人類現在所知的物理定律能否解釋宇宙的一切事物?如果不能 邊界在哪裡?


妄言幾句,歡迎討論。鑒於本人是粒子物理方向,就針對此方向說一下吧。

目前描述粒子物理最好的模型是標準模型(Standard Model,SM),但是不管是理論框架還是理論在實際問題的應用,對宇宙中現象的描述還遠遠不夠。

  • 中微子是標準模型中的基本粒子,標準模型描述的中微子是沒有質量的,但是最近幾年的中微子實驗顯示,中微子是有質量的,雖然這個質量非常非常的小,但是不為0。質量是不是嚴格為0是有著本質的區別的。比如光子靜質量嚴格為0,而電子質量不為0。這個就說明標準模型是需要改進的,也有很多機制能對此作出解釋,但是目前的實驗還沒有更細緻的發現。
  • 夸克禁閉。夸克也是標準模型中的基本粒子。強子是由夸克構成的,比如質子是由兩個上夸克和一個下夸克構成的( uud )。但是實驗上發現,夸克是不能單獨存在的,無論用多高的能量轟擊強子或者介子都無法得到單獨的夸克,夸克只能彼此組合以強子或者介子的形式出現。對此目前的理論還無法解釋。
  • 宇宙中正反物質不對稱。每一種粒子都有對應的反物質(注意要與暗物質區別),而且正反物質只是相對的,從理論上說是對稱的,也就是說在宇宙最初正反物質的數量應該是相等的。但是目前的觀測結果發現,在可觀測宇宙範圍內只有正物質,並沒有由反物質構成的區域(所以暫時不用擔心遇到反物質外星人)。對這個的解釋有很多種,其中某一種要求理論要有CP破壞出現,但是在CKM矩陣中的CP破壞遠遠達不到這個要求,這就意味著還需要更強的CP破壞源,但是目前還沒發現。
  • Higgs粒子的性質。2012年發現(2013宣布)的Higgs粒子算是標準模型的最後一塊拼圖,但是目前我們Higgs的性質幾乎一無所知。Higgs是否是基本粒子?與費米子的耦合為什麼是Yukuwa耦合?等等很多問題。(目前中科院高能所主推的CEPC項目就是想建造Higgs工廠,對Higgs粒子的性質進行精確測量)
  • 暗物質和暗能量。這個已經是老生常談了,就不贅述了。

經評論區提醒補充:

  • 夸克質量之謎。夸克有六味,六味夸克的質量跨越特別大,最輕的上夸克質量為幾個Mev,而最重的頂夸克質量達到176Gev。形成這個現象的原因目前還是個迷。

我們能對世界描述的最大程度,這更像是一個哲學問題。物理學只關心可觀測量,對於不可觀測的所謂的「更本質」的東西,那都是工具。只要你的理論導出的結果能讓結果更符合觀測實驗結果,那就是好的工具!


我贊成前邊 逗逼仙人Oracle回答,這不是物理學應該回答的問題,其實是個理性的本質和局限性問題,也就是說是個哲學問題。推薦關心這個問題的人讀讀純粹理性批判 (豆瓣) ,如果覺得太花時間,那就讀讀這本書的一般介紹也好,比如:鄧曉芒:《純粹理性批判》


現在所知的物理定律當然不能解釋宇宙中的一切事物,要不然我們還發展什麼物理學……

關於邊界,參見:白書旭:直到今天,物理學大廈算是完全封頂了嗎?還會完全重建嗎?

和白書旭:如果有一個很小的黑洞 比如說一個細胞大小 如果將手指伸向它 會發生什麼?


@子乾 與 @白書旭 的答案已經為粒子物理學與宇宙學兩方面的前沿問題給出了介紹。


即使我們在基礎領域取得了更多的進展,能夠構建出大統一理論,以一組模型解決所有粒子物理和宇宙學問題。但是僅以一組模型「解釋一切」肯定還是不可能的。

我們無法同時了解宇宙所有的信息,並且假設我們能夠了解到足夠的信息,仍然有計算極限限制我們。

同時,解決具體的問題也不能直接使用這些基礎模型描述,而需要特定的簡化(例如場論退化為經典量子力學,量子力學退化為經典力學),並需要針對性的建立一組或幾組平行的模型,以專門描述和解決這些特定的問題,尤其是化學問題以及宏觀層次的自組織現象,基於實用的目的必須建立專門的模型。


如果不追求這些細節問題的解釋,僅僅理想化的解釋從宇宙開端到宇宙大尺度演化、粒子生成到生命分子手性,對於這些粒子和宇宙學面臨的問題,目前有一些備選理論進展:


Regulating Eternal Inflation II : The Great Divide

Quantized fields and gravitational particle creation in f(R) expanding universes

從弦論等目前已有超高能物理理論來看,如果驗證中微子是Majorana型,產生的「新物理」將是怎樣的?

如何深入淺出地解釋熵、宇宙和時間的關係?

有哪些學術界都搞錯了,忽然間有人發現問題所在的事情?

如果能藉由中微子質量問題產生的「新物理」,把粒子物理和問題和驅動永恆暴脹的機制問題聯繫在一起,那就再好不過了。

(目前已經提出一類永恆暴脹其自量子漲落的假說,但是量子漲落中虛粒子會在短時間內湮滅歸還能量,統計上虛粒子有無限長的衰變時間是一個極小概率的事件,還沒有假說能給出一個大概率的解釋宇宙早期量子漲落的虛粒子會有無限長的衰變時間而成為早期激發的物質粒子,或許這裡有某種類似於宏觀耗散結構的「泵浦機制」)


知識的邊界不是物理學,而是邏輯學,數學,和哲學。


按照柏拉圖的理論
我們永遠沒有辦法達到EC


謝邀

完全沒有確定界限,

假如要說有確定界限的話。

1,測不準(據說現在有讓能量先通過量子云然後再接觸粒子來降低測不準的方法)

2,無法描述(以這個宇宙的語言和感知還有其他完全無法描述這個問題,所以我們受限於這個宇宙……)


當然不能了,而且這和人類找沒找到所謂的「大統一」理論無關。即使所謂的「大統一」理論存在,即使已經發現,那也不意味著人們知道了一切。就算有了那樣的理論,人們不能解釋的還是不能解釋。比如現在光合作用的物理細節人們都不能解釋。人們還不能從理論角度解釋生命系統,不能解釋人腦和意識。
即便不說大腦、意識這些東西,也還有很多東西,人們解釋不了。比如有些材料的摻雜,有時候你這樣摻雜就可以,換個姿勢摻雜就不行,你也不知道為什麼。
物理能告訴你最基本的原理,但是由於自然界的物質太多,物質的各種組合會產生各種各樣的複雜問題,複雜到很多時候人們的邏輯推理不起作用,此時經驗起了一些作用,而經驗有時候是沒什麼邏輯的:知道利用某個操作可以得到想要的結果,但不知道為什麼。
總的來說,現實世界還有大量的人們不能解釋的東西,往往只能依靠經驗(甚至有時候經驗都沒有)。物理告訴我們原理,但遺憾的是,不是所有的東西都能通過物理+數學的推導進行解釋。
現實世界足夠複雜,有時候物理原理也就僅僅起個指導作用,就像你問別人什麼時候中國能看到日全食?別人說一千年以內會有。
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因為人們從小學的物理都是從幾個原理推導出來的,至少課本上是這樣的。所以容易給學生造成一個印象,就是現實的物理現象都能計算出來,邏輯上都應該是解釋的嚴絲合縫的,類似做數學題一樣步驟清晰的。所以一些人會產生這樣的看法:1.認為凡是那些沒有邏輯作為依據的經驗主義的東西都是不行的,既然沒有找到依據的原理,那肯定是不可信的;2.如果我推導不出來一個方程我就不能理解它,學物理的在看工科的東西時容易這樣卡殼,突然出來一個經驗公式:這是啥?怎麼推導得到的?


除了那些很漂亮的理論之外,人們對於世界的認知很多都處於經驗和觀察層面。而且人們的觀察還很有限。舉個例子,人類對微觀粒子的研究夠深入吧,已經出現了弦論這種理論。人類的理論已經這麼高深了,但也不妨礙人們連塔比星(叫kic什麼來著)的亮度變化都解釋不好。


終極猜想:
我們現存四維宇宙是由其他維度轉變而來的, 各種不同的維度互相循環轉換。其中從零維 (也就是我們所說的沒有時間空間等於「不存在」)轉變為其他的維度,解釋了我們現存四維宇宙是「無中生有」的概念,這樣也就為宇宙誕生之前是如何的,提供了答案。也形成了一套可以自我循環的基本概念,沒有任何的邏輯漏洞(不像宇宙大爆炸理論,會讓人提出關於大爆炸之前的疑問)。

宇宙大爆炸
每一次維度的轉變,都會是一個拆解現有維度,然後重組新維度的過程。在這個過程中,勢必會引起劇烈的震蕩——即 我們所說的宇宙大爆炸

以這個概念為基礎,可以解答引力的本質
我們現存四維宇宙的基本單位是一維度 ,與弦理論裡面的「弦」(弦的不同振動模式構成了不同的粒子,振動越劇烈 對應的質量能量也就越大)概念類似。引力是時空彎曲的表現,時空彎曲是 弦振動彎曲的表現。 可以想像一下,你看到的空間是振動緩慢的弦,你看到的星球等物質是振動劇烈的弦(因為星球等物質比空間質量能量要大)

方向
維度既不是物質也非能量,而是更加本質的新概念。應該把維度確立為一個新概念,並且試圖去完善它證明它。


一百多年前,很多物理學家也這麼認為,包括當時著名的開爾文爵士。在當時的物理學家看來,牛頓力學、麥克斯韋電磁學、熱力學理論等幾乎可以解釋日常世界中的一切。

那個年代有一個叫普朗克的年青人決定攻讀物理學博士時,他的導師甚至勸他不要讀了,因為物理學已經沒什麼值得再研究的了,頂多是把實驗做得更精確些,小數點後再增加幾位而已。

幸好開爾文也不是100%樂觀,他也承認當時近乎完美的物理學理論只有兩個問題沒解決:一是光電效應沒有很好的解釋,二是黑體輻射的公式不準確。

這兩團烏雲後來最後催生了什麼大家都知道了。


這個 問題 能做出正確回答的 全人類也沒幾個 甚至可能都沒有

但是 我有一種猜測

整個宇宙 包括人類的想像力 都是純粹邏輯或者說是純理的 甚至整個宇宙 都是百分百數學

如果 有非純理 非因果的 那種超自然 人類首先就無法想像 其次無法理解

根據 這個看法 我不相信 人能解釋宇宙

因為 真正的解釋是 1:1的 需要超邏輯 超因果的重建整個宇宙 這已經完全 超過了人的範圍

神或者創世神 也不可能做到

我們所有的物理定律 它並不是百分百模擬 它是一種比喻

很可能 有某種邊界 而這種邊界 人類甚至可能認知不到

比如說 如果宇宙是某種基本粒子構成 而這種基本粒子太小 是最小單位

可能 就沒法測量和觀察到這種基本粒子

也可能說 可能存在某種極限值 我們可以猜測到

但是 怎麼都達不到 比如絕對零度 比如光速


或許——
這個宇宙是由許多個空間「重疊」而組成的,這些空間既相對獨立而又相互關聯。人類終生只能感知到人類生存的這個空間。實證科學就是這個範圍內的科學,它對其它空間不適用。
另外空間有其自身的規律,它與人類空間中遵循的物理定律並不相同。許多特異功能、超自然現象的出現,或許都與另外空間有關。
如果真是這樣的話,那麼歷史上的聖人,比如釋迦牟尼、耶酥,在某個特定的的境界中所證悟的法理,有可能都是真實的。
上述的猜想貌似荒謬,然而靜心想一想,未必沒有其合理性。因為顯然:人的肉眼並不能感知得到一切形態的物質,只能有選擇的感知其中特定的一小部分,所以人們就不假思索、理所當然的認為:沒錯兒,世界就應該是看到的這個樣子。 沒有任何證據能夠表明,人一出生就不會被自己的眼睛給欺騙!
打個比方,就象電視機一樣,不同的頻道接收到不同的台,人眼被設定了——只能看到其中一個固定的頻道。
佛教中講五通:肉眼通、天眼通、慧眼通、法眼通、佛眼通,難道這些全是胡編出來的嗎?這會不會就像不同的「頻道」一樣,能夠感知不同層次的空間呢?
——以上。


不能,邊界在概念的形成上,尤其是量化概念的行程上。這個世界只有相對,而沒有絕對的概念,所謂絕對的概念來源於我們自我宏觀感知上,如1克的質量,實際上宇宙中沒有絕對的1克,因為形成質量的概念時我們使用了相對變化較小的物體的作為標準,而任何事物都是變化的,只是相對小,或者相對而言極其微小,而不是不變化。有什麼樣的基礎概念,就有什麼樣的推理概念。所以現代科學的未來早在千百年前已經註定了,請記住:我們的視野,無論用什麼樣的工具,都是局限的,這就決定了科學具有上限,突破上限產生的只有謬論,例如宇宙大爆炸理論,可能是真科學,卻是偽真理。


物理學科歸根到底是一門實驗學科,有著自身的局限性,很多現象不能解釋啊,例如人的意識,生命,七情六慾.......


人類的物理定律受限於觀測手段和想像力。


現有的這些知識碰到洞就傻眼了,蟲洞,黑洞,白洞,腦洞等等。


很明顯不能啊,暗物質就是最好的例子。至於邊界的問題,要看拓撲結構而定,這個問題有點麻煩,不是幾句話能說清楚的。推薦看丘成桐的科普著作《大宇之形》,看完之後自然會有答案。


知道越多越覺無知

邊界就在你現在知道的地方


除了離生活比較遠的宏觀和微觀的極端情況之外,舉一個介觀的例子:

高溫超導體的具體微觀機制仍然不能被清楚地解釋。

(以前寫的一個簡介)


非專業人士也來湊個熱鬧。
物理定理只是解釋現在發現的物理現象的推論,合乎邏輯,合乎觀測現象,可以一定程度預測物理現象後續發展現象。定理只是定理,不是定論。就像愛因斯坦的時空定理補充了牛頓的經典力學一樣。
現有定理可能在將來也無法解釋新觀測到的物理現象。那麼現在的定理就需要重新補充甚至推翻。


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