為什麼自然規律不能被打破?比如物理學裡面的能量守恆定律 或者作用力等於反作用力這種最基本的定律?
因為「自然規律」是歸納的。
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換個角度來考慮就簡單多了。
自然規律是對事實的一種總結。
這種總結歸根到底往往是歸納而非演繹的,所以可能存在著一個物體不遵守牛頓定律相對論等規律的情況。
然而假如這種現象真的被觀察到且證實無誤了,後果是,之前總結的規律需要推倒或者改進。
或者可以簡單地這麼說:自然規律是人類從觀察到的現象中總結出的試圖覆蓋所有觀察到和沒觀察到的現象的模式,假如出現了不能覆蓋的現象,則說明之前的總結不完全準確。
所以,當你「欺騙」或「打破」了自然規律,恭喜你,paper 有望了。
以上。
原回答:可不可以欺騙自然規律來讓自然界為我們白白做工? - 知乎
能量守恆定律的討論已經是天文數字,討論的結果無非證明這條定律的普適性和正確性。我不參與討論此定律能否被打破,但卻想到一位有點意思的民科。
某日一位有點年紀的民科來公司,我接待他。這位老兄聲稱自己推翻了能量守恆定律,並且有中科院的XX研究員給他作證(當然是未加核實的口頭證明)。
細談下來,原來他用太陽能電池板給手機充電,時間大約是一個白天,手機電池給充滿了。他認為這塊太陽能電池板上接收的能量小於手機電池所獲得的能量。當我問他太陽能電池板的面積有多大時,他卻保密,要求公司開一張有關此事的證明給他,他才告訴我們太陽能電池板的面積。
死攪蠻纏的最後,我讓保安把他給請走了。
往往民科特別喜歡推翻能量守恆定律,而原因也很簡單,連最起碼的計算這些民科也不會。笑!
民科與發明家是兩個概念。發明家能發明出真正的東西出來,並且獲得認證。這種認證也許是專利,也許是產品,這和民科完全是兩回事。
我遇見過許多發明家,和他們談話很有收穫,我們能獲得許多知識,增加對發明家的仰慕之情,但和民科談話純粹就是輸出知識,還要付出令人煩心的時間和精力。
我接觸過的發明家們,他們或多或少地都在能否突破自然規律這個問題上有所涉及,甚至包括我本人在內。
我曾經在某個帖子中談過,我的一項專利發明中把高溫著色顏料粉劑噴到赤熱的玻璃板帶上,但顏料帶總是中間濃外圍淡,其實就是粉料密度的概率分布曲線。儘管我採取了許多措施,嘗試了許多巧妙的方法,但始終無法突破瓶頸。直到我最後意識到原來是概率分布的問題,採取了對症措施,才徹底地解決。
看得出來,其實我是適應了自然規律而已,而並非是突破自然規律。
我接觸過一位發明家,他發明了汽車外殼整體衝壓法,儘管他也申請了專利,但他的專利始終不能得到汽車製造廠的認可,至今仍然是一個專利技術。
這位發明家告訴我,衝壓鋼板時在彎曲處鋼板會變薄,甚至斷裂。他也想了很多辦法,最後發現居然也有一個自然規律在裡面,最後改進了方法,才出現了突破。由於這是專利技術,我不便把朋友的發現公開。若知友們有興趣,請自己去思考吧。
自然規律是客觀存在的,而人們發現自然規律則是好戲連台的故事串了。例如阿基米德發現比重的故事,蘋果砸中牛頓腦袋悟出運動定律的故事,愛因斯坦在局促狹小居所的尿布間提出了質能公式等等,都是很好的範例。
我們來看一個實例:
大家都知道零線是沒有電壓的,因為摸到零線不會有觸電的感覺。其實零線也有較小的電壓起伏,並且距離零線接地點越遠,它的電壓就越高。原因很簡單,這是零線的導線電阻因為歐姆定律的原因而產生的。
我們設零線的電阻為 ,零線上的電流為 ,則零線電壓 自然就是 了。
我們想違背自然規律,讓零線電阻為零。除非是超導體,否則不可能做到,而在我們的日常生活中,誰也沒見過家裡有超導體零線,甚至在頂級實驗室中也沒見到用超導體來製作零線。
再例如我們在桌子上放一杯開水,它會逐漸變涼。我們有可能讓一杯涼水自動地變成開水嗎?誰也沒見過。這也是一條自然規律:熱量總是自發地從高溫熱源向低溫熱源傳遞,反過來則是非自發的。
這就是著名的熱力學第二定律(second law of thermodynamics),是熱力學基本定律之一。它的完整表述為:不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響,或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響,或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大於零。
熱力學第二定律又稱熵增定律,表明了在自然過程中,一個孤立系統的總混亂度不會減小。
說起來有趣,某日一位民科來找我,說他實現了將低溫熱源的熱傳遞到高溫熱源的方法,並聲稱打破了熱力學第二定律。他說,他家背後有一個池塘,他發明了一種方法,讓池塘水變成空調水:在冬日裡天很冷時,利用池塘水把熱量傳遞到屋內,屋內溫暖如春,而池塘水會因此而變得更冷。問他如何做到?這位老兄說:你們先付錢,然後我才說。最後,我們讓他自己離開。臨走時還說我們傻瓜,連這麼好的賺錢機會都不要!笑!
結論是什麼?自然規律是不可能被打破的,我們只能去適應自然規律。有時我們甚至沒有意識到自然規律的存在,但它仍然在冥冥中起作用,直到我們認識到這種規律為止。
天行有常,不為堯存,不為桀亡。
很難想像,上帝要在每個人、每個動物撒尿時,專門為他開一個線程,以便照顧他的尿液能以「優美的拋物線軌跡」落地——而且還要次次都還要根據實際情況(姿勢、風向、氣壓、溫度乃至心情等等)搞出細微差別,使得撒尿一萬億次,每次尿液噴洒的細節都完全不同、但總體卻總符合拋物線規律(更深層的,還精確符合流體力學規律;挖的更深的話,撒尿的物理學甚至還要複雜精細到「湍流」這個「上帝難題」的級別呢)。
要麼上帝太閑,要麼上帝變態,要麼兼而有之——否則,就是有一系列無需干預的「自然規律」,一視同仁的決定著從黃果樹瀑布到小狗撒尿的、每一個細枝末節的精細表現。
你是打算讓上帝隨叫隨到、仔細揉捏每個人的每一滴尿液呢;還是相信自然規律本身就是某種「恆常」的東西,用不著勞煩上帝干預?
退一萬步講,假設上帝的確存在並且干涉著我們這個世界,那麼祂是像程序員一樣,搞出一組「流體運動規律」然後丟給依賴自然規律運行的CPU自動渲染出一切呢;還是……親手揉搓各種排泄物?
那麼,這些「上帝肯定不會幹預」的東西,是不是一些恆常的自然規律?
當我們從這些細節開始,把「上帝不曾干預」的部分找完後,是不是就可能凸顯出什麼是真正的「神跡」?
科學萌芽時代,很多科學家想通過科學研究來「榮耀神」,他們可能就是這樣想的——當然,誰也不知道,這樣一點點找啊找啊,就把上帝趕出了宇宙,使得祂只能存在於宇宙創始之前。嗯,說的更準確點,應該是「暫時還可以呆在宇宙創始之前」。
1、什麼叫自然規律?
自然規律就是我們從未觀察到過反例的現象。
就好像上帝沒閑工夫管尿液的形狀一樣,它會如此表現,必定是有某種恆常的東西在驅動著。只看我們挖不挖的出來了。
所以,我們就可以期待,一旦我們找出了某種「恆常「的東西,不管它是不是更「基礎「更「本源「,只要前置條件一致,它就一定會有同樣的表現——若表現不一致,那麼肯定是我們遺漏/改變了什麼,反正肯定不會是上帝干預。就好像祂不會無聊到干預你的尿液一樣。
既然如此,那麼當我們想利用這種「恆常「的東西做某些事時,只要設計出一套合適的機構,結果必將如我們所願而出現。
比如,物體從不會無緣無故的改變其運動狀態,所以我們認為慣性存在——這不是為了博出位充大瓣蒜,而是……我們可以利用這個機制製造飛刀、標槍、弓箭、槍彈;甚至慣性制導的導彈。
對這個機制的利用使得我們對「物體從不會無緣無故的改變運動狀態」這個規律更加信任:因為但凡有一個反例,我們的飛刀、標槍乃至子彈、陀螺儀都將失去作用。
所以,我們把「物體有慣性」叫做「自然規律」。
2、這就是自然規律?聽起來不怎麼靠譜的樣子……
是的。
然而,我們就著自己發現的各種「自然規律」,預言並設計製造了蒸汽機、汽車、飛機、火箭。
不僅如此,我們還登了月,探測了火星,爆炸了原子彈……
所以,至少你拿在手裡的手機可以作證——這玩意兒再不靠譜,至少也比那些造不出手機的理論靠譜得多。
3、但它仍然不靠譜啊?
所以我們一直在努力尋找反例。哪怕是間接的反例。因為這些反例往往會揭示給我們更多更深刻、更有趣的自然規律。
——之前我在另一個答案里提到過類似觀點;結果民科/民哲就跳出來罵了:科學會喜歡反例?扯淡!
然而我們是真喜歡。
比如,比空氣密度大的東西都會下落?
我們可以弄兩個同樣大小的圓錐,底面粘在一起,放在一個三角形支架上——這個圓錐可以沿支架往上爬耶?!它真的會自動爬坡!
但是,仔細觀察,你就會發現,這個圓錐的中心並沒有上升,反而下降了。
這是因為,雖然支架看起來有個坡度;但當圓錐「往上爬坡」時,支架也分的更開;所以圓錐的重心(恰好在圓錐中心)反而下降了。
所以,這個「反例」並未能撼動重力理論,但它的提出仍然極有意義:因為我們可以藉此更精確化「比空氣密度大的東西都會下落」這個斷言。比如,我們必須更嚴格定義「下落」這個概念——為此,我們不得不定義何謂「重心」。
科學史實質上就是個「新現象被發現、然後借新現象的研究,更精確定義相關規律」的過程。
更精確定義?呵呵,焉知你是不是削足適履,越定義越差勁了呢?
所以,我們需要用實踐檢驗它——新的定義必須兼容舊的、被實踐檢驗過的現象,同時還能預言舊理論不能支持的東西。
我們都是凡人。所以只能用平凡的方式去認識自然規律——認識是否正確呢?那就要看這個認識能否揭示出「意料之外」的東西了。
能揭示出「意料之外」的東西、而且還可以通過實踐檢驗,這就是所謂的「有可證偽性但尚未被證偽」——很容易理解,一旦通不過實踐檢驗,自然就是被證偽了。
相應的,故意不說準話逃避實踐檢驗,這就是耍滑頭,這種理論很可能有問題,是絕不可接受的。
4、等等,我似乎問的是「為什麼自然規律不能被打破」?
很多情況下,答案只能是:實驗結果就是那樣的,我們並不知道為什麼。
而另一些情況下,經過概念精確化、抽象化之後,我們發現,某些自然規律並非獨立的一條法律條文;實質上,它可以是其他概念的推論。
比如說,「重物會下落」其實就是「萬有引力定律」的推論,它依附於萬有引力定律,後者真,則它必真。
這時我們就可以說,為何「重物會下落」這條自然規律不能被打破?原因是萬有引力定律決定的。
可萬有引力定律為何不能被打破?我們還不知道。
追根溯源起來,我們很容易發現,紛繁複雜的諸多規律,其實都可以歸結到很少的幾個「根」理論上;從這些「根」理論做出的任何合乎邏輯的推理,也必然為真——這是個極為了不起的成就。
比如牛頓三定律就是動量定律等一大堆理論的「根」。
甚至於,就連化學,它都可以是電子軌道理論乃至量子論的推論。
因此,我們就說,這幾個「根」理論「解釋」了其他所有理論(甚至,過去曾以為,牛頓的經典物理已經足以解釋世間一切、物理學已經到盡頭了——然後光電效應和邁克爾遜莫雷實驗表示你們太年輕太奈伊舞了:之後整個物理學體系就有了翻天覆地的變化)。
這種「諸多領域分別埋頭研究自顧自發展,研究到某個階段忽然發現大家研究的是同一個東西、彼此毫無矛盾、甚至可以互相解釋」的奇蹟(術語叫做 科學理論的自洽性),也顯示了科學理論的可靠性。
嗯,當然,這回答不了「為何自然規律不能被打破」問題。但科學並不打算回答它,也不認為有必要回答它,更不認為人類有能力回答它:前面提到的、簡潔的「根」理論,很可能只是個偶然。我們沒法確信自然會怎樣,因為我們沒有資格去「確信」,我們甚至都不知道誰有這個資格(所以,你說成是「不會回答所以逃避問題」也可以:凡人嘛,實在點比夸夸其談好)。
科學只是盡量找到更多、更精確的規律,並想辦法用盡量簡潔的方式表達出來;然後利用它做出更好玩、更有趣、更有用的東西,如此而已。
科學只是盡量找到更多、更精確的規律,並想辦法用盡量簡潔的方式表達出來;然後利用它做出更好玩、更有趣、更有用的東西,如此而已。
科學只是盡量找到更多、更精確的規律,並想辦法用盡量簡潔的方式表達出來;然後利用它做出更好玩、更有趣、更有用的東西,如此而已。
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PS:如你所見,最後一行我加粗並重複了三遍。這是非常有必要的。
這是因為,頗多腦子有貴恙的傢伙,喜歡望文生義、思入微茫,偏還自鳴得意。
然而,思考有其極限。別說這些腦子頗有貴恙的傢伙了,科學出現之前的幾十萬年里,多少才智卓絕之輩,可曾想到過汽車、飛機?可曾希冀過手機、可視電話?可曾觸及過黑洞、時間旅行?
巧婦難為無米之炊。不讀自然這本書,缺乏對自然規律廣泛而深刻的認識,你就是個文盲。憑什麼做出花團錦簇的文章?
然而,喜好人前炫耀,這是人的通病。一旦炫耀開來,很難止得住「妄言」的口子。
見聞廣博的先賢多了去了;他們私下裡的「思索」功課,做的也實在是夠深刻、夠謙遜。
然而他們仍然可能開口就錯。
為了杜絕這個弊端,科學不承認「思索」本身的價值,也無視任何「高論」——除非你拿出實驗證據,證明你說的對,科學界才會接受你的理論:但僅限被實驗證實你比別人更簡潔更精確的那一部分。
——與之相反,數學就更注重「思考」。只是它為"思考"的方式加了個限制:必須定義公理且僅使用公理來搭建整個體系。這種限制使得它成了「天然正確」。
——不以規矩不能成方圓。和吹牛不一樣,做實事時,知識的可靠性遠比其他一切都重要。所以,只有對自己限制嚴格、想盡辦法防止自己出錯的東西,才能因其價值卓絕而大行其道:夸夸其談的東西,吹的再是天花亂墜……那也只是吹牛。
所以,科學極簡單,極粗鄙:實驗結果說話,僅此而已。
然而,正是手段上的至簡至鄙,才易於保證結論的「真」。
除了「真」以外,科學什麼都沒有。
但,正是「除真外毫無可取之處」的科學,才搭就了登月的梯子。我們暫時看不出其他任何體系有絲毫可能做到這一點。
當然了,為求真不惜拋棄一切,這是「科學」這個「下里巴人」獨有的「扭曲的價值觀」——雖然意外的,這使得科學的聲望極高,成就極大——但它的確不高大上。
然而,只有不高大上的,才是科學。
如果你願意照這個粗鄙的規矩來,歡迎;但若你想改這個粗鄙的規矩——不好意思,麻煩你為自己那高貴雅緻的體系起個不易混淆的名字:科學既不敢貪您之功,也不願受您之累。
這實際上是一個科學哲學的問題。
其實嚴格來說來定律是被設定的,或者更準確地說是一種規定,這是一個規範性概念。注意這是「定律」,不是「定理」,定理是可以推導出來的,但定律不行,嚴格說起來定律是無法被證偽也無法被證實的,它實際上就是一種人為的設定,但這種設定不是基於某個個人,而是基於科學共同體。實驗可以得到趨近於定律的結果,但永遠驗證不了定律,從一個角度來說是因為定律表述的是理想狀態下的情況,所以在現實中是不可能驗證定律的。當然,這裡的「驗證」是在嚴格的意義上說的。
科學中的定律就像數學中的公理,都是設定的,是規範性的概念,是不可證明的。而基於對這些定律的設定之下,我們可以推導出一系列的定理,進而推導出一整套的科學體系框架,而這一整套框架就構成了一個科學範式。實際上,否定能量守恆這樣的定律在原則上是完全可能的,你可以基於能量不守恆的立場去建構一個物理理論體系,但你得保證你所建構起來的這個體系本身是融貫的,而此時你所構建起來的就是一個基於能量不守恆的科學範式。
鑒於評論中太多人缺乏基本常識知識,故關閉。
什麼是守恆?世界上最簡單的守恆就是
1+1=2
你無需去證明
也無法去證偽
翻出任意一本理科書,只要有算式即可,1+1=2就是這本書運轉的基礎
如果1+1=2被否認,這本書體系瞬間崩潰,全世界再無理科
再來問一遍,什麼是守恆?
守恆就是=號,意味著可計算性
物理定律也是同樣,守恆是一切物理運算的基礎,是這個世界運行規律的基礎
守恆被否認,意味著物體的運行不可計算,完全隨機,這個宇宙會瞬間崩潰,也就沒有了能提出這個問題的人
我不清楚所謂的自然規律是什麼,那麼我只好看百度百科了……
依《現代漢語詞典》的解釋,自然規律乃是指「存在於自然界的客觀事物內部的規律」
既然問題是「自然規律能不能被打破」,那麼自然定律這個概念存在就是默認前提。
那麼問題就簡單了:自然規律就和哲學裡的真理一樣,是被定義為絕對正確的東西。也就是說:不能被推翻是被寫在定義里的,如果能被推翻就不是自然規律了——請自行理解《毛概》中毛澤東思想和毛澤東的思想的區別。
這樣的話,題主的比如就不成立了:物理學中的理論或定律不等於自然規律,它們是兩個東西。
而物理學定律是能被推翻的——只要能有正確的客觀實驗證明其錯誤就行。
教科書或者權威的自然規律是可以違背的——注意是可以,不是一定,而真正的規律,或者說真理,正因為不可打破才稱之為規律,然而這個真理我們未必能認識的到。
1+1=2這種公理不叫自然規律,是定義的,因為這種數學和自然很像,我們用這種定義的東西來分析自然,效果不錯,但自然里直接存在的1和2不多。
自然規律當然是自然規律
可以被打破,說明自然規律被總結錯了啊
就是這麼簡單
上升到民科討論沒有必要,因為這件事兒為民科洗地也沒有必要
因為自然規律就在那裡啊
兩個鐵球同時落地才是真的自然規律,這就說明亞里士多德總結的自然規律是錯的啊
所以並不是「被打破」的問題,而是「原來對不對」的問題
當然不能。只能說"打破了人類當下對自然規律的認知"。
自然規律為什麼會是這樣?這個問題非常有意思,可以說整個物理學一直以來最終極的目標和目的就是解決這個問題。
這個問題完美解決了嗎?當然還沒有,不然物理學也沒存在的必要了。所以我這裡只能講一些我目前膚淺的理解。
比如說能量守恆為什麼要遵守?如果你學過諾特定理你會知道這是時空平移對稱性所導致的。但是很明顯還是沒解決問題,因為你會繼續問:為什麼我們這個宇宙要遵循時空的平移對稱性?這種為什麼可以一直問下去,不外乎是用更「基本」,更普適的定律來解釋之前的更經驗的,更唯象的理論。
物理學家也明白這樣一直問下去沒有個盡頭,尤其一些問題看上去是那樣的根本,讓人很難尋找原因:比如光速為什麼是這麼大,精細結構常數為什麼是1/137,為什麼宇宙學常數是那樣一個小得值等等。於是他們開始耍流氓了。他們放出的大招叫人擇原理。
人擇原理說:為什麼我們的宇宙中光速,精細結構常數,宇宙學常數等等是那個值?因為如果不是那個值,宇宙就無法形成特定的化學生物結構,就無法孕育出智慧的你我來討論這個問題。所以在這個宇宙你我只能觀測到光速和精細結構常數等等是那樣的特定的值。而其他各種不同常數值,不同拓撲結構的宇宙也都是存在的,我們叫它們multiverse,即多重宇宙。我們的宇宙只是其中一個而已。所以所有物理定律都可以解釋為偶然,我們只是碰巧生活在這樣一個宇宙中而已。
這個原理流氓不流氓?當然流氓了,流氓到什麼程度?Nima說他第一次聽到這個解釋,覺得完全是bullshit,因為這個原理完全什麼都沒解釋,好像什麼卵用都沒有。大部分物理學者包括我也是同樣感受:因為這不符合我們一直以來覺得一切都有原因的科學審美。但是後來Sussikind(?這裡記得不太清了)勸他open your mind and think about it。他開始慢慢接受了。
當我開始接受multiverse的解釋時,我的感受是:當你靜下心好好去思考multiverse的優勢的時候你會發現它的美。不再是刨根問底的苦苦追尋,multiverse更多體現了一種自由的精神。(康托爾說數學的本質在於它的自由,其實到了這個層面就是這個意思)光速為什麼不能是這樣不能那樣,為什麼時空非要有平移對稱性?答案是可以,都可以,只是在這些別的宇宙中大多數都很難誕生智慧生物罷了。一切的一切都沒有限制,一切的約束也都不存在了,我也想不出為什麼要有約束。
所以沒有什麼不可以,這就是我所理解的終極問題。multiverse的優勢是假設足夠簡單足夠自由。問題是可能驗證嗎?估計很難,一些學者說當其他宇宙和我們宇宙靠的足夠近的時候可能會產生很小的引力效應,通過引力波可以觀察到,顯然這種東西聽聽就知道難度有多大了。
回答這個問題首先要明確自然規律的概念。
我認為「自然規律」概念的描述是人對世界表現出來的可重複出現也可人為重現的現象的歸納和總結。以這個概念來看,「自然規律」是可以打破的,因為這個自然規律只是一種描述而已,打破和更改描述不是很普通的事嗎?就好像我們看到一個房子,那描述就是對這個房子的描述,後來發現房子裡面有一隻貓,那描述增加了這隻貓的描述。作為自然規律的代表之一,科學理論同樣如此,當發現新的現象,我們對原有理論進行補充或修改,甚至用新理論代替,這就是所謂的打破自然規律。「自然規律」還有另外一個概念,就是世界本身固有的屬性或者性質,當達到相同條件,必然會出現相同的現象。如果是這個概念的「自然規律」就不存在打破一說,因為這是固有的,如果可以打破和改變,那就不應該定義為固有,你所能改變的是條件,改變了條件然後出現另外的現象,但即使如此仍然是世界本身固有的屬性或者性質,你並未改變它。你所能做的是不斷發現世界更多的屬性或者性質然後為自己所用。要推翻一個物理定律,一個反例就夠了。
要證實一個民科提出的定律,一個證據就夠了。
可惜兩者都是零。先說一下能量守恆定律:在相對論範疇,能量守恆定律對應的就是光速不變原理。這樣,在c為定值條件下,能量的變化與運動和質量一致,並因此表現守恆。再說一下相對論:在狹義相對性原理和光速不變原理成立條件下,狹義相對論嚴格自洽。在廣義協變和等效原理成立前提下,廣義相對論嚴格自洽。想推翻它們的,只能從條件入手,否則都是完全的、絕對的無知。當一個定律與實驗不符,或者是理論需要修正,原來的定律是近似值,或者是實驗本身的問題。歷史上有很多判決實驗,定律是歷史的倖存者,不是民科無知的標靶。
個人理解所謂的定理都是我們認識世界建立的模型,這樣的模型都有適用範圍。經典的就是宏觀低速下適用的牛頓運動定律在微觀或者高速運動中不在適用。科學中的很對新發現也都是基於認識到現有模型的不足然後加以改進。我認為不存在絕對普適的真理。
大部分回答想複雜了。「科學」是現有的最合理假設。我們的科學結論都可以被打破,前提是給出令人信服的證據,並且同樣能解釋之前理論能解釋的現象。與題目相反的是,科學本身就要求自己可以被打破,這點才是「科學」之所以為科學而不是宗教的原因。並且科學界本身期待觀察到新現象是現有理論不能解釋,也同樣期待現有理論被推翻。但跟沒邏輯思維的人不同,打破和推翻並不是單純的否定,而是否定之否定,這話說的像馬列主義,但就是這樣的。
任何邏輯體系不能同時具有完備性和自洽性,所以任何邏輯體系想要滿足自洽性都必須有根據現象歸納假設的不能證實的定理。
如果被打破了就不會叫做自然定律了,被叫做自然定律是目前還沒有發現例外
自然規律能不能被打破呢?按照自然規律當然是自然界所服從的規律當然不能被打破。我們說一個定律原理是自然規律,意思就是這東西是正確的。但是一個定律原理可能某一天確實不再是自然規律了,這麼這個定理原理可能就不在正確了。
能量守恆是不是自然規律呢?按照我們目前的認知是的,但是沒有什麼保證它永遠是自然規律。
作用力等於發作用力是不是自然規律呢?按照我們目前的認知...抱歉...在更深刻的物理領域(超越牛頓力學),我們不再提作用力等於反作用力了。在電磁學力,一段通電導線對另外一段通電導線的作用力和反作用力是不相等的。但是整個系統的動量守恆(電磁場本身也帶著一部分動量)!按照我們目前的認知動量守恆是自然規律,但是沒有什麼保證它永遠是自然規律。
宇稱守恆曾經被認為是正確的,然後被李政道和楊振寧指出並沒有什麼試驗證據證明宇稱守恆,相反假設宇稱不守恆可以解釋一些試驗。吳健雄一做試驗發現果然是宇稱不守恆。這就是曾經認為的自然規律變成了非自然規律。
但是推翻能量和動量守恆乃是死掉領域
1。與宇稱守恆全靠信仰沒有試驗基礎不一樣,在自然科學的各個領域都沒有發現能量不守恆或者動量不守恆的跡象。
2。為了解釋beta衰變能量丟失之謎,炸藥獎加持的波爾同志動搖了能量守恆的信念,發明了一個能量不守恆的理論,當然最後被實驗推翻了。
3。對於不可知論者,或「敢於懷疑或信任任何事情者反正不但責任」者:在生活領域,新物理只在小數點後100位以後了。直接跟現有科學明顯矛盾的事情只能發生在極高能量,極小尺度,宇宙邊界,黑洞邊緣。
4。能量動量守恆本質上因為時空的均勻性,我不想說了。。。
當然有可能被打破,而且被打破的那天,往往就是一個全新的理論建立的時候。例如,相對論。
因為自然規律並不是發明的,而是發現的。是屬於構成我們整體世界的底層規則。如果某條規律被打破,意味著整個世界坍塌。
這是一個信念:自然科學所研究東西,與自然界的其他部分具有共性。
關於這個「共性」的「信仰」一個例子就是時間平移不變和空間平移不變:我在這裡所做的事情,如果到另外一個時空中做完全相同的事情,那麼結果是相同的。
這兩點其實就是體現了這個信念的一部分:我們所處的時空,與整個時空是相同的。這個區域的時空可能具有某種獨特的性質,但是其作為時空本身的東西和整個時空沒什麼不同。
就是這種信念,讓我們認為,我們對某個事物的結論,在這個共性的範圍內也可以適用到其他的事物。
另一個例子,你推門,門會動,踢一顆石子,石子會動,朝氣球吹氣,氣球會動,這些是事實,但是讓我們得出「受力→運動狀態改變」這樣的定律的,不是大量的事實,而是關於物質共性的信念。當然可以打破,只要這個世界是我自己寫的。
。。。好像不對,是該死的產品經理決定的
歸納性的規律 猜想性的定律可以被打破。科學家可以根據萬有引力定律算出太空梭需要多大速度擺脫地球吸引。然而科學家不能保證在未來的每一秒,宇宙是否還會延續所有的定律。說不定下一秒地球就會倒轉。說不定下一秒各種宇宙常數都發生劇烈改變。甚至完全沒有規律性。當牛頓坐在地球上提出萬有引力定律時,主要是靠猜想。他猜想月球運轉也遵循萬有引力。這類猜想即使可以融洽的涵蓋已經過去的宇宙,也有可能被打破。因為宇宙規律不一定會延續到任何一個下一秒。有一些邏輯推理性的定律不會被打破。比如作用力反作用力定律。(考慮到飛接觸力或非剛體情況,作用力反作用力定律可做些許修改。力的作用歷時和作用效果會變化。大體上,因為此定律不牽涉常數或參數,所以舉這個例子。)
科學有個非常重要的標準:
科學可以證實,卻難以證真,暫時沒有暫時無,『無』本身無法證實,未經證實皆為假說,我們容許合理的假設存在。
能量守恆定律,至今未被打破,我們還未發現例外,暫時沒有暫時無,人類並非全知;作用力等於反作用力,實際這種情況只有在剛體上才能絕對實現,而現實世界中找不到剛體,在豆腐上是無法測試我打一拳頭有多大作用力的。
問題給的兩個例子如此鮮明。前者似乎在說『太陽總是從東方升起』,要想打破這條規律,我們人類不是必須得知道過去和未來嗎?可是人類不知道未來,沒有人能保證未來太陽與地球之間不會有外力介入,或者力場突變,所以,打破歸納性規律靠的是知道例外,然而人類不可能全知,於是我們在未知中一步一步摸著石頭髮現例外。後者似乎在說『點沒有長度』,這是人類邏輯的理想狀態,在邏輯意義為長度時,將線段切割成無限個點,無限個0相加不等於0,這就矛盾了,然而,點的邏輯意義僅僅只是空間坐標,在這個邏輯內,點永遠沒有長度。
作用力等於反作用力要求的是『只要你不變形』,能量守恆存在的假設前提是『質變不等於量變』。
能量守恆定律之所以被承認,因為無數發現的歸納,也因為未發現例外,還因為我們接受『質變不等於量變』這一合理假設,雖然這一假設本身難以證實。
通過發現,我們可以歸納出『天下烏鴉一般黑』,未發現白烏鴉這樣的例外,但『烏鴉和烏鴉都是一樣的』這樣的假設我們不接受,因為不合理,於是『天下烏鴉一般黑』不是科學。
科學並非真理,任何科學理論都從未聲稱其不可破,科學需要證實,但很多事物舉證不可能窮盡,也就是難以證真,同樣因為舉證不可能窮盡,證明『無』只需要通過反證,有些事物我們並不是說永遠沒有,我們只是說暫時沒有。
你看,自然規律的存在是由人類的認知發現,如果邏輯意義變了,規則也就變了,如果假設前提不成立,規則也就不成立。
所以,不是自然規律不可破,而是理性邏輯不可破,因為智慧本身就是信仰。
06.21
ps:本回答已更新完善,取匿。理論是不能完全符合實際的所以必然會有理論覆蓋不到的盲區---量子力學中勢壘穿透(粒子總能可以小於勢能)這在經典物理學中是不可能存在的但是確實被發現而且使用了(隧道顯微鏡)但!是!這些新的發現或者理論要建立在研究者深厚的物理學及數學基礎和大量可靠可重複的實驗數據上不是民科靠臆測和加減乘除就能得出來的如果你想突破經典理論那請先完全掌握它
你聽說過泊松亮斑嗎?
人類對自然現象的總結稱為自然規律。既然是總結,那麼必然建立在已經發生的事情的基礎上。但對於尚未發生的事情,人類也會利用已知的規律做推測。
但人類的總結也一定對嗎?不一定。遠古人類認為天圓地方是自然規律,越重的物品下落越快……這些規律都非常粗淺,在當時還可能是對的,但放到現代都是錯的離奇。
所以,任何你覺得對的自然規律都是有時代局限性的,當發生變革的時候就會有違背自然規律的現象被人類發現。誰說不能的,能啊!
但是想要打破定律,首先你要懂得如何表述這條定律,其次你要得出一個數字以證明自己,第三你還要有辦法用數字說服別人,。
然而這三條都需要深厚的數學功底做基礎,而且不是兩位數以內乘法的那種……寫在書上的規律是人類根據觀察和實驗總結的,人類寫出來的和自然界自己的規律是不是一致,是人類自己的觀察總結能力決定的。
後者永遠不會錯,前者基本上隔一段時間就會發現有問題。一般發現問題的,都是大科學家。
發現問題就改,沒什麼大不了的。
但是,但是,但是,寫出來並且經過大規模驗證、應用的規律,不要輕易去質疑和反對。因為有萬億次的驗證給人家的理論做論據。
更不要玩文字遊戲去否定一些定律。比如最近知乎很火的某冒牌大學學生不是不能打破,而是恰好還沒有打破罷了。
原因很簡單,這是個非常古舊的科學哲學問題。
論證如下:
1. 科學理論是建立在經驗和觀察之上的
2. 若我在某個條件下看到一個現象,然後第二次在類似的條件下看到第二個現象,然後看到了第三次...我看到了n次這樣的現象出現,於是我斷定,每次當類似的條件出現時,該現象就會發生。
3. 2中的斷定是完全沒有邏輯根據的,因為每個事件是獨立的,這個現象的第一次發生並不導致它第二次的發生。若我們假設每次類似條件的觸發都會得出同樣的現象,那我們需要一個額外的假設,即自然界是uniform的,或者說是一致的。
4. 我們如何知道自然界是一致的呢?只能通過觀察,但是這樣就又繞回到1了。所以經驗的可靠性建立在其本身上,這是個循環論證。
5. 所以,我們證明不了自然界是一致的,也就證明不了一個現象在同樣條件下必然會再次觸發。
當然了,這個是休謨時代的論證了;那個時代科學還不夠量化,所以現在看來1是可以被質疑的,因為脫離了觀測,數學模型依然可以運用。
問題是,在不假設1的情況下,數學的可靠性是哪裡來的?這個問題拒絕在這個問題中被回答,也不是我能給出滿意答案的問題。其實這是一個本末的問題,我們所總結的所有自然規律,其實都是我們通過觀察後,總結出來的。 就好比我發現,1之後總是出現2,我就總結了一個規律,n2=n1+1;每到春天總是會感冒,我就總結了一個規律,春天是一個會感冒的季節。所以,自然規律是我們人類自己用來描述自然的,而不是一個無比強大的造物主像定法律一樣定下來的。 我們試圖找到規律從而去預測未來,所以這些規律只會不斷的完善,而不是被打破。
在能級躍遷的微觀層面可以不嚴格滿足能量守恆,但時間一長,其平均效果是滿足能量守恆的。
誰說不能,就是要被打破的,打破了人類才能進步,當然,嚴謹點說,打破的是人類對自然規律的認識,而不是自然規律本身。兩千多年前,亞里士多德的理論,被人們奉為定律。大約一千五百年之後,伽利略、牛頓等一幫人打破了他,並建立新的規律。又過了幾百年,愛因斯坦、普朗克等一幫人又把牛頓廢了,於是有了現在的各種高科技。題主說的能量守恆定律和牛頓第三定律現在已經被打破了。能量守恆應該加進去質量了。牛頓第三定律由於場的傳遞不可能是超距的,所以作用力和反作用力也不是時刻相等了。不破不立,社會要發展,認識在深入。若干年之後應該還會有一幫人站出來,把現在的理論推翻,人類會進入一個全新的時代。
什麼是能量守恆?
本質上講就是運動的不變性或者永續性!
運動到底是不是永遠不變的或者是永續的呢?
就當前認識這個觀點是正確的,但本質上到底是怎麼樣的,除非你是上帝,或者回到宇宙誕生之前!首先拋出答案:自然規律能打破,只是還未打破。
回答這個問題我們首先要明確什麼是科學? 科學的目的是什麼?
科學理論不是上帝賜予的真理,也不是一個早已經固有的事實。科學只是人類誕生以來對我們所接觸到的世界上發生的我們能直接或間接觀察到的現象的一種「歸納和總結」,它與「真正的事實」是不能劃等號的,也就是【科學 ≠ 事實】 藉助另一個同樣熱門的話題【接受高等教育是否能有高收入】也許我們能領悟到其中的原理。
顯然一個人接受高等教育和不接受高等教育與他擁有高收入和不擁有高收入這兩對互斥的結果之間是不具有絕對必然的聯繫的,可以想像如果我定義:「接受高等教育可以獲得高收入,反之則不能獲得高收入」這樣的理論,一定會有很多人舉出了反例:哇我隔壁張三的孩子小學學歷現在車房媳婦兒什麼都有了!……但是即使這個理論已經被看似被「推翻」了,我們為什麼還要去遵循他讓自己的子子孫孫去拚命讀書呢?因為我們擁有經驗:雖然理論不一定全部正確,但是絕大多數情況下遵循它都有用處!在這個例子裡面,舉出的理論就類似我們談到的科學,真實的現實就是所謂的「事實」。區別就在於:科學和理論是軟性的,它或是我們通過經驗和觀察總結出的一套理論,或是根據我們總結出的理論進一步推導完善的理論,它不一定代表著真理,而是始終擁有被推翻或改進的空間和可能。
回到這個例子,如果我們提出的第一個理論【接受高等教育可以獲得高收入】是根據觀察而來的經驗之談,可能會有人提出反例,說它胡說八道。那有人不灰心,繼續觀察更多的細節,提出了第二個更加完善的理論【接受高等教育平均可以獲得高收入】,加了兩個字,反對的人瞬間驟降:好像這是對的啊!是就是科學了吧!但是又有人不服了,指出在非洲某個國家盛產鑽石,表示經過統計那些以礦工為主導的沒有接受過高等教育的人平均收入居然超過了那些浪費了青春年華讀大學的人!理論推翻!但是提出理論的人還是不灰心,就這麼不斷的深入觀察,不斷地利用觀察到的東西加上大量的推導總結完善自己之前的理論,終於有一天,他提出了自己的最終把本【接收高等教育的blablabla的人擁有blablablabla的收入】,終於,整個世界都沉默了。人們面面相覷,努力思索都找不到一個反例來反駁。所以,人們決定:這個就是一條科學理論了!但是它真的就代表了事實嗎?真的在未來不會有人又找出一個極其刁鑽的反例來推翻它?顯然誰也不敢保證,因為它不管如何改進完善,都始終擺脫不了它源於我們所觀察到的現象的事實。
既然科學不是事實那麼我們為什麼還要這麼拚命去探索和研究呢?很簡答,同樣是上面的例子,一群人覺得:這理論不一定正確!而拒絕使用遵循它,那麼很好,大家都擲色子決定要不要去接受高等教育;而與此同時另一群人覺得:誒雖然不一定正確但是經過理論觀察這麼多樣例都顯示正確,那麼我採用也很可能正確吧?遂而決定遵守。那麼幾十年過去了,我們可能會看到如下景象:前一群人中一半人因為擲色子決定選擇而產生了大量貧困人民,後一群人都嚴格按照這條理論的規定行事而走上了富足的小康生活道路。
相信有了這個例子,答案已經很明顯的吧。
科學理論不論是簡單的諸如熱力學定理和牛頓運動學定理還是複雜的相對論體系和宇宙論等等,他們都是或是基於我們直接觀測所得到的現象的歸納總結,或是基於這部分總結的進一步推導。因此從原則上說,它可以被推倒,這是由它的根本屬性決定的。就像亞里士多德著名的【重的物體一定下落的更快】理論被推倒一樣,隨著時代的進步,總有更新的理念、更先進的科技或者腦洞更大的人能夠或許徹底推翻它,或許更改完善它的條件、過程和結論。只是在這個科學理論體系高度完善的時代,推翻一個定律已經不像伽利略那樣站在塔上扔兩個球這麼簡單了。或是因為體系發展已經很成熟、或是因為科技發展有限導致我們很難在現有的基礎上觀測的更多的東西作為我們推翻或完善原有科學的基礎,現在的科學進步的速度已經嚴重放緩了。
特別是對於一些現代科學體系賴以建立的最基礎的一簇理論,諸如熱力學定律等等,除非有觀測檢驗方式的重大突破,否則我們的確很難去驗證它的反面是否正確。
但是一旦我們真的找到了反例,那必將是科學火山一次巨大的爆發。
提到的兩個例子背後正好有兩大時空對稱性坐鎮,要打破恐怕沒那麼容易
說"自然規律"不如說是"物理定律"來得更恰當些.
物理定律不是不能被打破, 作為一種科學理論它當然是可能被打破的, 這就是"可證偽性".
比如你說的能量守恆定律或者反作用力等於作用力等等.
它本身就提供給了你證偽的方法: 你只要找出一個不符合該理論的例子, 你就打破它了.
很簡單, 不是么?
這就是科學啊, 從來不是什麼"無所不能"或者"不允許違背"的. 這就是它區別於迷信或者宗教或者其他什麼非科學的東西之處.
然而, 至今沒人做到可以讓人信服的反例, 所以大家不得不繼續"相信"它, 直到將來它被推翻的那一天為止.
所以, 無所不能的萬能的全能的什麼什麼, 那些都不屬於科學範圍, 就連這幾個詞語都不屬於.
所以, 我們只是發現一些現象, 提出一些理論, 再從實驗中驗證或推翻這些理論.
沒有什麼"不能被打破"這種禁錮你的東西, 你只需要拿出切實的反例即能打破. (比民科的光耍嘴皮子硬氣多了吧)
規律是人總結的,沒什麼不能打破的。然而,這規律,只是人類對於自然的認識而已,是人們自以為的自然的樣子。
至於自然,自然會怎麼變,到底是什麼樣子的,認識是一個永無止盡的動態的過程,不能說能被認知或者不能被認知,因為永遠存在已知和未知。
舉個例子,為什麼人按照規律做事情,總有失敗,生產東西總有次品,這種失敗和次品總是在變少,精確度總是在變高,但是總是不會消失,就是因為上面的原因。
按照科學哲學的說法,這些都是有可能被推翻的,只是現在管用,以後不一定。
不過有人分不清
有可能被推翻
和
錯誤
的區別。
也分不清
計算錯誤
和
被學術權威打壓的區別。
自然規律這個概念被定義出來的時候,就註定其在邏輯上不可能被打破。
什麼叫自然規律?不以人的意志為轉移的自然現象固有的,本質的聯繫。
記住,不以人的意志為轉移。如果誰打破了,那就違背了定義,那就不是自然規律,那就是別的什麼東西,就這麼簡單,就這麼不講道理。
如果你想打破自然規律,不如去證明根本不存在這個定義的下的所謂自然規律,去證明定義是錯誤的,不存在這種定義下的概念。如果承認現有自然規律這個概念,就不要談打破它,邏輯上做不到。自然規律不以人的意志為轉移,這些規律甚至在生命出現之前就已存在,即使宇宙中所有的生命都滅絕了,這些自然規律也同樣發揮著它原有的作用。
誒,我想題主問得不是現階段的物理定律能不能打破,據我理解題主是想問真理類的宇宙基本定律可不可以打破是嗎?
誒,不是不可以打破,應該是人類現在沒法打破。
誒,打破規則的前提是對現在世界規則的全知全能,做到這一點那你就是上帝,當你在現有規則的範圍內做出打破規則的事誰知道會發生什麼,也許是造成物理世界崩壞,世界泯滅。也許是離開這個世界,去到不可名狀之處。也沒準你眼前一黑來到一個笑吟吟的老人面前。或者更糟發現自己不過是從機器人的培養皿中蘇醒過來,從此走上拯救人類的道路。
誒,用玄幻角度來描述,從此破碎虛空得證大乘
誒,不管是啥,麻煩題主全知全能的時候給我銀行存款多加十幾個零,不帶小數點那種。。。可以舉一個簡單的例子……(? ??_??)?
比如說太陽東升西落,月亮陰晴圓缺,這對於我們來說就是自然定理但是假如未來的某一天,太陽變成白矮星了,太陽系不存在了,有一部分人類逃出了太陽系存活下來了,那時候他們再回頭看看我們曾經認為的自然定理,也就是錯的。我們認為的定理,至少是在現階段是一定正確並且在未來很漫長的時間裡都不會發生改變的一種人類能夠觀測到的現象!突然,有一種感覺被宇宙支配的恐懼我們就如同在一頭鯨魚肚子里的蛔蟲,拚命研究來讓我們了解我們所在的空間的知識,或許有一天鯨魚死了,我們也就GG了。可惜,我們終其一生,也就是在鯨魚的腸子里打打轉轉,從來不曾有機會看見鯨魚噴出的水柱……(? ??_??)?來看一個更一般更好理解的例子:
過兩點有且只有一條直線。
OK,這其實是我們初中幾何課本上的公理。所謂的公理,就是可以作為其他科學結論的論據,而其本身是不證自明的。基於類似的寥寥幾條公理,我們得以建立整個幾何學的大廈。
那麼,公理能不能打破?
當然不能打破,公理的自明性是如此的強烈,以至於沒有人能夠懷疑,所以才叫公理啊。
可是,這不科學啊,科學的事物不都是可以證明其來龍去脈嗎?不能證明而又確信無疑的東西,那和宗教信仰有什麼區別?
難道我們的科學究其根本都是建立在信仰上的?
牛頓的萬有引力定律科學的解釋了「太陽每天從東邊升起」,可萬有引力本身得不到科學的解釋。
科學定律靠歸納總結得出,可歸納法本身得不到解釋。
如果連太陽明天是否會正常升起都要靠信仰來支撐,我們的處境比羅素筆下的那隻農場雞真好不了多少。
真是人生觀在動搖,世界觀在崩塌啊。
話說到這個份上,是時候讓哲學家來救場了。
康德有句名言:人為自然界立法!
這個「法」,不是我們通常意義上理解的規範人行為的社會法律,而是自然界運行的法則,即自然規律。
換言之,自然規律,其實就是人的理性作用於客觀世界後的隱晦體現;其實就是人的理性的另一種表達方式。
同理,上面說的「過兩點有且只有一條直線」這條公理,也是人的理性在自然界中的體現。
自然界作為客觀世界(康德稱之為「物自體」)本身並沒有什麼規律,是人在理解自然界時代入了規律,即代入了自己的理性。自然規律不是存在在那裡,然後我們發現了他它,而是我們在理解自然界時自己代入進去的。
作為物自體的客觀世界經過人的理性整理後,才作為自然界得以理解。
最終我們得到並理解的自然界由兩部分構成:
1,客觀世界「物自體」提供的質料。
2,人的主觀的理性將這些質料整理、過濾成為自然界。(同時,作為物自體的客觀世界我們是永遠無法認識,我們只能認識經過理性整理後得到的自然界)。所謂的自然規律,就屬於第2部分的人的主觀部分,自然規律就是人理解自然界的方式啊。
我們帶著理性思維理解後的自然界之所以會發現那些不可質疑的規律,正如戴著紅色墨鏡看到的世界必然發現紅色。
所以啊,自然規律如果被推翻了,那就是說人的理性被推翻了,那人也就不是人了。
好了,這個世界的客觀性終於可以不用再依賴信仰,世界又以康德的方式恢復了它本就應有的理性清明。
這就是康德的世界觀,雖然不一定是最終真相,但至少是解釋世界真相的一次理性嘗試。
再強調一遍:人為自然界立法!理論上有可能,但是,通常情況下,小修即可。
比如能量守恆,假如你實驗發現普通的(我們熟悉的)能量不守恆了,那麼我們可以根據實驗背景,假設有一種隱藏的(我們不熟悉的)能量存在。
之後做實驗,確定了這種隱藏的能量跟普通的能量有一種穩定的換算關係,那麼把這些隱藏的能量加進來,就還是守恆的了。
多讀書, 少發獃
事實上,規律一直在被打破(參見相對論)
因為規律本身就是對客觀世界的主觀性歸納總結而已。
但是,直到現在還沒被打破的規律,基本等於客觀事實了。
你能把客觀事實打破嗎?不管你怎麼說,客觀事實總以它的存在,存在著。
就像指鹿為馬一樣。我說鹿是馬,也只是從我這裡把公認的「鹿」定義為「馬」,真正的動物還是那個動物啊。
所以你是打不破的。
我希望各位在嘲諷民科之外,思想可以更深入一點。
其實這並不是一個科學哲學問題,這是一個嚴肅的物理學問題。
題目給出的這兩個物理學定律是可以被證明的。能量守恆定律和牛頓第三運動定律反映的是我們身處的這個宇宙的本質特徵,實際上絕大多數物理學定律都反映了這個宇宙的本質特徵。將所有的物理學定律,甚至是物理學常數納入到這個宇宙的本質和邏輯之中,是不少物理學家的理想,或者說——信仰。
篇幅所限,在一個簡短的回答中闡明已知的物理學定律蘊含的宇宙本質是不可能的,況且我們也還沒能完全揭示這些定律,或是這個宇宙的本質。這裡,我們只證明能量守恆定律和牛頓第三運動定律。
首先,我必須說明什麼是 「科學」,什麼是 「物理學」。
「科學」 是一種通過驗證的方法對自然現象歸因的體系。科學必須能解釋已知現象,還必須能預測未知現象間的因果關係。而 「物理學」,則是研究(我更喜歡 「描述」 一詞)物質本質和相互作用的科學。這意味著物理學必須能解釋已知的物質間相互作用,還需要能準確預測物質間的相互作用。
我需要繼續說明 「等價」 的內涵。
「等價」 也是這個宇宙的特徵:對於兩個無法找出任何區別的系統,它們就可以被視為同一個。「等價性」 是這個宇宙的公理,也是物理學存在的基礎。試想,如果存在兩個物理學規律不同而我們無法找出二者區別的系統,這就意味著我們在其中一個中驗證的物理學規律無法適用到另一個當中,而在我們無法分辨二者的條件下,根據物理學的定義,這就意味著物理學本身的崩潰。也就是說,拒絕接受 「等價」 公理,就拒絕了物理學存在的基礎。
基於 「等價」 這一公理的 「等效原理」 是廣義相對論引力理論中極重要的部分
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Elevator_gravity.svg
能量守恆定律蘊含的宇宙本質是時間平移對稱性。
平移的概念對於大多數人來說並不陌生。顧名思義,時間平移對稱性是指這個宇宙中的任何存在,在只改變時間的條件下不會發生任何改變。這裡的 「存在」 不僅僅是指粒子和粒子組成的結構,也同時包括了事件這樣的 「四維存在」,甚至是宇宙的特徵——物理學規律。通俗地說,時間平移不變性是指物理學規律不隨時間改變而改變,過去、現在和未來,相同的實驗都會得到相同的結果。因此時間平移不變性也被稱作時間均勻性,意即宇宙中的每一個 「秒」 都是等價的。
接下來我們引入 「自由度」 的概念。
「自由度」 的字面意思,是指一個系統中能自由(獨立)變化的參數的個數。很顯然,當這些參數取特定值時,我們就在描述一個特定的系統狀態。結合等價的概念,我們可以說當這些參數取特定值時,我們是在描述同一個系統狀態,在這個問題下確切地說,系統的能量取得唯一確定的值。
Now, let"s do something MAGIC.
假設一個系統自由度為 n,定義這 n 個參數和時間 t 的函數 E:
由於時間平移對稱,時刻 t 和 時刻 t+δt 以及之間的任意時刻 t+εδt(0&<ε&<1)有:
這意味著:
這說明 E 不隨時間變化而變化,而我們把描述系統整體狀態的這個函數 E 稱為 「能量」,這就是能量守恆定律。這裡需要注意的是,能量是我們人為定義出來、使其與時間無關的一個守恆量,也就是這裡的 E。能量守恆的本質就是宇宙的時間平移對稱性。
質能方程中的能量為什麼是 mc2?因為我們定義成這樣比較好看~
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Relativity3_Walk_of_Ideas_Berlin.JPG
現在我們再來談談科學哲學。假設在這個宇宙中時間平移對稱性不成立,會發生什麼:過去、現在和未來的物理學規律可能不再等價,而這意味著物理學不再是科學。攻擊能量守恆定律不僅僅是在否定一條廣為人知的物理定律而已,這同時是在否定我們對宇宙本質最基本的認知,也是在徹底否定物理學存在的意義。另外,認識到能量守恆定律與宇宙本質間的聯繫之後,我們也能夠看到在什麼條件下能量守恆定律會失效。從上述的推導過程可以看出,能量守恆定律的基礎是時間平移對稱和系統狀態能被參數唯一確定。這告訴我們,當我們發現計算出的 「能量」 不再守恆時,我們不應該懷疑諾特定理揭示的 「守恆量存在」,而是應該反思我們對 「能量」 的定義是否完備。
再來看牛頓第三運動定律。教科書種給出的一般是牛頓第三運動定律的強表達。牛頓第三運動定律的強表達是 「作用力與反作用力同時出現且大小相等、方向相反、性質相同並共線」,這在一些條件下是不成立的。弱表達則去掉了 「共線」 的限制。
圖中兩個運動電荷間的洛倫茲力 Ft 不共線
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weak_Action_and_Interaction_Law_Example.svg
牛頓運動定律可以視作動量守恆定律的推論。與能量守恆類似,動量守恆定律反映的是空間平移對稱性。證明動量守恆定律不像能量守恆那樣 「投機取巧」,接下來的內容會稍顯困難。
我們先從平穩作用量原理導出拉格朗日方程。最小作用量原理也是這個宇宙的特徵之一。這個特徵對於習慣於宏觀世界的我們而言並不 「顯然」,但在理解微觀層面的物理圖景之後就很容易理解。
一個簡單的解釋是這樣的:考慮一個粒子從 A 點運動到 B 點的路徑,連接 A 點到 B 點的路徑有無數條,而粒子從 A 點運動到 B 點的過程中同時走過了所有這些路徑,粒子 「表象」 上的 「真實路徑」 就是所有這些路徑的疊加——對於沒有外力作用的粒子而言,其他對稱的路徑概率相同而相互抵消,這時粒子運動的 「真實路徑」 就是連接 A、B 兩點的直線。
「哈密頓原理」 是平穩作用量原理在物理系統中的一種表述:對於描述系統狀態的拉格朗日函數 L 的作用量泛函 S 取平穩值時的 L 是系統的真實演化。我們在真實演化 L 上加入一個 [t1, t2] 上的攝動 ε(t), 作用量泛函的一次變分為:
其中 r 是系統的廣義坐標(特別地,這裡是系統在原始坐標系下的矢量坐標),v 是系統的廣義速度,t 是時間。經過分部積分得到:
由 L 為真實演化可知等號左邊為 0,由攝動的性質可知右邊前半部分為 0,再由攝動 ε 的任意性:
這就是向量坐標形式下的拉格朗日方程。
接著,我們對系統作大小為 α 的平移變換,顯然系統速度 v 不變,坐標 r 變為 r+α,此時拉格朗日函數 L 的增量 δL 為:
由空間平移對稱性可知系統的坐標變換前後系統狀態不發生改變,因此描述系統狀態的拉格朗日函數的增量 δL=0;再由 α 的任意性:
結合拉格朗日方程,我們可以得到:
定義 「動量」 P:
顯然 P 是一個不隨時間 t 變化的量,這就是動量守恆定律。取拉格朗日函數為系統動能與勢能之差(WTF?為什麼要這樣取?因為這樣取可以建立起與四維動量間的聯繫——或者說,這樣取很簡潔),很容易發現此時的動量就是我們常說的 p=mv。根據動量定律 Fdt=dp 對 「力」 的定義,牛頓第三運動定律顯然成立。
我們可以看到,動量守恆定律只依賴於平穩作用量原理和空間平移對稱性,因此它不僅僅適用於低速宏觀現象,對於高速現象和微觀現象也同樣適用。而牛頓第三定律則需要 「力」 的良好定義,因此適用性受到局限,無法適用到有場參與的過程當中。
以上。
數學有過危機,物理學也有過危機。多看書就知道後人沒少拆前人台。
公元1987年,來自五級第三梭宇宙的方於博士發明了穿越宇宙的儀器,大家躍躍欲試。博士永做第一人,登上了儀器,只聽見嗖的一聲,來到第七級宇宙。這裡的物理現象超乎人們的想像!物質和能量居然是守恆的,墒居然在不停增加。
要知道,在第五級宇宙,人是吃屎的,狗的時間是無限的,所有文字都是假的。
打破了,就不是自然規律了。如果找到一個黑天鵝,那麼,「所有天鵝都是白的」就不是自然規律,而不是打破了。
因為我們活在程序中,自然規律其實是程序中的參數
打破以後就改叫經驗規律了
我記得在霍金的《時間簡史》里也提到過一種腦洞,用來解釋為什麼我們這個世界的物理規律是這樣而不是其他樣子,比如為什麼萬有引力常量G是6.67*10^-11而不是6.77*10^-11。這個解釋是其實物理定律可以不是這樣的,可能在我們的宇宙之外還存在G是6.77*10^-11的宇宙,甚至我們這個宇宙中可能存在很多物理定律不同的部分,但是物理定律不是現在這樣的地方誕生不了人類這種智慧生命,也就沒有人提出這個問題,所以我們才會以為物理定律是不變的。
這個猜想好像叫「強人擇原理」
ps:不過追根究底最終世界上總要有一個沒法由更底層的理論推論出來只能相信的「自然規律」,這個猜想只不過是把我們這個宇宙中的自然規律的合理性歸因於更底層的誕生宇宙的機制的合理性而已,但是這麼一直往下推演下去,總要有個底,這個理論只是在拖延時間而已,並沒有從根本上回答自然規律為什麼是不變的這個問題。
pps:然而我上面說的也不一定是對的!創世神也可能是像《GEB》裡面說的那個遞歸的神燈一樣真的沒有底23333333
ppps:我覺得你們把問出這種問題就歸為民科是不對的,因為這確實是個問題。數學可以有公理,因為數學完全是人類腦中抽象出的模型,想怎麼假設都沒問題,只要好用就行。但是自然規律是實際存在的東西,就算用文字表達出的形式是人類頭腦的抽象,它終究反映的是這個客觀存在的世界的某種特性。為什麼客觀世界會存在不能解釋只能相信的現象?自然科學的發展本來就是在不斷試圖給這個問題一個更根本的回答。古人看到天上劈下一道閃電,他們不能解釋,於是說,這就是自然規律,我們現在覺得他們很傻。我們又怎麼知道未來科學更加進步,能更好、甚至是完美地解釋這個問題以後,人們就不會笑我們今天傻呢?
pppps:當然啦,高票答案說得也很好,自然規律不能解釋不代表它就是錯的,也不代表它就是沒有用的,會擅自產生這樣的聯想確實是對真的科學研究毫不了解的民科。
記得以前看過波普爾的《猜想與反駁》里有這麼一段話,他說所有科學命題都要有可證偽性,不可證偽的理論不能叫做科學理論。舉個汪潔的《時間的形狀》里關於這個理論的通俗易懂的說明,天下烏鴉一般黑,這是個定律,雖然沒有辦法抓住天下所有的烏鴉,但是我們可以肯定的說,每抓住一隻烏鴉,我們都可以看到烏鴉確實是黑的,如果有一天一個人抓住了一隻烏鴉是白的,好,這個命題就被證偽了。反之,有人說,上帝穿了白色的衣服,這就不是個科學命題,因為它不具備可證偽性,因為沒有人能見到上帝。因此,科學界所有的定律,都具備可證偽性。
……科學定律和自然規律兩回事吧
順便先別說高深的數理問題初一人教版語文書《〈論語〉十則》學而不思則罔,思而不學則殆這其實是一個科學哲學的問題
自然規律並不是「絕對不能打破」,而是「現有理論體系下無法打破」。更深層次的原因是,先有了自然現象,再有自然科學的理論。
如果出現大量實證打破了某個定律,那麼該定律就需要做修正。這種修正並不代表理論由錯誤變成了正確,而是人們對自然現象的認識與歸納擴充了。定律真的不會被打破嗎?比如……知乎定律:先問是不是,再問為什麼。其實只不過是我們歸納總結出規律,迄今為止還沒有例外,就先假定它是真的湊合用了。但是沒人能保證永遠按照這個規律來。射手與農場主的兩個著名的故事告訴我們,也許我們總結出的「客觀規律」只是某種我們察覺不到的偶然。也許宇宙本來就沒有什麼規律可循。也許自然就是混沌的,之前的一切都是碰巧,誰知道呢。
能被打破的就不是自然規律了,任何一條人類發現的自然規律只要你找到一個反例不符合這個規律,那就不能再稱為自然規律了,必須發展新的理論來解釋
沒說不能打破啊。可以打破的。打破了起碼可以得個諾貝爾獎
所謂的定律是人總結出來的,自然規律是這樣它就是這樣,沒有為什麼,只能是人在不斷的實驗過程中去了解它。或許有一天某個定律被某個實驗推翻,那人們又會接受新的定律。亞里士多德說重的小球先落地,伽利略之前沒有人說這個定律可以打破。
應該可以被打破,但我們做不到。這就像計算機程序,被設計好了,我們都被支配。要想打破,就毀了程序存在的前提,只有這一條路。
看了很多答案覺得也就 @Ludwig Kant比較對路。這本不是一個和民科有關的問題,也不是一個有關科學的問題,而是一個哲學問題。而且這個問題本身問的就不對路——
自然規律與物理定律的關係
自然規律原本存在,而且一定真實存在,自然規律這個名詞本身就相當於「自然的真理」。
但是物理定律不等於自然規律。物理定律是人類對自然的認知,物理定律是科學的,是可以被證偽的。
蹭一個現在熱門的話題,阿爾法狗橫空出世,把圍棋界很多定石都否定了。定石就相當於目前的物理定律。
計算機運算已經完全破解了跳棋,也就是說計算機找到了跳棋的「自然規律」。
所以這個問題前面一句和後面一句說的是兩個意思。
回答這個問題也就是因為覺得前面一句的話我覺得挺有意思。我們都在「自然」這個棋盤上,自然就只能遵從於自然規律。
自然規律,我們是否可以跳出?這有點像是蘇菲的世界,跳出原有的世界,跳出原有的棋盤?
誰有能說清楚自然是什麼?不用說定義,這只是人類現階段的認識。人如果跳不出自然這個棋盤,怎麼可能真正認識它呢?
誒誒誒我第一次回答問題
我不能給出很官方的那種回答,但是我覺得你提這個問題的出發點可能沒有考慮清楚
比如你問相對力為啥不能被打破 你沒有想過為什麼會有這個定律嗎 定律是在那裡的不管有沒有人類
就是說這東西不是像經濟學裡面的比如通貨膨脹 有可能某天有通貨膨脹的條件 可是通貨膨脹沒有發生 這是可以打破的
物理的定律不是人為 而只是人類對觀察到的規律給出的一個定義
所以呢 為什麼不能打破?因為在我們世界裡面這東西就是這樣的 我們只是記住這東西就是這樣
就像是電腦一樣 你打字按的什麼字母他就是出來什麼字母 要是他出來的不是你按下去的 那麼這個電腦是有錯誤的 是一個不能運作的體系
哈哈哈希望能幫你想清楚
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