是不是空間維度複雜到一定程度,就會自發產生一些物理規律?

時間 2021-05-11 19:27:00

1樓:

這個時候回答還為時尚早。

我們還沒搞清楚物理和數學的深層聯絡,現在所做的工作都是表象和描述,依然走在牛頓時代就開創的數學模型擬合物理實體的老路上,只是模型變得越來越複雜了。

或許有一天我們能自信地講,我們所面對的物理時空就是某個數學物件本身,而物質與相互作用也都同樣如此。

但現在還為時過早。

2樓:周周

我以為物理規律本就是宇宙自發產生。這種觀點有一定道理,比如我就聽說一切物理規律在奇點處會失效。我甚至認為一切皆有可能,可能會有天堂,可能會有地獄,為什麼不可以,科技,科學決定一切,只要文明足夠發達,一切皆可創造,一切皆有可能。

3樓:Aeroergy

非線性動力系統維數的確是非常要緊的事情。

對於自治系統來說,由於相空間軌線不能相交這樣混沌現象就不能形成,很多物理問題會變得沒有研究價值。。。

4樓:

維數較高帶來較豐富物理現象的例子 @Again

@風過無痕QAQ 等已經列舉過了,這裡我舉一些維數較低反而更加豐富的例子:任意子(Anyon)就需要二維體系。平均場方法對維數不小於4的Ising模型總是幾乎準確的,高維智慧型生物(如果有的話)並沒有很強的動機來研究Ising模型的精確解。

這恰好說明不是「空間維數高到一定程度就產生規律」,而是「不同的維數各有各的精彩」

5樓:

物理學裡面很注重自由度的,維度的增加大部分情況下會導致自由度的變化從而導致一系列的物理規律變化。

比如說三維系統的等離激元是有能隙的,但是二維的就無能隙。這就相當於從三維降到二維使得某些物理量從離散變成連續的,這就很有意思了。

但是我太菜了,所以也不能給答主更多的物理影象。

6樓:來自虛空的Xetta

就最簡單的例子來說,在顧樵的《數學物理方法》中,駐波振動的運動中,一維的線振盪會體現出週期常反性,而二維的膜振盪就絕對不會出現週期性。

7樓:韓如汐

是的。我來提供乙個例子。在統計物理學中,給定配分函式可以求出系統的全部熱力學性質。那麼,配分函式能否描述相變時各個物理學量的突變呢?

為了解決這一問題,物理學家提出了乙個簡化模型,即伊辛模型。這一模型考慮點陣上的相互作用系統,每個格點上的物質都只處於自旋向上或向下兩個狀態之一。

2023年伊辛求得了一維伊辛模型的精確解,遺憾的是在這個一維伊辛模型裡,相變並沒有自發地出現。這迫使物理學家轉而在更複雜的模型中尋求結果。

這項研究在2023年取得了突破。2023年,昂薩格求得了二維伊辛模型的精確解。他第一次清楚地證明,從沒有奇異性的哈密頓量出發,在熱力學極限下熱力學函式在臨界點附近呈現奇異性。

這是統計物理學最重要的成就之一。

我們看到,在一維情況下,伊辛模型中是沒有相變現象出現的,但是在二維伊辛模型中,卻出現了很明顯的相變現象。這就是乙個由於空間維數增高而產生新的物理現象的例子。

(部分內容節選自統計物理教材)

8樓:自學生

最簡單和最複雜的平行一對,是一對正和反三方平行的共同體,是一對中心六份表面的正方體規律模型。是自然界的基準規律。磁場和電場是一對正反體,是速度和力量的一對內外方向。

磁場的對磁極方向,是收縮和膨脹的一對力量空間。大自然的萬物,都是一對的半體和半數,是三方共同存在的時間基準規律。

9樓:leonards

不是空間維度,是空間結構。然而,非常簡單的空間結構卻有可能產生異常複雜的物理現象,大統一理論相信,物理世界的一切都起源於乙個或一組簡單的方程。

10樓:Dean

惠勒-德威特方程.

拓撲序的本質是長程量子糾纏。

量子糾纏產生時空。

宇宙生命萬物起源於量子位元和糾纏。

量子糾纏和量子相干形成DNA的雙螺旋結構。

11樓:木瓜

給題主提供乙個思路:

大學物理應該學過電磁理論,你知道所有這些跟電磁相關的現象都是所謂【電場、磁場這倆力場】和【電荷這類物質場】這兩類【物理物件】之間的【物理作用】產生的【物理效應】。

注1:至少在這裡的觀點來看,電場和磁場還是兩個本質上不同的東西--他們之間的關係僅僅是「有關」而已,這種「有關」由法拉第定律和安培-麥克斯韋定律來描述。同樣地,兩個勢(電標勢和磁矢勢)也是本質不同而互相關聯兩個物理量。

注2:這句話是為了防止有些人科普慣性太大而說的:上文所提的物質場只是說物質(粒子,whatever)在空間的乙個聚集/分布而已,跟量子理論沒有關係。

從理論力學的觀點來看,磁場效應其實是相空間 (而非構型空間 )的【彎曲】而帶來的辛結構上的影響;當然了,其他一般的力直接影響的是哈密頓量。換句話說,曾經的磁力,變成了相空間的彎曲;

既然引力是空間彎曲導致的,那磁力也是一樣的嗎?

從狹義相對論的角度來看,【兩個】互相交變的電場 和磁場 本質上是由【乙個】單獨的二階張量 描述的整體(的不同分量);【兩個】相關的物理量電標勢 和磁矢勢 本質上也是由【乙個】單獨的四維向量 描述的整體(的不同分量)。換句話說,曾經的「互相激發」這一套說辭,換成了「一體兩面」這種說辭;

從規範理論的觀點來看,電磁場的效應是【規範主叢的彎曲】(這和你在科普上看到的引力是時空彎曲有某種類似——一般來講,「彎曲」都是用一樣的數學工具和性質來描述的)。換個說法你可能感受的強烈一點:曾經的物理量,電磁張量,變成了「主叢上的曲率」這個數學量;

當然我還可以把話說得更絕:曾經的規範勢,變成了主從上的聯絡;曾經的規範場強,變成了主從上的曲率;甚至就連曾經的物質場,也變成了伴從上的截面。

注:勢、場強、物質場均為物理量;聯絡、曲率、截面均為數學量。

這樣的例子舉不勝舉。

所以現在你說,

磁力,到底是牛頓力學裡頭那個等於 向量呢,還是相空間彎曲的效應呢?

電場和磁場,到底是兩個力場,還是同乙個張量場,還是乙個數學上的曲率呢?

電磁勢,到底是乙個標量和乙個向量,還是乙個單獨的四維張量,還是乙個數學上的聯絡呢?

電荷,到底是一群帶電的粒子,還是乙個物質場,還是數學上的截面呢?

到底是互相激發呢,還是一體兩面呢?

要注意到,關於經典電磁現象的完備理論,早在麥克斯韋時代就已經全部做完了(不提量子理論)。換句話說,以上所有這些不同的說法,和你在大學物理學的那一套電磁場方程沒有任何本質上的區別——甚至在解釋日常現象方面麥克斯韋那一套還要更好使——即便後來人們發展出了這些不一樣的各種描述方法,但是著並沒有給人類對於電磁現象的研究帶來任何【新的】物理——他們沒有預言新的物理現象,沒有解釋以前的理論不能解釋的問題,沒有做出更精細的修正。

對於其他領域的很多物理來說也是這樣,其實硬要深究它到底是個物理定律還是個數學結論,沒有很大的意義——因為你再數學化的語言,我都能說的聽起來十分的物理;你再樸素的物理描述,我也能給你改造的數學味很重。引力理論也是這樣,經典力學也是這樣,守恆律也是這樣。我問你,滿足平移對稱的物理系統有動量守恆定律,和動量是空間平移群的生成元,聽起來有區別嗎?

(我甚至覺得要不是量子力學發展的話,分析力學估計只是個很小眾的領域了2333)

(扯遠一點。其實要說回來,人們直觀上的對「物理」和「數學」的分界線在哪呢?這本來就是個十分模糊的界定。

諸如電場、磁場一類名詞,可能感覺很物理了,然而這不過是因為你在物理課上見得多了而已;要說起來,場,還是數學上向量分析的那一套呢。而「電磁規範主叢」,這是個什麼東西?

其實仔細看來,物理上的名詞大多是個二元組:物理本性+數學描述,比如電、磁都是物理的,場、主叢都是數學的。從這個角度看,其實「電磁規範主叢」這個名字的命名法和「電場」這個名詞沒有本質的區別。

見得多了的人,當然覺得這很平凡;而沒有接觸過的人往往過分關注它那較為陌生的一部分。但是關於物理現象的科普往往中學就做的不錯了,即便是研究「量子佛學」的人也總聽說過「電磁」這種詞彙,而數學名詞,諸如「規範主叢」,恰恰就是人們較為陌生的那部分,也就是人們會過分關注的那部分——正因如此,才會有題主那種「數學化」的錯覺。)

另乙個角度來看,這也就根本不是什麼「數學上自發產生了物理」,而是物理學家不斷地在不同的適用場合尋找好使的數學工具來方便計算/理解/使用罷了。

——畢竟,數學上發展地如火如荼而(起碼現在還)找不到其物理意義的理論,太多太多了。而按照你所想,乙個被那麼多人研究那麼久的數學領域,沒有個物理對應反倒還不正常了。

這種時候如果你還要去分辨,

りんご這樣乙個詞彙,是否是在日語之中自發產生的呢?

是否只要一門語言複雜到一定程度,就能自發出現「蘋果」這個詞呢?

「яблоко」這個詞被翻譯家解釋成了蘋果這種東西,從俄語詞彙轉換為了一種水果。

還有南韓諺文詞彙「」,歸根結底也是英語發音所致(韓語裡面發音為aepeul)。

我還聽說過,每乙個常用的義大利語詞彙,就對應乙個常用的法語詞彙,這種義大利人與法國人的契合度,不得不讓我想起了 沒什麼沒什麼(

這樣下去的話,我只能說一句:

施主,你著相了。

12樓:

我覺得不會,空間維度的複雜其實就可以看作是一種嫡增的構成,既然是乙個不斷嫡增的過程,那麼物理規律就在不斷變化,也就沒有乙個永恆普世性的物理規律

13樓:papajinoo

我在想意識是不是因為物質結構極度複雜、極度精細達到一定複雜程度產生的規模化效應。也許有著特別複雜結構的無機世界也有意識,或者說萬物都有意識只是程度不同..比如一塊石頭。

可能也有它石頭的微弱意識

14樓:靈劍

分幾點,首先模型足夠複雜就可以擬合出任意的實驗結果,馮諾依曼就說過「給我四個引數我能擬合出大象,五個引數我還能讓它的鼻子晃起來」,所以是否真的正確還是要看是不是真的能做出驚人的預言並且與實驗相符,僅僅是擬合現有的觀測資料還不能說明問題。

至於數學可以描述物理,這個很正常啊,數學最初被發明出來的時候就是從現實事物抽象出來的,任何學科的定量精確描述都是離不開數學的,物理自然也不例外。

至於空間對稱性和守恆律的關係,其實原理也不複雜,把物理體系用方程描述出來之後,如果發現這個體系關於某個因素是對稱的,比如關於空間座標平移是對稱的,那麼按對稱性變換這個座標應該不影響物理體系,也就能匯出乙個偏導數為0的式子,展開就變成了乙個守恆律(這裡如果描述的有問題請糾正),它們本來其實就是兩種不同的描述角度。

至於物理規律是怎麼產生的,這個問題就難以回答了,但我不認為這是數學導致的必然結果,因為通過引入不同的公理體系可以產生完全不同的數學體系,而其中只有我們常用的這一種比較適合描述現實世界;也有許多數學分支本來就是為了更好地描述物理現象而被發展出來的。不如反過來說,宇宙的物理規律一定要有一定程度的複雜性,才能產生足夠複雜的世界,然後才能從其中誕生出智慧型生物,以至於可以理解和發展數學,這樣可能會更合理一些。

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