基本宇宙常數是由什麼決定的?可能讓這些常數發生變化嗎?
基本宇宙常數如G、K、h、c
各種基本宇宙常數,是宇宙中的什麼決定的?比如,若要讓宇宙中的光速變快一些,需要改變宇宙中的什麼?
其中,「變化」是指在同一單位的描述下的數值變化,如光速由約等於300000km/s變成1km/s或1m/s,而不是通過定義新單位「1」來做數值變化。
此問題的意義在於討論為何在某一選定單位制中某個常數為某個值,而非其他值,並同時討論如何在現有宇宙中通過調整(可行性若無關最終結論的話可暫時擱置)宇宙的某些屬性而達到改變基本常數的目的。
當然其他無量綱量如答案中提到的「精細結構常數」也可以在討論範圍之內。
首先,有一些「基本常數」是單位換算係數,都是人為規定的,比如光速、普朗克常數、玻爾茲曼常數。討論這些常數的變化沒有意義,比如說宇宙膨脹你就可以說成是光速在變慢,哪個更直觀更方便?
還有很多常數是耦合常數,它們本來就不是不變的,會隨著能量尺度或溫度變化。
當你考慮一個基本常數的變化,比如牛頓引力常數,你必須為它設計一套動力學,除非你說變化來自上帝。既然有動力學,我們就可以把這個變化當作一個動力學變數,比如一個場。這樣我們就得到了修改後的引力定律,叫標量張量理論,因為裡面有個標量場。把動力學變數拎出來後,剩下不變的部分又是常數了。這種trick沒什麼新奇的。
有人提到弦論里通過不同的緊緻化和moduli,得到不同基本常數。超弦預言了大約10^500可能性。但又如何,又不能在不同理論之間跳躍,所有演化都是在其中一個理論中進行,所以常數也不會變。
有些「常數」按定義就是不變的
有些「常數」本來就在發生變化
讓常數變化後總能再找到一個不變的常數
改變理論產生的常數變化是耍流氓
所以,還是洗洗睡吧
我覺得我在問題如果光速突然變成現在的兩倍,會產生什麼結果?中的回答應該基本上可以回答這個問題。以下摘錄:
光速是一個很基本的物理量。談論有量綱的基本物理量的標度變換是沒有意義的——通俗點解釋是,假如說世界上的一切尺度都縮小一半(包括相關物理規律描述的尺度),人是無法察覺到的,換句話說,在討論科學問題時我們不應該假設出現這樣的事件。
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覺得這個答案其實很不完整,看著這個增長的贊同有點愧疚啊。來補充點量綱相關的內容。
數據本身是不具有量綱的,比如說在我們常用的單位下,光速是299792458 m/s,但在很多時候為了方便我們也可以令光速是1,單位c(有時候也不需要單位,稱之為自然單位制),前面的數值本身實際上只代表一個比值的含義,拿簡單的5 m為例,表示的是一個長度,其和標準1 m的比為5。或者也可以解讀為,5和單位m之間的關係是乘,表示5個1m的長度。此處m是長度量綱的一個單位。很顯然,這些量的值具體是多少,依賴於我如何選定單位。如果我今天重新定義一個單位M,和原來的m的換算標準是1M=0.5m,那麼從數值上看光速翻倍了。
並不是所有的量都需要定義一個標準單位:有些,比如說速度可以通過定義了的長度和時間來間接表示,從而得到複合的單位比如m/s等等;而有些,本身是不帶有單位的,它不依賴於人為定義的量,比如說圓周率,精細結構常數等。
值得注意的是,導出單位的方法並不是唯一的,我也可以在計算公式里附加常數來等效的用更多的定義單位來表示量。比如說如果我把計算速度的公式寫成,其中常數,同時我定義了一個速度單位c,那麼單位制就變成多了一個基本單位的系統。常用單位的產生,和歷史有很大的關係,而科學發展初期基本上沿用了早期存在的一些單位,從而使得許多物理定律需要引入相關的常數來匹配這些單位,就像剛才的例子中提到的這個一樣。但也有人從另外一個角度出發,改變單位的定義,從而出現了不同的單位制,比如上面提到的自然單位制。仔細思考一下能夠意識到,這裡除了單位本身是可以人為定義的,選取哪些量作為基本單位實際上也是可以人為定義的,比如說我完全可以把時間和速度定義為基本單位,而長度是這兩個單位的導出單位。了解完這些,應該就能理解,對於「如果光速突然變成現在的兩倍」這類的問題,相當於是在問以下兩個問題中的一個:1.如果變成原來的兩倍,而不變,那麼會怎樣?(即要求光速變化了而其他所有物理量不變,導致問題不自洽);或者是2.如果變成原來的兩倍,那麼變成多少?(沒有指定其他物理量的變化,因此問題是不完備的,無法給出確切的解答)
問題補充了問如果自然對數的底數改變會怎樣,就和後者這些不具有量綱的量有關了。這其中有一些量人們已經能夠解釋這個量為什麼是這個值,同時給出了能夠計算這個量的值到任意精度的方法,比如圓周率和自然對數的底。對於這些量,如果我們要討論「如果它變化了會怎樣」,並且還需要保持體系的自洽的話,這意味著我們需要改變整一個相關的公理系統,或者說如果存在這樣的世界,並且這個世界仍然是可以用理性和邏輯來描述的,那麼這樣的世界中有一些最基本的假設會和我們現在的世界不一樣——甚至包括邏輯,而在這麼基本的層面上有不同實在是一件很難想像的事情。還有一些,比如說精細結構常數,人們至今還不知道它為什麼是這個值,有些人甚至認為這些值是變化的。在我們沒有更多的知識的情況下,假如最終發現這些值是獨立的,甚至確實是變化的,那麼我們確實可以討論如果它們發生變化會怎樣,但如果人們後來發現這些值具體是多少是有理論解釋(此處不包括人擇原理等類似的理論)的,那麼又會回到類似於的問題。
P.S.不知道會不會有人爭辯上面的討論中數學量和物理量不分的問題……但我覺得到很根本的問題上,兩者的區分是不太好說的。
僅從科普的角度來說,這個問題其實牽扯到一個哲學上的命題,即所謂 第一推動。
宇宙基本常數之所以稱為基本常數,是因為它就是最基本的,沒有比它更為本質的東西了。
我們整個宇宙會是今天這個樣子,其實就是這麼有限的幾個基本常數,再加一些規則,再拌上一些初始條件,最終演化成如今這般色香味俱全的尿性。光速本質上,是電磁相互作用的傳播速度,電磁相互作用你知道是什麼么,是宇宙四大基本相互作用之一,嗯,作為一名基本相互作用,他是非常傲嬌的,他不會接受有比它更「基」的存在。當然了,我們偉大的物理學家們正在嘗試建立統一理論去挖掘這四個基本相互作用背後的聯繫和機理,具體進度我也不知道,你可以問問 @程嵩,他是學理論物理的,文辭淺顯而風騷,能把宇宙大爆炸講得跟放爆竹似的。
嗯,所以我的答案是,光速本身就是第一推動,是我們這個宇宙最基本的屬性之一,不是由別的啥推導而來,更不會因別的啥而改變。(這裡邊其實還隱藏著一個深刻思想:光速在量綱上,是距離和時間的比值,它的第一性,正說明了時間和空間是統一的,不可分割的整體)
當然了,在我們這個宇宙之外,說不定還有千千萬萬數不盡的宇宙,它們中有的光速是每小時60公里,你可以開著一輛破車,追著光跑,然後你便能看見永恆(噢多麼浪漫);有的普朗克常數是1,一塊磚頭朝你腦袋拍過來,一不小心就直接隧穿砸到了你身後基友頭上,或者你晚上躺床上睡著了,由於位置靜止所以動量發散,你的肉身直接彌散到了對面女生樓某具活色生香的肉體懷中,當然,也可能是直接進了下水道;還有的宇宙特別變態,萬有引力大的不得了,據說他們那邊胖子是最吃香的,身邊總是圍滿了姑娘,而且越是柔弱嬌小的妹紙,軌道越低,簡直分分鐘就要貼到人身上去,而像我們這種瘦不拉幾的,最多只能陪著美女一起圍胖子一起公轉,做做備胎什麼的。貼一個不太相關的最新新聞
http://arxiv.org/abs/1501.05533
科技日報北京2月28日電 (記者王小龍)一個國際研究團隊根據來自歐洲南部天文台甚大望遠鏡(VLT)的數據發現,經過超過120億年的時間,質子和電子的質量並沒有出現可測量的變化。這意味著傳統暗能量理論或將面臨重新思考。相關論文發表在《物理評論快報》上。
這不過是人類所用的公式推出來算出來的 比如F=GMm/r^2 我們人類用這個公式算萬有引力 所以G就等於……如果說存在一個比我們更高級的地外文明 或許他們用的公式更簡潔呢?他們的」G「就不是我們用的這個數啦 其他的可以類比
單純從數值上來說,換個單位制就好了。由什麼來決定我無法回答,牽強地說,我們的數學決定了這些常數的值。由我們的數學推導得到的物理規律發現這裡就應該有這麼一個常數,如此。我覺得吧,物理規律的重點在於它的形式,而不是常數的大小。
我覺得樓主的意思是不是:如果按照類似光電效應測量普朗克常數的值 這類實驗,如果沒有操作錯誤,最後得出的值超出誤差範圍了,是不是意味著這個宇宙的能量或物質特性發生了變化?
重整化之後常數就可以各種run啊,還有前幾年還有觀測暗示精細結構可變,不過半年多不碰物理都忘差不多了,感興趣可以自己搜搜
常數所代表的物理性質是不會改變的,但是其數字是可以改變的。
新的千克定義提議是基於普朗克常數,不知道這個提議是不是已經實現了。沒有實現的
話那就是如果大家願意就可以隨便改。
即使實現了,而且所有單位都可以換算,人類也最終至少需要一個這樣的東西(如果算上單位里的除法可能還要更多) 。
如果是其物理性質改變的話,這個似乎是有邏輯上的錯誤,或者說是無法想像。可以搜索 狄拉克 大數假設
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物理中這些基本常數的關係比其具體數值更重要。
你可以讓宇宙重新爆炸一次…
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