百科问答小站 logo   百科问答小站
问题

不同尺度仅有属于自己的物理定律，这是否在暗示宇宙的一些被隐藏的真相？

回答
你提出的这个问题，深入触及了我们对宇宙理解的根基，也恰恰是物理学界长久以来探索的核心。如果宇宙在不同的尺度上确实存在着截然不同的物理定律，那么这无疑是在“暗示”我们，当前所掌握的宇宙图景可能并非全貌，背后隐藏着更深层次、更统一的真理，只是我们尚未触及。

让我们先来梳理一下“不同尺度上的物理定律”这个概念。

我们所熟悉的“尺度”与“定律”：

宏观尺度（我们日常所见）： 在我们生活的这个星球上，以及我们熟悉的太阳系内，牛顿的经典力学定律（如万有引力定律、牛顿运动定律）被证明是极其精准的。它们能够准确地预测行星的运行轨道、物体的坠落速度，以及桥梁的受力情况。同时，经典电磁学定律（如麦克斯韦方程组）则完美地描述了电、磁、光等现象。
微观尺度（原子、粒子世界）： 当我们深入到原子核、电子、夸克这些微小粒子的层面时，经典物理学就失效了。取而代之的是量子力学。量子力学描述了一个概率性、不确定性的世界，粒子可以同时处于多种状态（叠加态），它们之间存在着“量子纠缠”，这在宏观世界是无法想象的。量子力学是描述原子、分子、光子等行为的基石。
宇宙大尺度（星系、宇宙结构）： 在宇宙的广阔空间中，万有引力仍然起着主导作用，但我们观察到的宇宙结构（星系的形成、分布）和宇宙的演化（宇宙膨胀）则需要广义相对论来解释。广义相对论将引力描述为时空的弯曲，它在处理大质量天体和宇宙的整体行为时表现出色。
极端尺度（黑洞内部、宇宙起源）： 在黑洞的奇点或者宇宙大爆炸的最初瞬间，我们目前已知的物理定律（无论是量子力学还是广义相对论）都会失效，进入“数学上的奇点”。这表明我们需要一套更普适的理论来描述这些极端情况。

“不同尺度定律”的暗示：

如果真的存在“仅属于”不同尺度的物理定律，这就像是宇宙在用一种“伪装”来隐藏它的真实面貌。这种“伪装”可能是在暗示以下几点：

1. 统一理论的可能性： 最直接的暗示是，我们所见的各个“尺度定律”可能只是一个更根本、更统一的“大统一理论”在不同条件下的表现或近似。想象一下，就像水在不同温度下可以呈现液态、固态（冰）、气态（蒸汽）一样，它们本质上还是同一种物质。同样，宇宙中可能存在一个“终极理论”，能够自洽地解释从夸克到星系的万事万物。我们目前只是窥见了它在不同“温度”（尺度）下的“形态”。

例如： 许多物理学家都在努力寻找“量子引力理论”，试图将量子力学与广义相对论结合起来。他们的目标就是找到一个理论，能够统一描述引力在量子尺度上的行为，以及在宏观尺度上的表现。如果成功，那么量子引力理论可能就是那个“更深层次的真相”。

2. 物理常数的“调节”： 也许，所谓的“不同定律”并非是完全独立的，而是由一套更基础的规则，加上一些“尺度相关”的参数或物理常数决定的。这些常数在不同的尺度下可能表现出不同的“有效值”，从而导致了我们观察到的现象差异。

类比： 想象一个极其复杂的机械装置，当你看它的整体运转时，你看到的是宏观的运动；当你分解开来，观察其中的齿轮和弹簧时，你看到的是微观的相互作用。这两者都是这个机械装置的一部分，只是观察的视角不同。

3. 未知的维度或层面： 另一种可能性是，宇宙存在着我们目前无法感知、也无法直接观测的维度或层面。正是这些隐藏的维度或层面，在“调节”或“影响”着不同尺度的物理表现。我们的理论定律，实际上是对这些“可见”尺度的描述，而真正掌管一切的“规则”则潜藏在更深处。

弦理论的启示： 像弦理论这样的框架就提出，我们感受到的基本粒子实际上是不同振动模式的“弦”，而宇宙可能存在着额外的、卷曲起来的紧密空间维度。这些额外维度的性质，可能会影响到我们观察到的物理定律。

4. 宇宙演化的“相变”： 宇宙并非一成不变，它在不断演化。在宇宙的早期，能量密度和温度都极高，物理规律可能与现在截然不同。随着宇宙的膨胀和冷却，它可能经历了一系列“相变”，就像水凝结成冰一样，物理性质发生了根本性的改变。我们现在观察到的定律，可能只是宇宙演化到某个特定阶段的“快照”。

早期宇宙物理： 例如，在宇宙大爆炸的极早期，电弱相互作用和强相互作用可能还没有分离，统一在一个更强的力之下。随着温度下降，它们才“冻结”成我们今天看到的独立作用力。这暗示了存在一个更早期、更统一的物理状态。

5. 观察者效应或信息处理： 这是一个更具哲学意味的猜想。也许，宇宙的“定律”本身就是一种信息处理机制，它根据观察者的“尺度”或“交互方式”来“呈现”自己。我们所观察到的“定律”，是我们与宇宙互动的结果，而不是宇宙本身“固定不变”的属性。

量子信息理论的思考： 一些前沿理论开始将信息视为宇宙的基本组成部分。从这个角度看，不同尺度的物理定律，可能反映了宇宙在不同尺度上处理和编码信息的方式。

隐藏的真相是什么？

如果“不同尺度仅有属于自己的物理定律”这一说法被证实，那么它强烈暗示着：

宇宙是递归的或分形的： 某些基本模式或原则可能在不同的尺度上重复出现，只是表现形式有所不同。
存在一个“元定律”： 有一个更根本的、普适的规律，它能够生成我们所见到的所有“尺度定律”。
我们对实在的理解仍是片面的： 我们目前的科学知识，就像是只看到了冰山一角，而大部分的“实在”仍然隐藏在未知之中。

物理学一直在追求“万有理论”，一个能够统一描述宇宙所有现象的理论。弦理论、圈量子引力等前沿理论，都是为了弥合宏观与微观之间的鸿沟而提出的候选方案。如果宇宙真的存在“不同尺度独有定律”的情况，那么这些努力就是在试图揭示那个隐藏在表象之下的、更深刻的宇宙真相。这种真相，很可能比我们目前所理解的物理学更为简洁、更为优雅，也更为令人惊叹。它告诉我们，宇宙的奥秘远未穷尽，探索永无止境。

网友意见

user avatar

否。你在非常基本的地方搞错了，后面的推论再扯到暗物质、暗能量也于事无补。

描述不同尺度的理论之间不能很好地对接，当然可能意味着新物理的存在、观测手段的不足等等，但是物理定律不是“世界真相”的一部分，而是人们建立的模型，它可以错得一塌糊涂，只要“目前还能简便地使用，错得严重了可以改”就够了。

“研究物理学的意义”的一部分是建立更好的模型来使用。“存在误差，往更深精度上也仍然无法给出确实或否定的结果”不等于“实验带来的信息并没有更多”，细小但存在的差异导出的新物理可能有意料之外的用途。可以参照：

不过，在谈论“宇宙的一些被隐藏的真相”之前，你没发现你连“宇宙的明面上的事实”都没有真正见过么。

自然界不对连贯性进行任何保证，你只是出于你自己被自然选择塑造得擅长寻找模式的神经布线而以为“有规律、有连贯性”是“自然”的。

这和世界有没有分段毫无关系。犯不着拘泥于“尺度不同”，地震、台风、天气变化之类宏观现象的尺度够大吧，预测得怎么样呢。

现代科学早就不自诩能导向“真理”，而是采用依赖模型的实在论：

唯物主义、唯心主义、实在论、反实在论都可以对科学做出自洽的诠释。我们所了解的关于世界的信息是可疑的，但我们目前尚未摆脱这一切，所以还是要使用这些信息。

我们能认识的世界就是一个关于世界的模型。没必要谈某个东西是不是客观存在、某些信息是不是正确，只要假设这东西存在、假设这些信息正确的模型可以容易地计算、做出预测并符合我们观测到的现实，就可以了。观测到的现实没有必要是“真正的”现实，信息没有必要是“正确”的。

以下引自霍金《大设计》中译本，有删改。

  • 哲学家在过去几千年里都在争论“现实”与“实在”的性质。古典科学是基于这样的信念：在人们周围存在一个真实的世界，其各方面性质是确定的，跟感知它们的人无关。物体真实存在，并拥有速度、位置、质量等确定的物理性质。古典科学试图去描述那些真实的物体及其真实性质，并认为无论有没有人观测，外部世界都会继续遵守一样的法则。在哲学中这称为实在论。
  • 但在量子力学显示了各种不确定性和概率在现实世界的活跃之后，坚持这样的实在论变得很困难。
  • 意大利蒙札市议会禁止人把金鱼养在球面鱼缸里，部分理由是金鱼从这样的缸里向外看会得到歪曲的影像。但实际上人类不能说自己感受到的世界比球面鱼缸里的金鱼感受到的要真实。
  • 从球面鱼缸里看到的世界和人平时看到的不同，但仍然可以总结出运动的规律：将外界的直线运动都表述成曲线运动，建立新的坐标系。这只是比人平时的理论复杂一些。
  • 现在有一种叫做全息原理的理论，认为人类以及我们周围的四维时空可能是一个更大的五维时空在边界上的影子。在那种情况下，人类在宇宙中的状况类似于金鱼在球面鱼缸里的状况。
  • 现实中，托勒密在公元150年左右提出以地球为中心的星体运动模型，通过给行星的正圆轨道“本轮”添加辅助轮“均轮”，在之后上千年都能符合观测事实和人们的日常感受，直到观测越来越精确让均轮添加到几十层，哥白尼才提出以太阳为中心的新模型。地心说的模型和日心说的模型其实都可以描述太阳系的运动，只是地心说过于复杂，日心说起初的精度还不如地心说，其真正优势是将太阳视为静止的坐标系里其他太阳系天体的运动方程会很简单。在要研究银河系天体的运动的时候，日心说的模型又不如以银河系中心为原点的模型来得好用了。
  • 《黑客帝国》描绘了类似缸中之脑的世界，影片中的人类不知不觉地生活在电脑制造的虚拟现实里，即使他们自以为摆脱了一层虚拟，实际上还是困在另一层虚拟之中。
  • 庄周梦蝶的故事阐述的是一样的想法：人实际上没有办法确定自己和自己感受到的东西是不是真实的。在人的生活里不存在与感觉或理论无关的“真正的实在”。
  • 无论周围的世界是真实的还是虚拟的、呈现的是真实样貌还是错觉，人类既然现在还生存在它里面而且毫无脱离它的办法，那么也别无选择，只有将它当做真实的来看待。
  • 现代科学采用的是依赖模型的实在论：物理理论是一个数学模型和一组将这个模型与观测事实联系在一起的规则。询问模型本身是否真实是无意义的，有意义的是“模型是否与观测结果相符”。如果有两个都能和观测相符的模型，例如球面鱼缸里建立的运动方程和空气里建立的运动方程，那么我们不能说其中一个比另一个更真实。我们只能说，根据我们周围的环境，哪个模型方便就用哪个。
  • 依赖模型的实在论不仅适用于科学模型，还适用于任何人在日常生活中有意识或无意识地建立的心理模型。人自己是不能将自身从我们对世界的认识里排除的，人的认识是通过感觉、思维、推理来产生的。人的认识不是直接的，而是通过球面鱼缸那样的东西——人脑的解释结构——塑造出来的。以视觉为例，大脑从视神经接收一系列信号，那些信号并不直接构成电视图像。在视觉神经连接视网膜的地方有个没有感光细胞的盲点，而且人的视场里具有高分辨率的部分其实只有视网膜中心周围大约一度，跟人伸直手臂时大拇指的宽度相近，所以直接送进大脑的视觉数据是两幅有洞的模糊图像，清晰的地方微乎其微。然后人脑处理这些数据，将两只眼睛的数据结合在一起，对洞和不清晰的图像一律平滑处理来填补，连成像的歪曲和颠倒都修正过来。
  • 依赖模型的实在论能解决或至少是避免的另一个问题是存在的意义。你闭上眼睛就看不见房间里的桌子，你并不知道那桌子是否仍然存在。你可以建立一个“当我不看，桌子就会消失，当我睁眼，桌子就会出现”的模型，但这模型很笨，因为你闭着眼睛也能摸到桌子。桌子在你闭眼的时候还留在原地不动的模型要简单得多，并与观测相符。
  • 亚原子粒子的模型基本都和这相似：人无法直接看见一个电子，但设电子存在的模型可以很好地解释相关的各种现象，比设电子不存在的模型要好用。

综上所述，描述世界的好的模型有以下性质：

1.它是易懂的。如果模型难到没有人能懂，就没什么用了；

2.它包含的可调整的元素较少。否则就太复杂了，例如地心说后期的70~80层均轮；

3.它和所有现存的观测事实一致。否则就直接被反例给证伪了；

4.它能对未来可以发现的观测事实做出详细的预言。如果将来观测发现这些预言不成立，就能证伪这个模型。

无论宇宙有没有规律，这样的模型都可以在一定范围内使用。“建不起来想要的模型，先搁置问题”也是十分正常的事，特朗普会告诉你“大概这就是人生吧”。

  • 重整化（Renormalization）是量子场论、统计场论和自相似几何结构中避免计算过程里冒出无穷大的一系列方法。你可以百度一下“引力无法重整化”来看看你面前的、房间里的大象。

另一方面，即使我们用各种理论论述了世界可能不存在，要在我们周围这个可能是假象的世界里活动，还是假定它存在比较方便。

类似的话题

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有

服务条款
联系我们
关于我们
隐私政策
友情链接
知乎
百度问答
搜狐
新浪