Penso che la soluzione a questo possa essere dare un'occhiata al rasoio di Occam. Ciò porta all'idea che accettiamo la teoria più semplice che corrisponde meglio a ciò che osserviamo. Se stai chiedendo perché non crediamo che la relazione spaziotemporale cambi drasticamente (tra le altre affermazioni), è perché:

• Non abbiamo motivo di credere che sia così. Non ci sono prove che debbano essere spiegate da un tale modello. Nessuna osservazione o ragionamento suggerisce che altre galassie siano governate da leggi drasticamente diverse.

• Ci piace la simmetria. Abbiamo le prove che le cose funzionano in un certo modo intorno alla Terra e all'universo osservabile, e quindi siamo costretti a credere che le stesse leggi siano applicabili a tutte le scale, finché non avremo ragioni per credere diversamente. La teoria delle stringhe prevede altre situazioni, ma quelle non sono state ancora osservate nella realtà, e non emergono da un rozzo "Ehi, perché no ?!" speculazione.

Detto questo, sebbene crediamo che si applichino le stesse leggi, sappiamo che ci sono diversi fenomeni fisici in corso in altre galassie. Ad esempio, questo link ti mostrerà che esistono diversi tipi di galassie che si comportano in modo diverso nonostante le stesse leggi, a causa di condizioni iniziali diverse.

E per rispondere al tuo riferimento al tempo, questa è la teoria del caos e si occupa della dipendenza del tempo da fattori estremamente piccoli che non possono essere osservati ragionevolmente. Dai un'occhiata al lavoro di Edward Lorenz ( http://eaps4.mit.edu/research/Lorenz/publications.htm). Il succo di uno dei suoi esperimenti più importanti è che ha eseguito due volte lo stesso algoritmo del simulatore meteorologico e ha ottenuto due previsioni completamente diverse, anche se ha trascurato solo la quinta o la sesta cifra decimale in uno dei set di dati di input. Le condizioni iniziali erano diverse in un modo così minuscolo, ma l'algoritmo di simulazione ha prodotto risultati incredibilmente diversi! Ciò non sembra particolarmente rilevante per stabilire se (nessun gioco di parole) o meno ci sia una simmetria del fisico legislazione. Sappiamo che c'è un numero enorme di fattori nella previsione del tempo, quindi i nostri errori sono enormi. Ma i nostri tentativi di osservare cosa sta succedendo ad altre scale e posizioni sono relativamente privi di errori.

In una frase: è facile credere nella simmetria delle leggi e non c'è ancora motivo per dubitare della loro accuratezza.

Perché ciò che possiamo osservare non differisce in base alla distanza da noi.

Il motivo più importante per cui assumiamo che le leggi fisiche non siano diverse nelle galassie lontane è che possiamo osservare cose in quelle galassie che non sarebbero come le osserviamo se le leggi cambiassero.

Ad esempio, possiamo vedere la luce da parti distanti dell'universo conosciuto. Le linee spettrali in quella luce ci parlano degli elementi presenti. Quelle linee spettrali ci dicono quali elementi sono presenti, ma non osserviamo nuovi elementi. E gli elementi che osserviamo sembrano comportarsi allo stesso modo del sole o di altre stelle vicine. Anche piccole differenze nelle regole della fisica altererebbero le linee di emissione o di assorbimento degli elementi in modi che non osserviamo.

E possiamo fare di più. Possiamo, in una certa misura, conoscere il movimento di oggetti distanti osservando gli spostamenti Doppler nelle linee spettrali e queste osservazioni non ci mostrano nemmeno che le leggi di gravità differiscono in luoghi distanti.

Potrei continuare, ma il principio di base è quello delle parti dell'universo che possiamo vedere le regole sembrano essere le stesse.

Niente di tutto ciò dice che non possono esserci cose non osservabili dove le regole sono diverse (ma questo è un problema tanto filosofico quanto scientifico). Alcune teorie hanno suggerito che le parti fondamentali della fisica differiscono nel tempo o in diverse parti dell'universo, ma tutte hanno fallito i test chiave della scienza non abbinando ciò che possiamo osservare.

tl; dr - In realtà non crediamo che le leggi della fisica siano perfettamente accurate, precise o immutabili. Invece, tendiamo a lavorare dall'osservazione che l'universo sembra coerente con alcuni modelli per quanto ne sappiamo.

Non siamo ancora riusciti a esplorare galassie lontane. E dato che l ' universo osservabile non è largo 200 miliardi di anni luce - ha un diametro inferiore alla metà - non abbiamo davvero molto su cui lavorare.

Esempio: non crediamo che la velocità della luce sia costante

Per un esempio estremo, spesso diciamo che la velocità della luce, $ c, $ è una costante, tuttavia, gli scienziati non ci credono in un valore assoluto senso. Quello in cui crediamo in realtà è che la velocità della luce sembra coerente con una costante per quanto siamo stati in grado di dire.

Se prendessimo la velocità della luce costante per essere letteralmente e assolutamente vera, implicherebbe cose su quanto deve essere regolare lo spaziotempo e rispondere alle domande strutturali sulle scale al di sotto della lunghezza di Planck. Sfortunatamente, la scienza non è così facile; finché non saremo in grado di testare in modo significativo la velocità con cui la luce si sposta tra due punti distanti $ {10} ^ {- 100} \, \ mathrm {m} $ , se un è anche fisicamente ragionevole, non possiamo affermare che la luce si muova a una velocità costante su quella scala.

La velocità della luce è un esempio estremo poiché la sua costanza è una pietra angolare della fisica moderna. Il punto è che generalmente non assumiamo che anche le affermazioni scientifiche più care siano assolute; si tratta solo di accettare l'apparente coerenza di una spiegazione nella sua corrispondenza all'osservazione fino a quando non abbiamo una nuova spiegazione che corrisponda meglio, si applichi più ampiamente, sia più facile lavorare o / e abbia qualche altro merito che la rende utile.

Non crediamo che le leggi della fisica siano le stesse in altre galassie

Non crediamo che le leggi note della fisica si comportino esattamente allo stesso modo in altre galassie. Invece, quello che abbiamo sono un mucchio di modelli che sembrano funzionare meglio di qualsiasi alternativa conosciuta nei contesti in cui abbiamo cercato di svilupparli. Quindi, se dobbiamo speculare su come funzionano le cose in un contesto vasto, il meglio che possiamo davvero fare è estrapolare provvisoriamente fino a quando la verifica sperimentale non può fornirci maggiori informazioni.

Quindi, forse la costante di struttura fine, $ \ alpha $ varia nell'universo; forse un giorno descriveremmo una sorta di fisica su scala universale che la fa variare. Ma, finché non avremo un meccanismo per descriverlo, cosa possiamo davvero fare?

Analogo storico: fisica atomica

All'inizio del 1900, gli scienziati stavano lavorando per provare a modellare l'atomo. I loro primi tentativi erano in gran parte basati sulla fisica che già conoscevano dalla fisica su scala umana, ad es. il modello Rutherford e il modello Bohr per gli atomi. Fondamentalmente hanno cercato di forzare le osservazioni nel framework che già conoscevano, quindi hanno rilassato il framework poiché non funzionava del tutto.

L'esplorazione dell'universo distante potrebbe funzionare in modo simile. Cioè, probabilmente proveremo ad adattare tutto ai modelli che abbiamo, quindi li rilasseremo se necessario per acquisire osservazioni che non possiamo adattare ai modelli esistenti.

Ovviamente, questo non significa che crediamo o non crediamo nell'applicazione dei nostri modelli attuali. È solo che, finché non abbiamo motivo di sospettare il contrario, tendiamo a sospettare che i nostri modelli attuali abbiano maggiori probabilità di essere utili rispetto ai modelli che non abbiamo motivo di sospettare che siano utili, ad es. speculazione casuale.

E se, diciamo a 135 miliardi di anni luce di distanza, all'improvviso il rapporto spazio-tempo cambia drasticamente.

Beh, potrebbe.

La scienza si basa su presupposti ragionevoli e fondati e un bravo scienziato è aperto alla possibilità che tali presupposti vengano infranti in futuro, quando saranno disponibili più dati. Ecco perché nessuna affermazione scientifica è mai una certezza al 100%, ma una "teoria". Dobbiamo sempre essere aperti a essere smentiti inaspettatamente.

In questo caso, finora non abbiamo riscontrato alcuna prova che suggerisca che le leggi della fisica non siano applicate universalmente, quindi per ora procediamo sul presupposto che lo siano. Perché, altrimenti, a meno di evitare di fare scienza sulle galassie lontane, cos'altro potremmo fare?

(È un po 'come cerchiamo solo "la vita come la conosciamo", non perché abbiamo escluso la possibilità di altri tipi di vita esotici, ma perché cos'altro dovremmo fare? Come cercheremmo esso? Come lo riconosceremmo? Qualsiasi cosa del genere dovrebbe essere scoperta per caso.)

Ancora una volta vale la pena notare che tutte le nostre osservazioni finora supportano questa ipotesi.

Potrebbe essere considerata una risposta circolare, ma le idee che consideriamo "leggi" sono precisamente quelle idee che si ritiene siano vere ovunque. Quindi, se scopriamo che qualche fenomeno che abbiamo osservato nella nostra galassia non è lo stesso in Andromeda, la descrizione di quel fenomeno non sarebbe una legge.

Ciò che gli scienziati fanno quando scoprono discrepanze come questa è cercare qualche spiegazione più fondamentale che possa essere utilizzata per descrivere tutte le variazioni che sono state osservate. Questa potrebbe essere una nuova equazione con parametri specifici per luoghi diversi (ad esempio le teorie sulle galassie potrebbero dipendere dal numero di stelle che contengono e / o dall'età della galassia).

Questo è successo in passato, e non solo in luoghi lontani, e ha portato alla scoperta di nuove leggi. L'orbita di Mercurio non è coerente con le leggi di gravitazione di Newton. Uno dei risultati della teoria della relatività generale di Einstein era che lo spiegava correttamente.

Gli scienziati continuano a considerare modifiche alle loro teorie per spiegare le nuove scoperte. Ad esempio, alcuni scienziati hanno proposto che la velocità della luce sia variata nel corso della storia dell'universo, e questa è una spiegazione alternativa per le osservazioni che hanno portato alla teoria dell'inflazione cosmica.

In termini più generali, la storia della cosmologia è stata un processo di scoperta di come descrivere l'universo in modi sempre più generali, man mano che la nostra capacità di osservarlo su scale più grandi e nei dettagli più piccoli è progredita. C'è anche un presupposto fondamentale che ci siano regole generali da scoprire. Finora, questa ipotesi sembra essere ragionevole: mentre perfezioniamo le nostre teorie, generalmente sembrano funzionare meglio ovunque guardiamo (ovviamente, se non lo facessero, scarteremmo questi perfezionamenti).

OK, quindi in linea di principio è possibile che ci sia un proiettore gigante che circonda la Via Lattea che (tramite alcune leggi della fisica che non capiamo, quindi non abbiamo modo di dire che sta fingendo) ci invia segnali luminosi, ecc. Quindi le nostre osservazioni delle cose "fuori dalla nostra galassia" vengono in realtà dal proiettore. E poi fuori dal proiettore, hai effettivamente gravità repulsiva, spaziotempo a 128 dimensioni e governi funzionali.

Questo è tecnicamente possibile ed è anche significativo, nel senso che puoi volare nella regione del proiettore e controllare. È anche possibile che questo proiettore esista proprio fuori dalla Terra, dal momento che non sono mai uscito a controllare, né a casa mia, e la mia memoria di tutto ciò che è al di fuori di essa è impiantata. Allo stesso modo, è anche possibile che le leggi della fisica cambieranno il 30 giugno 2018 (se stai leggendo questo dopo, come fai a sapere che non l'hanno già fatto?).

Ma il punto è che tutto ciò è semplicemente improbabile . Il modo (idealizzato) di fare fisica è assegnare probabilità a priori a ciascuna teoria in base a quanto sia complicata (questo può essere misurato con precisione, tramite la complessità di Kolmogorov), quindi guardare i dati sperimentali e applicare il teorema di Bayes per vedere come influisce sul tuo distribuzione di probabilità. Questa è chiamata "teoria di Solmonoff dell'inferenza induttiva", anche se preferisco chiamarla "teoria di Solmonoff dell'interferenza induttiva ", nel senso che i tuoi dati interferiscono in qualche modo con la tua distribuzione di probabilità.

Poiché avere leggi fisiche che cambiano in base a dove ti trovi è una teoria con una complessità di Kolmogorov estremamente elevata, avrai bisogno di prove molto forti per cambiare in modo significativo la fiducia bayesiana, ad es. affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie.

Il potente strumento della scienza è il rapimento. No, non il rapimento di una persona. Il rapimento è un meccanismo di inferenza, di natura simile alla deduzione e all'induzione. È un modo per dedurre la verità. Il rapimento è l'inferenza che la migliore ipotesi è vera.

Lo usiamo sempre, nella scienza e nella vita. Se ti lancio una palla, è altamente improbabile che sto usando un approccio rigoroso come l'inferenza bayesiana per determinare la probabilità che la palla che ti sto lanciando non sia in realtà un detonatore nucleare impostato per distruggere il mondo se non riesci a prenderlo. Questa possibilità non mi viene nemmeno in mente, tranne quando si scrivono pedanti risposte di scambio di pile. Invece, deduco che la palla sia in realtà una palla e che la mia comprensione della fisica sia in realtà abbastanza corretta da lanciarti la palla senza porre fine al mondo. Ho usato l'abduzione per ridurre un numero qualsiasi di possibilità assurde fino all'ipotesi "migliore" e ho agito come se fosse vero. Occam's Razor è un esempio di metodo di inferenza abduttiva. Ce ne sono molti altri.

Il rapimento è complicato. Il termine "migliore" ha ogni sorta di sfumature (come puoi leggere nell'articolo SEP che ho collegato sopra). Può anche fallire catastroficamente. Tuttavia, è un meccanismo di inferenza così utile che noi umani lo usiamo tutto il tempo della vita di tutti i giorni.

Molte delle altre risposte sostengono che non "pensiamo" che le leggi della fisica si applichino ovunque. Sottolineano saggiamente che la scienza produce effettivamente modelli che non sono dimostrabilmente incoerenti con le nostre osservazioni. Queste sono sia osservazioni locali di effetti locali sia osservazioni locali di effetti lontani (come guardare attraverso un telescopio). Questa è tecnicamente la risposta corretta. La scienza non ti dice mai la verità su nulla. Mai. Né pretende mai di dirti la verità su qualcosa. Questa è la verità patologicamente pedante sulla scienza.

Se pensi che la scienza ti dica la verità su qualcosa, ciò dovrebbe indicare che ti aspetti che le persone utilizzino il rapimento per dedurre che le affermazioni sul mondo siano vere dai modelli scientifici.Quindi, se uno si aspetta di sentire "il bosone di Higgs è reale", sulla base di prove che suggeriscono che siamo 99,999999999% certi che il CERN li abbia rilevati, allora ti aspetti che quella persona si impegni in un rapimento.Che è naturale.I veri esseri umani lo usano sempre e gli scienziati sono umani.

Perché non insegnano il concetto di rapimento durante le lezioni di scienze, non lo capirò mai.È the pietra angolare della scienza applicata.

Anche se la risposta sopra sembra aver coperto i punti più importanti, c'è qualcosa che vorrei aggiungere.

Cose come le leggi di gravità, le leggi della quantità di moto e le leggi della termodinamica sono incorporate nel tessuto dell'universo stesso - non sono solo regole temporanee che vengono applicate proprio qui nel nostro collo dei boschi.

Per quanto riguarda quanto sono lontane queste galassie e quanto tempo fa esistevano: per quanto possiamo dire queste leggi non solo sono incorporate nell'universo ovunque, ma sono anche incorporate nell'universo in ogni momento. Gli scienziati accettano universalmente che sono molto simili alle regole dell'addizione: 2 + 2 fa 4. Questo è vero non solo qui sulla Terra ora, ma ovunque nell'universo in ogni momento.

Suppongo che qualcuno con un'immaginazione davvero vivida potrebbe coniare una domanda come "come fanno a sapere che 2 + 2 non è uguale a 5 da qualche altra parte nell'universo, miliardi di anni fa?" Suppongo che in senso stretto non sappiamo con certezza cosa ha sommato 2 + 2 miliardi di anni fa, ma la scienza non fa progressi giocando a dubitare di Thomas a questo livello.

Infine, condivido la tua frustrazione per la nostra incapacità di prevedere il tempo con largo anticipo. Tuttavia, i nostri limiti sulle previsioni del tempo sono di natura molto diversa dall'enigma della galassia che descrivi.

Un risultato interessante non ancora discusso è il fatto che il teorema di Noether collega matematicamente la conservazione della quantità di moto lineare e l'invarianza delle leggi della fisica rispetto alla traduzione spaziale.

Fondamentalmente, se osserviamo che la quantità di moto lineare è conservata allora è una conclusione necessaria che le leggi della fisica sono le stesse indipendentemente dalla posizione spaziale.Questo certamente non copre tutte le leggi della fisica, ma solo le leggi relative ai fondamenti del moto, ma è comunque un risultato interessante: un esperimento locale ci permette di fare una deduzione sull'intero universo.

P.S.Il teorema di Noether è solitamente formulato mostrando che una simmetria implica una legge di conservazione e non viceversa, ma credo che l'inverso si applichi alla conservazione della quantità di moto lineare.

E se, diciamo a 135 miliardi di anni luce di distanza, all'improvviso il tempo la relazione spaziale cambia drasticamente

Un'idea interessante. Hai qualche ragione o prova per indicare che questo è il caso?

Giochiamo un po 'con l'idea. Se si vedeva un tale confine, ulteriori domande includerebbero se il confine fosse:

• In avvicinamento, in ritirata, fermo (in quale quadro di riferimento)?
• Il meccanismo di un tale confine?
• Considerazioni sull'energia: quando ad es. una stella o un planetoide ha attraversato un tale confine, come cambierebbe il suo livello di energia? Spiega da dove verrebbe o andrà l'energia (presumibilmente enorme) per le transizioni in entrambi i sensi attraverso il confine.

Inizi a vedere il livello di complessità che questo aggiungerebbe ai modelli della fisica? Mi sembra che i fisici avrebbero bisogno di vedere qualcosa di più del "e se?" prima di accettare un'idea del genere. Mi aspetto che siano state eseguite scansioni per vedere se sono tali anomalie e che tutti ne avremmo sentito parlare se fossero state trovate.

Come altri autori hanno sottolineato, le prove che abbiamo non mostrano tali discontinuità. Gli spettri degli oggetti luminosi distanti sono coerenti con quelli degli oggetti vicini, consentendo lo spostamento verso il rosso o il blu.

Purtroppo mancano le navi a propulsione a curvatura, quindi non possiamo ancora andare a vedere ...

Siamo seri, non possiamo prevedere con precisione il tempo oltre 10 giorni e di solito non così a lungo ...

Non confondere le modifiche alla fisica fondamentale con la nostra capacità di fare previsioni dettagliate su un sistema estremamente complesso, mutevole e caotico (una Terra in rotazione con una topologia complessa, uno strato di atmosfera in ribollimento, oceani con correnti, laghi e ruscelli, evaporazione , condensa, irraggiamento solare, ecc.) dato un numero molto limitato di punti dati.

Nel caso della previsione meteorologica, se applichiamo un ipotetico "e se la fisica fondamentale fosse cambiata", ciò potrebbe tradursi in, oh, cose come:

• La gravità cambia
• Materia che scompare / appare (escluso il decadimento radioattivo)
• Energia che scompare / appare (escluso il decadimento radioattivo)

che, per quanto ne so, non è stato osservato.