互相矛盾，但事實證明，嚴格滿足上述所有條件的流體在物理上是不可能的，必須考慮涉及[[邊界層]]的解決方案才能正確考慮組力效應。
{{-}}

==量子力學悖論==
一系列重要的物理悖論與[[觀察]]者在[[量子力學]]中的特殊性有關。<br>
其中最有名的三個悖論:
# [[雙狹縫實驗]]
# [[EPR悖論]] 
# [[薛丁格的貓]][[悖論]]
它們都提出了與討論正確的[[量子力學詮釋]]有關的[[思想實驗]]。<br>
這些思想實驗試圖利用從量子力學的[[哥本哈根詮釋]]中得出的原理來得出看似矛盾的結論。就[[薛丁格的貓]]而言，這表現出一種看似荒謬的形式。<br>
[[File:Schrodingers cat.svg|320px|thumb|left|在[[薛定格的貓|薛定格的貓]][[悖论]]中一隻貓[[矛盾]]地同時 '' '''存活''' '' 和'' '''死亡''' ''.]] 一隻貓被放在一個盒子裡，用一個被設計會在適當操作下殺死貓的量子機械開關密封起來，在盒子裡，貓被描述為同是處在"死"與"活"的狀態的[[量子]][[疊加態]]，儘管打開盒子可以有效地將貓的[[波函数坍缩]]成兩種狀態的其中之一。而在[[EPR悖論]]的條件下，[[量子糾纏]]似乎允許資訊在超越[[光速]]的速度下傳輸，然而這違反了[[狹義相對論]]。與[[EPR悖論]]相關的是[[量子偽心靈感應]]現象，在這個現象中，被阻止交流的各方確實法完成了似乎需要直接接觸的任務。

許多人認為這些悖論的解決方案在哲學上不夠令人滿意，因為它們取決於[[觀察]]與[[測量]]的具體含意，或者在思想實驗中充當觀察者的具體含意。在現實的物理意義上，無論以何種方式定義這兩個術語結果都是一樣的。對貓給定的任何觀察都會產生一隻死貓或活貓;疊加是計算預期結果的必要條件，但其本身永遠是不可觀察的。同樣地，[[EPR悖論]]也無法以超過光速的速度傳遞資訊，儘管被測量的量子糾纏可觀察物看似暫態守恆，但事實證明，利用這種效應在物理上是不可能的。而為甚麼存在暫態守恆則是關於正確的[[量子力學詮釋]]。

將[[廣義相對論]]與[[量子力學]]相結合的[[量子引力]]推測理論有其自身的相關悖論。這些悖論被普遍認為是缺乏將兩種公式結合在一起的一致性物理模型相關的產物。其中一個悖論是[[黑洞資訊悖論]]，這個悖論指出理論上的[[霍金輻射]]導致黑洞蒸發時，與落入黑洞的粒子相關的[[資訊]]是不守恆的。2004年時，[[史蒂芬·霍金]]聲稱對這個問題有一個可行的解決方案，但細節尚未公布，[[霍金輻射]]的推測性質意味尚不清楚這種悖論是否與物理現實有關。

==因果關係悖論==
在涉及[[時間之箭]]和[[因果關係]]的物理學領域中也有一系列的類似悖論。其中之一是[[时间悖論]]，涉及閉合的[[時間]]迴圈中[[因果關係]]的特殊性質。在最粗略的概念中，這個悖論涉及一個人回到過去並謀殺了一個還沒有機會生育的祖先。時間旅行到過去的推測性質意味著悖論沒有達成一致的解決方案，甚至也不清楚[[爱因斯坦方程式]]中物理上可能的解決方案是否允許滿足悖論所需的條件。 然而，對於這個悖論的可能解決方案有兩個常見的解釋，它們和量子力學悖論的解釋有些許相似性在所謂的[[自洽]]解決方案中，[[現實]]的建構方式是[[決定論]]的，意即此種悖論已經被決定注定無法發生。 這雖然讓[[自由主義]]者感到不滿意，但對[[哲學]][[自然主義]]者來講是相當令人滿意的。另一方面，[[多世界詮釋]]和[[平行宇宙論]]的概念有時允許可能的[[世界線]]不斷分裂成許多不同的多元現實。這意味著任何回到過去的人都必然會進入一個不同的平行宇宙，這個平行宇宙與時間旅行的時間線不同。

另一個與時間的因果關係和單向性相關的悖論是[[洛施密特悖論]]，它提出了一個問題:時間可逆的微觀過程如何產生[[時間]][[不可逆]]的熵遞增。[[漲落定理]]嚴格地提出了這個悖論部分的解決方案，它依賴於仔細追蹤時間的平均量，以闡明從統計力學的角度來看，熵增加的可能性遠大於減少的可能性。然而，如果不對初始邊界條件做出假設，則漲落定理應同樣適用於反方向，預測當前處於低熵狀態的系統過去更有可能處於較高的熵狀態，這與通常時間反演狀態下由非平衡狀態進入平衡狀態的情況相矛盾。因此，作為洛施密克悖論核心的[[熱力學]]的整體不對稱性仍然沒有被漲落定理解決。絕大多數的物理學家認為熱力學的[[時間箭頭]]只能透過訴諸[[大爆炸]]後不久的低熵條件來解釋，儘管對大爆炸本身的低熵解釋仍存在爭議。

==觀測悖論==
另一系列物理悖論是基於一系列觀察結果，這些觀察結果無法用當前的物理模型充分解釋。這些可能是當前理論不夠完備的跡象。人們發覺，[[大統一理論]]尚未完成，這可能暗示了目前[[科學範式]]的根本問題。這是否預示著一場[[科學革命]]即將到來，或者這些觀察結果是否會在未來得到修正或被發現是錯誤的，還有待確認。這些尚未充分解釋的觀測結果包括:暗示[[暗物質]]存在的觀測、暗示[[暗能量]]存在的觀測，觀察到的物質-[[反物質]]的[[不對稱性]]、[[GZK悖論]]、[[熱寂]]悖論和[[費米悖論]]。

==相關條目==
* [[悖論列表]]

==參考資料==
* {{cite book
 | author = Bondi, Hermann
 | title = Relativity and Common Sense
 | publisher = Dover Publications
 | year = 1980
 | isbn = 0-486-24021-5
 | page = [https://archive.org/details/relativitycommon0000bond/page/177 177]
 | url = https://archive.org/details/relativitycommon0000bond/page/177
 }}
* {{cite book
 | author = Geroch, Robert
 | title = General Relativity from A to B
 | publisher = University Of Chicago Press
 | year = 1981
 | isbn = 0-226-28864-1
 | page = 233
 }}
* {{cite book
 | author = Gott, J. Richard
 | title = Time Travel in Einstein's Universe
 | publisher = Mariner Books
 | year = 2002
 | isbn = 0-395-95563-7
 | page = [https://archive.org/details/timetravelineins00gott/page/291 291]
 | url = https://archive.org/details/timetravelineins00gott/page/291
 }}
* {{cite book
 | author = Gamow, George
 | title = Mr Tompkins in Paperback
 | publisher = Cambridge University Press
 | year = 1993|edition=reissue
 | isbn = 0-521-44771-2
 | page = 202
 }}
* {{cite book
 | author = Feynman, Richard P.
 | title = [[QED：光和物质的奇妙理论|QED: The Strange Theory of Light and Matter]]
 | publisher = Princeton University Press
 | year = 1988
 | isbn = 0-691-02417-0
 | page = [https://archive.org/details/qedstrangetheory00feyn/page/176 176]
 }}
* {{cite book
 | author = Ford, Kenneth W. and Paul Hewitt
 | title = The Quantum World : Quantum Physics for Everyone
 | publisher = Harvard University Press
 | year = 2004
 | isbn = 0-674-01342-5
 | page = [https://archive.org/details/quantumworldquan00kenn/page/288 288]
 | url = https://archive.org/details/quantumworldquan00kenn/page/288
 }}
* {{cite book
  | author = Tributsch, Helmut
  | title = Irrationality in Nature or in Science? Probing a Rational Energy and Mind World
  | publisher = CreateSpace
  | year = 2015
  | isbn = 978-1514724859
  | page = 217
 }}

==External links==
* [http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ Usenet Physics FAQ by John Baez]
* [http://plato.stanford.edu/entries/time-travel-phys Time travel and modern physics]

[[Category:物理学悖论| ]]
[[Category:物理学哲学|Category:Philosophy of physics]]
{{tsl|en|Category:Thought experiments in physics||Category:Thought experiments in physics}}

這裡是維基社，想請教一下您是哪一位同學，以及什麼時候可以翻譯完？理論上期限已經過了，本週是最���遲交期限。若有看到，請寄信給 ntuwpc@gmail.com ，謝謝。

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