Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Newton’s Revolution: How Physics Was Born

Ньютоновская революция: как родилась физика.

Многие считают открытия сэра Исаака Ньютона началом современной физики (наряду с небольшой помощи его предшественника Галиле́о Галиле́я)

Открытия Ньютона преобладали два столетия физики, пока Альберт Эйнштейн не занял свое место на вершине научного величия.

Достижения Ньютона разнообразны, но он известен в основном за четыре важных открытий, которые определяют сферу физики и сегодня:

• Три закона движения

• Закон всемирного тяготения

• Оптика

• Исчисление

Каждое из этих открытий имеет элементы, которые докажут свою важность, когда вы попытаетесь понять более поздние открытия теории струн.

Сила, масса и ускорение: Приведение объектов в движение

Ньютон сформулировал три закона движения, которые показали его понимание реального значение движения и как это относится к силе.

Согласно его законам движения, сила создавала пропорциональное ускорение на объекте.

Это понимание было необходимым фундаментом на котором его закон тяготения был основан (смотрите следующую секцию)

Фактически, оба были представлены в его книге 1686 года Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, что переводится как Математические начала натуральной философии.

Эта книга стала известной под более коротким названием Начала физики.

Второй закон движения гласит, что сила, необходимая чтобы ускорить объект, это произведение его массы на ускорение, выражено уравнением F = ma, где F - это полная сила, m - это масса объекта, a - это ускорение.

Чтобы найти полное ускорение, вы должны найти все действующие силы на него и затем разделить на массу.

Грубо говоря, Ньютон сказал, что сила равна изменению импульса объекта.

Численно, это производная импульса по времени.

Импульс равен массе умноженной на вектор скорости.

Так как масса считается константой, то производная вектора скорости по времени дает ускорение, известное F = ma уравнение это упрощенный способ рассмотрения данной ситуации.

Это уравнение может также быть использовано для определения массы.

Если я возьму силу и поделю ее на ускорение, которое действует на объект, я могу определить массу объекта

Один вопрос, на который теоретики теории струн надеются ответить, это почему некоторые объекты имеют массу, а другие (такие как фотон) нет.

Ньютон открывает несколько законов движения.

Второй закон, и то, как он связан с силой, ускорением и массой, это единственный закон движения значимый в обсуждении теории струн.

Однако для истинных Ньютонолюбов, вот два других закона движения, перефразируемые для простоты понимания:

• Первый Ньютоновский закон движения: покоящийся объект остается в состоянии покоя, или движущийся объект остается в состоянии движения, если на него не подействовала внешняя сила.

Другими словами, требуется сила, чтобы изменить движение.

• Третий Ньютоновский закон движения: Когда два объекта взаимодействуют посредством силы, каждый объект оказывает силу на другой объект, которая равна и противоположена.

Другими словами, если я прилагаю силу на стену моей рукой, то стена прилагает такую же силу на мою руку.

Гравитация: Великое открытие.

Имея законы движения Ньютон смог объяснить движение небес и Земли, что сделает его самым великим физиком того времени.

Его предположение было в том, что закон всемирного тяготения, который определяет силу, действующую между двумя объектами, основан на их массах и расстоянии разделяющее их.

Более крупные объекты, большая гравитационная сила.

Взаимосвязь на расстоянии обратно пропорциональна, это означает, что с увеличением расстояния, сила ослабевает.

(точнее говоря, ослабевает с квадратом расстояния — поэтому спадает так быстро, насколько объекты разделены)

Чем ближе два объекта расположены, тем выше гравитационная сила.

Величина силы тяготения определяет значение в уравнении Ньютона, называемая гравитационной постоянной или постоянной Ньютона.

Это значение получено путем проведения экспериментов и наблюдений, и вычислением того, какой константой должна быть.

Один вопрос все еще открыт для физиков и теории струн - почему гравитация такая слабая по сравнению с другими силами.

Гравитация кажется весьма простой, но на самом деле она является причиной немалых проблем для физиков, потому что она не хочет уживаться с остальными силами во Вселенной и вести себя так же, как они.

Самому Ньютону было не комфортно от мысли, что сила действует на расстоянии, и он не понимает задействованного механизма.

Но уравнения, даже без глубокого толкования того, что было причиной этому, работали.

Фактически, уравнения работали достаточно хорошо более чем два столетия, и до Эйнштейна никто не мог понять, чего не хватало в теории

Подробнее об этом в главе 6.

Оптика: проливание света на свойства света.

Ньютон также проделал обширную работу в понимании свойств света, области известной как оптика.

Ньютон придерживался взгляда, что свет распространяется маленькими частицами, что было противоположно теории того, что свет распространяется волной.

Ньютон проделал всю свою работу по оптике полагая, что свет распространяется как крошечные шарики энергии летящие по воздуху.

На протяжении почти столетия, Ньютоновский взгляд на свет, что это маленькие частицы, преобладал, пока эксперименты Томаса Юнга в начале 1800х годах не продемонстрировали, что свет проявляет свойства волн, а именно принцип суперпозиции (смотрите предыдущую секцию "На гребне волны" для дополнительной информации про суперпозицию и следующую секцию "Свет как волна: Теория эфира" для дополнительной информации об световых волнах)

Понимание света, которое началось с Ньютона, приведет к революции в физике, которую устроит Альберт Эйнштейн, и, в конечном счете, к основным идеям теории струн.

В теории струн, и гравитация и свет являются следствием поведения струн.

Исчисление и математика: повышение научного понимания

Для понимания физического мира, Ньютон должен был разработать новые математические инструменты.

Одним из разработанных инструментов был раздел математики, который мы называем исчисление.

Фактически одновременно Ньютоном, философ и математик Готфрид Лейбниц также создал исчисление совершенно независимо.

Ньютону нужно было исчисление для исследований окружающего мира.

Лейбниц, с другой стороны, разработал его в основном для объяснения некоторых геометрических задач.

Задумайтесь на секунду насколько это потрясающе.

Чисто математическая концепция, такая как исчисление, обеспечила ключевые догадки в физических системах, которые Ньютон изучал.

С другой стороны, физический анализ, который Ньютон проделал, привел его к созданию исчисления.

Другими словами, это тот случай, где математика и наука, кажется, помогла создать друг друга!

Один из главных успехов теории струн, это то, что она предоставила движущую силу для важных математических разработок, которые и по сей день являются пригодными в других областях.

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

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145357

Переводчики: Swarlz, falcton, Irina73