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欧亿总代理,为理论物理学的灵魂而战

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《宇宙以数字说话:现代数学如何揭示自然界最深的秘密》(2019)
 
数学是理解宇宙规律的一个极其强大的工具。例如,2012年希格斯玻色子的发现就戏剧性地证明了这一点。然而,一场关于理论物理方向的持续的、往往是激烈的辩论,其焦点在于物理与数学之间的关系——具体来说,数学是否已变得过于主导。
 
几十年来,许多理论家和作家都表达了这样的担忧:理论物理学已经变成了一种过于专注于一小部分概念和方法的单一文化。这些因素包括弦理论、对新发现的夸大预测、过度依赖数学的优雅作为指导,以及物理学家兼作家吉姆•巴戈特(Jim Baggott)在《告别现实》(Farewell to Reality, 2013)一书中所说的“童话物理学”脱离了它的经验基础。值得注意的批评来自理论物理学家,包括彼得·沃特(Peter Woit)、李·斯莫林(Lee Smolin),以及最近的萨宾·霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)(见A. Ananthaswamy Nature 558、186-187;2018)。科学作家格雷厄姆·法梅罗(Graham Farmelo)显然打算用数字来反驳宇宙。
 
法梅罗带我们参观了这个领域的历史。他的主要主角是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔、阿尔伯特·爱因斯坦和保罗·狄拉克(法梅罗2009年出版的杰出传记《最奇怪的人》的主人公)。麦克斯韦方程组中电、磁和光的统一是任何优秀物理学学位的亮点。我想大多数物理学家都还记得,在电流和电压上做了一些代数运算之后,光速出现的那一刻,就像变魔术一样。宇宙不只是用数字说话:它在唱歌和跳舞。
 
光速的恒定值导致了1905年爱因斯坦的狭义相对论。从这里,在一个惊人的概念(和数学上的教唆性)飞跃,爱因斯坦在1915年变出了广义相对论,然后是时空的曲率,最后是100年后由激光干涉仪引力波天文台(LIGO)发现的引力波。1928年,狄拉克要求量子力学和狭义相对论在数学上保持一致,这让我们对电子的自旋有了了解——没有电子的自旋,元素周期表就没有意义——并预言了反物质的存在,这是几年后在实验中发现的。
 
这些都是数学方法的辉煌成就,法梅罗以当代的叙述和科学的洞察力巧妙地带领我们了解这些。他还以怀疑的眼光看待球员们讲述的关于他们自己的故事——在这里,紧张开始被感觉到。把爱因斯坦的警告带给那些想学习理论物理学家方法的人:“不要听他们的话,把注意力集中在他们的行为上。”正如法梅罗所述,对爱因斯坦笔记本的研究为这一现象提供了有趣的背景。研究显示,爱因斯坦后来在自己的突破中,夸大了数学的作用,而低估了物理洞察力的作用。
 
一个富有成效的联盟
 
法梅罗的论点是,数学和物理有效地合作,对双方都有利。狄拉克和爱因斯坦是数学主导物理学的传道者,但他们的呼吁或多或少被他们的年轻同事忽视了,比如理查德·费曼(Richard Feynman)和史蒂文·温伯格(Steven Weinberg),他们当时正在开发粒子物理学的标准模型。从20世纪30年代到70年代,在法梅罗所称的数学和理论物理之间的“长时间的分离”中,我们对基础物理目前的理解得到了整合。狄拉克和爱因斯坦几乎没有参与这些发展。
 
粒子物理学发展中最富有成果的时期,恰好与它与纯数学的疏远相吻合,这可以被视为削弱法梅罗的论点。然而,进展的速度可能更多地与当时实验的迅速进展有关,而不是与这两个学科之间的任何内在问题有关。
 
这是实验的沃土,从介子的出现到对质子内部结构的观察,新的惊人结果不断地冲击着理论学家;这些要求解释。尽管少数从事这一领域的数学物理学家,特别是弗里曼·戴森,做出了重要的贡献,但大多数物理学家并不需要超越成熟的数学技术就能取得进步。戴森自己(引用法梅罗的话)说:“我们不需要数学家的帮助。我们认为自己很聪明,可以靠自己做得更好。而且,正如法梅罗所说,这种感觉是相互的:物理学家“很少产生数学研究人员丝毫不感兴趣的想法”。离婚双方的许多人都对现状感到满意。
 
自上世纪80年代以来,两国重新接触。在粒子物理学的主流中,理论学家和实验学家正在计算和确认多个结果,这些结果至少建立了标准模型,作为一个非常精确的“有效理论”。但其他一些人,包括迈克尔·阿提亚(Michael Atiyah)、爱德华·威滕(Edward Witten)等知名人士,以及迈克尔·格林(Michael Green)和约翰·施瓦茨(John Schwarz)等弦理论先驱,正在探索弦理论的数学边界。
 
数学方法最终是否会占据主导地位, 2019年都希望各位诸事如意欧亿平台主管Q58255957报喜,与用户们一起成长!,取代学术认可和资助,是今天辩论的关键所在。法梅罗生动地描述了任何一个蓬勃发展的跨学科领域的典型贡献,物理问题促进数学突破,数学提出了新的见解和物理技术。他避开了讨论可能存在的物理理论的不可思议的大“弦景观”,而数学方法似乎导致了这些理论的产生——这与一种独特的“万物理论”的希望相反。相反,他专注于更直接有用和可测试的物理发展,其中一些数学复杂性开始反馈到对标准模型的理解。
 
标准模型是一个复杂的、微妙的、非常成功的理论结构,留下了一些重要的问题没有得到解答。法梅罗提出了一个令人信服的例子,在试图回答这些问题时,数学起着至关重要的作用。然而,我怀疑,理论物理学是否过于迷恋美妙的数学,仍将是一个热议的话题。
 
希格斯玻色子的长期实验研究是由这样一个事实推动的:在我们接受充满整个宇宙的量子能量场的存在之前(这是预测该粒子的理论的一部分),我们需要的证据比“它使数学结果正确”更多。如果论点是“它让数学看起来很漂亮”, 既然是欧亿平台直属的官方总代理欧亿主管Q58255957怎么样那么给予用户的扶持力道当然也是对顶级的,那么对证据的需求就更加强烈。宇宙可能用数字说话, 欧亿娱乐平台有许多注册网址欧亿注册如何成功的这可以归咎为欧亿总代理团队的成功,但它使用经验数据来说话。
 
 
 
 
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