Physics Crunch: Is mathematics the root of reality? / Кризис физики: является ли математика оcновой реальности?: Кризис физики: является ли математика оcновой реальности?

В конце 1800-ых, когда Джеймс Максвелл понял, что свет является электромагнитной волной, его уравнения показали, что скорость света должна составить приблизительно 300,000 километров в секунду.

Irina73 09.03.13 в 14:23

Это было близко к значению экспериментальных измерений, но уравнения Максвелла оставили нервирующую недосказанность: 300 000 километров в секунду относительно чего?

Irina73 09.03.13 в 16:45

Поначалу ученые отстаивали паллиативное утверждение о невидимой субстанции, пронизывающей пространство - "эфир", как невидимый стандарт покоя.

Irina73 11.03.13 в 10:40

Это был Эйнштейн, который в начале 20-ого столетия утверждал, что ученые должны более серьезно отнестись к уравнениям Максвелла.

Irina73 11.03.13 в 10:43

Если уравнения Максвелла не относятся к стандартам покоя, то в стандартах покоя нет никакой необходимости.

Irina73 12.03.13 в 07:52

Эйнштейн окончательно показал, что скорость света равна 300 000 километрам независимо от чего бы то ни было.

Irina73 12.03.13 в 07:54

Детали, представляющие исторический интерес, но я описываю этот эпизод чтобы подчеркнуть главное: у всех был доступ к математике Максвелла, но потребовался гений Эйнштейна, чтобы осознать их полностью.

Irina73 12.03.13 в 08:26

Его предположение об абсолютной скорости света позволило ему первым открыть специальную теорию относительности – опрокидывающую столетние представления о пространстве, времени, материи и энергии – и, в конечном итоге, общую теорию относительности, теорию гравитации, которая до сих пор является основой для рабочей модели Вселенной.

Irina73 12.03.13 в 08:41

Эта история является ярким примером того, что имел в виду лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг, когда писал:

Irina73 12.03.13 в 08:43

«Наша ошибка не в том, что мы воспринимаем наши теории слишком серьезно, а в том, что мы относимся к ним недостаточно серьезно."

Irina73 12.03.13 в 08:45

Вайнберг имел в виду еще один большой прорыв в космологии, предсказание Ральфа Алфера, Роберта Хермана и Георгия Гамова существования космического микроволнового фонового излучения, послесвечения большого взрыва.

Irina73 12.03.13 в 08:48

Этот прогноз является прямым следствием общей теории относительности, в сочетании с основами термодинамики.

Irina73 12.03.13 в 08:54

Но это открытие получило известность только после того, как дважды, с разрывом в десяток лет, было теоретически предсказано, а затем, благодаря его величеству случаю, послесвечение было обнаружено на практике.

Irina73 12.03.13 в 09:02

Безусловно, замечание Вайнберга следует применять с осторожностью.

Irina73 12.03.13 в 09:03

Хотя его стол принял немыслимое количество математики, которая оказалась относящейся к реальному миру, далеко не каждое уравнение, с которым возимся мы теоретики, поднимается до этого уровня.

Irina73 12.03.13 в 09:11

В отсутствие убедительных экспериментальных результатов, решать, к какой математике нужно отнестись серьезно, является таким же искусством как и наука.

Irina73 12.03.13 в 09:14

Эйнштейн был мастером этого искусства.

Irina73 14.03.13 в 15:04

Спустя десяток лет после публикации специальной теории относительности в 1905, он ознакомился с обширными областями математики, о которой большинство физиков знало мало или вообще ничего.

Irina73 14.03.13 в 15:06

Нащупывая окончательные уравнения общей теории относительности, Эйнштейн показал редкое умение в формировании этих математических конструкций твердой рукой физической интуиции.

Irina73 14.03.13 в 15:08

Когда он получил известие о том, что параллельные наблюдения солнечного затмения 1919 года подтвердили предсказания общей теории относительности о том, что свет звезды должен следовать по изогнутым путям, на вопрос, что если бы их результаты не отличались он ответил: «Тогда мне было бы жаль господа бога, теория-то всё равно верна».

Irina73 14.03.13 в 15:21

Я уверен, что убедительные данные, противоречащие общей теории относительности, изменили бы настроение Эйнштейна, но ответ завораживает, как и набор математических уравнений, из-за их четкой внутренней логики, их внутренней красоты и их потенциала для широкого применения, который, кажется, может излучать реальность.

Irina73 14.03.13 в 15:39

Века открытий сделали совершенно очевидным потенциал математики раскрывать секреты устройства и работы мира, революционные потрясения в физике энергично появлялись снова и снова, следуя примеру математики.

Irina73 15.03.13 в 09:20

Однако, существовал предел тому, как далеко Эйнштейн был готов следовать за своей собственной математикой. Он не воспринимал общую теорию относительности "достаточно серьезно", чтобы верить ее предсказанию черных дыр, или расширяющейся вселенной.

Irina73 15.03.13 в 09:29

Другие восприняли уравнения Эйнштейна более полно, чем он, и их успехи устанавливали курс космологического понимания в течение почти столетия.

Irina73 15.03.13 в 09:32

Эйнштейн вместо этого последние 20 лет своей жизни посвятил математическим исследованиям, страстно стремясь к желанному достижению единой теории физики.

Irina73 15.03.13 в 09:51

Оглядываясь назад, нельзя не согласиться, что все эти годы он несколько яростно, можно сказать, слепо продирался сквозь заросли уравнений, которыми был постоянно окружен.

Maglik2cb 20.03.13 в 12:08

Даже Эйнштейн иногда делал неверный выбор: к каким уравнениям относиться серьезно, а к каким - нет.

Maglik2cb 20.03.13 в 12:10

Квантовая механика дает нам еще один пример подобной ситуации.

Maglik2cb 20.03.13 в 12:11

Десятилетиями после того, как Эрвин Шредингер записал в 1926 году уравнение, помогающее обнаружить квантовые волны, оно считалось значимым только в области мельчайших объектов: молекул, атомов, частиц.

Maglik2cb 20.03.13 в 12:36

Но в 1957-м Хью Эверетт ответил на призыв Эйнштейна полувековой давности: относиться к математике серьезнее.

Maglik2cb 20.03.13 в 12:38

Эверетт хотел показать, что уравнение Шредингера можно применять ко всему, потому что вне зависимости от размера все существующие объекты состоят из молекул, атомов и субатомных частиц, которые ведут себя по вероятностным законам.

Maglik2cb 21.03.13 в 08:49

Следуя этой логике, становится ясно, что не только эксперименты должны развиваться в этом направлении, но и сами экспериментаторы.

Maglik2cb 21.03.13 в 08:53

Это привело Эверетта к идее существования квантовой "мультивселенной", в которой все возможные исходы составляют огромную совокупность параллельных миров.

Maglik2cb 21.03.13 в 08:56

Прошло уже более 50-ти лет, а мы все еще не знаем, верно ли его приближение.

Maglik2cb 21.03.13 в 08:57

Но, приняв во внимание математические расчеты квантовой теории со всей серьезностью, он сделал, возможно, самое важное научное открытие.

Maglik2cb 21.03.13 в 09:03

Мультивселенная в различных формах с тех пор стала распространенной особенностью многих математиков, которые желают предложить нам более глубокое понимание реальности.

Irina73 21.03.13 в 13:35

В своем отдаленном воплощении, «окончательной мультивселенной», все возможные вселенные, допускаемые математикой, соответствуют реальной Вселенной.

Irina73 21.03.13 в 13:38

Допустимое в этих крайностях - математика реальности.

Irina73 21.03.13 в 13:40

Если некоторые или вся математика, которая заставила нас думать о параллельных мирах, оказываются относящимися к действительности, известный вопрос Эйнштейна – есть ли у вселенной свойства, которые ее определяют просто потому, что никакая другая вселенная не возможна – имел бы категорический ответ: нет.

Irina73 21.03.13 в 14:08

Наша Вселенная не является единственно возможной.

Irina73 21.03.13 в 13:47

Ее свойства могут быть различными, и реальные свойства других возможных вселенных также могут отличаться.

Irina73 21.03.13 в 13:50

Если это так, поиск фундаментального объяснения, почему определенное состояние это способ его определения, был бы бессмыслен.

Irina73 21.03.13 в 14:13

Статистическая вероятность или простая случайность были бы прочно вплавлены в наше понимание космоса, которое будет глубоко бесконечно.

Irina73 21.03.13 в 13:55

Я не знаю, если это так, как это будет. Никто не знает.

Irina73 21.03.13 в 13:59

Но это возможно узнать только путем бесстрашного обязательства изучать наши пределы.

Irina73 21.03.13 в 14:02

Только через рациональное стремление теорий, даже тех, которые венчают нас в странной и незнакомой области - воспринимая математику серьезно - у нас есть шанс выявления скрытых просторов реальности.

Irina73 21.03.13 в 14:05