Czy prawa fizyki opisują właściwości wszechświata? [Zamknięte]
Co opisują prawa fizyki? Czy opisują właściwości wszechświata? A może właściwości wszechświata opisane przez teorie fizyczne i prawa opisują, jak te teorie działają?
Odpowiedzi
Prawa i własności współdziałają w fizyce. Prawa - takie jak trzy prawa dynamiki Newtona i prawo powszechnego ciążenia, równania Maxwella, prawa termodynamiki, prawo Boyle'a, równania Naviera-Stokesa w dynamice płynów i równania Einsteina ogólnej teorii względności - mówią nam, jak ogólnie zachowują się obiekty . Aby zastosować te prawa do określonych obiektów lub substancji, musimy znać niektóre właściwości tych obiektów lub substancji, takie jak masa, pęd, ładunek, ciśnienie, gęstość, temperatura, lepkość itp.
Czasami prawa są przybliżeniami i wiemy, że są one dobrymi przybliżeniami tylko w niektórych scenariuszach. Prawa Newtona są tylko dobrymi przybliżeniami przy nierelatywistycznych prędkościach i słabych polach grawitacyjnych. Równania Naviera-Stokesa mają zastosowanie tylko do płynów Newtona. Prawo Boyle'a ma zastosowanie tylko do gazów doskonałych. Zwykle wiemy, jak w zasadzie modyfikować prawa przybliżone, aby działały w bardziej złożonych scenariuszach. Ogromnym wyjątkiem jest konflikt między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową, którego obecnie nie wiemy, jak rozwiązać.
Za wszystkimi tymi odrębnymi prawami kryje się jeszcze jedna warstwa. Obserwujemy, że właściwości obiektów nie zmieniają się przypadkowo. Zamiast tego, Wszechświat podlega pewnym fundamentalnym zasadom, takim jak zasada zachowania masy / energii, pędu, pędu i ładunku elektrycznego, które ograniczają możliwości zmiany właściwości obiektów. Te zasady zachowania są związane z symetriami czasoprzestrzeni i symetriami pól kwantowych w mechanice kwantowej. Związek między prawami zachowania a symetriami nazywa się twierdzeniem Noether .
Wszystkie te prawa i właściwości są ostatecznie oparte na obserwacji eksperymentalnej. Gdybyśmy kiedykolwiek zaobserwowali obiekt, którego masa / energia, pęd, ładunek itp. Zmieniały się losowo, musielibyśmy ponownie przemyśleć niektóre z tych praw. Jednak fizycy mają tak duże zaufanie do tych praw (a zwłaszcza do podstawowych zasad zachowania), że kiedy wyniki eksperymentów lub obserwacje wydają się im zaprzeczać, pierwszą reakcją jest poszukiwanie alternatywnego wyjaśnienia, które utrzymuje te prawa w stanie nienaruszonym. Czasami prowadzi to do odkrycia nowych cząstek (takich jak neutrino lub bozon Higgsa); czasami poszukiwania nowych cząstek wciąż trwają (przykładem jest ciemna materia).
Moc predykcyjna. To jest odpowiedź na twoje pytanie. Prawa fizyki to matematyczny opis wszechświata, który daje nam fenomenologiczną moc przewidywania zachowania wszechświata.
Teraz można kwestionować to zachowanie wszechświata (i naszych praw), czy jest takie samo w różnych miejscach i czy zmienia się w czasie.
Czy prawa fizyki działają wszędzie we wszechświecie?
Czy prawa fizyki ewoluują?
Następnie przeprowadzamy eksperymenty, które uzasadniają teorie, które rozwinęliśmy przez lata, a niektóre z nich stają się prawami. W miarę rozwoju przez lata coraz to nowszych teorii, niektóre stare zostały zastąpione nowymi prawami, ponieważ nowe teorie mają lepszą moc predykcyjną, a tym samym pomagają nam lepiej zrozumieć, jak działa wszechświat.
Najprostsza odpowiedź brzmi, że prawa fizyki podsumowują nasze dotychczasowe obserwacje eksperymentalne. Na przykład równania Maxwella podsumowują wyniki wszystkich dotychczasowych eksperymentów elektromagnetycznych, tj. Wszystkie wyniki tych eksperymentów można przewidzieć za pomocą tych równań / praw.
O ile „właściwości wszechświata” są tym samym, co „to, co dotychczas zaobserwowaliśmy doświadczalnie”, to tak, prawa fizyki opisują właściwości wszechświata. Jednak to powiązanie dotyczy bardziej dziedziny filozofii niż fizyki.
Aby dokładniej zapoznać się z perspektywami związku między teoriami fizycznymi a naturą rzeczywistości, polecam zapoznanie się z doskonałymi konkursami na esej organizowany przez instytut Foundational Questions. Osobistym faworytem jest konkurs na „tajemnicze” powiązanie matematyki z fizyką .
Aby być może lepiej odpowiedzieć na twoje pytanie, to, co sprawia, że teorie fizyczne działają, to to, że są logicznie spójne, ponieważ są oparte na matematyce. Logiczna spójność matematyki jest prawdziwa, ale nie wydaje się być cechą fizyczną, ale wtedy zależy to od tego, czy akceptujesz istnienie zarówno fizycznych, jak i niefizycznych właściwości rzeczywistości.
Prawa fizyki to nic innego jak nasze zrozumienie, jak działa wszechświat, zapisane w języku matematyki, który opracowaliśmy w przeszłości.