Интерпретации в физике и математике: Число Пи и e

Уже сегодня ученые мира удивляют нас новыми открытиями и техникой, которую мы не ждали ближайшие десятилетия. Насколько будущее приблизилось к нам?

Модератор: модераторы

Новая тема Ответить
Аватара пользователя

Автор темы
Bitman
Сообщений: 1261
Стаж: 12 лет 5 месяцев
Желаемая форма обращения: Как хотите к себе
Благодарил (а): 65 раз
Поблагодарили: 59 раз

Интерпретации в физике и математике: Число Пи и e

Сообщение Bitman » 24.11.2018, 10:43

В квантовой механике сейчас есть, кажется, 14 разных интерпретаций:

https://en.wikipedia.org/wiki/Interpret ... _mechanics

Вики пишет, что сторонников Копенгагенской интерпретации среди физиков понемногу становится всё меньше. Однако в Вики нет данных по числу сторонников “никакой” интерпретации:
Многие физики склоняются к так называемой «никакой» интерпретации квантовой механики, ёмко выраженной в афоризме Дэвида Мермина: «Заткнись и вычисляй!» (ориг. англ. «Shut up and calculate»), часто (видимо, по ошибке) приписываемом Ричарду Фейнману или Полю Дираку[2]. Критикуя подобный подход, Э. М. Чудинов заметил, что

У специалиста, работающего в области физики, часто возникает иллюзия полной независимости его научной деятельности от философии. Это происходит вследствие того, что он входит в уже готовое здание научной теории с присущим ей стилем научного мышления, и через стиль научного мышления воспринимает определенные философские принципы. Эти философские предпосылки научной теории не всегда ясно осознаются учеными, но от этого они не перестают быть философскими.[3]

М. Бунге отмечает, что отказ физиков от философии на словах означает фактическое принятие философии операционализма:

Современный физик отбрасывает устаревшие догматические системы...только для того, чтобы некритически воспринять некоторую альтернативную систему философских догм...операционализм.[4]
Как я понимаю, интерпретации – это ничто иное, как попытка ответить на вопрос “почему”, или хотя бы правильно сформулировать этот вопрос.

Я уже ссылался на книгу “Мечты об окончательной теории” в этой теме:

viewtopic.php?f=8&t=8615

Вот ещё интересные факты из этой книги. Теория относительности вытеснила теорию Ньютона не только потому, что позволила делать немного более точные предсказания в астрономии. Другая причина, может быть, ещё важнее: ОТО дала ответ на вопрос, почему притяжение обратно пропорционально именно квадрату расстояния, а не например кубу.
Другой пример: принцип симметрии в физике, объясняющие сильные и электрослабые взаимодействия, точнее объясняющий, например, почему сила взаимодействия между протоном и нейтроном равна силе взаимодействия между двумя протонами. Цитата из книги:
Еще более странным является пример с историей открытия принципов внутренней симметрии. В физике эти принципы обычно отражают нечто вроде семейных связей между отдельными членами в списке возможных элементарных частиц. Первый известный пример такой симметрии связан с двумя типами частиц, из которых состоят обычные атомные ядра, — протоном и нейтроном. Массы протона и нейтрона почти одинаковы, так что, когда нейтрон был открыт Джеймсом Чедвиком в 1932 г., сразу же возникло естественное предположение, что сильные ядерные силы (дающие вклад в массы нейтрона и протона) должны обладать простой симметрией: уравнения, определяющие эти силы, должны сохранять свой вид, если везде в них поменять местами роли протонов и нейтронов. Помимо прочего, из такой гипотезы следует, что сильные ядерные силы, действующие между двумя нейтронами, равны таким же силам, действующим между двумя протонами. Однако ничего нельзя сказать о силе, действующей между протоном и нейтроном. Поэтому несколько неожиданным оказался результат экспериментов, подтвердивших в 1936 г., что ядерные силы, действующие между двумя протонами, равны таким же силам, действующим между протоном и нейтроном. Это наблюдение породило идею симметрии, выходящей за рамки простой замены протонов на нейтроны и наоборот. Речь идет о симметрии по отношению к непрерывным преобразованиям, превращающим протоны и нейтроны в частицы, являющиеся суперпозициями протонов и нейтронов, с произвольной вероятностью находиться в протонном или нейтронном состояниях.
Подобные преобразования симметрии действуют на метку частицы, которая отличает протоны от нейтронов, способом, который математически совпадает с тем, как обычные вращения в трехмерном пространстве действуют на спины частиц, вроде протона, нейтрона или электрона. Помня об этом примере, многие физики вплоть до начала 60-х гг. молчаливо предполагали, что по аналогии с вращениями, переводящими протон и нейтрон друг в друга, все преобразования внутренней симметрии, оставляющие неизменными законы природы, должны иметь форму вращений в некотором внутреннем пространстве двух, трех или более измерений. Учебники, в которых излагалось применение принципов симметрии к физике (включая классические книги Германа Вейля и Юджина Вигнера) даже не упоминали о других математических возможностях. Только в конце 50-х гг., после открытия множества новых частиц сначала в космических лучах, а позднее на ускорителях вроде бэватрона в Беркли, в среде физиков-теоретиков возникло более широкое понимание возможностей описания внутренних симметрий. Новые частицы, казалось, объединялись в значительно более обширные семейства, чем простая пара протон—нейтрон. Например, обнаружилось, что протон и нейтрон несут черты фамильного сходства с шестью другими частицами, называемыми гиперонами и имеющими тот же спин и близкие массы. Какой же тип внутренней симметриии может порождать такие обширные родственные группы?
В начале 60-х гг. физики, занимавшиеся этим вопросом, обратились за помощью к литературе по математике. Для них оказалось приятным сюрпризом, что математики уже давно составили в некотором смысле полный каталог всех возможных симметрий. Полный набор преобразований, оставляющих что-то неизменным, будь то конкретный объект или законы природы, образует математическую структуру, называемую группой, а раздел математики, изучающий преобразования симметрии, называется теорией групп. Каждая группа характеризуется абстрактными математическими правилами, не зависящими от того, что подвергается преобразованию, так же как правила арифметики не зависят от названий тех величин, которые мы складываем или умножаем. Список типов семейств, разрешенных каждой конкретной симметрией законов природы, полностью определяется математической структурой группы симметрии.
Те группы преобразований, которые действуют непрерывно, наподобие вращений в обычном пространстве или смешивания электронов и нейтрино в электрослабой теории, называются группами Ли — по имени норвежского математика Софуса Ли. Французский математик Эли Картан в своей диссертации в 1894 г. дал полный список всех «простых» групп Ли, с помощью комбинаций которых можно построить все остальные группы. В 1960 г. Мюррей Гелл-Манн и израильский физик Ювал Нееман независимо обнаружили, что одна из этих простых групп Ли, известная под названием SU{3), как раз правильно описывает структуру семейств множества элементарных частиц в согласии с экспериментальными данными. Гелл-Манн позаимствовал некоторые понятия буддизма и назвал новую симметрию восьмеричным путем, так как известные на опыте частицы лучше всего делились на семейства по восемь членов, как протон, нейтрон и шесть их родственников. К тому времени не все семейства были полными. Так, нужна была новая частица, чтобы заполнить семейство из десяти частиц, похожих на нейтрон, протон и гипероны, но имеющих втрое больший спин. Одним из больших успехов новой SU{3) симметрии стало то, что предсказанная частица была обнаружена в 1964 г. в Брукхейвене, причем значение ее массы совпало с теоретической оценкой Гелл-Манна.
Теория групп, оказавшаяся столь полезной для физики, была на самом деле придумана математиками по причинам, относящимся к сугубо внутренним математическим проблемам. Толчок к развитию теории групп дал в начале XIX в. Эварист Галуа в своем доказательстве того, что не существует общих формул для решения определенных алгебраических уравнений (включающих пятую или более высокую степень неизвестной величины). Ни Галуа, ни Ли, ни Картан не имели ни малейшего представления, как можно было бы применить теорию групп в физике.
Если не ошибаюсь, теория групп также хорошо объясняет структуру таблицы Менделеева.
Всё это тоже можно назвать интерпретациями, и отсюда хорошо видно, что интерпретации в физике нужны и важны.

А как насчёт математики? Существует, например, хорошо известная формула Эйлера:

Изображение

Отсюда видно, что есть связь между числами Пи и e. Другими словами, есть какая-то фундаментальная (философская) связь между длиной окружности и логарифмом. Может кто-то понятно изложить (интерпретировать) эту связь?
Не бойтесь будущего, оно не настоящее.

Новая тема Ответить

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 5 гостей