本文基于回答网友问题:为什么物理学家相信地球上的物理规律推广至宇宙范围还能成立?

我的回答是:不是物理学家相信不相信的问题,而是事实就摆在那,由不得谁相信不相信。物理学家只不过是一群发现规律并研究规律的人罢了,除了物理学家,还有许多科学家也在发现和研究规律,如天文学家、地理学家、化学家、生物学家等等。

这些发现和研究规律的人们,本来就不只是局限于地球,许多发现本来就是从宇宙中来的。宇宙是什么,是我们认知的所有,包括地球上的一切,因此,即便在地球上发现的,也是宇宙的一部分。

人类对地球和宇宙的观测、探索得到的认知,只有符合自然规律的才叫科学,如果只是从表面现象去了解,然后牵强附会得到的认识,如果不符合自然规律,就不是正确的认识。因此,只要是真正的科学发现就是对自然规律的认识,都是推广至宇宙范围还能够成立的。

1、爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论,是迄今为止对宇宙运动规律最深刻和最准确的解释,狭义相对论是通过光速极限和光速不变原理,论证了时空物质三者不可分割的统一性和相对性;广义相对论是通过建立引力场方程,论证了质量会导致时空弯曲,由此形成的各种效应。

一个是狭义相对论中的速度时间膨胀效应,说的是速度与时间的关系,又叫钟慢效应,就是速度越快地参考系里时间流逝得越慢,反之越快,遵循的公式为:t=t/√[1-(v/c)^2]

这里,t表示时间膨胀效应值,t是低速系或者说我们地球上观测者的时钟,v为第二个时钟相对低速系时钟的移动速度,c为光速。

有很多人认为这只是想象,因为这种效应在速度接近光速时才能够明显,而人类现在旅行的速度很慢,不要说接近光速,就是光速的百分之一也无法达到,这样就既无法在地球更无法在宇宙中验证这种效应。

其实这种效应早就验证过了,所有验证都精准符合爱因斯坦速度时间膨胀效应公式。如GPS导航系统,就必须运用相对论时间膨胀效应公式调整高空卫星和地面时间,才能让导航精准;在飞往星际的探测器上,同样需要这种调整,才能到达目标。

在微观粒子领域,由于其运动速度快,就更能验证这种效应了。μ子是一种轻子,质量约为电子的207倍,在实验室中μ子的平均寿命只有2.197μs,也就是0.000002197秒。当宇宙射线轰击大气层时,会有一定量的μ子产生,但由于其寿命太短,理论上是无法到达地球表面的。

但事实上,科学家们还是在地球表面检测出了许多μ子留下的痕迹,这是为什么呢?其实就是由于μ子速度接近光速,时间膨胀效应让其寿命大大延长,它们才能够到达地球表面留下痕迹。

另一个例子是广义相对论的时空弯曲理论,就是在质量作用下会导致时空弯曲,质量越大时空弯曲得越厉害,光线也会顺着弯曲的时空前行。早在广义相对论出台不久的1919年,著名天文学家爱丁顿就率领远征队,特意从英国前往遥远的非洲,通过观察日食验证了经过太阳这个大质量天体附近时的星光的弯曲情况,经过计算,弯曲度与爱因斯坦场方程计算相符。

随后,广义相对论的理论预言一个个被证实,如黑洞被发现,就是时空弯曲达到无限曲率的例子;还有著名的水星近日点进动问题,也符合理论预期;引力透镜、引力波、引力红移、引力时间膨胀效应等等相继被发现和验证,都证明了无论距离我们多远,宇宙天体都受到这个规律控制。

2、现在的化学周期表上有118种元素,其中自然界存在92种,人造元素26种,这118种元素在宇宙任何地方都适用。现在人类的探测器已经到达过太阳系所有行星,还到过一些矮行星和卫星,通过分析那里的大气和地质状况,不外乎都是由这些元素组成。

人类的探测器虽然还无法飞到太阳系以外,但望远镜已经能够看到距离我们135亿光年的地方,也就是135亿年前的宇宙,那时还是宇宙刚诞生不久,通过光谱分析,宇宙所有能见天体也是由已经发现的这些元素组成。

为什么人类能够通过观测,得到遥远物质的成分呢?这是因为科学家们可以在实验室模拟各种宇宙环境,如在强子对撞机中得到10万亿度的高温,模拟了宇宙大爆炸万亿分之一秒时的状态;也能够在实验室得到各种元素在不同环境温度下的光谱标准,就可以套用在对遥远距离天体的观测上。

3、地球演化和生命进化,也受到宇宙大环境的制约。人类在地球上发现的任何事物或规律,都不是地球上孤立存在的,而是与宇宙演化这个大环境息息相关,并受到其制约。因此现在研究的地球构造、环境气候、生命起源与进化等所有学科,都不能不与宇宙演化结合起来。

现代宇宙标准模型认为,宇宙诞生于138亿年前,太阳系诞生于46亿年前,地球随着太阳系同时诞生,生命在40亿年前左右出现,生命从最原始的原核单细胞,分化进化到如今千姿百态的动物、植物、微生物物种,每一步灭绝和再生,都与太阳系的运动导致地球环境变化有关。

所以,地球上发现的一切规律,都是宇宙规律的一环,当然就能在整个宇宙适用了。

一个倾向是,认为科学发现是人类短浅目光的看法,根本不能代表宇宙规律。在我文章的评论区里,经常看到这样的言论:用才100年的科学去衡量宇宙是自不量力、人类看宇宙就如蚂蚁看人类、科学不能证明的东西不等于不存在等等。

另一个倾向是,凭着东拼西凑的一点吃喝拉撒的常识,就脑洞大开,随意贬损已经被科学界公认的科学发现和理论,提出自己惊世骇俗的理论,认为洞悉了宇宙真谛。如声称推翻了相对论、发现“加速系+引力波+物质波”,要卖肝卖肾争诺奖等等。

这两种倾向都是不具备科学精神,不懂科学方法的反智反科学的认识。人类有记载的历史才几千年,有科学的历史才几百年,对宇宙的认识当然还很有限,但只要是科学,就必须是拨开现象看本质,从规律上得到的发现和理论。否则就不是科学,或者是伪科学。

人类经过几百年的发现和探索,已经积累了一系列的理论,如我们从小学到大学学习的数理化知识;有了一整套观测和认知世界的方法,如依靠望远镜和显微镜观察世界,采取定性和定量的方法分析世界等等。

科学精神就是承认人类文明的成果,并愿意遵从科学界经过长期实践证实的理论和方法来进行科学发现和研究;科学方法就是用已经形成的定律和公理进行逻辑论证,采用科学界公认的方法观测、实验和实验,并经得起任何人采用这些方法重复检验。

这样得到的成果,就是科学成果。凡是科学的成果,尤其是基础科学,是对自然规律的认识,没有国界和地域限制,也是放之四海方知宇宙而皆准的。

而那些凭着吃喝拉撒的常识,顺着自己的想象任意得出的结论,既不能通过科学理论进行逻辑自洽,也无法用世界公认的科学方法验证,由此科学界根本不会搭理,甚至嗤之以鼻。

由此,就引起一拨人的公愤,认为科学界排挤这些“民间科学家”,悲愤莫名,要“卖肝卖肾争诺奖”,但诺奖同样只认用科学理论和科学方法验证的成果。因此,这种人虽然卖了一顿悲催,但这种所谓“科学成果”到了哪个科学殿堂,都会被拒之门外。他们只有一条路,就是忽悠不具备科学常识的瓜民,危害人间。

科学史学家把这种人称为“民科”,可能许多人对“民科”这个词很反感,认为难道民间科学家就不值得尊重吗?其实这是偷换概念,所谓“民科”并不是指民间科学家,也不是只有民间才有,而是指那些仅凭妄想就企图推翻某个重大科学理论、创立自己“伟大”理论的“妄人”群体。

不管是民间人士还是“官家”人士,只要具备科学精神,按照科学规律和科学方法得到的发现和理论成果,这些发现和成果有能经受任何科学机构的重复验证,得到的成果就是科学成果,就是对自然规律的发现和利用。

人类现在的文明程度还很低,根据卡尔达舍夫指数来测算,人类文明程度还只有0.73级,连一级都没有达到。而二级和三级宇宙文明是我们想都不敢想的“神级”文明,因此,科学技术的发展还任重道远。

宇宙中还有许多人类没有发现和认识的东西,比如暗物质和暗能量。别说整个宇宙,就是在地球上,也还有人类没有探知的许多问题,等待科学去发现和认识。因此,科学发现和理论对整个宇宙通用,并不是说对未知世界的通用。

每个阶段的科学都不是终极真理,都可能有不准确甚至错误谬误的地方,随着研究和发现的进一步深入,许多发现和理论都有可能需要修正甚至被否定,这并不等于现在的科学就不是科学。现在的科学永远是现在最正确的认识,只有当更深刻的认识否认了这个认识,这个科学才应该被摒弃。

就像哥白尼发现了日心说,后来天文学又发现了更大的宇宙,否定了日心说;爱因斯坦发现了相对时空观和时空弯曲,否定了牛顿的绝对时空观。这并不能说哥白尼和牛顿就不是科学家了,正是他们的理论推动了时代的进步,人类才走到今天,他们永远是科学大牛。但他们的理论,只能定格在科学发展史某一个片段上。

我们还要注意区分某些人常挂在嘴边的一句话:没有发现不等于不存在。这话貌似正确,科学家们都是比我们聪明许多的人,当然知道没被发现的并不等于不存在。但说这话的人表达的并不是文字本身的意义,而是另有文章。

这些人反对的是因为没有科学证据而不被承认的存在,如认为UFO就是外星人飞船、人类文明已经出现过多次之类的传言。经过几十年的科学探索,从来没有这方面的确凿证据证明地球有过外星人或外星飞船出现过,而且考古和基因学早已证实了现代人类是地球唯一文明,于是这些人就说:没有证据的东西并不等于不存在。

所以,这帮人并不是要说没有发现的东西不等于不存在,而是硬要顺着其妄念去认定某些没有证据甚至已经证明不存在的事情是存在的。

科学对于没有证据证明存在的事情,就不承认其存在,这是基于科学的严谨性,而不是说当有证据出现时还睁着眼睛说瞎话。自从伽利略开创了实验科学方法以来,科学发现和科学理论,就必须能够用科学方法重复验证,才成其为科学成果。

科学探索永无止境,是在否定之否定中前行的,永远在路上,没有终点。但科学在否定之否定中螺旋式上升的规律,必须与毫无根据地胡说八道区别开来,这才是正确的认识论。

这两天,饶毅炮轰华大基因CEO尹烨的又上了热搜,这应该是一场严谨科学与拍脑袋胡侃的伪科学之间的论战,如果你仔细了解其中的论点和论据,就会对科学有一个更深的理解。欢迎讨论,并将您的想法发在评论区,谢谢。

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