Beschreiben die Gesetze der Physik die Eigenschaften des Universums? [geschlossen]
Was beschreiben die Gesetze der Physik? Beschreiben sie die Eigenschaften des Universums? Oder beschreiben die Eigenschaften des Universums, die durch physikalische Theorien und Gesetze beschrieben werden, wie diese Theorien funktionieren?
Antworten
Gesetze und Eigenschaften arbeiten in der Physik zusammen. Die Gesetze - wie Newtons drei Bewegungsgesetze und das Gesetz der universellen Gravitation, Maxwells Gleichungen, die Gesetze der Thermodynamik, das Boyle'sche Gesetz, die Navier-Stokes-Gleichungen in der Fluiddynamik und Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie - sagen uns, wie sich Objekte im Allgemeinen verhalten werden . Um diese Gesetze auf bestimmte Objekte oder Substanzen anzuwenden, müssen wir einige Eigenschaften dieser Objekte oder Substanzen kennen, wie Masse, Impuls, Ladung, Druck, Dichte, Temperatur, Viskosität usw.
Manchmal sind die Gesetze Annäherungen und wir wissen, dass sie nur in bestimmten Szenarien gute Annäherungen sind. Newtons Gesetze sind nur gute Annäherungen bei nicht relativistischen Geschwindigkeiten und in schwachen Gravitationsfeldern. Die Navier-Stokes-Gleichungen gelten nur für Newtonsche Flüssigkeiten. Das Boyle'sche Gesetz gilt nur für ideale Gase. Normalerweise wissen wir im Prinzip, wie man ungefähre Gesetze modifiziert, um in komplexeren Szenarien zu funktionieren. Die große Ausnahme bildet der Konflikt zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik, den wir derzeit nicht lösen können.
Hinter all diesen getrennten Gesetzen steckt eine weitere Schicht. Wir beobachten, dass sich die Eigenschaften von Objekten nicht zufällig ändern. Stattdessen entspricht das Universum bestimmten grundlegenden Prinzipien wie der Erhaltung von Masse / Energie, Impuls, Drehimpuls und elektrischer Ladung, die einschränken, wie sich die Eigenschaften von Objekten ändern können. Diese Erhaltungsprinzipien beziehen sich auf Symmetrien der Raumzeit und Symmetrien von Quantenfeldern in der Quantenmechanik. Die Verbindung zwischen Erhaltungsgesetzen und Symmetrien wird als Noether-Theorem bezeichnet .
Alle diese Gesetze und Eigenschaften basieren letztendlich auf experimentellen Beobachtungen. Wenn wir jemals ein Objekt beobachten würden, dessen Masse / Energie, Impuls, Ladung usw. sich zufällig ändert, müssten wir einige dieser Gesetze überdenken. Die Physiker haben jedoch ein so hohes Vertrauen in diese Gesetze (und insbesondere in die zugrunde liegenden Erhaltungsprinzipien), dass die erste Reaktion, wenn experimentelle Ergebnisse oder Beobachtungen ihnen zu widersprechen scheinen, darin besteht, nach einer alternativen Erklärung zu suchen, die die Gesetze intakt hält. Manchmal führt dies zur Entdeckung neuer Teilchen (wie des Neutrinos oder des Higgs-Bosons); manchmal ist die Suche nach neuen Partikeln noch nicht abgeschlossen (dunkle Materie ist ein Beispiel dafür).
Vorhersagekraft. Dies ist die Antwort auf Ihre Frage. Die Gesetze der Physik sind eine mathematische Beschreibung des Universums, die uns die phänomenologische Kraft gibt, das Verhalten des Universums vorherzusagen.
Nun kann dieses Verhalten des Universums (und unserer Gesetze) in Frage gestellt werden, ob es an verschiedenen Orten gleich ist und ob es sich im Laufe der Zeit ändert.
Funktionieren die Gesetze der Physik überall im Universum?
Entwickeln sich die Gesetze der Physik?
Wir machen dann Experimente und sie rechtfertigen die Theorien, die wir im Laufe der Jahre entwickelt haben, und einige von ihnen werden zu Gesetzen. Während wir im Laufe der Jahre immer neue Theorien entwickelten, werden einige der alten durch neue Gesetze ersetzt, da die neuen Theorien eine bessere Vorhersagekraft haben und uns somit helfen, die Funktionsweise des Universums besser zu verstehen.
Die einfachste Antwort ist, dass die Gesetze der Physik unsere bisherigen experimentellen Beobachtungen zusammenfassen. Zum Beispiel fassen Maxwells Gleichungen die Ergebnisse aller bisherigen elektromagnetischen Experimente zusammen, dh alle Ergebnisse dieser Experimente können unter Verwendung dieser Gleichungen / Gesetze vorhergesagt werden.
Soweit "die Eigenschaften des Universums" dasselbe sind wie "das, was wir bisher experimentell beobachtet haben", beschreiben die Gesetze der Physik die Eigenschaften des Universums. Diese Verbindung liegt jedoch eher im Bereich der Philosophie als im Bereich der Physik.
Um weitere Einblicke in die Beziehung zwischen physikalischen Theorien und der Natur der Realität zu erhalten, empfehle ich, die hervorragenden Essay-Wettbewerbe des Instituts für grundlegende Fragen zu prüfen . Ein persönlicher Favorit ist der Wettbewerb um die "mysteriöse" Verbindung zwischen Mathematik und Physik .
Um Ihre Frage vielleicht besser zu beantworten, funktionieren physikalische Theorien, weil sie logisch konsistent sind, weil sie auf Mathematik basieren. Die logische Konsistenz der Mathematik ist real, scheint aber keine physische Qualität zu sein, aber das hängt davon ab, ob Sie akzeptieren, dass es sowohl physische als auch nicht-physische Eigenschaften der Realität gibt.
Die Gesetze der Physik sind nichts anderes als unser Verständnis der Funktionsweise des Universums in der Sprache der Mathematik, die wir in der Vergangenheit entwickelt haben.