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人類在地球上得到的物理規(guī)律,為啥能夠放之宇宙而皆準?

時空通訊
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本文基于回答網(wǎng)友問題:為什么物理學家相信地球上的物理規(guī)律推廣至宇宙范圍還能成立?

我的回答是:不是物理學家相信不相信的問題,而是事實就擺在那,由不得誰相信不相信。物理學家只不過是一群發(fā)現(xiàn)規(guī)律并研究規(guī)律的人罷了,除了物理學家,還有許多科學家也在發(fā)現(xiàn)和研究規(guī)律,如天文學家、地理學家、化學家、生物學家等等。

這些發(fā)現(xiàn)和研究規(guī)律的人們,本來就不只是局限于地球,許多發(fā)現(xiàn)本來就是從宇宙中來的。宇宙是什么,是我們認知的所有,包括地球上的一切,因此,即便在地球上發(fā)現(xiàn)的,也是宇宙的一部分。

人類對地球和宇宙的觀測、探索得到的認知,只有符合自然規(guī)律的才叫科學,如果只是從表面現(xiàn)象去了解,然后牽強附會得到的認識,如果不符合自然規(guī)律,就不是正確的認識。因此,只要是真正的科學發(fā)現(xiàn)就是對自然規(guī)律的認識,都是推廣至宇宙范圍還能夠成立的。

隨便舉幾個例子:

1、愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論,是迄今為止對宇宙運動規(guī)律最深刻和最準確的解釋,狹義相對論是通過光速極限和光速不變原理,論證了時空物質(zhì)三者不可分割的統(tǒng)一性和相對性;廣義相對論是通過建立引力場方程,論證了質(zhì)量會導致時空彎曲,由此形成的各種效應。

這些內(nèi)容解釋起來很復雜,但其中的幾個論斷比較具體。

一個是狹義相對論中的速度時間膨脹效應,說的是速度與時間的關系,又叫鐘慢效應,就是速度越快地參考系里時間流逝得越慢,反之越快,遵循的公式為:t'=t/√[1-(v/c)^2]

這里,t'表示時間膨脹效應值,t是低速系或者說我們地球上觀測者的時鐘,v為第二個時鐘相對低速系時鐘的移動速度,c為光速。

有很多人認為這只是想象,因為這種效應在速度接近光速時才能夠明顯,而人類現(xiàn)在旅行的速度很慢,不要說接近光速,就是光速的百分之一也無法達到,這樣就既無法在地球更無法在宇宙中驗證這種效應。

其實這種效應早就驗證過了,所有驗證都精準符合愛因斯坦速度時間膨脹效應公式。如GPS導航系統(tǒng),就必須運用相對論時間膨脹效應公式調(diào)整高空衛(wèi)星和地面時間,才能讓導航精準;在飛往星際的探測器上,同樣需要這種調(diào)整,才能到達目標。

在微觀粒子領域,由于其運動速度快,就更能驗證這種效應了。μ子是一種輕子,質(zhì)量約為電子的207倍,在實驗室中μ子的平均壽命只有2.197μs,也就是0.000002197秒。當宇宙射線轟擊大氣層時,會有一定量的μ子產(chǎn)生,但由于其壽命太短,理論上是無法到達地球表面的。

但事實上,科學家們還是在地球表面檢測出了許多μ子留下的痕跡,這是為什么呢?其實就是由于μ子速度接近光速,時間膨脹效應讓其壽命大大延長,它們才能夠到達地球表面留下痕跡。

另一個例子是廣義相對論的時空彎曲理論,就是在質(zhì)量作用下會導致時空彎曲,質(zhì)量越大時空彎曲得越厲害,光線也會順著彎曲的時空前行。早在廣義相對論出臺不久的1919年,著名天文學家愛丁頓就率領遠征隊,特意從英國前往遙遠的非洲,通過觀察日食驗證了經(jīng)過太陽這個大質(zhì)量天體附近時的星光的彎曲情況,經(jīng)過計算,彎曲度與愛因斯坦場方程計算相符。

隨后,廣義相對論的理論預言一個個被證實,如黑洞被發(fā)現(xiàn),就是時空彎曲達到無限曲率的例子;還有著名的水星近日點進動問題,也符合理論預期;引力透鏡、引力波、引力紅移、引力時間膨脹效應等等相繼被發(fā)現(xiàn)和驗證,都證明了無論距離我們多遠,宇宙天體都受到這個規(guī)律控制。

2、現(xiàn)在的化學周期表上有118種元素,其中自然界存在92種,人造元素26種,這118種元素在宇宙任何地方都適用?,F(xiàn)在人類的探測器已經(jīng)到達過太陽系所有行星,還到過一些矮行星和衛(wèi)星,通過分析那里的大氣和地質(zhì)狀況,不外乎都是由這些元素組成。

人類的探測器雖然還無法飛到太陽系以外,但望遠鏡已經(jīng)能夠看到距離我們135億光年的地方,也就是135億年前的宇宙,那時還是宇宙剛誕生不久,通過光譜分析,宇宙所有能見天體也是由已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的這些元素組成。

為什么人類能夠通過觀測,得到遙遠物質(zhì)的成分呢?這是因為科學家們可以在實驗室模擬各種宇宙環(huán)境,如在強子對撞機中得到10萬億度的高溫,模擬了宇宙大爆炸萬億分之一秒時的狀態(tài);也能夠在實驗室得到各種元素在不同環(huán)境溫度下的光譜標準,就可以套用在對遙遠距離天體的觀測上。

3、地球演化和生命進化,也受到宇宙大環(huán)境的制約。人類在地球上發(fā)現(xiàn)的任何事物或規(guī)律,都不是地球上孤立存在的,而是與宇宙演化這個大環(huán)境息息相關,并受到其制約。因此現(xiàn)在研究的地球構(gòu)造、環(huán)境氣候、生命起源與進化等所有學科,都不能不與宇宙演化結(jié)合起來。

現(xiàn)代宇宙標準模型認為,宇宙誕生于138億年前,太陽系誕生于46億年前,地球隨著太陽系同時誕生,生命在40億年前左右出現(xiàn),生命從最原始的原核單細胞,分化進化到如今千姿百態(tài)的動物、植物、微生物物種,每一步滅絕和再生,都與太陽系的運動導致地球環(huán)境變化有關。

所以,地球上發(fā)現(xiàn)的一切規(guī)律,都是宇宙規(guī)律的一環(huán),當然就能在整個宇宙適用了。

看待科學發(fā)現(xiàn)的兩個錯誤傾向/

一個傾向是,認為科學發(fā)現(xiàn)是人類短淺目光的看法,根本不能代表宇宙規(guī)律。在我文章的評論區(qū)里,經(jīng)??吹竭@樣的言論:用才100年的科學去衡量宇宙是自不量力、人類看宇宙就如螞蟻看人類、科學不能證明的東西不等于不存在等等。

另一個傾向是,憑著東拼西湊的一點吃喝拉撒的常識,就腦洞大開,隨意貶損已經(jīng)被科學界公認的科學發(fā)現(xiàn)和理論,提出自己驚世駭俗的理論,認為洞悉了宇宙真諦。如聲稱推翻了相對論、發(fā)現(xiàn)“加速系+引力波+物質(zhì)波”,要賣肝賣腎爭諾獎等等。

這兩種傾向都是不具備科學精神,不懂科學方法的反智反科學的認識。人類有記載的歷史才幾千年,有科學的歷史才幾百年,對宇宙的認識當然還很有限,但只要是科學,就必須是撥開現(xiàn)象看本質(zhì),從規(guī)律上得到的發(fā)現(xiàn)和理論。否則就不是科學,或者是偽科學。

人類經(jīng)過幾百年的發(fā)現(xiàn)和探索,已經(jīng)積累了一系列的理論,如我們從小學到大學學習的數(shù)理化知識;有了一整套觀測和認知世界的方法,如依靠望遠鏡和顯微鏡觀察世界,采取定性和定量的方法分析世界等等。

科學精神就是承認人類文明的成果,并愿意遵從科學界經(jīng)過長期實踐證實的理論和方法來進行科學發(fā)現(xiàn)和研究;科學方法就是用已經(jīng)形成的定律和公理進行邏輯論證,采用科學界公認的方法觀測、實驗和實驗,并經(jīng)得起任何人采用這些方法重復檢驗。

這樣得到的成果,就是科學成果。凡是科學的成果,尤其是基礎科學,是對自然規(guī)律的認識,沒有國界和地域限制,也是放之四海方知宇宙而皆準的。

而那些憑著吃喝拉撒的常識,順著自己的想象任意得出的結(jié)論,既不能通過科學理論進行邏輯自洽,也無法用世界公認的科學方法驗證,由此科學界根本不會搭理,甚至嗤之以鼻。

由此,就引起一撥人的公憤,認為科學界排擠這些“民間科學家”,悲憤莫名,要“賣肝賣腎爭諾獎”,但諾獎同樣只認用科學理論和科學方法驗證的成果。因此,這種人雖然賣了悲催,但這種所謂“科學成果”到了哪個科學殿堂,都會被拒之門外。他們只有一條路,就是忽悠不具備科學常識的瓜民,危害人間。

科學史學家把這種人稱為“民科”,可能許多人對“民科”這個詞很反感,認為難道民間科學家就不值得尊重嗎?其實這是偷換概念,所謂“民科”并不是指民間科學家,也不是只有民間才有,而是指那些僅憑妄想就企圖推翻某個重大科學理論、創(chuàng)立自己“偉大”理論的“妄人”群體。

不管是民間人士還是“官家”人士,只要具備科學精神,按照科學規(guī)律和科學方法得到的發(fā)現(xiàn)和理論成果,這些發(fā)現(xiàn)和成果有能經(jīng)受任何科學機構(gòu)的重復驗證,得到的成果就是科學成果,就是對自然規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和利用。

科學永遠在路上,沒有盡頭/

人類現(xiàn)在的文明程度還很低,根據(jù)卡爾達舍夫指數(shù)來測算,人類文明程度還只有0.73級,連一級都沒有達到。而二級和三級宇宙文明是我們想都不敢想的“神級”文明,因此,科學技術的發(fā)展還任重道遠。

宇宙中還有許多人類沒有發(fā)現(xiàn)和認識的東西,比如暗物質(zhì)和暗能量。別說整個宇宙,就是在地球上,也還有人類沒有探知的許多問題,等待科學去發(fā)現(xiàn)和認識。因此,科學發(fā)現(xiàn)和理論對整個宇宙通用,并不是說對未知世界的通用。

每個階段的科學都不是終極真理,都可能有不準確甚至錯誤謬誤的地方,隨著研究和發(fā)現(xiàn)的進一步深入,許多發(fā)現(xiàn)和理論都有可能需要修正甚至被否定,這并不等于現(xiàn)在的科學就不是科學。現(xiàn)在的科學永遠是現(xiàn)在最正確的認識,只有當更深刻的認識否認了這個認識,這個科學才應該被摒棄。

就像哥白尼發(fā)現(xiàn)了日心說,后來天文學又發(fā)現(xiàn)了更大的宇宙,否定了日心說;愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了相對時空觀和時空彎曲,否定了牛頓的絕對時空觀。這并不能說哥白尼和牛頓就不是科學家了,正是他們的理論推動了時代的進步,人類才走到今天,他們永遠是科學大牛。但他們的理論,只能定格在科學發(fā)展史某一個片段上。

我們還要注意區(qū)分某些人常掛在嘴邊的一句話:沒有發(fā)現(xiàn)不等于不存在。這話貌似正確,科學家們都是比我們聰明許多的人,當然知道沒被發(fā)現(xiàn)的并不等于不存在。但說這話的人表達的并不是文字本身的意義,而是另有文章。

這些人反對的是因為沒有科學證據(jù)而不被承認的存在,如認為UFO就是外星人飛船、人類文明已經(jīng)出現(xiàn)過多次之類的傳言。經(jīng)過幾十年的科學探索,從來沒有這方面的確鑿證據(jù)證明地球有過外星人或外星飛船出現(xiàn)過,而且考古和基因?qū)W早已證實了現(xiàn)代人類是地球唯一文明,于是這些人就說:沒有證據(jù)的東西并不等于不存在。

所以,這幫人并不是要說沒有發(fā)現(xiàn)的東西不等于不存在,而是硬要順著其妄念去認定某些沒有證據(jù)甚至已經(jīng)證明不存在的事情是存在的。

科學對于沒有證據(jù)證明存在的事情,就不承認其存在,這是基于科學的嚴謹性,而不是說當有證據(jù)出現(xiàn)時還睜著眼睛說瞎話。自從伽利略開創(chuàng)了實驗科學方法以來,科學發(fā)現(xiàn)和科學理論,就必須能夠用科學方法重復驗證,才成其為科學成果。

科學探索永無止境,是在否定之否定中前行的,永遠在路上,沒有終點。但科學在否定之否定中螺旋式上升的規(guī)律,必須與毫無根據(jù)地胡說八道區(qū)別開來,這才是正確的認識論。

這兩天,饒毅炮轟華大基因CEO尹燁的又上了熱搜,這應該是一場嚴謹科學與拍腦袋胡侃的偽科學之間的論戰(zhàn),如果你仔細了解其中的論點和論據(jù),就會對科學有一個更深的理解。歡迎討論,并將您的想法發(fā)在評論區(qū),謝謝。

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評論
科普老兵聞向東
大學士級
科學在否定之否定中螺旋式上升的規(guī)律,必須與毫無根據(jù)地胡說八道區(qū)別開來,這才是正確的認識論。
2022-07-26
傳承解惑
大學士級
科學永遠在路上,沒有盡頭,我們都應共同努力,勇往直前。
2022-07-27
Bestone
庶吉士級
真理放之四海而皆準!
2022-07-27