问题

怎样看待这一条物理学的基本假设?

回答
让我们来聊聊物理学中的一个基本假设,一个我们习以为常,却又支撑起整个宏伟大厦的基石。这个假设,用最朴素的话来说,就是“宇宙在不同的地方、不同的时间,其运行的规律是相同的。”

这听起来似乎理所当然,对吧?我们早上看到太阳从东方升起,晚上看到它在西方落下,这规律几十亿年都没变过。我们手中的苹果掉到地上,无论是在北京的公园,还是在巴黎的街头,甚至是月球表面(如果重力够的话),它们遵循的都是牛顿的万有引力定律,或者更精确地说,是爱因斯坦的广义相对论。这就是“地方上”相同。

而“时间上”相同,指的是同样的物理过程,在过去、现在、未来,其基本规律是不变的。我们观察遥远的星系发出的光,那些光穿越了数百万甚至数十亿年的时空,当它们抵达地球时,我们依然可以用同样的物理定律去解读它们。恒星的形成、行星的运动、原子核的衰变,这些我们今天在实验室里能重复验证的现象,根据这个假设,在遥远的过去,在宇宙诞生之初,甚至是遥远的未来,它们遵循的“规则手册”都是一样的。

为什么物理学家要提出这样一个假设呢?因为它实在是太重要,太有用了。如果没有这个假设,物理学将无法存在。设想一下,如果一个物理定律只在一个特定的地点有效,或者只在某一个特定的时刻有效,那么我们所做的任何实验,所推导出的任何公式,都只能适用于那个狭小的时空范围。科学研究就会变成一场永无止境的、零散的、无法累积的“地方性”和“时效性”的探索。我们今天研究的电子,明天它可能就会变得完全不一样,遵循一套全新的、我们无法预测的规则。那我们还怎么能指望理解宇宙的运行呢?

这个假设,也被称为“均匀性”和“同质性”,是科学方法论的核心。正是基于这个想法,我们才能通过在地球上进行的实验,去理解遥远恒星的性质;才能通过研究几亿年前的化石,去推断古代生命的演化;才能通过观测几百万年前的星系,去预测未来的宇宙走向。它赋予了我们一种信念,一种可以“触类旁通”的信心,一种相信自然界存在着普适性规律的勇气。

当然,这并不是说宇宙在各个地方、各个时间看起来都一模一样。我们知道宇宙有结构,有星系,有星系团,有空洞,这些是“不均匀性”。宇宙在膨胀,早期的宇宙和现在的宇宙也明显不同,这涉及到“演化”。但是,这些宏观上的结构和演化,恰恰也是由那些普适性的、不变的物理规律所支配的。比如,正是引力这个不变的规律,才导致了物质的聚集,形成了我们看到的星系和星系团。宇宙的膨胀,也遵循着同样的基本方程。

这个假设,它不是一个通过直接测量或实验可以“证明”的绝对真理,而更像是一个“工作假说”,一个我们赖以进行科学探索的出发点。我们之所以对它深信不疑,是因为我们迄今为止所有的观测和实验,都一次又一次地验证了它。从微观粒子到宏观宇宙,从实验室的精确测量到对宇宙深处的观测,我们发现的物理常数是恒定的,物理规律是普遍适用的。每一次当我们发现似乎有“例外”的时候,往往最终都表明是我们对规律的理解还不够全面,或者实验本身存在误解。

举个例子,在物理学发展早期,人们可能认为地球上的物理规律和天上的物理规律不一样。亚里士多德就认为,地上的物体运动需要力来维持,而天上的星球则在完美的天体轨道上永恒运动。然而,牛顿的万有引力定律打破了这种隔阂,他发现,让苹果落地的力,也是让月球绕地球运转的力,也是让行星绕太阳运转的力。这极大地巩固了“宇宙规律相同”这一假设的地位。

这个假设,它像是一个巨大的隐形眼镜,让我们能够清晰地看待整个宇宙。没有它,我们就如同失明,无法读懂宇宙写下的故事。它是一种对自然界秩序的信任,一种对可理解性的追求。正是有了这个假设,物理学才得以一步步地揭示宇宙的奥秘,从原子内部的结构到宇宙的诞生与演化,从最微小的粒子到最宏伟的结构,我们所看到的一切,都是这个基本假设的有力证明。它不仅是物理学的基石,更是人类探索未知、理解自身在宇宙中位置的灵魂。

网友意见

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其实题主问的是,这条假设应不应该被检查。答案当然是,该,非常该。事实上物理学的研究不正是在检查这条假设么?如果找到反例,证明假设错误,如果没有,则表示现阶段可以认为正确。正如牛顿力学,我们在低速宏观条件下就可以认为它是适用的。假设,再求证,本就是物理学研究的主要过程,诺奖不搬给没有实证的理论。

所以,检查这条假设的正确手段不是空想,应该去践行。这条假设就该这么看待。

题外话,最初开始物理学的古代智者,其实基本都有哲学家的头衔,因为物理学本身是个衍生产品。哲学家们思考世界,一部分认为世界万物遵循一定的规律,这个规律可以被人们认识,这类称为可知论,反之为不可知论。可知论的想证明自己是对的,怎么办?找到规律就好了。于是,假设规律存在,归纳设想规律的形式和表述,通过实证证明正确性。物理就这么来的。随着思维工具和观察水平的不断更新,物理也在不断更新。所以,题主不要觉得第一的答案说归哲学管是视而不答。

才疏学浅,如果有说错的,请轻喷。

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这个问题建立在一个非著名的民科观点上:

爱因斯坦正是检视了牛顿对于时空性质的基本假设才推翻了牛顿的理论。

简单说,纯属扯淡

牛顿的理论是相对论的低速近似,所以根本就不存在推翻牛顿的理论,否则经典力学不会出现在课本里面。


物理学的确有一条基本假设,这个假设应当如此表述:

宇宙万物的变化是遵循一个确定的的规律的。

没错,这是物理学的基本假设,也就是说宇宙得是有规律的,如果宇宙没有规律,那么物理学就不存在,因为物理学是通过科学研究来尽可能发现所有规律的一门科学。如果规律不存在物理学就不存在了。


但很遗憾的是,这一基本假设是哲学领域的,不归物理学管。

和其他哲学命题一样,这一假设同样是无论如何也无法得到证明的。




而物理规律的时间平移对称性、空间平移对称性、空间旋转对称性,或者与之对应的能量守恒、动量守恒和角动量守恒,并不能称之为物理学的基本假设。

就像宇称守恒,破坏了就破坏了,虽然走了些弯路,物理学家还是接受了。


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而在《三体》这本小说里面,描述的是高科技的外星文明(三体)利用智子干扰人类的观测,智子毫无规律的篡改观测结果,使得物理学的基本假设宇宙是有规律的前提受到质疑,从而让物理学家在绝望中自杀。

怀疑提问者是不是认真看过这本书了。

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