As leis da física descrevem as propriedades do universo? [fechadas]
O que as leis da física descrevem? Eles descrevem as propriedades do universo? Ou as propriedades do universo descritas por teorias físicas e as leis descrevem como essas teorias funcionam?
Respostas
Leis e propriedades trabalham juntas na física. As leis - como as três leis do movimento de Newton e a lei da gravitação universal, as equações de Maxwell, as leis da termodinâmica, a lei de Boyle, as equações de Navier-Stokes na dinâmica dos fluidos e as equações da relatividade geral de Einstein - nos dizem como os objetos em geral se comportarão . Para aplicar essas leis a objetos ou substâncias específicas, precisamos conhecer algumas propriedades desses objetos ou substâncias, como massa, quantidade de movimento, carga, pressão, densidade, temperatura, viscosidade etc.
Às vezes, as leis são aproximações e sabemos que são apenas boas aproximações em certos cenários. As leis de Newton são apenas boas aproximações em velocidades não relativísticas e em campos gravitacionais fracos. As equações de Navier-Stokes se aplicam apenas a fluidos newtonianos. A lei de Boyle se aplica apenas a gases ideais. Normalmente, sabemos como, em princípio, modificar as leis aproximadas para funcionar em cenários mais complexos. A grande exceção a isso é o conflito entre a relatividade geral e a mecânica quântica, que não sabemos como resolver no momento.
Existe outra camada por trás de todas essas leis separadas. Observamos que as propriedades dos objetos não mudam ao acaso. Em vez disso, o universo está em conformidade com certos princípios fundamentais subjacentes, como conservação de massa / energia, momento, momento angular e carga elétrica, que restringem como as propriedades dos objetos podem mudar. Esses princípios de conservação estão relacionados às simetrias do espaço-tempo e às simetrias dos campos quânticos na mecânica quântica. A ligação entre as leis de conservação e as simetrias é chamada de teorema de Noether .
Todas essas leis e propriedades são baseadas, em última análise, na observação experimental. Se alguma vez observássemos um objeto cuja massa / energia, momento, carga, etc. mudassem aleatoriamente, teríamos que repensar algumas dessas leis. Mas os físicos têm tanta confiança nessas leis (e especialmente nos princípios de conservação subjacentes) que, quando resultados experimentais ou observações parecem contradizê-los, a primeira reação é procurar alguma explicação alternativa que mantenha as leis intactas. Às vezes, isso leva à descoberta de novas partículas (como o neutrino ou o bóson de Higgs); às vezes, a busca por novas partículas ainda está em andamento (a matéria escura é um exemplo disso).
Poder preditivo. Esta é a resposta à sua pergunta. As leis da física são uma descrição matemática do universo, dando-nos o poder fenomenológico de prever o comportamento do universo.
Agora, esse comportamento do universo (e nossas leis) pode ser questionado se ele é o mesmo em lugares diferentes e se muda com o tempo.
As leis da física funcionam em todos os lugares do universo?
As leis da física evoluem?
Em seguida, fazemos experimentos e eles justificam as teorias que desenvolvemos ao longo dos anos e algumas delas se tornam leis. Conforme progredimos ao longo dos anos desenvolvendo teorias cada vez mais novas, algumas das antigas são substituídas por novas leis porque as novas teorias têm um melhor poder de previsão e, portanto, nos ajudam a ter um melhor entendimento de como o universo funciona.
A resposta mais fácil é que as leis da física resumem nossas observações experimentais até agora. Por exemplo, as equações de Maxwell resumem os resultados de todos os experimentos eletromagnéticos até agora, ou seja, todos os resultados desses experimentos podem ser previstos usando essas equações / leis.
Na medida em que "as propriedades do universo" são iguais a "o que observamos experimentalmente até agora", então sim, as leis da física descrevem as propriedades do universo. Essa conexão, no entanto, é mais no domínio da filosofia do que da física.
Para uma leitura mais aprofundada das perspectivas sobre a relação entre as teorias físicas e a natureza da realidade, recomendo verificar os excelentes concursos de redação patrocinados pelo instituto de Questões Fundamentais. Um favorito pessoal é o concurso sobre a conexão "misteriosa" entre matemática e física .
Para talvez responder melhor à sua pergunta, o que faz as teorias físicas funcionarem é que elas são logicamente consistentes por serem baseadas na matemática. A consistência lógica da matemática é real, mas não parece ser uma qualidade física, mas isso depende se você aceita que existem qualidades físicas e não físicas da realidade.
As leis da física nada mais são do que nossa compreensão de como o universo funciona, escrita na linguagem da matemática que desenvolvemos no passado.