为何物理学家相信地球上的物理规律推广至宇宙范围能成立?

如题所述

广义相对性原理的表述就是:真实的物理定律在任意坐标变换下形式不变,即广义协变。一个定律在时空的平移、旋转过程中能否实现物理量的守恒,是检验这个定律是否适用的标准。“任意坐标变换”,就包括了宇宙也是适用范围。例如,牛顿力学通过伽利略变换解决了宏观低速运动的协变性,狭义相对论通过洛仑兹变换解决了高速运动的协变性,广义相对论通过张量分析解决了弯曲时空的协变性,这些都是守恒-时空平移、旋转不变性的表达。但是奇点的曲率无穷大,无法通过坐标变换消除,因此物理定律在奇点失效,即失去协变性。物理规律的普适性(对称性、协变性),是相对已知的电磁力、强力、弱力、引力这四种作用,而不是某个范围而言。狭义相对论是关于电动力学的理论,它通过洛仑兹变换,实现电磁作用在惯性系的协变性。理论假定的不是某个局域的适用性,而是所有电磁作用的适用性,进而推出所有惯性系的适用性。需要指出的是,狭义相对论是一个关于真空的理论。广义相对论则把理论的适用性推广到非惯性系。相对论提出时,强力和弱力还没有发现。在这之后发展起来的场论、规范场论等,以及电弱统一、大统一等理论,试图将电磁力、强力、弱力纳入到同一个理论,并且取得了相当的成果,但是引力依然是一个困难。总之,理论并不是从地球推广到宇宙,而是实现已知相互作用的协变性。它从一出生,就是面向整个宇宙的。最后,知友提出的问题为什么物理学家“相信”规律在地球之外的宇宙也适用,其实答案很简单:因为地球之外的宇宙,也只发现了这四种力;它们和地球上这四种力,并未发现差别。而我前面的回答,“物理量”的守恒,莫不出自这四种力。

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第1个回答  2017-10-26
在地球上发现的物理规律。不同惯性系中的物理定律必须在洛伦兹变换下保持形式不变. 这就是物理规律的时空变换不变性。也就是在时空坐标平移下,物理规律依然能够使用。所以事件的发生往前推1万年和往后推一万年,演化是一样的,往某个方向平移一万光年,还是一样。这就是物理规律普适性的体现。当然,你的坐标变换超出洛伦兹变换那就是另一回事了。所以在时空奇点,我们这个世界的物理不再适用。每个物理规律都有其生效的范围,只不过部分物理规律的生效范围还没有完全弄清楚而已。例如牛顿力学其生效范围就是低速惯性系。对于没有弄清楚生效范围的情况下,默认全宇宙适合,这是最合理的选择。比方说黑洞就是你所说的星球,目前认为黑洞内大多数物理规律都会失效。
第2个回答  2017-10-25
地球上一些现象在宇宙中是罕见的,比如碳基生命在地球上常见而等离子态在地球上少见,而宇宙中则恰恰相反。但这只是现象。这些现象背后的物理规则,即本质,则是一样的。都是四大基本力作用产生的。透过现象看本质之后,你才会发现规则并尝试利用规则,在地球上制造出只有宇宙中才存在的现象,比如核聚变。你所说的某个星球上的物理规律与其他处不同,指的应该是经典物理,这样的星球太多了,比如中子星或黑洞上的“物理“规律就与众不同,然而量子物理层面,他们还是遵循和它处一样的四大基本力的规律。本回答被网友采纳
第3个回答  2019-03-18
只能说宇宙中一定是遵循某些基本规律的,否则人类甚至无法观测其他星球,但是细微的细节上没有证据证明所有星球上的物理法则都相同,因为人类至今没能离开地月系,甚至飞行器都很难脱离太阳系,也就是说人类的世界仅存在于太阳系内,以悲观的角度来看,甚至人类观察到的太阳系外的事物都未必正确
第4个回答  2017-11-09
也许整体数学和整体数学公式,是互联网时代在中国发生的奇迹,能够启发人们对宇宙的理解,宇宙中大多数天体是圆球形体,是与微观粒子如:电子、原子等的运动形态是高度统一的,宇宙物质的运动和相互之间力的作用,就象无限循环的立体的太极运动,
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