终极物理规律就是没有规律吗「终极物理规律就是没有规律」
从生物看,卢克里修的诗里有进化论的雏形。从物理看呢?
在不变性的思
古罗马诗人 LUCRETIUS (卢克里修)写了部题为《事物的本质》的长诗,里面讲到世界是由原子与真空组成,原子的品种有限,数量无穷,原子无规律地随机运动进行各种组合,于是就有了万物;卢克里修以生物为例,说最开始有各种奇形怪状的、有缺陷物种,缺腿、没眼睛的怪兽等等,但他们繁衍生息能力较弱,于是被淘汰了。。。这部著作在罗马帝国灭亡后失传了,到15世纪中期被偶然发现,才流传于世。它对当时基于神创论的宗教社会的冲击可想而知。
从生物看,卢克里修的诗里有进化论的雏形。从物理看呢?
在不变性的思维下,宇宙之中没有任何优先的参照物。规范场不变的原理为粒子之间的相互作用给出了相关的场方程。在数学上,规范场理论与广义相对论有着很多对应的地方,在物理上,规范场论与广义相对论的思路是类似的,就是进一步打破特殊性思维。具体而言,规范场理论就是要求物理规律在另一个空间保持不变。这一规范原理是现代物理学的基石。
由时间不变性(也就是说今天做实验跟明天做同样的实验,物理规律不变),我们得出能量守恒;从空间平移的不变性(在中国做实验还是在美国做实验,物理规律不变),我们得出动量守恒;从广义相对论的不变性原理,我们得到爱因斯坦引力方程;从规范不变原理,我们得到了强相互作用于弱电统一理论的方程。这每一个发展都可以视为打破特殊性思维的结果。
也就是说,在遇到每一个更深层次的问题,物理学不是寻求某种特殊的东西作为解释,而是去除现有理论中的特殊性的东西。牛顿把行星、月球的运动与苹果的运动用同一个方程描述,否决了天上对地下的特殊地位;爱因斯坦否决了绝对空间、绝对时间;杨振宁的规范场则否决了原以为不同粒子的种类之间的差异。每一次否决,我们都得到了更深刻的知识。牛顿理论可以用于发射火箭,爱因斯坦理论可以造核武器,规范场理论目前还只是不断被实验证实,目前人类的技术还没有利用到那么高的能量。
但所有这些仍然没有解释为什么 f=ma 。这个解释需要我们有一个动力学的基本原理。在讲解这个之前,我们先得讲一个更容易理解的问题,空气压力。
考虑你现在周围的空气。你知道空气由很多氧气、氮气等分子组成,这些分子像一个个小球飞来飞去,有的快、有的慢,运动方向也各不相同。从宏观上我们用压强、温度、体积来描述空气,那么压强、温度、体积之间是什么关系呢?中学物理中学过理想气体的状态方程,这个方程是怎么来的呢?怎么从最基本的物理原理推导出这个方程呢?
这个最基本的原理说穿了就是没有规律。空气中的各个分子的运动完全是没有规律的,是随机的,任何速度、位置组合都有同等的可能性。比如说,一个屋子里的所有空气分子可能都跑到你的桌子底下,这种可能性完全存在。但是如果你考虑大量分子的各种速度、位置的排列组合,那么你会发现某一类型的排列组合方式最多,而其他的类型的组合方式相比几乎可以忽略。
举个例子,假设你有5个不同的球要放到5个篮子里。有一种分配是第一个篮子放5个,其余4个篮子都是空的,但这种分配方式只有一种;另一种分配方式是每个篮子放1个球,放第一个球时有5种选择,放第二个球有4种选择,总共有5*4*3*2*1 = 120种方式。当球的数量增大,不同分配方式的组合数量差别越大。假如进行随机分配,每个篮子里有同样数量的球的几率远大于其他分布的几率。
虽然一屋子的空气分子都可能跑到桌子底下,但是相应的组合数少,对应的可能性也极小,可以视为0。你所需要考虑的只是那些几率最大的分布。由此,你就可以得到气体的状态方程。这在物理里面称为统计力学。
解释了理想气体状态方程的物理原理,我们得到的基本概念是:其实气体分子的运动是没有规律的随机的,气体压强、体积、温度等宏观量之间的关系其实是一种统计关系,对应的物理理论称为统计力学。一个系统所处的状态不过是它最可能的状态。
由没有规律到有规律,自然奥秘的面纱似乎在逐渐消失。
大量粒子(如空气)的物理规律可以用统计力学来研究,那么单个粒子的运动规律又如何从更基本的原理推导呢?举例说明,一个物体从一点运动到另一点,有无穷多条路径,为什么它会走直线,而不是兜几个圈子再抵达目的地呢?你也许会说,那是牛顿第一定律起作用。但我们现在问的恰恰是为什么有牛顿第一定律。如果这个问题不能回答,就会有人产生存在总设计师的设想。
事实上,如果我们研究微观粒子,如一个电子,我们会发现它并不会做直线运动,而完全可能偏离直线轨迹,这是牛顿力学不能解释的。物理学家们经过研究,终于得出一个惊人的结论:其实物体从起点到终点确实走过了所有的路径,包括在中间兜几个大圈子再到终点。每一条这样的路径的几率都是相等的。在计算物体运动的时候,必须考虑所有可能的路径。这在物理里面叫着路径积分,剩下的就是从数学上研究这个路径积分。
相关的计算表明,当物体质量很大时,有一条路径是最可能的,而其他路径互相抵消,这条最可能的路径就是牛顿力学的路径,对于自由的物体来说,就是直线运动。对于一般的经典力学问题,物体的轨迹遵循作用量原理。很多人第一次接触作用量原理时,感到很神奇,原来运动轨迹竟然是这样被预先确定了。现在我们看到,经典的牛顿力学可以从路径积分推导出来。而所谓路径积分不过是无限条随机路径的叠加,每一条随机路径出现的几率是一样的。
牛顿力学只适用于宏观物体,路径积分的适用范围包括微观粒子,可以解释微观现象。其数学形式跟我们前面提到的统计力学非常类似。经典物理里面,物体的轨迹是固定的、可以预知的。运用路径积分我们能够得到的只是粒子出现在某个位置的几率,而不能确定粒子肯定会出现在某个位置,这与经典物理的确定性是截然不同的。这一理论又称为量子力学。
粒子可能采取任意路径,也就是完全没有规律,推出粒子最可能的路径,也就是得出规律,这是物理学的又一个巨大突破。
物理规律实际就是没有规律 --- 从现代物理的观点看,卢克里修的直觉非常接近现实。
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终极物理定律疑被发现,科学家却表示:宁愿从未发现过它
随着人类进入二十世纪以来,人类的科学技术水平不断提高,在航空方面特别显著。古代,人类只有仰望星空,想去 探索 ,却没有那个条件,而现代人类 科技 的高度发展,飞出地球,到太空走一圈,已经不成问题了。宇宙浩瀚而神秘,似乎无规律所寻,实际上宇宙万物都遵循着一个规律,只是我们人类还没有发现而已,但是我们的科学家并不因此而气馁,而是勇往直前,敢于 探索 这个世界的一切谜团,再说科学的本质就是不断发现宇宙中存在的物理定律,并将其应用到实际生活中。
我们都知道宇宙中,所有的星系、恒星都是呈椭圆形的,而且每个星系、恒星都遵循着自己的运动轨迹,从不互相干扰,总是质量小的天体围绕质量大的天体旋转,如月球围绕地球旋转,地球围绕太阳旋转,太阳围绕银河系旋转。这也就说明了整个宇宙是有一个稳定循环的系统。其实我们日常生活中所看到的四季更替、昼夜交替、风雨雷电等自然现象,其实也是一个物樱虚理定律之下的产物。
人类其实很聪明,在 科技 水平非常低下的古代,古人已经能够掌握一定的规律,如占卜、观测天象等,从而进行 社会 活动,如祭祀、农业生产活动,当然啦,肯定有一部分是有一定的迷信存在的,但是这也说明了人类其实相信规律,并且物理规律是存在的。
有的人说,宇宙中有各种各样的规律,而且人类在地球上所 探索 出来的物理规律,未必就适用于整个宇宙,真的是这样吗?
关于宇宙起源之说,有很多说法,但是最广泛的说法便是宇宙大爆炸之说。也就是说我们现在所看到的宇宙,在138亿年前并不是这样的,奇点大爆炸后,宇宙由最初的超级能量不断演化而来,爆炸喷射出来的基本物质分布在各处,经过几十亿年在同样物理规则下不断演化,最后变成了我们现在所看到的璀璨星河。
宇行颂旅宙那么大,每个星系、恒星又不同,所以不是所有的规则都是一样的,但是基本的物理定律还是相同的,也就是说我们所处的太阳系的规律,在其他星系中同样适用,而我们人类自己发现的物理定律,也是适用于整个宇宙,到目前为止,还未发现哪个人类摸索出来的物理定律在宇宙中是不适用的。
都说实践出真理,这话并不是没有道理的。如牛顿的万有引力定律,其概念是宇宙间的一切物体都是互相吸引的,两个物体间的引力大小,跟它们的质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比,为什么宇宙中所有的天体都互不干扰,其实就是两个天体之间万有引力的相互吸引的作用。据说当时牛顿发现这个定律是因为树上的苹果掉下来,正砸到他头上,从而发现这个定律的,这也就是说在地球上发现的物理定律其实适用于宇宙中规律的。
爱因斯坦是全球公认最伟大的物理学家之一,被他称为科学定律之最的物理定律是什么呢?它就是“熵增定律”——是克劳修提出的热力定律,并认为熵是不可逆过程,也就是说热量从高温物体流向低温物体的这一过程是不可逆转,其物理表达式为:S = dQ/T或ds = dQ/T,其中S表示熵,Q表示热量,T是温度。
“熵增定律”被爱因斯坦高度赞赏,但是为什么有的科学家却说宁愿没有发现它的存在?这是因为一个孤立的系统在一定的过程中吸收或消耗的热量除以它的绝对温度,热量从高温物体流向低温物体,系统的熵就增加,而随着熵的不断增加,整个系统就会越来越混乱,最终走向灭亡。
从古至今,很多帝王将相都希望长生不老,但是人的寿命本身就是不可逆转的,如果强行通过其他手段来延长生命,从近代生物医学来说,人类确实解开了部分生命的基因密码,并延长了寿命,但是并不是永生,要是想通过基因科学技术实现永生,从熵增定律的角度来说,那是根本不可能实现的。
因为熵增的趋势是不可逆转的,如果强行将人类从外界获取的能量加入到人体中,虽然一定程度上抵消了熵增带来的混乱,但是从生命趋势而言的话,生物的混乱还在不断增加,所以生物 科技 只能起到缓解的作用,能够使生命延长,但是做不到永生。
熵增定律,一个最基本的要求就是在一个孤立、封闭的条件下产生的。假如说宇宙就是这么一个孤立、封闭的空间,那么根据熵增定律,整个宇宙的熵不档凳断增加,宇宙内部环境只会越来越混乱,在孤立无援的情况下,最后可能回到最初的时刻,然而再通过爆炸,新的宇宙再次诞生,这就像是轮回,而我们现在所处的宇宙很可能就是上个宇宙熵增到了极限后,爆炸诞生的,如果是真的,那么我们人类就在劫难逃了。
这或许就是大部分科学家不愿意看到的,所以科学家们才会说宁愿没有发现它的存在了吧,但是自欺欺人真的好吗?做人不做糊涂蛋,只有增强忧患意识,才能走得更多,当然啦物理规律有很多,或许我们不能全部掌握,加上我们也不能改变什么,但是只有掌握了一定的规律,我们才能摸索出一条生存之道。
浩瀚的宇宙,以我们现在的 科技 水平而言,我们不知道是否存在宇宙之外的宇宙,但是我们人类就生存于这个宇宙之中,所以无论未来宇宙将如何演化,只要宇宙还在,我们人类就还在,我们的 科技 就不会凋零,相信我们的科学技术,或许还未等到我们宇宙大爆炸之前,我们已经去了另外一个宇宙,有了更广阔的发展。
是否有科学家因发现宇宙终极奥秘而自杀呢?
数学家我不清楚,科学家的话应该没有。其实人类至今还没有发现宇宙的终极奥秘,如果非要说有,那么发现宇宙奥秘的应该包括这几个人:
艾萨克·牛顿
被苹果砸了一下(纯属虚构)就发现了万有引力定律的英国物理学家艾萨·克牛顿,统一了天上地下的物理,可算是发现宇宙奥义的第一人。利用他发现的万有引力理论和力学运动三定律,他让他的上帝可以好好安息了,因为他只需要上帝在创世之初轻轻推一下,就是所谓的第一推动,宇宙就会按照物理定律永恒的运转。这是何等惊人的发现?但他自杀了吗?并没有。
查尔斯·罗伯特·达尔文
同样来自于英国的博物学家查尔斯·达尔文,跟着船队环球旅行了一圈就发现了物种起源的理论,他发现人原来是猿猴变的,更为悲剧的是他发现自己居然跟屎壳郎拥有共同的祖先……还有比这更悲剧的吗?……他可算是发现了人类起源的奥义,但他自杀了吗?并没有。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
依然是来自英国的物理学家詹姆斯·麦克斯韦,发现了电和磁来自同一个“玩意”,并用他的电磁理论成功统一电、磁力,开启了物理学家寻找统一理论的征程,(成功坑了爱因斯坦一把)……麦克斯韦 也算是曾经参透宇宙奥义的人,正是他开辟了 力学统一之路,让爱因斯坦奋斗终生……那他自杀了吗?并没有。
阿尔伯特·爱因斯坦
没有统一力学而是一不小心统一了时空和质肢歼能的阿尔伯特·爱因斯坦可谓窥视宇宙终极奥秘的第一人,它发现了时间空间和质量能量的本源。但他自杀了吗?并没有。
即使在之后在统一力学之路上几经派虚失败,被量子行为折腾得外焦里嫩,他依然对大自然满怀敬畏,说出那句名言:自然难以理解,但它并无恶意。
乔治·伽莫夫
提出宇宙大爆炸理论,解释了宇宙来源的美籍俄裔物理学家乔治·伽莫夫自然也在发现宇宙奥秘之人之列,他利用已知的物理定律窥探了宇宙的创始。但他自杀了吗?并没有。
斯蒂芬·威廉·霍金
这位曾因证明宇宙大爆炸而被罗马梵蒂冈教皇嘉奖的英国物理学家斯蒂芬·霍金(怎么发现宇宙奥秘的英国人那么多……),对时间有开始极其不满,因为这意味着要为上帝保留位置。通过为时空增加虚时间,把时间的起点抹掉,时间成历羡冲为一个闭合的环,而实时间和虚时间组成一个闭合的面,如球面般没有终点也没有起点,这样他把创生的时刻抹掉,同时也把上帝的文章挪去……人类的物理理论第一次把造物主剔除……这是何等伟大的发现,但他自杀了吗?并没有。他宁愿囚禁在一尺见方的轮椅上,也不愿离开这让他憋屈的世界……
爱德华·威腾
这位史上最强文科生(本科历史……),来自美国的物理学家爱德华·威腾,用它惊世骇俗的数学物理才华和惊世骇俗的超级脑洞,创造了一套被誉为最有希望的终极理论——M理论,曾让全世界众多伟大的物理学家对其趋之若鹜,这其中也包括上面那位轮椅上的天才斯蒂芬·霍金。那他自杀了吗?并没有。他是以上所有人中唯一今天依然精彩地活着的人。
我们永远在探寻终极奥秘的路上
生命如此精彩,宇宙的奥秘永远在等待着我们去探寻,科学家永远在探寻终极奥秘的路上,没有人会以为自己能知道宇宙的全部,如果,那他一定是为了骗你去买他的书的……比如斯蒂芬·霍金,我记得他的大设计出版的时候宣传里就说他发现了宇宙的终极之理,并成功把上帝排除在宇宙创生之外,宇宙的创生演化再无他的位置。
何等自信,何等傲慢,但他说的他自己信吗?……
宇宙真的有终极的真理吗?当然有的!我们的宇宙必然是由一套客观的规律所支配,这套客观规律亘古不变,至少是在一定的物理条件下亘古不变,而它等待在人们去发现。人类至今所发现的物理规律均这是这套终极规律的近似,但谁说我们只能永远近似呢?谁说我们最终不能发现这终极的物理规律呢?
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