Sean Carroll vil have dig til at tale om fysik som et baseballspil

Sean Carroll vil have dig til at tale om fysik som et baseballspil

Det følgende er et uddrag fra De største ideer i universet: rum, tid og bevægelse af Sean Carroll.

Ansvarsfraskrivelse: Når du køber produkter via linket Bookshop.org på denne side, kan Science Friday tjene en lille kommission, som hjælper med at støtte vores journalistik.




Køb bogen

De største ideer i universet: rum, tid og bevægelse

Købe

Min drøm er at leve i en verden, hvor de fleste mennesker har informerede synspunkter og lidenskabelige meninger om moderne fysik. Hvor du slår af efter en hård dag på arbejdet, går ned på pubben med venner og skændes om din yndlingskandidat for mørkt stof eller konkurrerende fortolkninger af kvantemekanik. En verden, hvor en forælder, mens børn render rundt til en fødselsdagsfest, siger: 'Jeg kan ikke se, hvorfor nogen tror, ​​der skulle være nye partikler i nærheden af ​​den elektrosvage skala', og en anden svarer straks: 'Hvordan i alverden er det så. vil du løse hierarkiproblemet?” Folk har trods alt meninger om udbudsøkonomi eller kritisk raceteori. Hvorfor ikke inflationær kosmologi og superstrengteori?

Det er ikke helt den verden, vi lever i. Endnu mere end de fleste andre akademiske discipliner er fysik et felt af og for specialister. Udøvere taler med hinanden i en meget specialiseret jargon, en jargon, der er domineret af matematiske begreber, de fleste mennesker aldrig har hørt om, meget mindre mestrer. Der er fornuftige grunde til, at det er tilfældet, men det behøver ikke at være sådan. Situationen skyldes i høj grad de måder, hvorpå fysikere har en tendens til at dele deres viden med resten af ​​verden.

Hvis du er en ikke-ekspert, der er interesseret i at lære om moderne fysik, har du grundlæggende to muligheder. Den ene er at forblive på et populært forklaringsniveau, hvor du kan lære om nogle af de relevante begreber uden at grave i de tekniske eller matematiske detaljer. Du kan læse bøger, gå til foredrag, se videoer, lytte til podcasts. Den gode nyhed er, at vi har et levende økosystem af sådanne ressourcer, og det er muligt at lære en hel del, omend på en noget tilfældig måde. Men i sidste ende ved du, at du ikke får de rigtige ting. Det, du får, er billeder og metaforer, grove oversættelser af den underliggende matematiske essens til almindeligt sprog. Du kan gå et imponerende stykke ad denne rute, men noget vigtigt vil altid mangle.

Den anden vej er at blive fysikstuderende. Det kunne bogstaveligt talt være på et universitet eller ved at samle de rigtige lærebøger og onlineressourcer. Undervejs bliver du nødt til at blive dygtig til en hel del matematik: regning og differentialligninger vigtigst af alt, men også aspekter af vektoranalyse, komplekse tal, lineær algebra og meget mere. Rejsen vil være givende, men frustrerende langsom. Det tager typisk mindst et år med introduktionskurser, før en studerende nogensinde hører om relativitetsteori eller kvantemekanik. Og de fleste fysikstuderende kan få en bachelorgrad – eller endda gå hele vejen for at opnå en ph.d.-grad – uden at lære om partikelfysik, sorte huller eller kosmologi. Disse godbidder er kun forbeholdt specialister inden for bestemte underområder.

Kløften mellem at lære fysik som en interesseret amatør, der stoler på metaforer og skumle oversættelser, og at blive en anerkendt ekspert, der er komfortabel med at skubbe rundt på ligninger af skræmmende kompleksitet, er bred, men ikke uacceptabel. Bare fordi jeg ikke vil være professionel racerkører, betyder det ikke, at jeg slet ikke skal have lov til at køre. Der er helt sikkert en måde at engagere sig i noget af den autentiske essens af moderne fysik - selv hvis det betyder at se på et par ligninger - uden at knokle gennem årevis af et standardpensum.

Det er præcis, hvad jeg har sat mig for at gøre i The Biggest Ideas in the Universe, en serie dedikeret til ideen om, at det er muligt at lære om moderne fysik for alvor, ligninger og det hele, selvom du er mere amatør end professionel og har enhver intention om at blive på den måde. Det er beregnet til folk, der ikke har mere matematisk erfaring end gymnasiealgebra, men er villige til at se på en ligning og tænke over, hvad det betyder. Hvis du er villig til at tænke lidt, åbner en ny verden sig.

Her er sagen om ligninger: De er ikke så skræmmende. De er blot en måde at kompakt opsummere et forhold mellem forskellige mængder. Og selvom en ligning kan involvere græske bogstaver, betyder det ikke at lære at forstå en ligning, at du skal lære at tale og skrive græsk.

Jeg tror, ​​vi har brug for en mellemvej - men lad mig først uddybe denne løsnings-/forståelses-forskel, fordi den er nøglen til min drøm om at tale-om-fysik-som-en-baseball-spil. Einsteins ligning relaterer ikke kun en bestemt samling af masse og energi til krumningen af ​​en bestemt rumtid. Det er et helt generelt forhold, af formen 'du giver mig en vis fordeling af masse og energi, og jeg vil fortælle dig, hvordan rumtid kurver som svar på det.' At opfylde dette løfte er, hvad vi mener med 'at løse ligningen.'

Nogle gange er det let at løse en ligning: Hvis ligningen er x=y2, og vi får at vide, at y=2, er løsningen x=4. Ikke så svært. Men fysiske ligninger i den virkelige verden er mere komplicerede end som så, de involverer ideer fra calculus (matematikken om kontinuerlig forandring) og andre avancerede begreber. Løsning af sådanne ligninger kan blive en fuldtidsbeskæftigelse for arbejdende fysikere. Derfor består deres uddannelse fornuftigt nok i høj grad i at lære at løse ligninger.

Men hvad nu hvis vi besluttede, at det for ikke-professionelle fysikere var værdi i ikke at løse, men at forstå de ligninger, der forklarer verden omkring os, selv dem, der anses for relativt avancerede af fysik-lærebogsstandarder. Det viser sig at være meget mere velsmagende og spændende. Mit mål med The Biggest Ideas in the Universe er at gøre ideerne om moderne fysik – de virkelige, ikke udvandede metaforiske versioner – tilgængelige for alle, der er villige til at tænke lidt over ligningerne og hvad de betyder.


Fra De største ideer i universet: rum, tid og bevægelse af Sean Carroll med tilladelse fra Dutton, et aftryk af Penguin Publishing Group, en afdeling af Penguin Random House, LLC. Copyright © 2022 af Sean Carroll.