¿Evolucionan las leyes de la física?

Question

La constante de Hubble $a(t)$ parece estar cambiando con el tiempo. La constante de estructura fina $\alpha$ como muchas otras en la QFT, es una constante de funcionamiento que varía, proporcional a la energía que se utiliza para medirla. Por lo tanto, se podría afirmar que todas las constantes de funcionamiento han "evolucionado" con el tiempo a medida que el Universo se ha expandido y enfriado. Tanto la curvatura local como la global del Universo cambian con el tiempo, lo que implica que también lo hace el valor numérico de $\pi$ . Sin embargo, todas estas cosas son constantes (bueno, digamos parámetros ya que no son realmente "constantes").

En una discusión con el astrónomo Sir Fred Hoyle, Feynman dijo " ¿qué es lo que hoy no consideramos parte de la física, que a la larga puede llegar a serlo? " A continuación, dice " es interesante que en muchas otras ciencias haya una pregunta histórica, como en la geología: ¿cómo evolucionó la Tierra hasta llegar a su estado actual? En biología, ¿cómo evolucionaron las distintas especies hasta llegar a ser como son? Pero el único campo que no admite ninguna pregunta evolutiva es la física. "

Entonces, ¿las leyes de la física han permanecido invariables en cuanto a la forma a lo largo del tiempo de vida del Universo? ¿La reciente comprensión de las mencionadas constantes no tan constantes se filtra de alguna manera en la forma real de las ecuaciones que se utilizan? ¿Los avances en las observaciones astronómicas, que nos permiten retroceder en el tiempo hasta el CMB, nos han proporcionado alguna prueba que sugiera que las leyes de la naturaleza han evolucionado? Si Feynman piensa que " Podría resultar que no son iguales todo el tiempo y que hay una cuestión histórica, evolutiva. ", entonces seguramente es una pregunta que merece la pena hacerse.

NB/ Para que quede claro: se trata de una cuestión puramente física, de si las ecuaciones cambian a medida que el Universo envejece y de si hay alguna prueba observacional de ello. No pretende ser una oportunidad para una discusión filosófica.

Answer 1

Para muchos (¿la mayoría? ¿todos?) físicos, es algo así como un axioma (o un artículo de fe, si lo prefiere) que las verdaderas leyes no cambian con el tiempo. Si descubrimos que una de nuestras leyes sí cambia, empezamos a buscar una ley más profunda que subsuma a la original y que pueda considerarse universal en el tiempo y el espacio.

Un buen ejemplo es la Ley de Coulomb, o más generalmente las leyes del electromagnetismo. En cierto sentido, se podría decir que la Ley de Coulomb cambió de forma con el tiempo: en el Universo primitivo, cuando la densidad de energía era lo suficientemente alta como para que la simetría electrodébil no se rompiera, la Ley de Coulomb no era cierta en ningún sentido significativo o medible. Si pensáramos que la Ley de Coulomb hoy es una ley fundamental de la naturaleza, entonces diríamos que esa ley cambió de forma con el tiempo: antes no era cierta, pero ahora sí. Pero, por supuesto, no es así como solemos pensar en ello. En cambio, decimos que la Ley de Coulomb nunca fue una ley fundamental de la naturaleza realmente correcta; siempre fue sólo un caso especial de una ley más general, válida en determinadas circunstancias.

Un ejemplo más interesante, en la misma línea: Muchas teorías sobre el Universo primitivo implican la idea de que el Universo en el pasado estaba en un estado de "falso vacío", pero luego nuestra parte del Universo decayó hasta el "verdadero vacío" (¡o quizás sólo otro falso vacío!). Si estuvieras en esa época, sin duda percibirías eso como un completa cambio en las leyes de la física: las partículas que existían, y las formas en que esas partículas interactuaban, eran completamente diferentes antes y después de la desintegración. Pero tendemos a pensar que eso no es un cambio en las leyes de la física, sino un cambio en las circunstancias en las que aplicamos las leyes.

La cuestión es que cuando se trata de plantear una pregunta sobre si las leyes fundamentales cambian con el tiempo, hay que tener cuidado de distinguir entre las cuestiones de física real y las meramente semánticas. El hecho de que el Universo haya pasado por uno de estos falsos decaimientos del vacío es (para mí, al menos) una pregunta de física muy interesante. Me importa mucho menos si describimos tal decaimiento como un cambio en las leyes de la física.

Answer 2

Si las leyes de la física "evolucionaron", entonces la ley que rige esta evolución sería su nueva ley de la física, siempre y cuando tenga sentido positivista (es decir, no sea el último jueves) y tengamos suficiente evidencia para decir que es probable .

Nota respecto a tu afirmación sobre la biología y la geología: las leyes de la biología y la geología no evolucionan, al igual que las leyes de la física (incluidas las de la biología y la geología) no evolucionan. La biología y la geología estructuras evolucionan, al igual que las estructuras físicas (incluidas las biológicas y geológicas). No sé cómo confundes ambas cosas.

Hay algunas hipótesis que afirman que hay un conjunto de valores en evolución para ciertas constantes físicas -- (probablemente están equivocadas, pero es divertido pensar en ellas)

La hipótesis de los grandes números de Dirac

Algunas coincidencias numerológicas como $\frac{r_H}{r_e} \approx 10^{42} \approx \frac {R_U}{r_e}$ , $r_e = \frac {e^2}{4 \pi \epsilon_0 m_e c^2}$ , $r_H = \frac {e^2}{4 \pi \epsilon_0 m_H c^2}$ , $m_H c^2 = \frac {Gm_e^2}{r_e}$ se utilizan para afirmar que "los valores de las constantes cambian con el tiempo", ya que algunas de estas constantes (como $R_U$ el radio del universo, y todo lo que tenga un subíndice $H$ una partícula hipotética con el radio del universo) varían claramente. Dirac también planteó la hipótesis de que estas coincidencias podrían explicarse con una constante gravitatoria variable, $G = \left(\frac{c^3}{M_U}\right)t$ (que es impar, porque se espera una simetría entre el espacio y el tiempo).

Teoría de Brans-Dicke

Esto modifica la RG sustituyendo $1/G$ con un campo escalar $\phi$ recogido a través de la ecuación de campo $\frac{\partial ^ 2}{\partial a^2}\phi^a_a= \frac{8\pi}{3+2\omega}T$ para alguna constante de acoplamiento $\omega$ .

Answer 3

No son las leyes de la Física las que evolucionan, es nuestra comprensión de ellas la que lo hace. Bueno, no puedo demostrar que existan leyes constantes a priori que el Universo obedezca, pero seguro que he elevado esto prácticamente a un estado axiomático dentro de mi visión del mundo. Pero lo que llamamos "constantes" obviamente no tienen por qué ser constantes fundamentales -la única razón por la que se llamaron así en primer lugar es que las cantidades apareció ser constantes cuando se descubrieron por primera vez. La constante de Hubble es un excelente ejemplo: observó que el Universo parece expandirse con una velocidad constante en todas las direcciones, un descubrimiento sorprendente para una época en la que ni siquiera teníamos el modelo del Big Bang. Me imagino lo que pudo sentir en su momento al ver que se trataba de una constante arraigada en el tejido de nuestro Universo. Sin embargo, una mejor comprensión y mediciones más precisas muestran que, de hecho, la expansión del universo es acelerando por lo que la constante aumenta en el tiempo. Pero obviamente no son las leyes de la Física las que cambiaron, sino nuestra comprensión de ellas.

Answer 4

No está exactamente en línea con tu pregunta, pero quizás quieras echar un vistazo a la teoría de Selección natural cosmológica que dice que dentro de cada agujero negro se genera un nuevo universo con parámetros heredados de su universo matriz, sólo que ligeramente mutados. En este caso las leyes de la física serían evolución de a medida que cambian los parámetros. Además, acabo de hacer una pregunta al respecto aquí :)

Answer 5

(Esta respuesta está copiada en su mayor parte de ¿Funcionan las leyes de la física en todo el universo? ya que se aplica la misma esencia).

Teorema de Noether establece que si hay una simetría en el sistema, también hay una cantidad conservada, y viceversa.

Algunos ejemplos del teorema en acción:

• Simetría rotacional $\leftrightarrow$ momento angular. Si se monta un experimento, su comportamiento no cambia dependiendo de la dirección desde la que se observe el experimento. Esta simetría es la simetría rotacional, y su existencia implica que el momento angular se conserva.
• Simetría temporal $\leftrightarrow$ energía. Los resultados de los experimentos no dependen del momento en que se realicen. Esto es simetría temporal, e implica que la energía se conserva.
• Simetría de traslación $\leftrightarrow$ momento lineal. Si las leyes de la física no dependen del lugar donde se realiza el experimento, entonces el momento lineal se conserva.

Todas estas cosas se pueden probar. Si medimos la conservación del momento angular, entonces sabemos que la simetría rotacional existe. Del mismo modo, si medimos la conservación de la energía -y lo hacemos-, entonces las leyes de la física no dependen del tiempo. En otras palabras, no evolucionan (o si lo hacen, lo hacen muy lentamente, por debajo de nuestro umbral de detección).