人類が地球上で発見した物理法則がなぜ宇宙全体に適用できるのでしょうか?

この記事は、ネットユーザーからの質問に答えるものです。物理学者はなぜ地球上の物理法則が宇宙にまで拡張されても依然として有効であると信じているのでしょうか?

私の答えは、「物理学者が信じるかどうかの問題ではなく、事実は存在しており、誰もそれを信じるかどうかを決めることはできない」ということです。物理学者は法則を発見し研究する人々の集団にすぎません。物理学者以外にも、天文学者、地理学者、化学者、生物学者など、法則を発見し研究している科学者はたくさんいます。

自然の法則を発見し研究した人々は地球だけに限られませんでした。多くの発見は宇宙からもたらされました。宇宙とは何でしょうか？それは地球上のすべてのものを含め、私たちが知っているすべてのものです。したがって、地球上にあるものも宇宙の一部なのです。

人間が地球や宇宙の観察や探査から得た知識は、自然の法則に従っている場合にのみ科学と呼ばれます。表面的な現象からのみ理解し、それについて無理のある仮定を立てると、それが自然の法則に従わない場合は正しくありません。したがって、それが真の科学的発見、つまり自然法則の理解である限り、それは宇宙の範囲にまで拡張することができます。

いくつか例を挙げると、

1. アインシュタインの特殊相対性理論と一般相対性理論は、宇宙の運動の法則をこれまでで最も深遠かつ正確に説明した理論です。特殊相対性理論は、光速度の限界と光速度不変の原理を通じて、空間、時間、物質の不可分な統一性と相対性を証明します。一般相対性理論は、重力場方程式を確立することによって、質量が時空の曲率とこれによって形成されるさまざまな効果を引き起こすことを証明しています。

これらの内容は説明するのが複雑ですが、主張の中にはより具体的なものもあります。

1 つは特殊相対性理論における速度時間の遅れ効果です。これは速度と時間の関係について述べており、時計の遅れ効果としても知られています。つまり、速度が速いほど、基準フレームでの時間の経過が遅くなり、逆もまた同様です。式は次の通りです: t'=t/√[1-(v/c)^2]

ここで、t' は時間の遅れ効果を表し、t は遅い時計または地球上の観測者の時計、v は遅い時計に対する 2 番目の時計の速度、c は光の速度です。

この効果は速度が光速に近い場合にのみ明らかであり、人間の移動速度は現在非常に遅いため、これは単なる想像に過ぎないと考える人が多い。光速に近づくどころか、光速の1パーセントにも到達できません。したがって、この効果は宇宙はもちろん、地球上でも検証できません。

実際、この効果はずっと以前に検証されており、すべての検証はアインシュタインの速度-時間の遅れ効果の公式に正確に一致しています。たとえば、GPS ナビゲーション システムは、正確なナビゲーションを実現するために、相対論的な時間の遅れ効果の式を使用して、高高度衛星と地上の間の時間を調整する必要があります。この種の調整は、目標に到達するために星間空間を飛行する探査機にも必要です。

微粒子の分野では、移動速度が速いため、この効果はより簡単に検証できます。ミューオンは電子の約207倍の質量を持つレプトンです。実験室では、ミューオンの平均寿命はわずか 2.197μs、つまり 0.000002197 秒です。宇宙線が大気圏に衝突すると一定量のミューオンが発生しますが、その寿命が短すぎるため、理論的には地球の表面に到達することはできません。

しかし実際には、科学者たちは地球の表面にミューオンの痕跡を数多く検出しています。これはなぜでしょうか?実は、ミューオンの速度は光速に近く、時間の遅れ効果によって寿命が大幅に延びるため、地表に到達して痕跡を残すことができるのです。

もう 1 つの例は、一般相対性理論における時空の曲率の理論です。この理論では、質量によって時空が曲がると主張しています。質量が大きいほど時空の曲率が大きくなり、光も曲がった時空に沿って移動します。一般相対性理論が発表されて間もない1919年に、有名な天文学者エディントンがイギリスから遠く離れたアフリカまで探検隊を率いました。彼らは日食を観測することで、巨大な天体である太陽の近くを通過するときに星の光が曲がることを確認しました。計算の結果、曲率はアインシュタインの場の方程式の計算と一致しました。

その後、一般相対性理論の理論的予測は次々と確認されました。たとえば、ブラックホールの発見は、時空の曲率が無限大に達した例です。また、水星の近日点歳差運動という有名な問題もありますが、これも理論的な予想と一致しています。重力レンズ効果、重力波、重力赤方偏移、重力時間の遅れ効果などが次々と発見・検証され、私たちからどれだけ遠く離れていても、宇宙の天体はこの法則に支配されていることを証明しています。

2. 現在の化学周期表には 118 個の元素があり、そのうち 92 個は自然界に存在し、26 個は人工元素です。これら 118 個の元素は宇宙のあらゆる場所に当てはまります。人類の探査機は現在、太陽系のすべての惑星、およびいくつかの準惑星や衛星に到達している。そこの大気や地質条件を分析すると、それらはすべてこれらの元素で構成されていることがわかります。

人類の探査機はまだ太陽系の外まで飛ぶことはできませんが、望遠鏡はすでに私たちから135億光年離れたところ、つまり宇宙が誕生したばかりの135億年前の宇宙を見ることができます。スペクトル分析により、宇宙で目に見えるすべての天体も発見された元素で構成されていることがわかります。

なぜ人間は観察を通じて遠くの物質の組成を判断できるのでしょうか?これは、科学者が実験室でさまざまな宇宙環境をシミュレートできるためです。例えば、ハドロン衝突型加速器では10兆度の高温を実現し、ビッグバンから1兆分の1秒後の宇宙の状態をシミュレートすることができます。また、実験室内のさまざまな周囲温度でさまざまな元素のスペクトル標準を取得することもでき、遠方の天体の観測に応用できます。

3. 地球と生命の進化も宇宙環境によって制限されている。地球上で人間が発見したあらゆるものや法則は、地球上で孤立して存在するのではなく、宇宙の進化というより広範な環境と密接に関連し、その環境によって制限されています。したがって、地球の構造、環境、気候、生命の起源と進化など、現在研究されているすべての分野は、宇宙の進化と組み合わせる必要があります。

現代の宇宙の標準モデルでは、宇宙は138億年前に誕生し、太陽系は46億年前に誕生し、地球は太陽系と同時に誕生し、生命は約40億年前に出現したとされています。生命は、最も原始的な原核生物の単細胞から、今日の多様な動物、植物、微生物の種へと進化しました。絶滅と再生のあらゆる段階は、太陽系の動きによって引き起こされる地球環境の変化に関連しています。

したがって、地球上で発見されたすべての法則は宇宙の法則の一部であり、当然ながら宇宙全体に適用されます。

科学的発見を見る際の2つの間違い

一つの傾向は、科学的発見は人間の近視眼の結果であり、宇宙の法則をまったく表していないと信じることである。私の記事のコメント欄には、次のようなコメントがよく見られます。「宇宙を測定するのにたった 100 年前の科学を使うのは、自分の能力を過大評価している」アリが人間を見るように、人間は宇宙を見る。科学が証明できないものは存在しないということにはならない、など。

もう一つの傾向は、食べること、飲むこと、排便すること、排尿することについてのちょっとした常識に基づいて、人々が想像力を働かせ、科学界が認めた科学的発見や理論を勝手に貶め、自分は宇宙の真理を洞察していると思い込んで、衝撃的な独自の理論を提唱することです。例えば、相対性理論を覆したと主張したり、「加速システム＋重力波＋物質波」を発見したり、ノーベル賞を争うために自分の肝臓や腎臓を売ると申し出たり、など。

これら両方の傾向は反知性的かつ反科学的であり、科学的精神と科学的方法の理解を欠いています。人類が記録した歴史はわずか数千年の歴史であり、科学の歴史も数百年の歴史しかありません。もちろん、私たちの宇宙に対する理解はまだ非常に限られています。しかし、科学である限り、現象を超えて本質を見極め、法則から発見や理論を得なければなりません。そうでなければ、それは科学ではない、あるいは疑似科学です。

人類は数百年にわたる発見と探究を経て、小学校から大学まで学んだ数学、物理学、化学の知識など、一連の理論を蓄積してきました。私たちは、望遠鏡や顕微鏡を使って世界を観察し、定性的および定量的な方法を使って世界を分析するなど、世界を観察し理解するための完全な一連の方法を持っています。

科学的精神とは、人類の文明の成果を認識し、科学界が長期にわたる実践を通じて検証した理論と方法に従って科学的発見や研究を行うことです。科学的方法とは、論理的推論のために確立された法則と公理を使用し、科学界によって認められた方法を採用して観察、実験、検証し、これらの方法を使用するすべての人による繰り返しのテストに耐えることです。

このようにして得られた結果は科学的な結果です。すべての科学的成果、特に基礎科学は、自然法則を理解することによって達成されます。国や地域の制限はなく、宇宙全体に適用されます。

しかし、食べること、飲むこと、排便すること、排尿することの常識と自分の想像に基づいて恣意的に導き出された結論は、科学理論と論理的に整合するものではなく、世界が認める科学的手法によって検証されることもありません。したがって、科学界は彼らを単に無視し、さらには嘲笑するでしょう。

このことは、科学界がこれらの「民間科学者」を排除していると信じていた一部の人々の間で世論の怒りを引き起こした。彼らは悲しみと怒りのあまり、「ノーベル賞を取るために肝臓と腎臓を売りたい」と思ったほどだった。しかし、ノーベル賞も科学理論と科学的方法によって検証された成果のみを表彰します。したがって、これらの人々は惨めであるにもかかわらず、彼らのいわゆる「科学的業績」はいかなる科学の殿堂からも拒否されることになる。彼らにはただ一つの選択肢しかなく、それは科学的知識を欠く人々を欺き、人類の世界を危険にさらすことです。

科学史家はそのような人々を「民間科学者」と呼ぶ。多くの人は「民間科学者」という言葉に嫌悪感を抱き、民間科学者は尊敬に値しないと考えるかもしれません。実際、これは概念の置き換えです。いわゆる「民間科学者」は民間科学者を指すものではなく、また民間の人々だけに存在するわけでもありません。むしろ、それは主要な科学理論を覆し、妄想だけに基づいて独自の「偉大な」理論を作ろうとする「妄想的な人々」のグループを指します。

民間人であろうと「官僚」であろうと、科学的精神を持ち、科学法則と科学的方法に従って発見や理論的成果を得て、これらの発見や成果がいかなる科学機関による繰り返しの検証にも耐えられる限り、得られた成果は自然法則の発見と利用である科学的成果である。

科学は常に終わりのない道を歩み続けています。

現在の人類の文明レベルはまだ非常に低いです。カルダシェフ指数によれば、人類の文明レベルはわずか0.73で、レベル1にも達していない。第 2 レベルと第 3 レベルの宇宙文明は、私たちが想像することさえできない「神レベル」の文明です。したがって、科学技術の発展にはまだまだ長い道のりが残っています。

宇宙には、暗黒物質や暗黒エネルギーなど、人類がまだ発見し理解していないものがたくさんあります。宇宙全体は言うまでもなく、地球上にも、人類がまだ探求しておらず、科学によって発見され理解されるのを待っている問題がまだたくさんあります。したがって、科学的な発見や理論は、未知の世界ではなく、宇宙全体に適用できます。

科学はあらゆる段階で究極の真実ではなく、不正確な点や誤りさえも含んでいる可能性があります。研究と発見が進むにつれて、多くの発見や理論を修正したり、否定したりする必要が生じるかもしれません。これは、現在の科学がもはや科学ではないことを意味するものではありません。現在の科学は常に現時点で最も正しい理解です。より深い理解によってこの理解が否定される場合にのみ、この科学は放棄されるべきです。

コペルニクスが地動説を発見し、その後の天文学者がより大きな宇宙を発見して地動説を否定したように;アインシュタインは、空間と時間の相対的な概念と空間と時間の曲率を発見し、ニュートンの空間と時間の絶対的な概念を反証しました。これは、コペルニクスとニュートンがもはや科学者ではないということを意味するものではありません。彼らの理論こそが時代の進歩を推進し、人類を今日の地位に導いたのです。彼らは常に科学の巨人であり続けるでしょう。しかし、彼らの理論は科学の発展の歴史の特定の部分に限定されるだけです。

また、よく言われる「何かを発見できないということは、それが存在しないということではない」という格言にも注意を払う必要があります。これは正しいようです。科学者は私たちよりもはるかに賢く、発見されていないものが存在しないことを意味しないことを確かに知っています。しかし、これを言った人は言葉自体の意味を表現していたのではなく、何か他のことを表現していたのです。

これらの人々は、UFO はエイリアンの宇宙船であるとか、人間の文明は何度も現れているといった、科学的証拠がないため存在が認められていないものに対して反対しています。数十年にわたる科学的探査を経ても、地球上にエイリアンやエイリアンの宇宙船が現れたことを証明する決定的な証拠は未だに見つかっていない。考古学と遺伝学は、現生人類が地球上の唯一の文明であることを長い間確認してきました。だからこれらの人々はこう言うのです。「証拠がないからといって、何かが存在しないということにはならない。」

したがって、これらの人々は、発見されていないものが存在しないことを意味しないと言っているのではなく、自分たちの妄想に固執し、証拠がない、あるいは存在しないことが証明されていない特定のものが存在すると信じています。

科学は、存在を証明する証拠がないものの存在を認めません。これは科学の厳密さに基づくものであり、証拠が現れたときに目を覚まして嘘をつくことではありません。ガリレオが実験的科学的方法の先駆者となって以来、科学的発見や科学理論は、科学的成果となるためには、科学的方法を用いて繰り返し検証できなければなりません。

科学的な探究には終わりがありません。それは否定の否定を通して前進します。それは常に道にあり、終わりはありません。しかし、否定の否定の中で上昇していく科学の法則は、根拠のないナンセンスとは区別されなければなりません。これが正しい認識論です。

ここ二日間、ラオ・イー氏によるBGI CEOのイェン・イエ氏への批判が再び話題となっている。これは厳密な科学と疑似科学の間の議論であるべきだ。議論と証拠を注意深く理解すれば、科学に対する理解が深まります。コメント欄で議論したり、ご意見を投稿したりすることを歓迎します。ありがとうございます。

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