你上學(xué)的時(shí)候肯定背過(guò)，太空里扔塊石頭，不受外力就會(huì)一直飛對(duì)不對(duì)？

牛頓第一定律寫(xiě)的明明白白，沒(méi)空氣阻力沒(méi)引力干擾，不得勻速直線跑到天荒地老？

可放到整個(gè)宇宙里看，這塊石頭居然會(huì)慢慢減速，最終徹底停下來(lái)。這能量不就憑空消失了？難不成咱們學(xué)了這么久的能量守恒錯(cuò)了？這事的答案，其實(shí)百年前就被一位女?dāng)?shù)學(xué)家算出來(lái)了。

這位大神就是德國(guó)數(shù)學(xué)家艾米?諾特，她在1915年就證明出了大名鼎鼎的諾特定理。

這個(gè)定理說(shuō)透了一個(gè)顛覆當(dāng)時(shí)物理界的核心邏輯：物理系統(tǒng)里每一個(gè)連續(xù)對(duì)稱(chēng)性，必然對(duì)應(yīng)著一個(gè)守恒定律。

說(shuō)人話就是，所有守恒的根源，其實(shí)都是對(duì)稱(chēng)。

空間平移對(duì)稱(chēng)性說(shuō)的是，物理規(guī)律不會(huì)因?yàn)槟銚Q了個(gè)地點(diǎn)就變，你在地球做實(shí)驗(yàn)和在火星做，結(jié)果一樣。

這個(gè)對(duì)稱(chēng)性直接對(duì)應(yīng)了咱們熟悉的動(dòng)量守恒。

那時(shí)間平移對(duì)稱(chēng)性呢，就是物理規(guī)律不會(huì)因?yàn)閾Q了時(shí)間就變，今天做實(shí)驗(yàn)和一百年后做，結(jié)果一模一樣。

這個(gè)對(duì)稱(chēng)性，直接推導(dǎo)出了能量守恒定律。

換句話說(shuō)，能量守恒成立的大前提，就是咱們的宇宙在時(shí)間上是均勻的。

只要時(shí)間平移對(duì)稱(chēng)性不破，能量就一定守恒。

咱們的宇宙，真的滿足這個(gè)前提嗎？現(xiàn)代天文學(xué)的觀測(cè)結(jié)果，其實(shí)給了不一樣的答案。

1929年天文學(xué)家哈勃就發(fā)現(xiàn)了星系紅移現(xiàn)象，坐實(shí)了宇宙一直在膨脹這件事。

1998年科學(xué)家觀測(cè)1a型超新星，直接錘了更驚人的結(jié)論：宇宙不僅在膨脹，還在加速膨脹。

加速膨脹意味著什么？意味著時(shí)空本身的結(jié)構(gòu)一直在被拉伸，一直在變化。

今天的一秒和一百億年后的一秒，所處的時(shí)空背景早就不一樣了。

時(shí)間平移對(duì)稱(chēng)性這件事，放到整個(gè)宇宙的尺度上，其實(shí)已經(jīng)不成立了。

時(shí)間對(duì)稱(chēng)性破缺的第一個(gè)直接結(jié)果，就是能量守恒這件事，在大尺度上就沒(méi)那么嚴(yán)格了。

咱們最熟悉的例子就是光子紅移，光子穿過(guò)膨脹的宇宙，波長(zhǎng)會(huì)被慢慢拉長(zhǎng)。

按照能量公式算，光子的能量會(huì)越來(lái)越低，這些損失掉的能量沒(méi)有轉(zhuǎn)移到別的地方，就是實(shí)實(shí)在在的在宇宙膨脹里消失了。

咱們繞回最開(kāi)始那個(gè)扔石頭的問(wèn)題，你就一下懂了。

哪怕我們把所有局部干擾都去掉，什么太空塵埃引力波全部忽略，石頭待的時(shí)空背景本身就在不停加速膨脹。

大尺度的時(shí)間對(duì)稱(chēng)性破缺，讓經(jīng)典的能量守恒沒(méi)辦法在整個(gè)宇宙尺度嚴(yán)格生效。

石頭的動(dòng)能會(huì)跟著時(shí)空的拉伸一點(diǎn)點(diǎn)耗散，速度越來(lái)越慢，最后慢慢趨近于零，也就是咱們說(shuō)的停下來(lái)。

很多人看到這會(huì)懵，那為啥從小到大，所有老師都告訴我們能量守恒是真理？

這事說(shuō)穿了真不怪老師，實(shí)在是我們能接觸到的尺度太小了。

人類(lèi)，乃至整個(gè)太陽(yáng)系、銀河系，放到整個(gè)浩瀚宇宙里，都只是個(gè)很小的點(diǎn)。

銀河系內(nèi)部的時(shí)空結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)定，宇宙加速膨脹帶來(lái)的影響微乎其微，小到連最精密的儀器都很難測(cè)出來(lái)。

咱們?nèi)粘Ｉ畹某叨壬希瑫r(shí)間對(duì)稱(chēng)性的近似度高到離譜，能量守恒用起來(lái)和絕對(duì)真理沒(méi)兩樣。

這不就像你平時(shí)走路，只會(huì)覺(jué)得地面是平的，不會(huì)總想著地球是圓的走歪了會(huì)掉下去。

只有你飛到太空往下看，才能清清楚楚看到地球本來(lái)就是個(gè)球體，平只是小范圍的近似。

能量守恒這件事，也是一模一樣的道理。

那繞回來(lái)，能量守恒定律真的錯(cuò)了嗎？其實(shí)這個(gè)問(wèn)題本身，就比簡(jiǎn)單說(shuō)對(duì)說(shuō)錯(cuò)要深刻得多。

現(xiàn)在有不少物理學(xué)家提出，廣義相對(duì)論描述的動(dòng)態(tài)宇宙里，可能根本沒(méi)辦法定義一個(gè)讓所有觀察者都認(rèn)可的全局能量概念。

咱們從小到大熟悉的能量守恒，本來(lái)就是局部時(shí)空里，高度近似有效的一個(gè)規(guī)律模型而已。

這恰恰是科學(xué)最迷人的地方啊，哪有什么永遠(yuǎn)正確的絕對(duì)真理。

所有我們?cè)?jīng)堅(jiān)信不疑的道理，都是當(dāng)前認(rèn)知范圍內(nèi)，最接近真相的那個(gè)模型。

當(dāng)年牛頓力學(xué)也被整個(gè)學(xué)界當(dāng)成普適真理，直到碰到高速和微觀領(lǐng)域，才被相對(duì)論和量子力學(xué)修正。

現(xiàn)在相對(duì)論和量子力學(xué)，也照樣碰到了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

宇宙加速膨脹帶來(lái)的能量守恒宏觀失效，說(shuō)不定就是科學(xué)叩擊下一扇真理大門(mén)的聲音。

有個(gè)很有名的比喻說(shuō)，已知的范圍越大，你接觸到的未知邊界就越廣闊。

科學(xué)的進(jìn)步從來(lái)都是這樣，對(duì)著一個(gè)個(gè)曾經(jīng)被奉為圭臬的近似真理不斷質(zhì)疑，一點(diǎn)點(diǎn)修正，一步步無(wú)限逼近那個(gè)終極真相。哪怕那個(gè)終極真相，可能我們永遠(yuǎn)都沒(méi)辦法完全觸摸到。

參考資料：人民日?qǐng)?bào) 諾特定理背后的宇宙奧秘