孤立系统的总能量保持不变,这就是大名鼎鼎的能量守恒定律,写在每一本基础物理学教材上。但你知道吗?其实在现代物理学中能量守恒定律并不成立。
·首先除了宇宙本身,任何系统都不可能隔绝与其他系统的相互作用,所谓的孤立系统并不存在。
·其次宇宙自身确实算孤立系统,但其能量并不守恒,既能够减少也可以增加。在负压的情况下能量可以凭空产生,这就是所谓的暗能量,可以理解为空间固有的能量,占到宇宙总质能的68%。而且随着宇宙膨胀,未来的占比会越来越高。
之所以会这样,是因为在现代物理中具体的物理方程并不是第一原理,比物理方程更基本的是物理规律的对称性。以能量守恒为例,比其更底层的是时间平移对称性,意思是物理定律不随时间变化。今天做的实验和昨天一样,明天同样还能够重复。这似乎很简单,是我们下意识忽略的常识。
但就这样简单的一条规则就能推导出能量守恒定律。但问题是宇宙的膨胀破坏了时间平移对称性,所以在宇宙层面能量同样不守恒。