Fizik yasaları evrenin dışından

Fizik yasalarının evrende aynı olduğunu nasıl biliyoruz? Sezgisel olarak iki doğal yoldan farklılık göstereceklerini söyleyebilirim: denklemlerdeki sabitler değişebilir veya denklemlerdeki matematik değişebilir. Tahminen uzun süre değişebilirler. Fizik yasalarının değişmediğine kesin olarak kesin olarak yeryüzünden kanıtlayabileceğimiz en uzak yarıçap nedir? Bunun bir yarıçap olamayabileceğini, sadece bir yarıçap ile tanımlanamayacak daha karmaşık bir şekil olabileceğini biliyorum.

Bir yarıçap için düşünebileceğim en yakın cevap tahmindir. Ve bu tahmin, dünyadan yaptığımız en uzak fizik deneyine dayanıyor. Ki bence aydaki aynalarla bir deney. Bu nedenle (bu varsayımın tamamen% 100 makul olup olmadığını bilmiyorum) varsayalım, tüm fizik yasaları bu deneyi yürütmektedir. O zaman yarıçap ayadır. Bu, yalnızca eğitimli bir tahmin olan yarıçap için somut bir cevap vermez.

Hiçbir şey "mutlak kesinlikle" kanıtlanamaz; bilim bu şekilde çalışmaz.

Doğanın sabitlerinin aynen böyle olduğu üzerine çalışan bir hipotezi benimsiyoruz; hem zaman hem de uzayda sabit. Sonra, bu hipotezi yanlışlamaya çalışan ya da en azından ne kadar değişkenlik gösterebileceğini belirleyen deneyler yapıyoruz.

Bu Fizik SE sorusuna cevaplarda açıklanan nedenlerden dolayı (ayrıca bu soruya bakınız ), sadece ince yapı sabiti gibi boyutsuz parametreler değişkenlikleriyle değerlendirilebilir - , ve gibi diğer sabitler sistemimize bağlıdır. (ölçme) birimleri, değişip değişmediklerini söyleyemiyoruz.c $G$$c$$h$

İnce yapı sabiti örneğini alarak, uzaktaki kuasarlara karşı emme çizgilerinin gözlemlenmesi, bunun uzay ve zaman içinde ne kadar değişebileceği konusunda güçlü sınırlar koyar (ikisi bizim için bilgi yolculuğunun sınırlı olması nedeniyle ayrılmazdır). Böylece literatürde bunu yapmak için birçok farklı girişim bulabilirsiniz - birkaçını çıkardım. Albareti ve diğ. (2015) , varyasyonun 100.000'den 1'e (yaklaşık 8 milyar yıl geriye bakma süresi gibi) 100.000'den birkaç parçadan az olduğunu söylüyor. Güneş sisteminin farklı bölümlerinde yapılan deneyler için benzer kısıtlamalar var. Öte yandan, bazı yazarlar benzer bakış açıları veya farklı yönlerde milyonda birkaç parça varyasyon iddia ediyorlar ( Murphy ve ark 2008 ; King ve ark. 2012).) ancak bu alandaki işçilerin çoğu olmasa da, bu iddialara birçok kişi tarafından itiraz edilmektedir.

Uzan'ın (2011) okuyabileceği büyük bir derleme var - bu gerçekten geniş bir sorudur. Özetim olacaktır - şu anda, zaman ve mekandaki herhangi bir değişiklik için inandırıcı bir kanıt yoktur.

En baştan başlayalım:

Fizik yasalarının değişmediğine kesin olarak kesin olarak yeryüzünden kanıtlayabileceğimiz en uzak yarıçap nedir?

Sıfır. İspatlar matematikte ve mahkeme salonlarında bulunur ve doğa bilimlerinde imkansızdır. Yapabileceğimizin en iyisi yanlışlanabilir teorilere sahip olmak . Bu, gerçekliğin her açıklaması için geçerlidir - Yerçekimi Kanunları için bile "kanıt" yoktur.

Öyleyse, bize fiziksel sabitlerin veya fiziksel nicelikler arasındaki ilişkilerin, evrenin diğer bölümlerinde veya var olduğu zamanlardaki diğer zamanlarda farklı olduğunu söyleyebilecek ne gözlemleyebiliriz?

• Yerçekimi: Gökada kümeleri için, (kuşkusuz büyük) hata çubukları içinde aynı fikirde olan birkaç farklı kaynaktan bağımsız kitle ölçümleri yapıyoruz. Yerçekimi merceklenmesi, üye galaksilerin hız dağılımı ve X-ışını sıcaklıkları tamamen aynı fikirdedir. Bu yüzden, yerçekimi yasaları 0,5 veya daha yüksek olan kırmızıya kaymalarda bile çalışıyor gibi görünmektedir.
• Atom fiziği: Çok kırmızı ötelemeli nesneler gözlemliyoruz. Bu cisimler tarafından yayılan ışığın dalga boyu, evrenin genişlemesiyle daha uzundur. Farklı kimyasal elementlerin (veya moleküllerin) kırmızıya kaymış spektral çizgilerini gözlemlemek, atom fiziğinin bu ışığın ne zaman ve nerede yayıldığını aynı şekilde çalıştığını söyler. Elektron yörüngeleri arasındaki geçiş seviyeleri zaman içinde değişmiş olsaydı, hangi elementin gözlemlediği çizgiye bağlı olarak aynı nesneler için farklı kırmızıya kaymalar alırdık.
• Nükleosentez: Büyük patlamadan kısa bir süre sonra sıcaklık, protonların ve nötronların artık sürekli yaratılmadığı ve yok edilmediği şekilde düşürüldü. Serbest bir nötronun, bir proton ve bir elektrona dönüşmeden önce yaklaşık 8,5 dakikalık bir yarı ömrü vardır. Teorilerimiz, evrende yaklaşık% 25'lik bir helyum (2x proton, 2x nötron) içeriği elde edeceğimizi tahmin ediyor. ("Normal" meselenin geri kalanı esasen tüm hidrojendir), ve gerçekten gözlemlediğimiz şey bu. Şimdi, helyum içeriği hem bu sırada meydana gelen madde yoğunluğuna hem de nötronun yarısının canlılığına bağlıdır. Diğer gözlemlerden (BAO akla geliyor), madde yoğunluğunun doğru olduğu konusunda oldukça eminiz. Bu, nötronun yarısı için sadece küçük bir kıpırdatıcı oda bırakmaz ve bu nedenle zayıf kuvvetteki değişiklikler için.
• Yerçekimi, elektromanyetizma ve zayıf kuvveti ele aldık. Güçlü kuvvet için iyi bir test bilmiyorum.

Zamanla doğal yasaların değişmesi için, dünyadaki kayaların izotop dağılımına bakabiliriz. Çürüme ürünlerinin her birinin kaç tane civarında olduğunu inceleyerek çeşitli elementlerin bozulma oranının daha önceki zamanlarda farklı olup olmadığını söyleyebilmeliyiz.

Özetlemek gerekirse, "mutlak kesinlik" ile söyleyemeyiz, ancak gözlemlediğimiz şey, doğal yasaların tüm evrende aynı olduğunu gösteriyor.

Kesin olarak bilemeyiz. Bununla birlikte, belirli bir matematiksel formülasyonun geçerli olması şartıyla, kırılmayacak olanın doğru olmaması durumunda güvenle söyleyebiliriz. Bu Noether teoremidir https://en.wikipedia.org/wiki/Noether%27s_theorem

TL; DR, ne kırılır doğrusal momentumun korunumudur. Fizik yasalarının yer yerine zamana göre değişebileceğini düşünüyorsanız, mola veren enerjinin korunmasıdır. Her ikisi de, bir Lagrangian formülasyonunun geçerli olduğu kısıtlamasına tabidir.

Zamanın değişmezliğinin evrenin erken dönemleri için geçerli olmayabileceği ihtimalini tartışan ciddi fizikçilerle karşılaştım. Sonuç, en büyük kozmolojik ölçeklerde enerjinin korunmaması olacaktır; bu koruma yasası için kanıt en az güçlüdür. (Karanlık madde ve karanlık enerjinin varlığını belirtmek zorundayız ve aynı zamanda tüm evren gözlemlenebilir değildir).

Sorunuzla ilgili bir sorun, biraz paradoks olmasıdır. Eğer bir Fizik Yasası, gözlemlenen zamana / yere bağlı olarak değişiyorsa, fiziksel bir yasa olmasının anlamı nedeniyle, yasaları yanlış anladık ya da işteki tüm güçleri gözlemlemiyoruz.

İşte süper basit bir örnek.

Bu insanlar evrendeki yerçekiminin farklı hareket ettiği bir yer bulamadılar, yerçekimi üzerlerinden aşağı çekmekten ziyade bir fan tarafından daha sert itiliyorlar. Tabii ki, onlar hakkında sahip olduğunuz tek bilgi bu resim olsaydı, bunu bilemezdiniz ve yerçekiminin oldukları yerde farklı davrandığını düşünebilirsiniz.

Bilim adamları varyasyonları gözlemlerse, bir yasanın nasıl davrandığı ve basitçe "ah, orada farklı işler" diyerek ellerini sallıyorsa, o zaman bu artık bilim değildir. Yasanın neden bir yerde diğerinde farklı şekilde çalıştığını görmek isteriz.

Düzenle:

OP'nin amacına belki daha fazla bir örnek karanlık enerjidir. Fizik Yasalarımız, özellikle de yerçekimi, genişlemesinin yavaşlamasına neden olacağını öngörmesine rağmen, Evrenin artan bir oranda genişlediğini gözlemliyoruz. Omuzlarını silkmek ve "iyi Fizik Yasaları sadece Evrenin kenarında çalışır" demekten ziyade, bilim adamları, Yerçekiminin genişlemesine rağmen neden genişlemesinin hızlandığını açıklamak için karanlık madde denilen bir şeyi teorileştirmişlerdir.

“Onlar (fizik yasaları) iki doğal yolla değişebilir:”

1. denklemlerdeki sabitler değişebilir veya değişebilir.

   Mümkün. Daha küçük astronomik ölçeklere (alt galaksi) kadar sabitlerin değerlerinden oldukça eminiz. Galaktik ölçekte ve ötesinde beklediğimizden tuhaf sapmalar var. Galaktik ölçekte şu anda, bana, bilinmeyen bir yer tutucusundan biraz daha fazla görünen "karanlık maddeye" olan sapmaları bağlıyoruz.

   Evrensel bir ölçekte evrenin görünüşte hızlanan genişlemesi, bilinmeyen, "karanlık enerji" için genellikle farklı bir yer tutucuyla ilişkilendirilir; ya da anladığımız kadarıyla genel görelilik büyük astronomik ölçeklerde geçerli değildir, bu nedenle örneğin yerçekimi sabiti aslında sabit ya da her neyse. Bu, bildiğimizi düşündüğümüz şeyin yanlış veya eksik olduğuna dair oldukça güçlü bir kanıt, bu nedenle yanıt “evrensel ölçekte yanlış olduğumuzu biliyoruz ”.

2. denklemlerdeki matematik değişebilir.

   Bu konuda oldukça emin olduğumuz şey şu: Matematik değişmeyecek. Eksik veya yanlış bir şekilde uygulanabilir veya herhangi bir şekilde olabilir; fakat matematik değişmeyen tek şeydir.

3. Unutmayalım ki, ünlü "altta bol bol yer" var. Çok küçük (alt nükleer) ölçeklerde boyutların sayısını bile bilmiyoruz, uzay zaman dokusunun tek ipliklerinin birbirine nasıl örüldüğünü bilmiyoruz.

4. Daha spekülatif bir düzeyde, bu tek evren olmayabilir, örneğin bir çok evlinin tek bir parçası olabilir; Lee Smolin, evrenlerin evrimi fikri hakkında yazdı. Diğerleri büyük olasılıkla farklı sabitlere sahip olacak veya başka komik bir şekilde farklılık gösterecektir.

5. Daha da spekülatif bir seviyede: Elon Musk'a ve başkalarına sorarsanız, yine de Matrix'te yaşıyoruz ve tabiatın tüm yasaları, sys yöneticisi tarafından eşdeğer bir tuşa basıldığında değişebilir. Gibi bir şey /gamemode 1 qwerty10, ve kredi kartınız asla boşalmaz.

Bilim, tahminlere dayanıyor, Feynman’ın ifadesini kullanıyor. Bir şeyin belirli bir şekilde çalıştığını tahmin ediyoruz. İyi bir tahmin var olan verileri açıklar ve test edilebilecek tahminleri yapar En iyi tahmin en basit tahmindir yani ek varsayımların sayısını en aza indirir. Bu yüzden Newton'un yerçekiminin gezegenler için bir sahil boyunca yürürken taş atmak için yaptığı gibi çalıştığını varsaymak, özünde, sadece bir tahmindi.

Ben hiçbir şekilde bir bilim insanı, dolayısıyla bir astrofizikçi değilim. elektrik mühendisliği geçmişim ve kozmoloji merakım var. Aslında burada sona ermiştim çünkü yukarıda sorulan soruya cevaplar arıyorum.

Bana göre şu bilgiler şu soruyla ilgiliydi: NASA'nın internet sitesinde yayınlanan oldukça yeni (2017.09.20) bir makale, Hubble'ın sabitini hesaplamak için kullanılan iki yöntemin (biri türün gözlemlerine dayanıyor) ortaya çıkaran bir çalışmadan bahsetti. 1B süpernova, SPK’daki diğeri) aynı fikirde değil (Standart Kozmoloji Modeli anlaşmalarını öngörmesine rağmen):

«İlk yöntemi kullanan yeni bir çalışma, ikinci yöntemin sonucundan% 8 daha fazla genişleme oranı verdi. »- https://science.nasa.gov/science-news/news-articles/hubbles-contentious-constant-news

makale, bu tutarsızlık için net bir açıklamadan bahsetmiyor. örneğin, hesaplama yöntemlerinden birinde veya her ikisinde de delikler vardır.

Eğer doğru anlıyorsam: SPK'nın bize erken evren hakkında bilgi verdiğine inanıldığından, bu tip 1a süpernovaları için böyle olmadığına göre, olası başka bir açıklama her iki ölçümün de geçerli olduğu ve tutarsızlığın zaman içinde bir şeyin değiştiği anlamına gelmesidir. . örneğin, makale şu soruyu sorar: “Karanlık enerjinin veya karanlık maddenin özellikleri zaman içinde değişiyor mu? ». Hubble'ın sabitinin önemine bakıldığında, belki de bu, fiziğin zaman içinde değiştiğine işaret ediyor.