能量守恒定律被取消了吗？

PHysics经常令人难以置信，但一个原则似乎是岩石固体：能源保护规律。世界含有称为“能量”的这个东西，其金额永远不会改变。它可以改变其形式或从一个机构到另一个身体，但总金额保持不变。从踢球巨大的足球的弧线到汽车发动机的咕噜声取决于这一法律。它使能源是一种珍贵的商品，计算，囤积和斗争。

量子世界是不确定的；能量等属性定义不清或模糊。

我们的物理学家了解到，我们的身体不仅仅是使用能源，而是由它组成。爱因斯坦的公式E=马克^2.将质量识别为一种能量形式，一种可以转化为其他形式（比如说，通过核弹）或由这些形式（在粒子对撞机中）产生的能量形式。这个公式强化了我们的直觉，即能量是构成事物的基本物质。当我们深入研究物理学时，也会发现守恒定律与对称性密切相关，这是德国数学家艾美·诺瑟（Emmy Noether）在近一个世纪前首次认识到的。能量是守恒的，因为自然法则在时间上是对称的，它们不会随时间而改变。

但如果物理学不不断地自我质疑，它就不会是物理学。爱因斯坦推导出他的著名公式后不久，他就开始创造引力理论，他的广义相对论。节能变得有点冒险。虽然单个观察者可以测量周围的能量密度，并确认局部系统的总能量保持不变，但不可能定义严格守恒的总能量。能够定义局部能量而不是全局能量听起来可能有些奇怪。的确如此。

O你自己膨胀的宇宙就是一个很好的例子。物质的能量密度与空间体积成反比减小。例如，根据能量守恒定律，星系会分开，因此在给定的体积内星系数量会减少。但是星光和其他形式的辐射的能量密度以更陡的速度下降。他们失去了能量。它没有进入其他形式。这是允许的，因为膨胀的宇宙在时间上是不对称的；它的成长将过去与未来区分开来。因此，广义相对论很难支持能量是构成其他一切的基本物质的观点。

这只是开始。想想另一个理论，它改变了二十世纪物理学的量子力学。量子世界是不确定的；能量等属性定义不清或模糊。更糟糕的是，该理论有一个非常严重的概念缺陷，在回顾能量守恒的最终命运时必须考虑到这一点。

如果物理学不不断地自我质疑，它就不会是物理学。

即，量子力学涉及两个不同和不相容的食谱，以确定粒子或颗粒系统如何及时演变。第一个适用于未观察系统时，观察到第二次。该理论模糊了使用哪种配方。究竟是什么构成测量或观察？需要一个有意识的涉及？跳蚤可以进行测量吗？病毒？这个问题被称为测量问题，随着各种批评者所指出的，应该被称为现实问题：理论不清楚，独立于我们的看法存在“出来”。

正如纽约大学的蒂姆·莫德林（Tim Maudlin）所讨论的，解决这个问题的方法有三种。^1.我们在普通量子理论的基础上增加了所谓的隐藏变量成分，以提供系统状态的更全面描述。最著名的例子是de Broglie–Bohm理论，该理论假设除了波函数外，还有一些粒子具有标准量子形式主义无法捕捉的确定位置。波函数就像牧羊犬一样引导它们。

第二种方法假设一个随机过程，该过程可以消除系统的不确定性并消除其模糊性。第三种解决方案涉及多个宇宙。我们称之为测量，不知何故，它相当于我们的宇宙分裂成许多分支，每个分支对应一个可能的结果。所有这些想法省去了计量的难题。没有人是没有问题的，但这就是问题所在。

T这一年，墨西哥国立自治大学的Elias Okon，我着手研究这三种方法中的守恒定律的命运。^2.我们的分析包括一般性的考虑以及各种思维实验。

考虑一个标准实验，在这个实验中，由几个光子组成的量子系统演化成称为两个路径的“叠加”的特征量子组合。这些导致在经典水平上对应于不同能量值的情况。一条路径将光子带到遥远的星系并返回，从而使它们由于宇宙膨胀而失去能量。另一条途径是不改变它们的原始能量。根据量子理论的中心原则，每个光子都有两条路径。

黑暗能量是在宇宙历史中发生的所有侵犯当地节能的累积记忆。

量子物理学的标准说法是，任何不守恒都可以通过考虑测量仪器提供或吸收的能量来解释。我们通过使用另一种量子效应，纠缠，来消除这种选择，让我们远程进行测量。

这三种解释方法提供了对能源发生的事情的不同账户。在自发塌陷理论中，系统，经过足够长的时间，经历突然崩溃到一个能量值，导致能量不守护。在De Broglie-Bohm方法中，任何具有通常保守的能量的任何能量概念都必须涉及粒子和引导波功能。波浪函数分裂，后来在实验室重新团聚，并且在reunion中发生的干扰使得光子行为以能量不保守。在许多世界的环境中，世界分裂可能会被保守的所有分支机构的平均能量，但在每个分支能量中都不会被保守。从每个分支的角度来看，发生的情况与崩溃理论相同。

简言之，我们的结论是，没有任何方案能够对严格守恒系统的整体能量给出合理的定义。没有人提出局部能量守恒的概念，这也是不好的，因为广义相对论要求局部能量守恒在内部是一致的。

要调和量子力学和广义相对论，就需要量子引力理论。物理学家们对这样一个理论会是什么样子有着强烈的分歧，但大多数人都同意一件事：时空的概念将在基本的量子引力水平上消失。在这种情况下，守恒定律完全失去了相关性。如果基本面上没有时间，你怎么能说某个量不随时间而变化？

A.T实际水平，预计严格保护的偏差将是微米的，不会有助于我们与能量面临的具体问题。但对于许多理论家来说，任何违规行为都是亵渎神明的。尽管如此，可能会有赔偿。

斯坦福大学的马赛大学的蒂波特-约塞特和亚历杭德罗·佩雷斯，以及我已经表明，对广义相对论的修改（最初是爱因斯坦自己考虑的）允许小的偏离局部的能量守恒。^3-5这一理论可能为解决现代科学中最大的谜团之一：暗能量提供了一条途径。

黑暗能量是宇宙的神秘组成部分 - 其总含量的约70％ - 导致其扩张加速。根据我们的分析，黑暗能量是在宇宙历史中发生的所有侵犯当地节能的所有违规行为的累积记忆。在考虑的其中一个特定模型中，预测值以完全自然的方式匹配观察。

当然，局势还远未解决。对这些及相关问题的探索仍处于初级阶段。但是，当我们重新审视一个我们过去习以为常的原则时，我们会继续对其含义感到惊讶。

Daniel Sudarksy是墨西哥城米席西科国立自治大学的理论物理学家。他专注于爱因斯坦的广义相对论和量子物理的相互作用，通过专注于摩擦点来寻找更深层次理论的线索。

工具书类

1.莫德林，T。三个测量问题。topoi.14, 7-15 (1995).

2. Maudlin，T.，Okon，E.，＆Sudarsky，D.关于物理保护法的地位：对半熟型的影响。arxiv：1910.06473（2019）。

3.Josset，T.，Perez，A.，和Sudarsky，D.违反能量守恒的暗能量。身体检查信件118，021102（2017）。

4.Perez，A.，Sudarsky，D.，和Bjorken，J.D.一个涌现宇宙常数的微观模型。国际现代物理学杂志D27, 1846002 (2018).

5. Perez，A.＆Sudarsky，D.来自量子重力离散的黑暗能量。身体检查信件122, 221302 (2019).

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