物理定律普遍适用于整个宇宙吗?
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发布时间：2024-10-23 23:42
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时间：19小时前
物理学讲究求真务实，没有一点依据的话，物理学家们自然是不屑说的。那么这个问题就变成了：对于极其遥远的太空深处，我们能否找到，当前我们的物理定律依然成立的证据？答案是肯定的。我们的望远镜已经可以看到上百亿光年外的宇宙景象，无尽的天体运行在无垠太空中，其中绝大部分，其运行规律都服从着我们已经发现的定律。
小到原子：即使是百亿光年外的星辰，其光谱谱线，在经过红移校正后，依然和地球上的原子的谱线是一致的。当光照射在原子上，如果能量合适，就可以把原子激发到高能态。这个过程中，原子吸收了这个光子。而如果这种原子有很多，就可以在恒星的光谱上“打一个洞”，如上图黑线所示。
每一种原子，都有其独特的一系列光谱线。宇宙学上，我们也经常用恒星的光谱来判断其元素构成。而这一谱线，和原子的结构密切相关。
量子力学发展伊始，我们就已经可以用量子力学手段来解释、预测原子光谱。课令人惊讶的是，即使是百亿光年外的星球，其光谱的谱线，在经过红移的校正之后，依然可以和在地球上观察到的原子光谱的谱线，严丝合缝！也就是说，地球上的原子，和百亿光年外，恒星的气体环境中的原子，是一模一样的！
大到星系：广义相对论可以完美预测百亿光年外的星球在透过引力透镜观测时的像。
广义相对论指出，引力的本质是空间的弯曲，而光也会随着空间的弯曲而弯折。这也就意味着，足够大质量的天体或天体群，可以像一个巨大的透镜一样，让光线汇聚在地球上，方便我们观测天体群之后的天体。有一种理论模型，叫做多世界模型，在那个模型里，存在不同的宇宙，在每一个宇宙中，都存在不同的物理规律。在这个意义上，物理规律是一种随机衍生的东西，它可以非常随意，只不过我们的宇宙碰巧有这样一套物理规律。
那么，我们的宇宙为什么有这样的物理规律？
我们这个宇宙的物理规律其实很简单，从还原论的角度来说，只有一个规律，那就是：最小作用量原理。
作用量在英语中的单词是action，也可以被翻译为动作。这个最小作用量原理的大概意思是说，上帝（这里是一个物理学意义上的上帝）在创造我们这个宇宙的时候，是很懒惰的，ta按照最小动作原理来创造世界。世间万事万物的运动，都按照这个最懒惰的原则在进行。比如苹果为什么落地，因为这样action最小；比如光为什么要走直线，因为这样action最小。为什么既要有电场又要有磁场，因为这样action最小……
所以，粒子物理学家已经把他们所掌握的所有粒子的相互作用的物理规律写到了一张餐巾纸上，这个餐巾纸上写的就是：最小作用量原理。当然，凝聚态物理学家面对的世界则不是还原性的，他们要处理复杂的多体问题，而多体问题会衍生出不同的新的物理规律，这个规律就不一定是最小作用量原理了，但凝聚态物理学也是在最小作用量原理的基本框架下在选择下一代的基本原理，因为固体与液体实在很复杂，所以他们还没有找到下一代的基本原理。
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时间：19小时前
如果任何这些常数发生变化，那么它将影响我们的观测。例如，如果光的速度改变，那么元素的光谱线也会改变。不仅是红移或蓝移会变化，而且光谱线之间的间距也会改变。所以，当我们观测宇宙中的遥远天体时，我们可以测量这些类型的关系是否会随时间而变化。几项这些类型的实验已经完成，到目前为止，天文学家发现在实验的极限范围内完全没有任何变化。例如，我们发现质子与电子的质量比在过去70亿年里的改变不超过十亿分之一，光速至少在数十亿年间也仍然保持恒定。
而在前两年的一篇新论文中，天文学家又发现了一个常数也是不变的，它就是万有引力常量G。引力常量决定了两个物体之间的万有引力大小。如果G越大，则引力就越大。这项研究观测了581颗Ia型超新星。在前面的文章中我们已经谈到这类超新星拥有相同的绝对星等（即亮度），这就是为什么它们会被用作“标准烛光”来测量星系的距离。可以通过观测到随着时间的推移而逐渐变暗的方式来确定Ia型超新星，这是由于镍-56等元素的放射性衰变。如果引力常量随着时间的推移而改变，那这些超新星的绝对星等将相对于镍-56的衰变而改变。而天文学家发现，在这些超新星中并无可观测到的差异。这意味着万有引力常量G在过去90亿年里的改变了不超过一亿分之一。
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时间：19小时前
这种命题有意义吗？反正宇宙的边界和事物的总量和构成及其运动规律我是不知道的，物理定律也不知有哪些定律，无法回答。
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时间：19小时前
其实可以这么想：如果你通过实验数据发现某个物理基本定律不适用于整个宇宙，那恭喜你，你可能要得诺贝尔奖了，别忘叫上我！严肃点说，物理基本定律必须是普遍使用的，不仅在任何地方适用，而且在任何时间都适用。但这里要小心，如果你不是做理论物理的，你接触的很多所谓定律并不是基本定律，所以不一定是普适的。比如你说所有恒星的轨道都是圆或椭圆，这就不是普适的。虽然它在很多恒星系中都成立，但这只是在小尺度下牛顿引力的现象学。所谓现象学（唯象学）是指从基本理论出发预测出的在一定的物理系统中的实验表征。记住：现象学不是普适的！那什么是基本定律呢？举几个例子：第一个，光速在所有惯性系下都是同一个固定值，30万公里每秒。第二个例子，惯性质量等于引力质量。第三个例子，物理实验结果不因坐标系的变化而改变。如果你发现在宇宙某处或某时这其中某个定律不适用了，千万要告诉我，我愿与你分享丰收的喜悦！至于你问题的后半部分，我想是这样的。理论物理不是做工程，调节几个参数，达到想要的效果。物理的可观测量是有限的，提出一个理论模型的目的就是解释观测数据。而不是说我们已经在某一刻啥都知道了，然后编个程序，一按回车就知道之后会发生什么。一定要记住，我们是人类，不是上帝！
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物理学讲究求真务实，没有一点依据的话，物理学家们自然是不屑说的。那么这个问题就变成了：对于极其遥远的太空深处，我们能否找到，当前我们的物理定律依然成立的证据？答案是肯定的。我们的望远镜已经可以看到上百亿光年外的宇宙景象，无尽的天体运行在无垠太空中，其中绝大部分，其运行规律都服从着我们已经发现的定律。
小到原子：即使是百亿光年外的星辰，其光谱谱线，在经过红移校正后，依然和地球上的原子的谱线是一致的。当光照射在原子上，如果能量合适，就可以把原子激发到高能态。这个过程中，原子吸收了这个光子。而如果这种原子有很多，就可以在恒星的光谱上“打一个洞”，如上图黑线所示。
每一种原子，都有其独特的一系列光谱线。宇宙学上，我们也经常用恒星的光谱来判断其元素构成。而这一谱线，和原子的结构密切相关。
量子力学发展伊始，我们就已经可以用量子力学手段来解释、预测原子光谱。课令人惊讶的是，即使是百亿光年外的星球，其光谱的谱线，在经过红移的校正之后，依然可以和在地球上观察到的原子光谱的谱线，严丝合缝！也就是说，地球上的原子，和百亿光年外，恒星的气体环境中的原子，是一模一样的！
大到星系：广义相对论可以完美预测百亿光年外的星球在透过引力透镜观测时的像。
广义相对论指出，引力的本质是空间的弯曲，而光也会随着空间的弯曲而弯折。这也就意味着，足够大质量的天体或天体群，可以像一个巨大的透镜一样，让光线汇聚在地球上，方便我们观测天体群之后的天体。有一种理论模型，叫做多世界模型，在那个模型里，存在不同的宇宙，在每一个宇宙中，都存在不同的物理规律。在这个意义上，物理规律是一种随机衍生的东西，它可以非常随意，只不过我们的宇宙碰巧有这样一套物理规律。
那么，我们的宇宙为什么有这样的物理规律？
我们这个宇宙的物理规律其实很简单，从还原论的角度来说，只有一个规律，那就是：最小作用量原理。
作用量在英语中的单词是action，也可以被翻译为动作。这个最小作用量原理的大概意思是说，上帝（这里是一个物理学意义上的上帝）在创造我们这个宇宙的时候，是很懒惰的，ta按照最小动作原理来创造世界。世间万事万物的运动，都按照这个最懒惰的原则在进行。比如苹果为什么落地，因为这样action最小；比如光为什么要走直线，因为这样action最小。为什么既要有电场又要有磁场，因为这样action最小……
所以，粒子物理学家已经把他们所掌握的所有粒子的相互作用的物理规律写到了一张餐巾纸上，这个餐巾纸上写的就是：最小作用量原理。当然，凝聚态物理学家面对的世界则不是还原性的，他们要处理复杂的多体问题，而多体问题会衍生出不同的新的物理规律，这个规律就不一定是最小作用量原理了，但凝聚态物理学也是在最小作用量原理的基本框架下在选择下一代的基本原理，因为固体与液体实在很复杂，所以他们还没有找到下一代的基本原理。
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其实可以这么想：如果你通过实验数据发现某个物理基本定律不适用于整个宇宙，那恭喜你，你可能要得诺贝尔奖了，别忘叫上我！严肃点说，物理基本定律必须是普遍使用的，不仅在任何地方适用，而且在任何时间都适用。但这里要小心，如果你不是做理论物理的，你接触的很多所谓定律并不是基本定律，所以不一定是普适的。比如你说所有恒星的轨道都是圆或椭圆，这就不是普适的。虽然它在很多恒星系中都成立，但这只是在小尺度下牛顿引力的现象学。所谓现象学（唯象学）是指从基本理论出发预测出的在一定的物理系统中的实验表征。记住：现象学不是普适的！那什么是基本定律呢？举几个例子：第一个，光速在所有惯性系下都是同一个固定值，30万公里每秒。第二个例子，惯性质量等于引力质量。第三个例子，物理实验结果不因坐标系的变化而改变。如果你发现在宇宙某处或某时这其中某个定律不适用了，千万要告诉我，我愿与你分享丰收的喜悦！至于你问题的后半部分，我想是这样的。理论物理不是做工程，调节几个参数，达到想要的效果。物理的可观测量是有限的，提出一个理论模型的目的就是解释观测数据。而不是说我们已经在某一刻啥都知道了，然后编个程序，一按回车就知道之后会发生什么。一定要记住，我们是人类，不是上帝！
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如果任何这些常数发生变化，那么它将影响我们的观测。例如，如果光的速度改变，那么元素的光谱线也会改变。不仅是红移或蓝移会变化，而且光谱线之间的间距也会改变。所以，当我们观测宇宙中的遥远天体时，我们可以测量这些类型的关系是否会随时间而变化。几项这些类型的实验已经完成，到目前为止，天文学家发现在实验的极限范围内完全没有任何变化。例如，我们发现质子与电子的质量比在过去70亿年里的改变不超过十亿分之一，光速至少在数十亿年间也仍然保持恒定。
而在前两年的一篇新论文中，天文学家又发现了一个常数也是不变的，它就是万有引力常量G。引力常量决定了两个物体之间的万有引力大小。如果G越大，则引力就越大。这项研究观测了581颗Ia型超新星。在前面的文章中我们已经谈到这类超新星拥有相同的绝对星等（即亮度），这就是为什么它们会被用作“标准烛光”来测量星系的距离。可以通过观测到随着时间的推移而逐渐变暗的方式来确定Ia型超新星，这是由于镍-56等元素的放射性衰变。如果引力常量随着时间的推移而改变，那这些超新星的绝对星等将相对于镍-56的衰变而改变。而天文学家发现，在这些超新星中并无可观测到的差异。这意味着万有引力常量G在过去90亿年里的改变了不超过一亿分之一。
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这种命题有意义吗？反正宇宙的边界和事物的总量和构成及其运动规律我是不知道的，物理定律也不知有哪些定律，无法回答。
