为什么物理学的定律实际上不存在

我们叫物理定律的往往只是某些自然的部分的数学描述。理论物理学家桑卡尔·达斯·萨尔玛说，最终的物理定律可能的不存在，对它物理学是都好

新科学家 By Sankar Das Sarma

9 December 2022

PHYSICS 

物理学的定律可能不像它们似乎的那样。Yuichiro Chino/Getty Images

我最近正在读由弦理论家罗伯特·迪克格拉夫在《量子》杂志题为“没有物理学的定律”的老文章。你可能会认为对一个物理学家来争论没有物理学的定律有些奇怪的但我同意他。事实上，我不仅确实同意他而且我认为我的领域对它是都好。我也希望能说服你这个。

第一件事第一。我们往往叫物理学的定律的真的只是一致的似乎匹配自然的某些部分的数学理论。对牛顿的运动定律这是真的就像对爱因斯坦的相对论、量子物理理论中薛定谔和狄拉克方程或甚至弦理论一样。因此这些不是这样真的法则，而是描述我们所看到的现实的精确的和一致的方式。这应该从这些定律不是静态的事实是明确的；它们随我们经验的这个宇宙的知识改进进化。

这里是事情。尽管许多科学家把他们的角色视为揭开这些终极法则，但我只是不相信它们存在。.

一百年前，一个像这样的意见不会已经是争议的。在那时之前，大多数所谓的物理学的定律都被直接的联系到自然世界的具体方面，比如描述需要多少力来拉伸一根弹簧的胡克定律或者波伊尔的关于一个气体的压力、温度和体积之间关系的定律。但这在20世纪初开始来变化当时像阿尔伯特·爱因斯坦这样的人采取了来发现一切的终极理论的质询。他花了他生命的最后30年寻找一个到徒劳。狄拉克也相信这种观点，他显然说过所有的化学都能被仅从他的等式得到------尽管我认为那个特别的话可能的是虚伪的。

在人类大脑中大约有860亿个神经元。这不到银河系中的恒星数量，而银河系只是已知宇宙的一个微小的部分。与人类大脑有限的容量相比宇宙似乎几乎是无限的，留下我们几乎没有弄清楚最终定律的机会。令人惊奇的是，我们能通过物理学的定律使宇宙的某些方面有意义。也许一直是理查德·费曼他第一次说过问题是不在于我们人类在弄清楚大自然怎样工作中多聪明，而是大自然多么聪明遵循我们的法则！

随我们发现更多关于自然的，我们能磨练我们的它的描述，但它是永远不结束的------像剥一个无限的洋葱一样，我们越剥，有更多要剥的。

以弦理论为一个例子。这是一个数学上非常紧密的以它等同的对待引力和量子力学的方式相当神奇的理论，匹配许多我们的宇宙的观测。它把持许多承诺，但到目前为止不得不挣扎来提供任何超出我们目前理解的可测试的具体预测。

它还有一个相当棘手的叫景观问题的绊脚块，在那里字面上无数的宇宙（大约10＾500，这个数字如此之大以至于它看起来大得惊人的）是该理论的可接受解。如果弦理论是正确的人们能宣布胜利，因为那些无数的宇宙的一个一定是我们的宇宙，所有要做的是不知怎的发现对我们对弄清楚物理学的定律是什么的特别的解。当然，这是一项不可能的任务，因为存在在景观中超常的大量的可能宇宙，而且都有自己独特的定律。

这种场景往往被称为多元宇宙。所有可能的定律，可以想象的和不可想象的允许在某些可能的宇宙中，而从一个基础的意义物理学的定律不再有意义的或独特的，因为它们完全的依靠多元宇宙景观中人正在看的地方。具有讽刺意味的是，一切的理论原来是暗示一个其比任何人以前可能已经想象的指数般更大的一切。

从这个一个可能的结论是粒子物理学的传统还原方法，在那里自然定律越来越聚焦在越来越小的构建块（如分子、原子和粒子）和在它们之间作用的基本力（如引力和电磁力），不再是一个富有成效的观察物理世界的方式。没有基本的构建块，没有基本的力，因此没有法则，因为严格的思考还原主义终极法则已经导致了10＾500个宇宙的可能存在，其中只有一个可能遵守来适应智人所需的法则。

我们唯一剩下的就是风景，那里的“定律”取决于正在应对的特定的宇宙。这是如此思维大混乱的复杂以至于整个自然法则的想法必须被修改。这显然是一个值得2500年前始于作为物质的不可分割的成分原子并见证了2012年希格斯粒子实验发现的巨大胜利旅程的一个显然的奇怪的结束。最后，我们的物理定律毕竟不是内在的，完全取决于在景观中我们幸好是的位置。

作为一名理论凝聚态物理学家，我毕竟没有发现这种场景令人沮丧-----恰恰相反。本质上有一个无限个可能的定律的事实只会使做科学更令人兴奋的，因为探索这个景观将仍然是一个活跃和创造性的活动。理论物理学永远不会结束，因为这个景观只是太广袤。

从我40年工作在现实物理现象的体验我知道，基于一个仅用构建块和基本力的方程式的终极定律的整个想法是不工作的并且本质上是一种幻想。我们永远不知道哪个方程精确的描述一个特定的实验室情况。相反，我们总是不得不建立模型和近似值来描述每一个现象，甚至当我们知道控制它的方程最终是薛定谔方程的某种形式！

你可能会问“关于量子力学是什么呢？”近100年来，它在量子尺度上匹配我们所有的实验一直是巨大的成功。但量子力学实际上更像是一套我们用来表达我们的定律的规则，而不是一个最终的定律本身。例如，粒子物理学的标准模型、超导理论和原子光谱理论都被用量子力学的规则建立，但它们与彼此几乎没有什么来做的。此外，空间和时间是不得不被手工输入到理论中的变量，当空间和时间应该自然的从任何终极物理定律中出来时。这也许仍然是基础物理学中看不到任何解的最大秘密。

很难来想象，从现在一千年后的物理学家们仍然用量子力学作为自然的基本描述。到那时某些另外的东西应该取代量子力学就像量子力学本身取代牛顿力学一样。我没有这个其他东西可能是什么的想法，但我看不到我们的物理宇宙的描述似乎怎样来工作应该在21世纪初突然的达到顶峰并永远停留在量子力学上的特别原因，那将是一个真的令人沮丧的想法！

牛顿的定律对300年超常的成功，但随我们学到更多关于宇宙的我们必须超过他们，将来有一天对量子定律也应该发生。

任何这样的未知的未来新理论必须建立在量子力学的物理基础上，就像量子力学建立在经典力学的基础上一样。我们的物质世界的理解一定无限的继续，不被寻求终极法则阻碍。物理学的定律不断进化------它们永远不是终极的。

桑卡尔·达斯·萨尔马（Sankar Das Sarma） 是大学公园马里兰大学分校的一名理论物理学家。他的兴趣是多样的，从物质的奇怪性质到在量子领域中信应该如何理解。

https://www.newscientist.com/article/2349359-why-the-laws-of-physics-dont-actually-exist/