Эволюционируют ли законы физики?

Для многих (большинства? всех?) физиков это что-то вроде аксиомы (или символа веры, если хотите), что истинные законы не меняются с течением времени. Если мы обнаружим, что один из наших законов действительно меняется, мы начнем искать более глубокий закон, который включает в себя исходный и который можно считать универсальным во времени и пространстве.

Хорошим примером является закон Кулона или, в более общем смысле, законы электромагнетизма. В каком-то смысле можно сказать, что закон Кулона со временем менялся: в ранней Вселенной, когда плотность энергии была достаточно высока, чтобы не нарушалась электрослабая симметрия, закон Кулона не был верен ни в каком осмысленном или измеримом смысле. Если бы вы думали, что закон Кулона сегодня является фундаментальным законом природы, то вы бы сказали, что этот закон изменил форму с течением времени: раньше он не был истинным, но теперь это так. Но, конечно, это не то, как мы обычно думаем об этом. Вместо этого мы говорим, что закон Кулона никогда не был действительно правильным фундаментальным законом природы; это всегда было лишь частным случаем более общего закона, действующего при определенных обстоятельствах.

Более интересный пример в том же духе: многие теории ранней Вселенной включают идею о том, что Вселенная в прошлом находилась в состоянии «ложного вакуума», но затем наш участок Вселенной распался до «настоящего вакуума» ( или, может быть, просто еще один ложный вакуум!). Если бы вы были в то время, вы бы определенно восприняли это как полное изменение законов физики: существовавшие частицы и способы взаимодействия этих частиц были совершенно разными до и после распада. Но мы склонны думать об этом не как об изменении законов физики, а как об изменении обстоятельств, в которых мы применяем эти законы.

Дело в том, что когда вы пытаетесь задать вопрос о том, меняются ли фундаментальные законы с течением времени, вы должны быть осторожны, чтобы различать фактические вопросы физики и чисто семантические вопросы. Прошла ли Вселенная через один из этих ложных распадов вакуума — это (во всяком случае, для меня) очень интересный физический вопрос. Меня гораздо меньше волнует, описываем ли мы такой распад как изменение законов физики.

Если бы законы физики «эволюционировали», то закон, управляющий этой эволюцией, был бы вашим новым законом физики, при условии, что он имеет позитивистский смысл (т. е. не является «последним четвергом») и у нас есть достаточно доказательств, чтобы сказать, что это вероятно .

Обратите внимание на ваше заявление о биологии и геологии: законы биологии и геологии не развиваются, так же как законы физики (включая законы биологии и геологии) не развиваются. Биологические и геологические структуры развиваются так же, как развиваются физические структуры (включая биологические и геологические). Я не знаю, как вы объединяете эти два понятия.

Есть некоторые гипотезы, которые утверждают, что набор значений для определенных физических констант эволюционирует (они, вероятно, неверны, но об этом интересно подумать).

Гипотеза больших чисел Дирака

Некоторые нумерологические совпадения, такие как$\frac{r_H}{r_e} \approx 10^{42} \approx \frac {R_U}{r_e}$,$r_e = \frac {e^2}{4 \pi \epsilon_0 m_e c^2}$,$r_H = \frac {e^2}{4 \pi \epsilon_0 m_H c^2}$,$m_H c^2 = \frac {Gm_e^2}{r_e}$используются для утверждения, что «значения констант изменяются со временем», поскольку некоторые из этих констант (например,$R_U$, радиус вселенной и все, что имеет индекс$H$, гипотетическая частица с радиусом Вселенной) явно различаются. Дирак также предположил, что эти совпадения можно объяснить различной гравитационной постоянной.$G = \left(\frac{c^3}{M_U}\right)t$(что странно, потому что вы ожидаете симметрии между пространством и временем).

Теория Бранса-Дикке

Это модифицирует GR, заменяя$1/G$со скалярным полем$\phi$выбирается по уравнению поля$\frac{\partial ^ 2}{\partial a^2}\phi^a_a= \frac{8\pi}{3+2\omega}T$для некоторой константы связи$\omega$.

Эволюционируют не законы физики, а наше понимание их. Ну, я не могу доказать, что существуют постоянные априорные законы, которым подчиняется Вселенная, но я уверен, что возвел это практически в аксиоматическое состояние в рамках своего мировоззрения. Но то, что мы называем «константами», очевидно, не обязательно должно быть фундаментальными константами — единственная причина, по которой они были так названы, в первую очередь состоит в том, что величины появилисьбыть постоянными, когда они были впервые обнаружены. Отличным примером является постоянная Хаббла: он заметил, что Вселенная расширяется с постоянной скоростью во всех направлениях — удивительное открытие для того времени, когда у нас даже не было модели Большого Взрыва, заметьте! Я могу себе представить, как в то время могло показаться, что это константа, встроенная в ткань нашей Вселенной. Однако лучшее понимание и более точные измерения показывают, что на самом деле расширение Вселенной происходит с ускорением , следовательно, константа увеличивается во времени. Но, очевидно, изменились не законы физики, а наше понимание их.

Упрощенно говоря, тот факт, что мы обнаруживаем эмиссионные линии водорода от звезд за много световых лет от нас на тех же длинах волн, что и здесь, на Земле, говорит об обратном!

Не совсем в соответствии с вашим вопросом, но вы, возможно, захотите взглянуть на теорию космологического естественного отбора , которая гласит, что внутри каждой черной дыры порождается новая вселенная с параметрами, унаследованными от ее родительской вселенной, лишь слегка мутировавшими. В этом смысле законы физики будут развиваться по мере изменения параметров. Кроме того, я только что задал вопрос об этом здесь :)

(Этот ответ в основном скопирован из « Работают ли законы физики повсюду во Вселенной?» , поскольку применяется одна и та же суть.)

Теорема Нётер утверждает, что если в системе есть симметрия, то существует и сохраняющаяся величина, и наоборот.

Некоторые примеры теоремы в действии:

• Вращательная симметрия$\leftrightarrow$угловой момент. Если вы настраиваете эксперимент, его поведение не меняется в зависимости от направления, с которого вы наблюдаете за экспериментом. Эта симметрия является вращательной симметрией, и ее существование подразумевает сохранение углового момента.
• Симметрия времени$\leftrightarrow$энергия. Результаты опытов не зависят от того, когда они проводятся. Это симметрия времени и подразумевает сохранение энергии.
• Трансляционная симметрия$\leftrightarrow$линейный импульс. Если законы физики не зависят от того, где проводится эксперимент, то линейный импульс сохраняется.

Все это можно проверить. Если мы измеряем сохранение углового момента, то знаем, что вращательная симметрия существует. Точно так же, если мы измеряем сохранение энергии — а мы это делаем, — то законы физики не зависят от времени. Другими словами, они не развиваются (а если и развиваются, то действительно очень медленно, ниже нашего порога обнаружения).

Ли Смолин — физик, утверждавший, что законы природы эволюционируют.

Лично я бы предположил, что если это так, то это просто означает, что у нас нет истинных законов физики. В конце концов, если законы физики меняются, то они меняются по какому-то закону, и нам нужно понять, что это за всеобъемлющий закон.

Этот аргумент показывает, что, в сущности, законы физики вне времени, то есть вообще вне времени.

Одним из примеров такой теории является MET. В нем говорится, что каждый новый момент является результатом эволюции по необходимости, вытекающей из информационных (энтропийных) критериев. Это зависит от последних работ. Более подробная информация доступна здесь: теория метавременной эволюции .