URSS.ru Магазин научной книги
Id: 320753
329 р.

ФИЗИКА И КРАСОТА:
Что такое красота физической теории? Что физики считают красивым, а что уродливым, и почему? Возможна ли «безобразная физика»?

Физика и красота: Что такое красота физической теории? Что физики считают красивым, а что уродливым, и почему? Возможна ли «безобразная физика»?
Musin Yu.R. “PHYSICS AND BEAUTY: What is the beauty of physical theory? What do physicists consider beautiful and what is ugly, and why? Is “ugly physics” possible? (In Russian).
URSS. 2024. 208 с. ISBN 978-5-9710-9995-6.

Аннотация

Красота физической теории при отсутствии экспериментальных опровержений или невозможности прямых наблюдений предсказываемых эффектов зачастую является главным аргументом для выбора между конкурирующими объяснениями. Эта ситуация стала типичной для той глубины проникновения в механизмы Вселенной, которую демонстрирует сегодня физическая мысль. Но что такое красота физической теории?

Существует ли она объективно или это эмоциональная оценка физиками... (Подробнее)


Оглавление
top
Оглавление3
Предисловие6
Глава 1. Красивое и безобразное8
1. Эволюция понятия красоты8
2. Красота и рациональность11
3. Критерии красоты в физике13
Глава 2. Красота физики в примерах19
1. Эволюция красивого в механике20
1.1. Галилей и наклонная плоскость21
1.2. Ньютон и закон всемирного тяготения22
1.3. Минимальность действия Эйлера—Лагранжа26
2. Неожиданности сплошной среды29
2.1. Гидравлические парадоксы29
2.2. Задача о сосиске34
2.3. Неожиданный закон Архимеда36
3. Термодинамика — красота скупости40
3.1. Термодинамика в три строчки41
3.2. Что такое температура? 45
3.3. Загадочная энтропия47
4. Статистическая физика — красота вероятности55
4.1. Основное уравнение МКТ55
4.2. Статистический смысл энтропии60
4.3. Энтропия, информация и демоны65
5. Уравнения Максвелла — скрытая красота68
5.1. Уравнения Максвелла—Хевисайда—Герца68
5.2. Эволюция математической красоты73
5.3. Неожиданное чудо-дитя — СТО78
6. ОТО — «самая красивая» физическая теория81
6.1. Мир Минковского как арена для СТО82
6.2. Гравитация и геометрия88
6.3. Модель Ньютона—Хаббла90
7. Квантовая механика — красота необычности96
7.1. Квантовая механика как алгоритм расчета97
7.2. «Парадоксы» квантовой механики100
7.2.1. Корпускулярно-волновойдуализм101
7.2.2. Кот Шрёдингера103
7.2.3. Квантовая телепортация104
7.3. Загадки интерпретации106
8. Красота как симметрия законов108
8.1. Алгебры преобразований108
8.2. Законы и симметрии115
8.3. Калибровочные симметрии117
8.4. Суперсимметрия120
Глава 3. Красота теории как парадигма развития физики124
1. Парадигмы развития физики125
1.1. Принцип минимального действия125
1.2. Объединение взаимодействий129
1.3. Математизация физики137
1.3.1. Алгебраизация физики142
1.3.2. Геометризация взаимодействий144
2. Современные конкурирующие парадигмы149
2.1. Теория струн150
2.2. Петлевая гравитация156
2.3. Красивая — правильная?159
Глава 4. Гармония мироздания или безобразная Вселенная?162
1. Красота Мира в исторической ретроспективе163
1.1. Картина Мира по Аристотелю и Птолемею163
1.2. Механистическая картина Мира166
1.3. Квантово-релятивистский Мир168
1.4. Инфлирующая Вселенная ОТО170
2. Мрачные пейзажи будущего174
2.1. Жизнь на бране М-теории176
2.2. Кошмарный Мультиверс177
2.3. Жизнь в Матрице178
3. Навязываем ли мы Миру красоту?180
Вместо заключения. Спасет ли красота Мир?185
Именной указатель186
Словарь терминов и сокращений189
Список литературы195

Предисловие
top
Красивая математическая теорема, оригинальное доказательство, изящное математическое рассуждение, остроумное решение математической задачи — все эти хвалебные эпитеты относительно математических построений давно воспринимаются как должное. Наличие красоты в математических построениях давно признано всеми. Но можно ли утверждать наличие красоты в физических рассуждениях и говорить о красоте, элегантности, остроумии какой-либо физической теории? Ведь изящная математическая конструкция, предложенная математиком, так же как красивая мелодия, сочиненная композитором, или прекрасный образ, созданный художником, — все они порождены фантазией создателя, его мастерством и чувством прекрасного. А вот физическая теория либо верна, либо ошибочна, даже если еще не обнаружен экспериментальный факт, противоречащий ее утверждениям. Разве физические эксперименты не фиксируют содержание предсказывающей их теории? Именно так рассуждают люди, далекие от физической науки. Но ситуация намного сложней, чем кажется на первый взгляд. Физик может построить теорию, которая будет математически непротиворечива, строга и давать предсказания, оправдывающиеся на доступном массиве экспериментальных данных. Если теория математически красива, то, с точки зрения математика, она может жить вечно, а вот в физике ее судьба может закончиться сразу же после обнаружения некоторых опытных фактов, которые ей противоречат. Могут существовать разные теории, одинаково удачно или неудачно описывающих экспериментальные данные или проведенные наблюдения. Каждая из них дает надежду на то, что некоторые незначительные улучшения и уточнения приведут к лучшему пониманию природы явления. Какую теорию выбрать для дальнейшего развития, ведь обычно эта работа по уточнению требует тяжелых вычислений и экспериментов, зачастую весьма дорогостоящих? А иногда даже надеяться на какую-либо подсказку со стороны эксперимента не приходится, так как либо эксперимент невозможен на существующем уровне технологии, либо его результат не позволяет осуществить однозначный выбор. И вот тут на помощь физику приходят сформировавшееся у него представления о том, какая теория красива, а какая — не очень. У разных научных школ представления о таком типе красоты могут не совпадать. В этой книге мы попытаемся разобраться, что же физики понимают под красотой теории, как они эти представления использовали в прошлом, используют в настоящем и хотят использовать в будущем. Более того, мы постараемся дать обучающие примеры красивых физических теорий, базируясь на материале школьного курса физики.


Об авторе
top
photoМусин Юрат Рашитович
Кандидат физико-математических наук (1984), доцент (1991). В 1973 г. окончил МВТУ имени Н. Э. Баумана по специальности «физико-энергетические установки», в 1977 г. — механико-математический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, в 1981 г. — аспирантуру по теоретической физике при МАИ имени С. Орджоникидзе. С 1981 г. по настоящее время — преподаватель МАИ.

Области научных интересов: классическая теория гравитации, псевдоклассическая механика над алгеброй Грассмана, уравнения движения протяженных объектов и частиц со спином во внешних электромагнитных и гравитационных полях и их связи с квантово-механическими уравнениями, композитные суперсимметричные модели фундаментальных частиц, математические модели времени.

Автор ряда учебных пособий и монографий, среди которых «Введение в суперсимметричную механику» (1988; совместно с В. В. Чередовым), «Новая школьная энциклопедия. Т. 3: Вещество и энергия» (2005; группа авторов), «Вторжение в физику» (9 книг: 2006–2010), «Геометрия пространства-времени и классическая механика» (2014; совместно с В. И. Бабецким), «Тензорный анализ» (2018), «Методы суперсимметричной механики» (2019), «Современные физические теории времени» (2019), «Алгебраический язык геометрии и топологии для физиков» (2021; совместно с И. В. Александровым). Хобби — история и культура Китая.