Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Understanding How Scientific Change Is Viewed

Понимание того как наука изменяет взгляд.

Дебаты по теории струн представляют собой фундаментальные различия в том, что рассматривает наука.

Как первая часть этой главы указывает, многие люди предложили идею о том, что должно быть целью науки.

Но за эти годы, наука менялась по мере введения новых идей и в попытке понять природу этих изменений, вот где смысл науки действительно оказывается под вопросом.

Методы, в которых ученые адаптируют  старые идеи и принимают новые, можно также рассматривать по-разному, и теория струн это все адаптация старых идей и принятие новых.

Старое снова становится новым: Наука как революция

Взаимодействие между экспериментом и теорией никогда неочевидны так, как в тех сферах, где они не в состоянии совпадать.

В ситуации, если эксперимент не содержит изъянов, ученые не имеют иного выбора, кроме как адаптировать существующую теорию под новые доказательства.

Старая теория переходит в новую теорию.

Научный философ Томас Кун говорил о таких преобразованиях, как о научных революциях.

В модели Куна (с которой согласны не все ученые), наука прогрессирует вдоль, пока она не накапливает ряд экспериментальных проблем, которые делают ученые пересмотрев теории, в этом наука работает.

Эти всеобъемлющие теории есть научные парадигмы, переход от одной парадигмы к новой является периодом потрясений в науке.

С этой точки зрения, теория струн новая научная парадигма, и физики будут в середине научной революции, где она приобретет могущество.

Научная парадигма, предложенная Куном в 1962, "Структура научных революций", является периодом бизнеса, как обычно бывает в науке.

Теория объясняет, как работает природа, и ученые работают внутри этой структуры.

Кун считает научный метод Бекона - регулярного решения головоломок - подходящим в рамки существующей научной парадигмы.

Ученый приобретает факты и использует правила научной парадигмы, чтобы объяснить их.

Проблема в том, что всегда кажется, что горстку фактов научная парадигма не сможет объяснить.

Несколько фрагментов данных не вписываются.

В периоды обычной науки, ученые делают все возможное, чтобы объяснить эти данные, чтобы включить их в существующие рамки, но они не слишком озабочены этими случайными аномалиями.

Это прекрасно, когда есть только несколько таких проблем, но когда их достаточно накапливается, они могут создать серьезные проблемы для преобладающей теории.

Поскольку эти проблемы начинают накапливаться, активность обычной науки нарушается и в конечном счете достигнет точки, где происходит полная научная революция.

В научной революции, нынешняя научная парадигма заменяется на новую, которая предлагает иную концептуальную модель, как работает природа.

В какой-то момент, ученые не могут просто продолжать работать как обычно, и они вынуждены искать новые способы интерпретации данных.

Сначала ученые пытаются сделать это с незначительными изменениями в существующей теории.

Они могут лавировать, на исключение здесь есть и частный случай.

Но если есть много несостыковок, и если эти временные исправления не в силах решить эти проблемы, ученые вынуждены строить новую теоретическую основу.

Другими словами, они вынуждены не только внести изменения в свою теорию, но и построить совершенно новую парадигму.

Это не просто, потому что лишь некоторые детали оказались ошибочными, а в результате их самые основные предположения стали неверны.

В период научной революции, ученые начинают ставить под сомнение все, что они думали, что они знали о природе.

Например, в главе 10 вы увидите, что струнные теоретики были вынуждены поставить под сомнение число измерений во Вселенной.

Объединение сил: Наука как унификация

Наука может рассматриваться как прогрессивная серия унификаций между идеями, которые, в одной точке, рассматриваются как отдельные и отличные.

Например, биохимия произошла, применяя химию для систем в биологии.

Вместе с зоологией, это дает генетику и неодарвинизм - современную теорию эволюции путем естественного отбора, краеугольный камень биологии.

Таким образом, мы знаем, что все биологические системы фундаментально химические системы.

И все химические системы, в свою очередь, происходят из сочетания различных атомов в молекулы, которые в конечном счете следуют ассорти законов, определенных в Стандартной модели физики элементарных частиц.

Физика, потому что она изучает наиболее фундаментальные аспекты природы, это наука наиболее заинтересована в этих принципах объединения.

Теория струн, в случае успеха, может объединить все фундаментальные физические силы вселенной до одного уравнения.

Галилей и Ньютон объединили небеса и Землю в своей работе по астрономии, определяя движение небесных тел и твердо установили, что Земля следуют точно таким же правилам, как и все другие тела в нашей солнечной системе.

Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл объединили понятия электричества и магнетизма в единую концепцию управляемой едиными законами - электромагнетизм.

(Если вы хотите более подробную информацию о гравитации или электромагнетизме, вы будете привлечены к главе 5.)

Альберт Эйнштейн, с помощью своего старого учителя Германа Минковского, объединил понятия пространства и времени, через его специальную теорию относительности.

В том же году, в рамках той же теории, он также объединил понятия массы и энергии.

Годы спустя, в его общей теории относительности, он объединил силы тяжести и специальную теорию относительности в одну теорию.

Центральным в квантовой физике является представление, о том что частицы и волны не отдельные явления, как кажется.

Вместо этого, частицы и волны можно рассматривать как одно и тоже явление, если смотреть по-разному в разных условиях.

Объединение продолжалось в Стандартной модели физики элементарных частиц, когда электромагнетизм был единым с сильным и слабым ядерными взаимодействиями в единой теории.

Это процесс объединения был удивительно успешным, потому что почти все в природе можно проследить в Стандартной модели - за исключением гравитации.

Теория струн, в случае успеха, будет конечной теорией объединения, наконец, гравитация будет в гармонии с другими силами.

Что произойдет, когда вы нарушите её? Наука как симметрия.

Симметрия существует, когда вы можете взять что-то, изменив его в некотором роде, и ничего, кажется, не поменялось.

Принцип симметрии имеет решающее значение в изучении физики и имеет свои последствия, в частности для теории струн.

Когда преобразование в системе приводит к изменению ситуации, ученые говорят, что она представляет собой нарушение симметрии.

Это очевидно в геометрии.

Возьмите круг и проведите линию через его центр, как на рисунке 4-1.

А теперь вращайте круг вокруг этой линии.

Полученное изображение идентично оригинальному изображению, когда перевернуто относительно линии.

Это линейная или зеркальная симметрия.

Если бы вы вращали фигуру на 180 градусов, вы бы в конечном итоге были с тем же изображением.

Это осевая симметрия.

Трапеции, с другой стороны, имеют асимметрию (или не хватает симметрии), поскольку ни вращение или отражение формы не даст первоначальную форму.

Наиболее фундаментальная форма симметрии в физике, это идея поступательной симметрии, согласно которой, вы берете объект и перемещаете его из одного места в пространстве в другое.

Если перемещать из одного места в другое, законы физики должны быть одинаковыми в обоих местах.

Этот принцип используют ученые, законы, открытые на Земле, для изучения далекой Вселенной.

Рисунок 4-1: круг имеет симметрию, а трапеция нет.

В физике, хотя, симметрия означает намного больше, чем просто брать объект и крутить, вращать, или, сдвигать его в пространстве.

Наиболее детальные исследования энергии во Вселенной показывают, что, независимо от того, в каком направлении вы смотрите, пространство не является тем же что и в других направлениях.

Сама Вселенная, кажется, была симметричной с самого начала.

Законы физики не меняются с течением времени (по крайней мере, по мнению большинства физиков и, конечно, не на коротких временных масштабах, как вся человеческая жизнь или весь возраст Соединенных Штатов Америки).

Если бы я провел эксперимент сегодня и выполню тот же эксперимент завтра, я получу по существу тот же результат.

Законы физики обладают базовой симметрией и относительно времени.

Изменения во времени не изменяют поведение системы, хотя я обсуждаю некоторые потенциальные исключения в главе 16.

Эти и другие симметрии рассматриваются как центральные в науке, и в самом деле, многие физики заявили, что симметрия является самым важным понятием для понимания физики.

Правда в том, что в то физики часто говорят о элегантности Вселенной в симметрии, в теории струн Леонард Зюскинд совершенно прав, когда указывает, что самое интересное, это когда происходят разрывы симметрии.

На самом деле, когда я готовил эту книгу, в Нобелевской премии по физике 2008 года были отмечены трое ученых - Йотиро Намбу, Макото Кобаяси и Тосихидэ Маскавы - по работам в нарушенной симметрии, проведенных несколько десятилетий назад.

Без нарушенной симметрии, все было бы абсолютно одинаково.

Сам факт, что у нас есть химия, позволяет нам доказать то, что некоторые аспекты симметрии не выполняются во Вселенной.

Многие физики-теоретики считают, что симметрия существует между четырьмя фундаментальными силами (гравитационной, электромагнетизмом, слабым ядерным взаимодействием, сильным ядерным взаимодействием), симметрия, которая сломалась в начале формирования Вселенной и вызвала различия которые мы видим сегодня.

Теория струн является основной (если не единственной) позволяющей понять, что нарушенная симметрия, действительно существует.

Это нарушенная симметрия может быть тесно связана с суперсимметрией, которая необходима для теории струн, чтобы стать жизнеспособной.

Суперсимметрия была исследована во многих областях теоретической физики, хотя нет прямых экспериментальных доказательств этого, потому что это гарантирует, что теория включает в себя множество желаемых свойств.

Суперсимметрия и объединение сил находятся в центре этой теории струн.

Когда вы будете читать больше о теории струн, вы сможете определить, осуждает ли отсутствие экспериментальных данных её с самого начала.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145353

Переводчики: chakusha, KillKick