Gelten die Gesetze der Physik überall im Universum?

Es gibt eine weitere Frage auf dieser Seite darüber, ob sich die Gesetze der Physik im Laufe der Zeit ändern. Ich denke, dass die Antworten darauf (einschließlich meiner) ziemlich perfekt auf diese Frage zutreffen, ob sich die Gesetze im Weltraum ändern.

Wir erwarten , dass die Grundgesetze der Physik im gesamten Weltraum gleich sind. Wenn wir feststellen würden, dass dies nicht der Fall ist, würden wir stark erwarten, dass dies bedeutet, dass die von uns entdeckten Gesetze nicht die grundlegenden sind.

Es ist sehr vernünftig zu fragen, ob die Gesetze, wie wir sie derzeit verstehen, in Bezug auf die Position variieren. Die Leute versuchen, diese Dinge von Zeit zu Zeit experimentell zu testen. Zum Beispiel sind einige Experimente zum Testen, ob sich die Fundamentalkonstanten mit der Zeit ändern, auch empfindliche Variationen der Fundamentalkonstanten mit der Position.

Einige kosmologische Theorien, insbesondere solche, die unter die Überschrift „Multiversum“-Theorien fallen, lassen die Möglichkeit zu, dass die Gesetze in verschiedenen Regionen des Weltraums unterschiedlich sind, wenn auch im Allgemeinen nur in Größenordnungen, die viel größer sind als das, was wir beobachten können. Im Allgemeinen sind in solchen Theorien die wirklich grundlegenden Gesetze überall gleich, aber die Art und Weise, wie sich die Evolution des Universums in verschiedenen Regionen abgespielt hat, ist so unterschiedlich, dass die Gesetze ganz anders erscheinen .

Dies kann unter anderem durch den Mechanismus der spontanen Symmetriebrechung geschehen. Als das Universum von sehr hohen Temperaturen abkühlte, durchlief es wahrscheinlich verschiedene Übergänge, mehr oder weniger wie Phasenübergänge, bei denen ein anfänglich symmetrischer Zustand in einen weniger symmetrischen Zustand übergeht. Bei diesen Übergängen kann es unterschiedliche Wege geben, wie der Endzustand zustande kommen kann, und sie können ziemlich dramatisch unterschiedlich sein – es können zum Beispiel völlig unterschiedliche Arten von Partikeln existieren. Es könnte verschiedene Regionen des Universums geben, in denen die Symmetriebrechung unterschiedliche Wege ging, in welchem ​​​​Fall die "scheinbaren" Gesetze in verschiedenen Regionen völlig unterschiedlich wären, aber wahrscheinlich nur auf Skalen, die viele Größenordnungen größer sind als das, was wir sehen können.

Das Ziel der physiktheoretischen Forschung ist es, die "Gesetze der Physik" mathematisch so zu formulieren, dass die Formeln überall im beobachteten/bekannten Universum funktionieren. Wir können unsere unmittelbare Nachbarschaft gut testen, Signale analysieren, die vom Beginn des Urknalls kommen, und erwarten, dass die endgültige Theory Of Everything (TOE) durch das Ganze konsistent sein wird. Die Physik ist noch nicht da.

Eine Sache, die nicht erwähnt wird, ist der Satz von Noether . Dieser Satz besagt, dass es bei Symmetrie im System auch eine Erhaltungsgröße gibt und umgekehrt.

Einige Beispiele für das Theorem in Aktion:

• Rotationssymmetrie$\leftrightarrow$Drehimpuls. Wenn Sie ein Experiment einrichten, ändert sich sein Verhalten nicht in Abhängigkeit von der Richtung, aus der Sie das Experiment beobachten. Diese Symmetrie ist Rotationssymmetrie, und ihre Existenz impliziert, dass der Drehimpuls erhalten bleibt.
• Zeitsymmetrie$\leftrightarrow$Energie. Die Ergebnisse von Experimenten hängen nicht davon ab, wann sie durchgeführt werden. Dies ist Zeitsymmetrie und impliziert, dass Energie erhalten bleibt.
• Translationale Symmetrie$\leftrightarrow$linear Momentum. Wenn die Gesetze der Physik nicht davon abhängen, wo das Experiment durchgeführt wird, dann bleibt der lineare Impuls erhalten.

All diese Dinge können getestet werden. Wenn wir die Drehimpulserhaltung messen, wissen wir, dass Rotationssymmetrie vorliegt. Wenn wir in ähnlicher Weise die Erhaltung des linearen Impulses messen – und das tun wir –, dann hängen die Gesetze der Physik nicht von der Position ab. Mit anderen Worten, sie funktionieren überall im Universum.