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有没有可能出了太阳系,物理定律就完全不一样了?为什么呢?
答:对于最基本的物理定律来说,这个可能性不大!但是对于某些延伸的物理定律,是肯定有区别的。
在科学家眼中,总是希望同样的实验条件下,能得到同样的结果。也就是物理定律的普适性,比如在爱因斯坦的相对论中,就以“相对性原理”为前提***设。
狭义相对性原理:物理规律在所有惯性系中都具有相同的数学形式;
广义相对性原理:物理定律在一切参考系中都具有相同的数学形式;
其中前者是后者的特殊情况,本质上这两条原理应该称之为“***设”,之所以能称之为原理,是因为截至目前为止,科学界从未发现与之相悖的物理现象。
但需要注意的是,物理定律的普适性是针对那些最基本的定律而言的,何为基本定律?我举一个例子:
(1)在地球上,一个物体做自由落体运动时,最初的一秒内,可以下落4.9米;
(2)在月球上,同样的物体做自由落体运动,最初的一秒内,只能下落0.82米;
其中的原因,就是地球和月球的重力加速度不一样,如果我们只看表象不看本质,就会认为地球和月球两地的物理定律不一样。
但是我们究其根源后,会发现地球和月球都满足万有引力定律,然后我们把万有引力定律看成普适定律。
可问题还在于,在弱引力场中,万有引力定律的确能描述引力效果;可一旦到了强引力场的地方,万有引力将不再适用,这时候需要的是广义相对论。
目前的科学就止于这了,没人知道相对论之上,是否还存在更根本的定律!
所以对于题主的提问,艾伯菌只能说:对于那些不是最根本的定律,有可能在不同的星系中存在区别,也许是常量的区别;但对于物理学中最根本的定律,我们有理由相信在宇宙中具有普适性;可问题是,对于一个定律是否是最根本的定律,就没人说得准了!
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首先,我们得确定一下,在太阳系内乃至在整个***系内,物理定律都是适用的。题主的问题可以换另一种问法,即在宇宙大尺度下,不同区域的物理定律能否是不一样的?
三个世纪前,牛顿独自一人开创了经典物理学,提出了牛顿三大定律,让人类真正认识到了太阳系内的各大行星。而海王星也是根据牛顿的万有引力定律推算出来的,这一点也就证明了在太阳系内,物理定律是适用的。后来,爱因斯坦利用相对论一举解决了水星近日点进动问题,弥补了万有引力定律的不足。这里我们可以说,万有引力定律不具有普适性,但是我们不能说它不管用,至少在目前在许多应用物理上都是用的牛顿定律而不是相对论。当然相对论的适用范围比万有引力定律要广的多,可是我们就能这样轻易肯定相对论,在整个宇宙大尺度下都是适用的吗?它是否具有绝对普适性呢?这个现在恐怕也没人敢说是,也没人敢说否。
虽然我们不能作出肯定或者否定的判断,但是我们或许可以在物理学史上获得一点提示,我们知道,在物理学上,发现过许多守恒定律,比如说能量守恒定律,这是我们最熟悉的,但是后来爱因斯坦提出了质能方程以后,你会发现能量可以是不守恒的,如果一个系统中的某些物质变成了能量,那么这个系统中就凭空多出了额外的能量,这是不符合能守恒定律的。于是人们变放弃了能量守恒具有普适性规律的看法。转而认为质能是守恒的,是具有普适性的。
另外,还有一种动量守恒,即物质的质量乘以物质的运动速度是守恒的,这一点在狭义相对论中可以解释:物质的质量会随着速度的增加而增加(但只有在接近光速时这种效应才明显),这就是质增效应。可是和前面提到的相对论里的质能守恒,哪一个更加具有普适性呢?我们***设一下,***设在一个物质以近光速的速度加速运动的系统中,物质突然由于物理变化或者化学变化导致质量减少,减少的部分变成了能量。然而物质又处在加速体统中,根据质增效应,物质的质量应该是增加的。到这里,一切矛盾就出现了,我们无法再使用动量守恒定律解决一切物理***了,因为它必须要在某种前提条件下才能成立。所以说,动量守恒也不具有普适性。最后,我们发现直到现在仍然被视为具有普适性的定律只有“质能守恒定律”。
但是“质能守恒定律”到底具不具有绝对普适性,即在宇宙所有尺度上都是适用的呢?或许也不一定。我们来看个例子,世界上最大的两个大洋分别是太平洋和大西洋,但是在两方海水交汇的地方,却很明显的融合不到一起,融不到一起的主要原因就是两方海水的密度不同,我们要知道,地球上四大洋都是互相连通的,而在不同的大洋中,海水的密度却可以是不一样的。同理,地球上尚且如此,那么宇宙大尺度上是不是也存在两个不同区域的“密度”是不一样的呢?这个可能性是有的。如果在超出现今可观测的宇宙范围之外,有这样一个区域,那里的光速是地球上的光速的2倍,而物质属性不变,那么我们上面所说的质能守恒也就不成立了。或者说那里的光速是随着参考系的变化而变化的,光速不变原理并不适合那里。而光也不再是特殊的存在了。
虽然,上面解释了很多,但是笔者还是认为质能守恒是具有普适性的,这个普适性指的是,在我们这个宇宙内所有的尺度下都适用,因为质能方程是一个基本原理方程,能量和质量就像一张***牌的两面,中间只用光速进行连接,非常简洁。
笔者觉得,越是简洁的道理越有可能是正确的,同理,越是简洁的方程式越有可能具有绝对普适性。
悟空一个斤斗云飞出了太阳系之外,全身疼痛,不停的颤抖,他指着牛顿骂道:“牛、牛、牛,你说万有皆引力,为什么我铜皮铁骨的离子全向外逃逸?为什么全是反引力啊!”牛顿笑道:“这是太冥空间呀,怎能和太阳系内相比呢?蠢才!”悟空哭了。
有一天,伏羲和牛顿、爱因斯坦闲聊,伏羲说:“爱因斯坦你的广义相对论正是我的阴阳学说”,爱因斯坦说:“引力塌缩时空弯曲确实是您的阴阳学说的延伸”,牛顿指着伏羲说:“你是民科!”,伏羲回说:“我也是当代的官科吧?”。
谨此,多谢头条科学派邀请!
这种说法是错误的。科学包括物理定律从一开始,就不是仅仅为了地球或者太阳系而研究发现的,而是对宇宙规律的认识。
不同时代的科学或者物理定律,会有那个时代的局限性,甚至范围局限性。随着人类发现创造的延伸,可以对科学或者物理学某些理论进行修正甚至否定,但不能说这种科学在当时不是科学,不是宇宙规律的认识。
因为宇宙事物虽然千变万化,但万变不离其宗,比如原子、质子、中子、光速等等,窥一斑见全豹,人们甚至可以在实验室模拟宇宙的变化。
物理学是人们对于生命自然中物质转变的知识做出的规律性总结。人们借助视觉和感官,并通过发明创造得到的科学仪器延伸人们的视觉和感官,通过试验实验得到更精准的结果。
物理学的研究角度包括宏观和微观两个部分。
现代物理学从宏观上已经观察到了100亿光年以上的星体运行变化,宇宙背景辐射和星系红移,宇宙膨胀哈勃常数等等。这些都完全不是地球范围能够包含得了的,也不是以地球视角来研究的,而是从宇宙角度研究其内在运行的规律。
在微观研究方面,已经能够从分子、基因、原子、质子层面解剖地球事物的本质;通过宇宙射线,带电粒子、中微子、光子等研究遥远宇宙的变化发展。
量子力学完全颠覆了人们传统的微观认识思维。
科学家们发现了全宇宙所有事物都在四种力的影响之中变化运行,它们就是强力、弱力、引力、电磁力。
这些研究,如果只是地球视角是完全无法理解和进行下去的,所以这是宇宙规律。不管出不出太阳系,只要在我们这个宇宙时空中,就是适用的,凡是不适用的都需要更新和改进。
这也是我们人类的宇宙飞船今后要飞出太阳系,走向恒星际深空的保障。
如果我们的理论出了太阳系就不适用了,那如何来研制太空飞船呢?按照这种思维推理,人类生活在地球上就只能研究地球适用的理论了,连出了地球也不适用了。
但现在我们的航天器已经飞遍整个太阳系,有四艘正在向太阳系以外飞去。
当然,人类的认识是随着科学技术的不断进步而不断深化的,永无止境。今天的认识有可能会被今后新的发现和研究所超越,甚至推翻。
如果今后人类能够飞出太阳系,可能会有很多新的发现,需要对我们已经形成的理论和观念进行充实修正,这都是很正常的。只有这样,才是真正的科学。
科学就是不断在发现和修正中前行的,生生不息,像宇宙一样深邃。这是与宗教、神鬼玄说最根本的区别。
科学的前行和修正,甚至被后面的研究所超越和推翻,并不能成为否定今天科学理论的借口。
就像人们发现宇宙并不是以太阳为中心,并不能否定哥白尼日心说在当时的进步意义一样。当然如果已经发现了新的更先进的理论,你还顽固的坚持已经被证明错误的旧理论,这就是伪科学。
我们只有尊重和运用现在已经发现的最正确的自然规律,利用科学界已经达成共识的先进理论和科学技术,我们的社会才能前行和进步,才有可能发现更高级的理论和修正发展今天的理论。
如果按照神鬼玄说那种反智反科学的说法去做,社会就永远不会进步,新的科学理论就永远不会出现。因为他们认为神仙永远都正确都没有错误。
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物理学有一个基本***设,就是物理规律的普适性。
这虽然是一个***设,但这是最合理的***设,至少在我们的光锥以内,你很难想象存在两种不同的物理规律。要真是那样,它们是怎样过渡的呢?
后来,通过天文观测,科学家又提出另一个基本***设——宇宙中的物质分布是各向同性的。到目前为止的天文观测结果基本符合这个***设。
既然各向同性,而且星系结构也大致相同,那物理规律就不应该有什么大的差异。
根据目前利用太阳系里发现的物理现象总结的物理理论,能分析太阳系外恒星和星系的发光原理和结构,理论与观测基本相符。没有发现太阳系外恒星的发光原理与太阳的发光原理有任何不同。
物理定律普适性是最合理的***设,如果放弃这个***设,你需要更复杂的理论来解释物理规律为什么各处不一样。
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