数学与计算

数学思维方式:Graham Farmelo歌颂弦乐理论

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-06 19:49

在过去的40年中,一群专业的理论物理学家一直在进行一项雄心勃勃的计划,以创建引力的量子理论并统一自然的四个力。使用称为字符串的扩展一维对象,它们的理论框架可以帮助回答其他理论无法解决的问题。弦论在很大程度上受到数学的指导,而弦论的主角则强调了数学推理在理解自然界方面的至高

  在过去的40年中,一群专业的理论物理学家一直在进行一项雄心勃勃的计划,以创建引力的量子理论并统一自然的四个力。使用称为字符串的扩展一维对象,它们的理论框架可以帮助回答其他理论无法解决的问题。弦论在很大程度上受到数学的指导,而弦论的主角则强调了数学推理在理解自然界方面的至高无上的力量。

  但是并不是每个人都这样看待事物(或字符串)。一些物理学家认为弦理论与现实相去甚远,并且没有做出可以检验的简单预测,或者至少在当前的实验中无法做到。他们抱怨说,弦理论是一种奇特的数学幻想,而不是物理学应该做的。与应该成为“适当”物理学的标志的实验发现之间的密切相互作用在哪里?

数学思维方式:Graham Farmelo歌颂弦乐理论

  为了试图解释物理学家为什么要注意理论家,尤其是弦理论界的数学家的思考,资深的科学作家Graham Farmelo现在出版了《宇宙中的数字:现代数学如何揭示大自然的最深奥秘诀》。法米洛(Farmelo)用清晰,精致和优美的散文为数学倾斜的理论物理提供支撑。弦理论家和其他具有数学头脑的物理学家将把这本书放在一起。

  对于某些人而言,狄拉克(Dirac)将始终坚持将数学“美”原理作为科学的驱动力,将物理学带到不必要的数学方向。

  在揭示数学如何引导人们更深入地了解自然的过程中,法梅洛从牛顿关于力学和重力的工作开始,然后发展到麦克斯韦认识到电和磁是同一枚硬币的两个方面,然后再研究爱因斯坦的特殊和一般理论相对论。他关于量子力学的章节特别引人注目,鉴于法莫洛(Farmelo)撰写了保罗·狄拉克(Paul Dirac)的权威传记,他擅长使用数学来理解自然世界,这不足为奇。

  对于某些人而言,狄拉克(Dirac)将始终坚持将数学“美”原理作为科学的驱动力,将物理学带到不必要的数学方向。正如法梅洛(Farmelo)提醒我们的那样,狄拉克(Dirac)的观点是,研究人员应“力求最大程度地增强支撑自然世界理论的数学结构的美感”。爱因斯坦(Dirac的知识分子兄弟)也感受到了数学的吸引力。他希望理论物理学家专注于发展他们最好的理论的数学,并关注可能与某一天相关的新数学。

  法莫洛的注意力转向第二次世界大战之后的时期,那段时期看到了物理学和数学经历了他所说的“漫长的离婚”。粒子加速器,望远镜和固态物理实验室中涌现出大量数据,物理学家简单地接受了他们在大学时所教的数学。直到1970年代,数学和物理学才重新开始融合。1974年J /Ψ粒子的发现表明,所有形成原子的力都由规范理论(麦克斯韦对电和磁的解释的后代)描述了,并导致了粒子物理学标准模型的发展。

  这是本书下半部分的起点,法莫洛探讨了自1970年代末以来理论物理学家的“几乎完全没有刺激实验发现的情况下,就想像了他们通往新概念和基础理论的方式”。对于那些参与其中的人来说很难。正如法梅洛(Farmelo)指出的那样,任何可能被正确纠正的新观念都必须与量子理论和狭义相对论相一致。加上缺乏来自粒子实验的数据,理论家们进入了以前仅由纯数学家(或简称为“物理数学”)占据的领域。

  考虑到主题的复杂性,在阅读本书的后续章节时,您将需要一些智慧,这些章节涉及诸如“无鬼定理”,Calabi–Yau空间,Malcadena对偶性,扭转子和amplituhedra之类的特质。 –我很难说一个单词,更不用说理解了。值得庆幸的是,Farmelo是本书中的权威,可靠和值得信赖的指南。他用力扶住分till,用松饼切开理论上浑浊的水。

  我怀疑任何人都可以在描述该领域的发展方面做得更好或更时尚

  的确,我对这本书的了解愈加深入。法梅洛(Farmelo)很好地了解他的主题,他写作引人入胜,仔细选择他的话。该书还得到了许多顶级研究人员的采访的支持,这些访谈包括史蒂文·温伯格,已故的迈克尔·阿蒂亚(Michael Atiyah)和数学家转变为物理学家的弗里曼·戴森(Freeman Dyson)。明智的是,Farmelo避免解释每一个细微差别,这意味着,如果您真的想了解弦论,那么这不是一本书。但是我怀疑任何人都可以在描述这个领域的发展方面做得更好或更时尚,即使他对主角的热情也太高了。

  法梅洛(Farmelo)太客气了,在正文中没有提到那些对现代理论物理学的状态不满意的“有影响力的评论员”。但是,只要看一看书的脚注,便可以发现他正在瞄准使用“童话物理学”一词的科学作家吉姆·巴格特(Jim Baggott)以及写博客《Not Even Wrong》的理论家彼得·怀特(Peter Woit)之类的人,和萨宾Hossenfelder,其2018本书指责,认为“迷失在数学”理论的产生。

  法梅洛在一个令人沮丧的沉沦中,宣称自己“被一些评论家的不屑一顾所困扰,特别是那些自信地写那些掩盖了他们对所攻击的主题的明显了解的人”。他认为,他们的袭击是“特别令人遗憾的”趋势的一部分,在这种趋势中,“任何人都可以对任何主题都拥有有效的见解,而不论他们的技术知识和对此有何了解。哎哟!

  法梅洛的基本信息是,我们不应该放弃当今领先的理论物理学家的努力,至少也不应放弃那些从事弦乐研究的物理学家的努力。他说,看看像爱因斯坦和狄拉克这样的理论家。他们当时并不总是被理解,但最终被证明是正确的。然而,法梅洛承认,进展的步伐可能会放慢,未来的发展发生在数十年和数百年而不是几年。还记得希格斯玻色子吗?它于1964年被预测,但直到2012年才被发现。

  法梅洛的基本信息是,我们不应该放弃当今领先的理论物理学家的努力,至少也不应放弃那些从事弦乐研究的物理学家的努力。

  问题是,未来的理论家是否会为如此缓慢的冰川进展做好准备-如法莫洛所说的那样“沉迷”,而是被诱使采取行动更快的领域。理论物理学家真的想像数学家一样,在职业生涯中仅在一些棘手的问题上取得进步吗?法梅洛认为“他们会很好地培养耐心的美德”,但是危险(或者,根据您的观点,这是希望)是那些理论家可能完全放弃弦乐。

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