Да все в физике полностью выдумано - в этом все дело

 Задача физика — постоянно создавать уравнения, соответствующие нашим наблюдениям за физическими явлениями.

Исследование такой космической тайны, как темная материя, имеет свои недостатки. С одной стороны, здорово быть на пути к тому, что может стать глубоким научным открытием. С другой стороны, трудно убедить людей в том, что стоит изучать что-то невидимое, неприкосновенное и, по-видимому, сделанное из чего-то совершенно неизвестного.

В то время как подавляющее большинство физиков считают доказательства существования темной материи убедительными, некоторые продолжают изучать альтернативы, а мнения прессы и общественности значительно расходятся. Самый распространенный ответ, который я получаю, когда говорю о темной материи, звучит так: «Разве это не придумали физики, чтобы заставить математические расчеты работать?»

Ответ на этот вопрос может вас удивить: да! На самом деле, все в физике создано для того, чтобы математика работала.

Когда я впервые занялся наукой, меня волновала перспектива узнать некую истину о Вселенной в последней инстанции. Стивен Хокинг однажды описал космологию как попытку «познать разум Бога».

Но хотя эта характеристика вдохновляет, на практике физика строится не вокруг истины в последней инстанции, а скорее на постоянном производстве и уточнении математических приближений. Дело не только в том, что у нас никогда не будет идеальной точности в наших наблюдениях. Дело в том, что, по сути, весь смысл физики заключается в создании математической модели вселенной — набора уравнений, которые остаются верными, когда мы подставляем числа из наблюдений за физическими явлениями.

Например, второй закон движения Ньютона, который гласит, что сила равна массе, умноженной на ускорение, представляет собой математическую модель, которая говорит нам, что если мы измеряем силу, действующую на объект, в соответствующих единицах, мы должны получить то же число, что и произведение масса объекта и ускорение, которое он испытывает под действием этой силы.

В эйнштейновской версии гравитации, общей теории относительности, уравнения становятся намного сложнее, но цель упражнения та же. В усилия всегда встроен уровень абстракции, потому что то, что позволяет нам делать прогнозы или разрабатывать новые технологии, — это набор уравнений, которые можно записать и рассчитать, а не философские рассуждения о природе реальности.

Этот уровень абстракции особенно заметен в физике элементарных частиц, потому что существование или несуществование отдельной частицы в субатомном масштабе — довольно расплывчатое понятие. Уравнения, описывающие движение электрона в пространстве, на самом деле вовсе не включают частицу, а скорее абстрактный математический объект, называемый волновой функцией, которая может распространяться и интерферировать сама с собой.

Верно ли тогда сказать, что электрон «реален», когда он находится в движении? Если мы верим, что электроны — это реальные вещи, неужели мы только что придумали волновую функцию, чтобы математические расчеты сработали? Абсолютно – в этом, собственно, и был весь смысл. Мы не смогли бы заставить уравнения работать, если бы электрон был твердой изолированной частицей, поэтому мы придумали то, чего не было, и тогда числа начали обретать смысл.

Возможно, в будущем мы найдем какое-то решение, которое предпочитаем волновой функции, и вообще откажемся от этой концепции. Но если мы это сделаем, это произойдет потому, что математика перестала работать: у нас будет какой-то экспериментальный или наблюдательный результат, который не складывается, когда мы подставляем данные в наши текущие уравнения. Затем, если мы делаем свою работу правильно, мы найдем новый набор уравнений, которые лучше описывают поведение электрона, и мы дадим этим уравнениям имена и концептуальные аналогии, и будут написаны учебники, говорящие: «Вот что происходит на самом деле». ».

Представление ученого о том, что происходит на самом деле, всегда основано на математике. До того, как было признано, что Земля вращается вокруг Солнца, астрономы использовали эпициклы — маленькие орбитальные петли — для описания движения планет в системе, центрированной вокруг Земли. Эта конструкция часто используется, немного несправедливо, в качестве яркого примера того, как «что-то придумать, чтобы заставить математику работать», что идет не так.

Хотя это правда, что мы отказались от эпициклов в 17 веке, это была математика, которая заставила нас сделать это. Уравнения всемирного тяготения Ньютона и общая теория относительности Эйнштейна не состоят из более прочного материала, чем старые уравнения планетарного движения — все эти схемы — просто символы на странице — но они лучше соответствуют наблюдениям и упрощают предсказания, поэтому мы используем их в качестве основы. основе нашей абстрактной модели Вселенной.

Темная материя, темная энергия, космическая инфляция, сингулярности черных дыр и все другие гипотетические обитатели нашей нынешней космологии могут показаться менее реальными, чем падающие яблоки, электричество или поток жидкости, потому что мы не сталкиваемся с ними в нашей повседневной жизни, а из с точки зрения физика, все они одинаково хороши для математической абстракции.

В то время как то, как мы наблюдаем что-то, определяет, какие точки данных мы можем использовать, в конце концов, все, что мы делаем, — это то, чтобы математика работала. Мы, конечно, надеемся, что все эти расчеты дадут нам лучшее описание реальности, но разум Бога лучше оставить философам; у нас нет уравнения для этого.

Источник