笔锋沾满了鲜血,仿佛是一枚红色的眼睛。
林恩开始了书写,数学宇宙最底层的逻辑。
物理规律到底什么才是最基本的?
能量守恒?动量守恒?信息守恒?
奠定经典物理的牛顿三大定律?
被公认为最美公式的麦克斯韦方程组?
描述四大基本力的方程?
推动宇宙演化的熵增定律?
量子力学最基本的薛定谔方程,以及相对论中的光速不变原理、广义相对性原理和强等效原理?
……
物理中有太多一听就让人觉得“很基本”,且放诸四海而皆准的公理与假设。
但林恩要的不是这些。
首先这些理论,在这个世界还没有得到证实。
能量守恒、动量守恒这些是没问题。
可是光速不变、薛定谔方程、麦克斯韦方程组是否成立?
没有验证之下,林恩并不确定。
其次,以上这些法则,只能在它们各自的领域,扮演者“最基本”的角色。
而无法上升到整个物理学。
而能被称为全部物理学,乃至整个科学界第一原理的,可能只有一个,那就是——最小作用量原理。
最小作用量原理有众多的表述形式,简单来说就是物质总是沿着消耗能量最低的路径运动。
也就是,物质都很懒。
能走一步,就不走两步;能坐着,就不站着;能躺着,就不坐着。
这被许多物理学家认为是科学的第一原理,公理中的公理。
不光物质,似乎连人类都被宇宙第一原理支配了。
不爱学习,不爱工作,不爱码字,喜欢赖床……
林恩早就知道,他穿越到的这个异世界也遵循最小作用量原理,想验证很简单,拿一根绳子,令其自然垂下,绳子垂下的曲线是双曲余弦线,这是让系统势能最低的线。
观察光路,光走直线也是因为最小作用量原理,简单说就是光太懒了,懒得绕路,包括光入水发生折射的时候,都是因为光想走用时最短的路。
从山顶扔一块石头,它会滚到山下,因为山下能量更低,躺着更安逸。
牛顿第一定律,也是因为最小作用量原理,在不受外力的情况下,物质懒得改变自己的运动状态。
清晨叶子上的露珠,它是椭球型的,也是因为露珠要在液体表面张力和重力的共同作用下找到势能最低的点,简单来说就是露珠想用一个最舒服的姿势躺着。
宇宙中所能看到的一切,从交织流转的星云,到微不可见的粒子,我们一切能看到的、触摸的,看不到的,甚至想不到的,都遵循最小作用量原理。
如果说,有万能的规则之神创造了这个宇宙,那么最小作用量原理,就是规则本身,它是创造宇宙的图纸。
不过,创造宇宙光有图纸还不够,还需要创造规范。
这就是林恩想铭刻的另一条基本法则——对称性。
所谓对称性,就是字面意思的对称。
蝴蝶合上翅膀,左右对称,这是折叠对称。
猪八戒照镜子,镜子里外对称,这是镜面对称。
一个足球放在华夏是足球,运送到巴西也是足球,这是空间平移对称。
三角形转个圈,还是三角形,这是空间旋转对称。
以上听起来都像是废话。
可是却有一个伟大的数学家诺特(女性科学家中最伟大的那位,没有之一),以对称性为基础,创造了诺特定理,即,每一种对称性,对应着一个守恒量。
这章没有结束,请点击下一页继续阅读!比如能量守恒本质上是物理规律的时间平移对称性(即任凭时间变化,规律不改)。
动量守恒,其实是物理规律的空间平移对称性(华夏能做成功的物理实验,在米国也成功)。
角动量守恒,其实是物理规律的空间旋转对称性(实验台朝南时候实验成功,朝北也会成功。)
其它诸如电荷守恒、色荷守恒。
物理当中的所有守恒,归根结底都是对称性。
上帝是个完美主义者,祂喜欢对称。
而杨振宁的两个最重要的成就——宇称不守恒和杨米尔斯方程,也都和对称性有关。
前者告诉你物理规律有时候不是镜面对称的,这引起物理界的巨大地震,泡利直呼上帝不是左撇子,布洛赫说宇称不守恒他就把帽子吃了,费曼打赌杨振宁胡说八道并建议给出1:1000的赔率。
然而吴健雄女士的实验结果一出,全部打脸。
要是宇称不守恒能爆头的话,估计五十年代的物理学家除了杨振宁、李政道和吴健雄外,都要团灭。
至于后者杨米尔斯方程是诺特定理的推广,也是对称性的描述,这成为标准模型的基础。
从最小作用量原理,和对称性出发。
可以推导出除了热力学外,几乎所有的物理规律!
只要是可逆过程的(热力学不是可逆过程),刨根问底之下,都能归结到最小作用量原理和对称性上。
就拿牛顿三定律来说。
牛一定律可以从最小作用量原理推出来。
牛三定律可以从空间平移对称性推出来。(作用力等于反作用力本质上是动量守恒的推论)
而至于牛二定律,其实它本质上不是定律,而是牛顿对力的定义——力的本质是人们描述物体相互作用的工具,它的大小都是人们定义出来的。
可以说,最小作用量原理是创造宇宙的图纸,而对称性则是这张图纸的绘制规范。
林恩要铭刻的,就是这两条原理。
铭刻了它们,几乎等于铭刻了整个宇宙。
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