우주 전반의 물리 법칙

물리 법칙이 우주 전체에서 동일하다는 것을 어떻게 알 수 있습니까? 직관적으로 나는 두 가지 자연적인 방식으로 변할 것이라고 말하고 싶습니다 : 방정식의 상수가 다를 수 있거나 방정식의 수학이 다를 수 있습니다. 추측으로 그들은 오랜 시간에 걸쳐 변할 수있었습니다. 물리 법칙이 다르지 않다는 것을 절대 확실하게 지구에서 증명할 수있는 가장 먼 반경은 얼마입니까? 나는 이것이 반경이 아니라 반경으로 간단히 설명 할 수없는보다 복잡한 모양 일 수 있음을 알고 있습니다.

반경에 대해 생각할 수있는 가장 가까운 대답은 추측입니다. 그리고 그 추측은 우리가 지구에서 한 가장 물리학 실험에 근거합니다. 나는 달에 거울을 사용한 실험이라고 생각합니다. 따라서이 실험이 효과가 있기 때문에 모든 물리 법칙에 따라이 가정이 전적으로 100 % 합리적이라고 생각합니다. 그러면 반지름은 달입니다. 이것은 반경에 대한 구체적인 대답을 제공하지 않으며 단지 교육받은 추측입니다.

"절대 확실성"으로 증명 될 수있는 것은 없습니다. 그것은 과학이 작동하는 방식이 아닙니다.

우리는 자연의 상수가 정확히 같다는 가설을 채택한다. 시간과 공간이 일정합니다. 그런 다음 우리는 가설을 반증하려고 시도하거나 적어도 변하는 정도에 따라 가설을 제한하는 실험을 수행합니다.

이 Physics SE 질문 에 대한 답변으로 설명 된 이유 ( 이 질문 도 참조하십시오 ), 미세 구조 상수와 같은 치수가없는 매개 변수 만 변동에 대해 평가할 수 있습니다 , c 및 h 와 같은 다른 상수 는 (측정) 단위 변경 여부를 말할 수 없습니다.$G$$c$$h$

미세 구조 상수의 예를 들어, 먼 퀘이사에 대한 흡수선의 관찰은 이것이 공간과 시간에서 얼마나 변할 수 있는지에 의해 강한 제한을 두었습니다 (정보는 우리에게 여행하는 데 유한 한 시간이 걸리기 때문에 분리 할 수 ​​없습니다). 그래서 당신은 문헌에서 이것을 시도하는 많은 다른 시도를 찾을 수 있습니다-몇 가지를 파헤 쳤습니다. Albareti et al. (2015)에 따르면이 편차는 10 만 개에서 1 개 (약 80 억년 정도의 전환 시간)의 두 부분보다 적다. 태양계의 다른 부분에서 수행 된 실험에 대해서도 비슷한 제약이 존재한다. 반면에 일부 저자는 유사한 전환 시간이나 다른 방향으로 백만 분의 몇 가지 변형을 주장합니다 ( Murphy et al 2008 ; King et al. 2012).), 그러나 대부분의 현장 근로자는 아니지만 이러한 주장에 대해 이의를 제기합니다.

Uzan (2011) 의이 주제에 대한 대규모 리뷰가 있습니다.이 기사 는 읽을 수 있습니다. 이것은 실제로 광범위한 질문입니다. 내 요약은-현재 시공간의 변화에 ​​대한 설득력있는 증거는 없습니다.

중간부터 시작하겠습니다 :

물리 법칙이 다르지 않다는 것을 절대 확실성으로 지구에서 증명할 수있는 가장 먼 반경은 얼마입니까?

제로. 증거는 수학과 법정에서 발견되며 자연 과학에서는 불가능합니다. 우리가 할 수있는 최선의 방법은 반증 가능 이론을 입니다. 이것은 현실에 대한 모든 설명에 적용됩니다. 중력의 법칙에 대해서도 "증거"는 없습니다.

그렇다면 물리량 사이의 물리적 상수 또는 관계가 우주의 다른 부분이나 다른 시간에 다르다는 것을 알 수있는 것은 무엇입니까?

• 중력 : 은하단의 경우, 오차 범위 내에서 동의하는 몇 가지 다른 출처의 독립적 인 질량 측정이 있습니다. 중력 렌즈, 구성원 은하의 속도 분산 및 X- 선 온도가 모두 일치합니다. 따라서 중력의 법칙은 최대 0.5 또는 그 이상의 적색 편이에서도 작동하는 것 같습니다.
• 원자 물리학 : 우리는 매우 적색 이동 된 물체를 관찰합니다. 이 물체들에 의해 방출 된 빛의 파장은 우주의 팽창에 의해 더 길어집니다. 다른 화학 원소 (또는 분자)의 적색 이동 스펙트럼 라인을 관찰하면이 빛이 언제 어디서 방출되는지 원자 물리학이 동일하게 작동한다는 것을 알 수 있습니다. 만약 전자 궤도 사이의 전이 레벨이 시간이 지남에 따라 변했다면, 우리가 관찰 한 원소의 스펙트럼 선에 따라 같은 물체에 대해 다른 적색 편이가 생길 것입니다.
• Nucleosythesis : 빅뱅 직후, 온도가 낮아져 양성자와 중성자가 더 이상 끊임없이 생성되고 파괴되지 않습니다. 자유 중성자는 반감기가 약 8.5 분이고 양성자와 전자로 붕괴됩니다. 우리의 이론은 우주에서 약 25 %의 헬륨 (2x 양성자, 2x 중성자) 함량을 얻을 것이라고 예측합니다. (나머지 "정상적인"물질은 본질적으로 모든 수 소임), 그리고 그것은 실제로 우리가 관찰 한 것입니다. 이제, 헬륨 함량은 이것이 일어난 시점의 물질 밀도와 중성자의 반감에 좌우됩니다. 다른 관찰 (BAO가 떠오를 것)에서 우리는 물질 밀도가 옳다는 것을 상당히 확신합니다. 이것은 중성자의 반감기를위한 작은 흔들 흔들 공간만을 남기고, 따라서 약한 힘의 변화를위한 것입니다.
• 우리는 중력, 전자기 및 약한 힘을 다루었습니다. 나는 강한 힘에 대한 좋은 시험을 모른다.

시간이 지남에 따라 자연법의 변화를 위해 지구상의 암석의 동위 원소 분포를 볼 수 있습니다. 우리는 다양한 요소의 붕괴율이 초기에 각기 다른 붕괴 생성물의 수를 살펴봄으로써 다른지 여부를 알 수 있어야합니다.

요약하면, 우리는 "절대 확실성"이라고 말할 수는 없지만, 우리가 관찰 한 것은 자연 법칙이 우주 전체에서 동일하다는 것을 나타내는 것으로 보입니다.

우리는 확실히 알 수 없습니다. 그러나 어떤 수학적 공식이 유효하다면 그것이 깨지지 않은 것이 무엇인지 깨달을 수 있습니다. 이것은 Noether의 정리입니다 https://ko.wikipedia.org/wiki/Noether%27s_theorem

TL; DR 깨지는 것은 선형 운동량의 보존입니다. 물리 법칙이 장소가 아니라 시간에 따라 다를 수 있다고 생각한다면, 에너지 보존은 무엇을 깨뜨리는가입니다. 둘 다 라그랑지안 제제가 유효해야한다는 제약을 받는다.

나는 시간의 불변이 우주의 초기 단계에서 유지되지 않을 가능성에 대해 심각한 물리학 자와 만났다. 그 결과 가장 큰 우주적 규모에서 에너지가 비 보존 될 것이며,이 보전법에 대한 증거가 가장 강력하지 않은 곳이다. (우리는 암흑 물질과 암흑 에너지의 존재를 포지셔닝해야하며, 또한 모든 우주가 관측 가능한 것은 아닙니다).

귀하의 질문에 대한 한 가지 문제는 그것이 약간의 역설이라는 것입니다. 물리 법칙이 관찰되는 시간 / 장소에 따라 변하는 것처럼 보이는 경우, 물리 법칙의 의미로 인해 법 자체를 오해했거나 직장의 모든 힘을 관찰하지는 않습니다.

다음은 매우 간단한 예입니다.

이 사람들은 우주에서 중력이 다르게 행동하는 곳을 찾지 못했고, 중력이 그들을 끌어 당기는 것보다 팬에 의해 더 강하게 밀리고 있습니다. 물론, 당신이 그들에 대해 가지고있는 유일한 정보가이 그림이라면, 당신은 그것을 알지 못하고 중력이 원래 위치에서 다르게 행동한다고 ​​생각할 것입니다.

과학자들이 분산이 법칙이 어떻게 행동 하는지를 관찰하고 단순히 "오법이 다르게 작동한다"고 손을 흔들면 더 이상 과학이 아닙니다. 우리는 법이 왜 다른 곳에서 다른 것처럼 보이는지 알고 싶습니다.

편집하다:

OP의 요점에 더 가까운 예는 암흑 에너지입니다. 우리는 물리 법칙, 특히 중력이 팽창으로 인해 우주가 팽창 할 것으로 예측하지만 우주는 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있음을 관찰합니다. 과학자들은 어깨를 으 sh하고“물리의 법칙은 우주의 가장자리에서 다르게 작동한다”고 말하는 대신에 암흑 물질 (dark matter)을 이론화하여 왜 중력에도 불구하고 우주의 팽창이 가속화되고 있는지 설명했다.

"그들 (물리 법칙)은 두 가지 자연적인 방법으로 다양 할 것입니다."

1. 방정식의 상수는 다양하거나

   가능한. 우리는 더 작은 천문 규모 (하위 은하계)까지 상수 값에 대해 상당히 확신합니다. 은하계와 그 너머에서 우리는 우리가 기대하는 것과 이상한 편차가 있습니다. 은하계에서 우리는 현재 편차를 "암흑 물질"에 기인한다고 생각하는데, 이것은 "미지의 물질"로 알려지지 않은 자리 표시 자에 지나지 않습니다.

   보편적으로, 우주의 명백한 가속 팽창은 보통 미지의 "암흑 에너지"에 대한 다른 자리 표시 자에 기인한다. 또는 천문학적 규모가 크지 않다는 것을 이해하는 일반적인 상대성 이론 일 수 있습니다. 예를 들어 중력 상수는 실제로 일정하지 않습니다. 이것은 우리가 알고 있다고 생각하는 것이 잘못되었거나 불완전하다는 증거이며, 그 대답은 " 우리가 틀렸다는 것을 보편적으로 알 수 있습니다".

2. 방정식의 수학은 다를 수 있습니다.

   이것이 우리가 확실히 확신하는 것입니다 : 수학은 변하지 않을 것입니다. 불완전하거나 잘못 적용되었거나 무엇이든 될 수 있습니다. 그러나 수학은 변하지 않는 한 가지입니다.

3. 또한 "바닥에 많은 공간"이 있다는 것을 잊지 말자. 우리는 매우 작은 (핵 이하) 규모의 치수 수조차 알지 못하며, 시공간 직물의 단일 실이 어떻게 서로 묶여 있는지 등도 알지 못합니다.

4. 좀 더 투기적인 수준에서 이것은 유일한 우주 일뿐만 아니라, 예를 들어 다중 우주의 하나의 샤드 일 수도 있습니다. 이 스 몰린은 우주의 진화에 대한 아이디어를 썼습니다. 다른 것들은 아마도 다른 상수를 가지거나 다른 재미있는 방식으로 다를 것입니다.

5. 더 추측적인 수준 : 엘론 머스크와 다른 사람들에게 물어 보면, 우리는 어쨌든 매트릭스에 살고 있으며 모든 자연 법칙은 시스템 관리자가 동등한 키 입력으로 변경 될 수 있습니다. 과 같은 정보 /gamemode 1 qwerty10및 신용 카드는 절대로 비어 있지 않습니다.

과학은 추측을 기반으로 Feynman을 역설합니다. 우리는 무언가가 특정한 방식으로 작동한다고 생각합니다. 좋은 추측은 기존 데이터를 설명하고 테스트 할 수있는 예측을합니다. 가장 좋은 추측은 가장 간단한 추측입니다. 즉, 추가 가정의 수를 최소화합니다. 따라서 뉴턴은 해변을 따라 걷는 동안 돌을 던지는 것과 같은 방식으로 중력이 행성에 작용한다는 가정은 본질적으로 추측에 불과했습니다.

나는 결코 과학자도 아니고 천체 물리학 자도 아니다. 전기 공학에 대한 배경 지식과 우주론에 대한 호기심이 있습니다. 위의 질문에 대한 답변을 찾고 있기 때문에 본질적으로 여기에서 끝났습니다.

NASA 웹 사이트에 게시 된 상당히 최근의 (2017.09.20) 기사는 허블의 상수를 계산하는 데 사용 된 두 가지 방법 (유형의 관찰에 기반 함)을 밝히는 연구를 언급했습니다. 1) 초신성, CMB의 다른 혁신)은 동의하지 않는다 (Cosmology의 표준 모델이 동의한다고하더라도).

«첫 번째 방법을 사용한 최근 연구는 두 번째 방법의 결과보다 8 % 더 큰 팽창률을 나타 냈습니다. »-https: //science.nasa.gov/science-news/news-articles/hubbles-contentious-constant-news

이 기사는이 차이에 대한 명확한 설명을 언급하지 않습니다. 예를 들어, 하나 또는 두 가지 계산 방법 모두에 구멍이있을 수 있습니다.

내가 올바르게 이해한다면 : CMB가 초기 우주에 대해 알려주는 것으로 생각되지만 이것은 유형 1a 초신성에는 해당되지 않습니다. 또 다른 가능한 설명은 두 측정이 유효하고 불일치는 시간이 지남에 따라 무언가가 변경되었음을 의미합니다 . 예를 들어, 기사가 질문을합니다«또는 암흑 물질 또는 암흑 물질의 속성이 시간이 지남에 따라 변하고 있습니까? ». 허블의 상수의 중요성을 감안할 때, 아마도 이것은 물리학이 시간이 지남에 따라 변했다는 사실을 가리킬 것입니다.