Будут ли знания физики на родной водной планете такими же, как у нас?

Динамика жидкости

Я думаю, что ответ на этот вопрос очевиден. Хорошей теорией гидродинамики являются уравнения Навье-Стокса для сжимаемых и несжимаемых потоков. Им придется разработать общие математические инструменты, которые не зависят от среды, в которой вы находитесь. Итак, это успешная теория, которую они бы сделали.

Законы Ньютона и ньютоновская гравитация

Законы Ньютона можно вывести из уравнений Навье-Стокса . Эти уравнения зашифрованы: сохранение импульса, первый и второй законы Ньютона, сохранение массы и энергии. Поскольку гравитация зависит только от массы, а плавучесть зависит только от смещения жидкости из-за объема, то можно провести различие, и, весьма вероятно, водная раса сделала бы это. Следовательно, реальная теория гравитации, подобная$F = mg$был бы разработан. Кроме того, гравитация предсказывается в уравнениях Навье-Стокса как объемная сила$\mathbf f$. Следовательно, мы можем с уверенностью заключить, что гравитация будет развиваться. И конечно, плавучесть была бы хорошо известным следствием уравнений Навье-Стокса в статическом пределе. Они могли бы разработать оптику и наблюдать за звездами, и, возможно, вычислить ньютоновскую гравитацию в целом:

Электромагнетизм

Электрические и магнитные поля существуют во многих средах, включая воду. Имеются 4 уравнения, описывающие все электромагнитные явления в любых средах: макроскопические уравнения Максвелла . Следовательно, электромагнетизм работает внутри сред, и они могли бы его использовать. Единственная проблема заключается в наличии в воде ионов, которые могут запускать ионные токи (поэтому некоторые электрические устройства не работают в воде). Однако это можно предсказать, используя эти уравнения, особенно с плотностью тока$\mathbf J$. Также можно вывести волновое уравнение внутри воды, тем самым демонстрируя возможность генерации электромагнитных волн внутри воды. Итак, можно сделать радио. Конечно, скорость света$c_w$в воде будет:

Термодинамика и статистическая механика

Термодинамика славится тем, что работает где угодно. Мы легко можем построить термодинамику электромагнетизма, термодинамику законов Ньютона, термодинамику газа и, конечно же, термодинамику внутри воды. Что касается статистической механики, то это можно сделать, обнаружив микросостояния в воде. Хорошим применением здесь является разработка уравнения диффузии для объяснения гидротермальных источников или других тепловых явлений под водой. Кроме того, это может быть ключом к разработке одежды космонавта, или, я бы сказал, «земляната», для исследования неводных областей или мест, где концентрация кислорода в воде невелика (при условии, что они дышат кислородом).

Квантовая механика

Квантовая механика началась, когда физики поняли, что когда мы нагреваем черное тело , оно излучает электромагнитные волны в соответствии с законом Планка . Следствие этого закона гласит , что энергия квантуется . Это первый шаг к квантовой теории. Искусственный локальный нагрев при больших температурах порядка 5000К также возможен с использованием предварительных знаний в области электромагнетизма и/или термодинамики. Итак, можно придумать квантовую механику, затем, наконец, квантовую модель атома.

Специальная и общая теория относительности

Было обнаружено, как следствие того, в какой системе отсчета находятся электромагнитные волны. Как водная раса, звуковые волны присутствуют. Таким образом, они могли постулировать, как и мы, что электромагнитные волны распространяются в среде, называемой эфиром , подобно тому , как звуковые волны распространяются в водной среде. Они могли бы провести эксперимент Майкельсона-Морли под водой, чтобы доказать его ошибочность и, наконец, открыть теорию относительности , как это сделали мы . Что касается общей теории относительности , то это буквально обобщение, так как специальная теория относительности действительна только для инерциальных систем отсчета. Общая теория относительности действительна для любой системы отсчета (включая неинерциальные системы). Только позже Эйнштейн заметил ее тесную связь с гравитацией как с искривленным пространством-временем.

Ядерная физика, КХД и слабое взаимодействие

Как только относительность возрастет, они узнают:$E = mc^2$, что является очень важным уравнением в ядерной физике . Несколько ядерных реакторов построены под водой, например, ATR или RRR . Например, могут быть распространены реакторы бассейнового типа . Любопытство: можно определить, когда ядерный реактор находится под водой: излучает ли он черенковское излучение . Кроме того, ядерная теория может быть основой для КХД-теории , которая объясняет сильное ядерное взаимодействие и теорию слабого взаимодействия .

КТП, электрослабая, стандартная модель и теория струн

КТП , КХД и теория электрослабого взаимодействия могли быть разработаны с учетом имеющихся у нас до сих пор знаний о математических моделях или экспериментальных данных, таких как ядерная физика. Соединив все это, у нас есть Стандартная модель , и теперь ее просто нужно объединить с общей теорией относительности, чтобы придумать попытки объединения, такие как теория струн или что-то получше .

8E&M может вообще не сильно пострадать. Мы потратили большую часть нашего технологического развития, полагая, что свет все равно проходит через материал (эфир). Есть важные вещи, которые, по моему мнению, становятся доминирующими факторами в том, как они изучают науку:

• Вода очень плотная и много движется. Он также не движется по прямой линии.
• Вода дает плавучесть.
• Вода – «универсальный растворитель».

Рамки движения и как они открывают первый закон Ньютона

Плавая в трехмерном мире, они подвержены движениям, которых мы не замечаем. Человеческий мозг, как правило, не приспособлен для понимания эффекта кореолиса (который возникает при движении во время вращения), но в мире, где вода постоянно перемещает вас, эти эффекты можно было бы быстро освоить.

Они гораздо быстрее выучат исчисление и дифференциальные уравнения, как упоминалось выше, чтобы попытаться понять эти вопросы. Первый закон Ньютона можно было бы открыть как следствие измерения скоростей в потоке жидкости, а не измерения положения и времени в воздухе.

Из-за того, насколько сложно движение воды, я ожидаю, что их математика топологии и полей будет развиваться гораздо быстрее, чем мы. Я ожидаю, что каждый 8-летний водный дензин будет интуитивно чувствовать себя более комфортно с многообразными топологиями, чем ваш средний математик с докторской степенью.

Гравитация, вероятно, тесно связана с плавучестью. Возможно, они могли бы разработать всю свою систему уравнений движения вокруг плавучести. В то время как мы думаем, что жизнь существует при (1 g), они могут думать, что она существует вокруг (0 плавучести). Казалось бы, воздух над ними создает отрицательную плавучесть.

Еще одно интересное направление: при движении в воде большое значение имеет хаотичное течение. Если ваш поток становится хаотичным, вы быстро замедляетесь. Мы перенеслись в середину 1900-х годов, когда Эдвард Лоренц открыл теорию хаоса. Они бы легко подхватили его за много лет до этого. Поскольку так много систем в организме легче описать с помощью теории хаоса, чем с помощью традиционных моделей, их понимание их анатомии и биологии может быть намного лучше .

Альтернативная точка зрения

Возможно, самое впечатляющее изменение в том, как они подходят к физике и технологиям, будет связано с самыми тонкими нюансами. Под водой форма и функция редко разделены. Стоимость их разделения с точки зрения гидродинамики слишком велика. Это может заставить общество больше сосредоточиться на гармонии в движении. Весь марш науки и физики может быть проделан для того, чтобы быть «в гармонии с природой», в то время как большая часть западной науки больше сосредоточена на «победе над природой». Из-за этого весь их подход к науке и физике мог носить более восточный характер.

Сложность здесь заключается в том, что среда, в которой живет эта цивилизация, будет довольно тревожной. Океанские течения могут легко колебаться в определенных местах, создавая хаотические потоки. Водовороты и другие возмущения испортили бы местную среду, а обратное течение могло бы быть разрушительным для существ, живущих у поверхности. Я не эксперт в морской деятельности, но я знаю, что этим существам было бы трудно избежать взаимодействия с окружающей их средой.

Тем не менее, есть много принципов, которые, я думаю, они поймут:

• $F=ma$: Эти существа должны понимать, что если вы приложите силу к объекту, он ускорится. Это станет очевидным после долгих экспериментов.
• Третий закон Ньютона: если вы на что-то давите, то объект давит на вас. В стоячей воде это было бы невероятно очевидно.
• Гравитация: через некоторое время не тонут только очень плавучие объекты.
• Сохранение энергии и импульса: я думаю, что это последует после того, как мы поэкспериментируем с экспериментами, полученными в результате изучения принципов, перечисленных выше.

Некоторые вещи они не могли понять:

• Первый закон Ньютона: движущийся объект не может оставаться в движении; объект в состоянии покоя может не оставаться в состоянии покоя. Токи будут сильно взаимодействовать с окружающей средой, перемещая объекты вокруг.
• Электричество (и, возможно, магнетизм): Если вы не заметили, электричество и вода не слишком хорошо сочетаются. Если эти существа не являются электрическими угрями, электричество не будет главной силой (каламбур) в их жизни. Что касается магнетизма. . . Сколько магнитных материалов можно найти на дне водоема?

Выяснение более продвинутых принципов будет зависеть от их технологического развития.

В технологическом обществе физика была бы физикой. Путь к четкому пониманию Вселенной будет другим для водных видов, но если они живут в нашей Вселенной (или во вселенной с похожей физикой), то правила игры одинаковы для всех.

Если вас интересует более актуальный подход, а не фундаментальные законы природы, тогда будут некоторые существенные различия. У них, вероятно, было бы врожденное понимание гидродинамики и химии растворов, которого нет у нас. Вполне вероятно, что их понимание биологии намного превзойдет их понимание химии или физики, поскольку существует ряд чрезвычайно важных биологических тем, которые можно изучить с помощью довольно элементарных инструментов и быстрого ума.

У них был бы недостаток с некоторыми базовыми понятиями, такими как инерция, химия газовой фазы, импульс и даже одномерное движение. Чтобы решить одномерную задачу о движении под водой, вы должны решить дифференциальные уравнения — математику, которую большая часть нашего населения даже близко не знает. Воздух настолько близок к вакууму, что мы учим восьмилетних детей, как это делать. Металлургия была бы трудна или невозможна, как и разработка стекла (невероятно полезного вещества для науки).

Самые ранние попытки систематизировать физические законы включали в себя идеальные уравнения, которые в основном предполагали движение тел в вакууме. Это было неточно, но достаточно близко, чтобы мы могли начать делать приличные прогнозы и постепенно уточнять их. В воде слишком много сопротивления, чтобы его игнорировать.

Точно так же давление/плотность воздуха различаются в разных точках Земли, но не настолько, чтобы это делало невозможным приближение. Если ваша водная цивилизация имеет дело с разной глубиной или соленостью, они никак не могут понять, что все объекты во всех ситуациях движутся по одним и тем же законам. HDE упомянул эффекты течений, которые могли бы быть еще хуже, но они достаточно очевидны, и я думаю, что их было бы легче распознать и исключить из расчетов (аналогично, вам не нужно сложное понимание атмосферного давления, чтобы понять что в торнадо нельзя проводить физические эксперименты).

То же самое верно для любых открытий в оптике, связанных с моделированием света как луча, бесконечно движущегося по прямой. Вам пришлось бы усреднить столько помех, чтобы сделать это наблюдение, что оно, вероятно, никогда никому не придет в голову.

Ньютон сделал великое открытие, что тот же самый закон, который управляет падением яблока, также управляет движением планет, что придало его физике величественный, величественный вид и вид платоновской (или евклидовой?) чистоты. Подводная физика может быть более контекстно-зависимой и сосредоточенной на том, как должны выполняться реальные практики с тщательным пониманием окружающей среды. Они могут отставать в открытии того, что мы считаем основными физическими законами, но лучше понимать более сложные инженерные принципы.

С другой стороны, возможно, существуют физические законы, которые более отчетливо воспринимаются в воде, чем в воздухе. Возможно, их всеобъемлющее ньютоновское понимание будет включать температурную проводимость или распространение волн.

Это точно было бы понято по-другому.

Начнем с чего-то простого: закона Архимеда. Здесь мы имеем наши с тех пор навсегда, а потому, что Архимед любил купаться. В вашем обществе такой закон, вероятно, определили бы как скорость падения предмета на землю.

Говоря о которых. Как они открыли гравитацию? На земле была милая история о падающем яблоке. Но будут ли там деревья? Кроме того, из-за плотности воды довольно сложно угадать, как работает гравитация.

Самой большой новинкой для вашей цивилизации было бы что-нибудь связанное с газом. От наличия чистого до всего летающего

Мы хорошо понимаем биолюминесценцию. Я также не понимаю, как это влияет на вопрос. Пожалуйста, уточните это.