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物理定律是不是永恆不變的?

如果答案是「是」,能否舉出已經發生變化的物理定律?

以及是一些衍生問題:

1)如果是變化的,是根據時間變化還是空間?

2)如果是根據時間,是否在同一時間內物理定律在宇宙中是一致的?

3)如果是根據空間,在多大的區域內物理定律是一致的?

我想題主的意思打個比方是:光速目前約為300000KM/S。會不會某天測量時發現速度"變"了。不是原來的速度了。


定律是人類對物理世界的描述,目標是在儘可能大的時間空間範圍內與實驗現象相符

隨著研究和認知的深入,物理定律會更新,以擴大適用範圍,但從不會宣稱絕對正確。

我不清楚「變化」是什麼意思,只能回答人類試圖在可認知的時空盡量保持定律一致。

下面打個比方。研究對象是一個函數。其中的橫坐標,可以是時間,也可以是空間。希望通過這個比方說明,如果在某個時空發現目前掌握的定律不再適用,人類做的是擴展定律,而不是換一個定律。對我來說,這不叫「變化」。

第一版認知:

第一版定律:f(x)=0

第二版認知:

第二版定律:f(x)=x^2

第三版認知:

第三版定律:f(x)=2(1-cos x)

第四版認知:

第四版定律:f(x)=2(1-cos x)(1+x/10+x^2/200)實際情況:

「上帝」的輸入:f(x)=2exp(x/10)(1-cos x)


兩個問題,一個一個說:

一、物理定律是不是永恆不變的?

當然不是,物理定律不是真理,無法證明,只是人類從實驗結果里總結歸納的理論,並且在一定範圍內得到了驗證。

比如牛頓第二定律F=ma,在牛頓時期的測量條件下就是準確的(當然,今天我們日常用用也沒問題),但相對論提出後,質量m不再固定,而是隨運動速度而變化。靜止時保持原樣,速度越接近光速,質量越接近無窮大:

所以F=ma不再適用於高速運動的物體,必須使用相對論加以修正。

但是這說明了牛頓錯誤,愛因斯坦正確嗎?並不是。當物體速度比光速小四五個數量級,比如你推箱子或踢足球時,用牛頓定律足夠了。

因為牛頓運動定律能夠解釋並精確計算相對論誕生之前所有低速物體的運動情況,所以,相對論也必須能解釋並精確計算這些運動情況,順便把牛頓不適用的高速運動一併修正過來。

如果以後相對論力學公式也被證明有誤,新的理論取代了它,這個新理論必須得保證:

  1. 相對論和實驗結果不一致時,新理論要和實驗結果一致;

  2. 相對論和實驗結果一致時,新理論要和它們倆都一致。

所以相對論是無法徹底推翻的,因為它經過了幾十年、無數實驗直接和間接的驗證,始終符合實驗結果。而且每顆星體軌跡的預測、每個航天器發射的成功,都從側面佐證了它的正確性。

新理論只能擴展相對論的應用範圍,變成一個更為普適的理論。而讓相對論成為它在某個特殊情況下(宏觀、真空光速恆定為29979246m/s)的近似理論。

就像經典力學公式是相對論力學在低速情況下的近似一樣。

二、物理定律會隨時空變化嗎?

這是個好問題,因為迄今為止幾乎所有的物理實驗都是在地球上做的,而且大部分是最近一百多年裡做的。就算我們能看到幾百萬光年外的宇宙,也只能「觀測、推論、驗證」三步走,而沒法施加影響、修改實驗條件。

所以科學家對於把地球上的物理學推向全宇宙這回事還是心裡挺沒底的。

早在上世紀30年代,狄拉克就提出大數假說,即萬有引力常數G隨時間推移而變化。限於當時對宇宙結構和動態的認知,這個假說的結論有很多錯漏之處,但它給了人們很多啟發。

後來物理學家又盯上了描述基本粒子時使用的精細結構常數。有人通過測量遙遠天體的光譜發現,那裡的精細結構常數與地球有可測量的差異(百萬分之一級別)。由於此常數與真空光速有關聯,有可能會推出真空光速在宇宙尺度上的不均勻,所以轟動一時,媒體又開始宣傳「相對論被推翻」。但這結果還需要大量實驗的驗證,目前下結論為時過早。

另外,幾乎所有物理常數都會隨時間而變化,但尺度極小(往往小於10^{-10}級別),估計在我們衝出太陽系之前,萬有引力常數的變化還不足以讓飛船跑錯軌道。

可能你發覺了一個問題:上面說的全是「物理常數」的變化,而非定律的變化。沒錯,物理定律的變化一般需要這三步:

  1. 發現大量與理論不符的實驗結果;
  2. 修正理論,或提出新理論;
  3. 驗證理論是否符合實驗結果。

其中第2、3步可能反覆多次,持續數年到數十年。

至於題目中詢問物理定律是如何變化的,只能說,如果變化有規律,那這個規律就是新的物理定律本身。

現在就預言物理定律是否能隨時空而變化?古板的人會說「不能」,想像力豐富的人會說「一定能」,謹慎的科學家會說「至今未觀測到但不排除」,至於科幻小說作家,他們早就換來稿費買酒喝了。


這個問題已經涉及物理學的真實本質了。總結而言,現在對於物理(或者說整個科學)學術界有兩個態度:

第一個稱為實在論。是大多數科學界從業者所持的態度,具體就是說物理學描述的現象是客觀存在的,所用的物理實在也是真實存在的,比如量子,弦(主要有爭議的是肉眼不可見的這些基本實在)。

第二個稱為工具論。許多社會學家和哲學家會持這個觀念。主要觀點就是物理學描述的很多物理實在並非存在在世界上,只是用來更好的解釋世界的一工具。比如之前所謂的原子,其實和量子概念是不能共存的,以庫恩的說法就是「不可通約的」。那你現在能確信量子是一種客觀實在?也許以後弦理論就會推翻量子論,而否認量子的存在。(關於不可通約性可能會成為攻擊靶點,如果大家有疑問,我可以在回復中解釋。)

總之,物理定理的永恆性,很大程度上取決於對於這個關於物理學的信念了。費耶阿本德甚至認為科學不是進步,而是基於人類信念的一種選擇,選擇直接影響我們對於世界的認知,物理學就愈發可信。所以理論之間沒有優越性,不可為取代超越一說。所以從社會角度講這個物理學定律恆定的問題內容會很多。

以上是社會學角度的評述。

具體物理學內部的討論。我這裡無法評述,專業知識匱乏。基本的設想是M理論的確暗示了世界存在多套物理法則的可能性,也許在一定尺度內我們現有的物理學定律才是有效的,但這些都還未知。。。在物理學內部無解。。。

問題補充:

由於之前有人有關於「上帝輸入」這個回答,現在可以做一些科學史上的解釋。

匿名用戶所說的科學發展史是常人的,或者說黑格爾式的,這種史學觀被稱為「輝格史」。代表就是馬克思關於真理的理論:「道路是曲折的,前途是光明的。」似乎理論就是不斷往前發展,只是在期間會有某段時間的倒退。

但科學史學家也提出了別的觀點。

從庫恩開始,人們對於科學發展的觀點做出來心理學的解釋。科學來自於一種信念,他稱之謂「範式」。其實從地心說到日心說,不止是我們想到的進步,而是一種突變,其實是一種整個科學界人生觀時間觀的改變,最初的理論發展也不像人們想像的那樣光明的替代。

我們熟知的歷史事件有:

1、宗教力量。人們的舊信念其實是基於基督教的信念,而這種理論的演進似乎不是說一種戰勝。很多史學家發現持有新觀點的人往往是年輕人,理論的演替似乎是因為代表舊理論的科學從業者的死亡,而不是因為理論本身的生命力。

2、牛頓篡改數據。這也是非常有名的,牛頓為了使自己觀察結果與理論相符合,有意篡改了數據,而大多數人持的觀點是牛頓為了保持理論的和諧和美,對數據進行修飾。這也不就說明其實新理論本身問題也很多,在更替期倖存下來其實也有基於人們的感性選擇。

所以,有可能的是,科學理論並不是進步,而只是人的選擇。

基於人的選擇之後,人們會創造出許多補充理論一起解釋事實。比如日心說其實是與望遠鏡的光學理論一起誕生的,這兩者互相構成辯護體系。所以理論的成立本身其實也是多個理論同時共同辯護的結果。如果你拒絕相信顯微鏡光學,你就可以直接否認細胞的存在。

第二個理由是一位社會學家做的實驗。關於折射率的計算,我們可以簡單的從物理課本上獲得公式r=frac{sin(	heta _{1} )}{sin(	heta _{2} )}

一位社會學家在上課時卻採用很多別的公式來讓同學們驗證,例如r=frac{a}{b} r=frac{log(a)}{log(b)} 。。。

結果發現,任意指派學生參加實驗驗證以後,他們都得出了證實的結果,似乎測量結果也會傾向於這些假設。

這就是一個驗證出,科學理論也許來自於實驗者實驗前的理論假設。

兩個理由說明,新理論的誕生也許不代表更加逼近真相,很多可能是一個人類的選擇。

這就產生了費耶阿本德的理論史觀:理論不是進步,而是並列的,沒有優劣性。我們可以通過鼓勵那些「不符合舊理論的實驗結果和理論」和「不符合實驗現象的理論」,這些「反實驗方法」為新興理論博得空間。例如:「菜是苦的」我們提出這一理論以後,如果發現一種「不苦的菜」,我們不要輕易地放棄這個新理論,我們可以添加理論「但很多菜中有代謝苦味的物質」,或者「味蕾可能會受到某些菜內成分的影響」。

其次,對於@蘇莉安的第一個回答,也會存在一個問題。這個也是我原來那個核心回答的最重要觀點:在非高速、宏觀尺度的角度講,牛頓引力便捷地說明問題,而高速的時候,愛因斯坦理論更精確。

這就出現一種問題,世界到底是符合牛頓理論還是符合愛因斯坦理論的。當然世界的本質只可能符合其中一個,因為很對地方,兩個理論之間是不相容的,例如對於時空是黎曼幾何的還是歐幾里德幾何的(不可能世界同時符合這兩種幾何狀態)。換句話說,這兩個理論不是包含或補充,而是互相排斥。我們只能說牛頓的理論在這個尺度更有用更方便,愛因斯坦的理論在那個尺度更精確。但我們不能說這兩個理論就因此都是在解釋我們真實的世界,而只能說在解釋真實現象,世界是哪樣我們不可知。所以@蘇莉安的第一個回答存在一個根本的問題:沒有考慮「物理-世界」的聯繫,只考慮了「物理-現象」的聯繫。


提供一點離題的思考:物理定律的成立是在實驗的基礎上而言的,對於包括物理在內的科學來說,所謂證實是指在經過無數次,注意是無數次的實驗之後仍然成立,現實中沒有哪一個實驗是做了無數次的,因此沒有任何科學定律是被證實了的。

這並不是說科學定律就和任何一個論斷一樣是無所謂對錯了,科學定律雖然不能證實,但必須滿足一個條件,那就是可以被證偽而沒有被證偽。目前所有被認為是定律的東西在理論上都是可以被證偽的,可證偽性指的是實驗中可能出現否定該定律內容的現象(只有具有可證偽性的東西才是科學研究的對象),沒有被證偽就是到目前為止對於這個可以理論上可以證偽的命題所有的實驗中都還沒有出現可以證明其不成立(也就是證偽)的實驗事實。這並沒有排除今後的實驗中出現違反該定律的現象的可能性,原因在@陳浩 的回答中已經很清楚的做了解釋了,相對論和牛頓力學的關係就是一個很好的例子。

我的結論就,物理定律之所以被當做是定律是因為其可證偽而沒有被證偽,而不在於其是永恆不變的。


物理定律反映的是自然物質的運動變化規律而且是「人造」的!因為自然物質的運動變化規律不會因為這些「人造」的東東而發生改變,所以物理定律也不會改變。至於大家提到的那些個變化其實是我們對自然物質的運動變化規律的認識(而不是「物理定律」),那個的確是在不斷地進步中!


簡單而誠實的回答是「我們現在還不知道」


摘自費曼物理學講義,裡面談到了定律的發現和進化:

組成這個「世界」的運動物體的複雜排列似乎有點像是天神們所下的一盤偉大的象棋(這裡指的是國際象棋——譯者注)

我們則是這盤棋的觀眾。

我們不知道弈棋的規則,

所有能做的事情就是觀看這場

棋賽。當然,假如我們觀看了足夠長的時間,總歸能看出幾條規則來,這些弈棋規則就是我

們所說的基本物理。但是,即使我們知道了每條規則,仍然有可能不理解為什麼下棋時要走

某一步棋,這僅僅是因為情況太複雜了,而我們的智力卻是有限的。如果你們會下棋,就一

定知道,學會所有的規則是容易的,但是,要選擇最好的一著棋,或者要弄懂別人為什麼走

這一著棋,往往就很困難了。在自然界里,也正是如此,而且只有更難一些。但是,至少我

們能發現所有的規則。實際上我們今天還沒找到一切規則(時而會出現一些像弈棋中「以車

護王」那樣的情況,使我們仍然感到無法理解)除此之外,我們確實能用已知規則來解釋的

事情也是非常有限的,因為幾乎所有的情況都是極其複雜的,我們不能領會這盤棋中應用這

些規則的走法,更無法預言下一步將要怎樣。所以,我們必須使自己只限於弈棋規則這個比

較基本的問題。如果我們知道了規則,就認為「理解」了世界。

如果我們不能很好的分析這盤象棋遊戲,那麼又怎樣來辨別我們「猜測」出的規則實際上

是否正確呢?大致地講,可以有三種辦法。第一,可能有這種情況:大自然安排的,或者說

我們將大自然安排的十分簡單,只有少數幾個組成部分,從而使我們能夠正確地預測將要發

生的事。在這種情況下,就能檢驗我們的規則是怎樣起作用的。

(在棋盤角落裡可能只有少數幾個棋子在移動,所以我們能夠正確地解決。)

第二種檢驗規則的好辦法是,利用那些由已知規則推導出來的一些較一般性的法則來檢驗

已知規則本身。比如,象在棋盤中移動的規則是只許走對角線,因而我們可以推斷,無論象

走了多少步,它總是出現在紅方塊里。這樣,即使不能領會細節,我們也總能檢驗有關象的

走法的概念,只要弄清楚它是否一直在紅方塊里。當然,在相當長的時間裡,它都將如此,

直到突然發現它出現在黑方塊里。(顯然,這時發生的情況是這個象被俘獲了,另一個卒走過

來成為皇后,紅方塊里的象就變成黑方塊里的象。)

這也就是物理學中出現的情況,即使我們不能領會其中的細節,但是在相當長的時期內我們仍有在各方面都很好地起作用的規則;但是在某個時候,我們又會發現新的規則。從基本物理的觀點來看,最有趣的現象當然是在那些新的場合——那些已知規則行不通的場合中所出現的現象,而不是在原有規則行得通的地方發生的現象!這是我們發現新規則的一條途徑。

第三個鑒別我們的觀念是否正確的方法比較粗糙,但或許是所有方法中最為有效的。這就

是用粗略的近似方法來加以辨別。

我們可能說不出為什麼阿萊克因(Alekhine)(世界著名弈棋手,系國際象棋大師。曾多次獲得國際象棋世界冠軍。——譯者注)要走這步棋,但是我們或許能大致認為它或多或少地在調集一些棋子到王的周圍來保護它。因為這是在這種情況下明擺著的事。同樣,根據我們對這盤棋的理解,即使不能看出每一步棋的作用,也常常能對自然界多少有所理解。


有的物理假說認為,光速在宇宙初期比現在大很多(比如,是現在光速的10^60倍),這樣可以解釋宇宙背景輻射的視界問題,而不必像標準暴漲模型那樣引入原因未知的「暴漲」。然而這樣的理論並未獲得廣泛承認。

類似的,也有人提出引力常數 G和精細結構常數α在隨時間緩慢變化,只是都沒得到公認。

當然從原則上來說,我同意一樓的高票匿名用戶,就算這些物理常數的變化被確認了,也可以說是物理定律被拓展到更大的時空範圍,人類的認識取得了進步,而不必認為是物理定律發生了變化。不過我覺得重要的是知道這些事情,而不是在哲學上對這些事情做定性。

參考:光速可變理論


我覺得哈,定理就是一些整齊的實驗數據的綜合,還有很多解釋不了的實驗數據,那就堆著,放資料庫;所以呢,定理肯定是會變的,但變了就變了,定理只是幫人們記住更多的實驗現象,但現在不是有資料庫了么。


人類所有的定律定理都有其固定的描述範圍 我們看的是其實用性 當人們接觸到一個新現象的時候 便會驗證定理 有時會去改善 沒人知道科學的臨界 只有努力去概括 話說 知道42算么


世界的真相只有一個,而現有的定律都是人類自己,在現有的知識水平下建立起的主觀認識而並非是這個世界客觀的反應,隨著科技的進步,錯誤會被不斷發現並且糾正,而正確的會保留下來。

如果是符合大自然規律的,比如熱脹冷縮,就會永遠的延續下去。

如果定律是錯的,就像是宏觀下的牛頓經典力學體系在愛因斯坦的微觀高速下的相對論中不適用的時候,人們就要去重新認識原來所總結的東西。宇宙是永恆不變的,錯的只會是人類自己,大自然的規則制定者並非人類。

既然所有的定律都是人類自身的主觀認識,說白了就是唯心主義,那怎麼確定這是對的?怎麼證明這是這個世界的客觀規律?因為太陽從東邊升起不光是我這麼覺得,而且它確實天天都從東邊升起,這是客觀事實,熱脹冷縮也是客觀事實,認知的過程一定要把客觀事實和主觀認知結合起來。


除了數學一加一等於二這種問題,物理很多定律,都是假設他是正確的,只不過現在無法證明他的不正確性,比如萬有引力,現在也研究不出個為啥萬有引力。。。。在比如當年那個誰說力是維持物體運動的動力,這個定律第一感覺就是太自然了,幾乎沒有人懷疑他的正確性,那個誰發現在接近沒有摩擦力的情況下會一直運動下去,物理太多理論都是用的歸納法得出來的,但是為啥對誰也說不清,但是數學中的1加1再過幾百年都是對的


應該說物理定律是永恆變的,否則說明人類進步太慢


假設客觀世界是無限的,必定也是永恆、不變、絕對、唯一的(證明略),

而意識的感覺符合有限,在此基礎上人的思想、認知也必定符合有限、相對、短暫,

那麼人的一切認知,都不可能完全地反映無限、絕對、永恆的客觀世界,包括物理學家總結出的各種規律定律在內。

這個問題的答案就是——

理論上,客觀世界的規律必定是絕對、永恆、不變的,不會運動,也不會變化,

但由於意識認知的有限性,我們只能揭示客觀規律的有限、相對的一部分,並隨著我們認知的進步逐漸更正、完善自己的認識,使其接近真相。

例如得出萬有引力定律時,我們被其上至天體下至岩石的適用性驚嘆,但它的超距作用不符合現實,隨後相對論覆蓋了萬有引力定律。在這個過程中,世上所有物體之間的引力規律並未變化,只是我們更深刻地理解這個規律而已。

客觀世界,與意識的認知,這兩個不同的東西不要混淆了。


定律總和定理不一樣。

定律不是嚴格證明的,而是為了最大化地符合現實現象而提出的規律。

總會更新的。

不是有句話叫作:物理學史就是一段不斷糾錯的歷史?


不能說是錯的,只是不夠完善,真理與我們並行,但往往我們卻發現不了他,只能隨著科技的發展讓我們一點一點看清他


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