Sean Carroll želi, da o fiziki govorite kot o tekmi baseballa

Sean Carroll želi, da o fiziki govorite kot o tekmi baseballa

Sledi odlomek iz Največje ideje v vesolju: prostor, čas in gibanje avtor Sean Carroll.

Zavrnitev odgovornosti: ko kupite izdelke prek povezave Bookshop.org na tej strani, lahko Science Friday zasluži majhno provizijo, ki pomaga podpirati naše novinarstvo.




Kupite knjigo

Največje ideje v vesolju: prostor, čas in gibanje

Nakup

Moje sanje so živeti v svetu, kjer ima večina ljudi informirane poglede in strastna mnenja o sodobni fiziki. Kjer se po napornem dnevu v službi odpravite, odpravite v pub s prijatelji in se prepirate o svojem najljubšem kandidatu za temno snov ali o konkurenčnih interpretacijah kvantne mehanike. Svet, v katerem, medtem ko otroci tečejo na rojstnodnevni zabavi, eden od staršev reče: »Ne razumem, zakaj kdo misli, da bi morali biti novi delci blizu elektrošibke lestvice,« drugi pa takoj odgovori: »Kako za vraga boš obravnaval problem hierarhije?' Navsezadnje imajo ljudje mnenje o ekonomiji ponudbe ali kritični rasni teoriji. Zakaj ne inflacijske kozmologije in teorije superstrun?

To ni ravno svet, v katerem živimo. Še bolj kot večina drugih akademskih disciplin je fizika področje za specialiste. Strokovnjaki se med seboj pogovarjajo v zelo specializiranem žargonu, v katerem prevladujejo matematični koncepti, za katere večina ljudi še ni slišala, še manj pa jih obvlada. Obstajajo razumni razlogi, zakaj je tako, vendar ni nujno, da je tako. Situacija je v veliki meri posledica načinov, na katere fiziki delijo svoje znanje s preostalim svetom.

Če ste nestrokovnjak, ki vas zanima spoznavanje sodobne fizike, imate v bistvu dve možnosti. Ena je, da ostanete na priljubljeni ravni razlage, kjer se lahko naučite nekaj pomembnih konceptov, ne da bi se poglobili v tehnične ali matematične podrobnosti. Lahko berete knjige, hodite na predavanja, gledate videe, poslušate poddaje. Dobra novica je, da imamo živahen ekosistem takih virov in da se je mogoče kar nekaj naučiti, čeprav na nekoliko naključen način. Toda na koncu veste, da ne dobite pravih stvari. Kar dobite, so slike in metafore, grobi prevodi osnovnega matematičnega bistva v običajen jezik. Po tej poti lahko prehodite osupljivo razdaljo, vendar bo vedno manjkalo nekaj bistvenega pomena.

Druga pot je postati študent fizike. To je lahko dobesedno na univerzi ali z zbiranjem pravih učbenikov in spletnih virov. Na tej poti boste morali postati vešči kar nekaj matematike: računa in diferencialnih enačb, kar je najpomembneje, pa tudi vidikov vektorske analize, kompleksnih števil, linearne algebre in še več. Potovanje bo koristno, a frustrirajoče počasno. Običajno traja vsaj eno leto uvodnih tečajev, preden študent sploh sliši za relativnost ali kvantno mehaniko. In večina študentov fizike lahko pridobi dodiplomsko diplomo - ali celo naredi vse do doktorata - brez učenja o fiziki delcev, črnih luknjah ali kozmologiji. Te dobrote so rezervirane samo za strokovnjake na posameznih podpodročjih.

Razkorak med učenjem fizike kot zainteresirani amater, ki se zanaša na metafore in nejasne prevode, in postajanjem pooblaščenega strokovnjaka, ki se dobro znajti s prerivanjem enačb zastrašujoče zapletenosti, je velik, a ni nepremagljiv. Samo zato, ker nočem biti profesionalni voznik dirkalnih avtomobilov, še ne pomeni, da mi sploh ne bi smeli dovoliti vožnje. Zagotovo obstaja način, da se vključite v del avtentičnega bistva sodobne fizike – tudi če to pomeni, da si ogledate nekaj enačb – brez dolgega leta standardnega učnega načrta.

Točno to sem si zadal v seriji The Biggest Ideas in the Universe, seriji, posvečeni ideji, da se je mogoče resnično učiti o sodobni fiziki, enačbah in vsem, tudi če ste bolj amaterski kot profesionalec in imate vsak namen, da tako tudi ostane. Namenjen je ljudem, ki nimajo nič več matematičnih izkušenj kot srednješolska algebra, vendar so pripravljeni pogledati enačbo in razmisliti, kaj pomeni. Če ste pripravljeni tako malo razmišljati, se vam odpre nov svet.

Tukaj je nekaj o enačbah: niso tako strašne. So le način za kompakten povzetek razmerja med različnimi količinami. In čeprav lahko enačba vključuje grške črke, učenje razumeti enačbo ne pomeni, da se morate naučiti govoriti in pisati grško.

Mislim, da potrebujemo srednjo pot – a najprej naj podrobneje razložim to razliko med reševanjem in razumevanjem, ker je ključnega pomena za moje sanje o tem, da govorim o fiziki kot pri bejzbolski igri. Einsteinova enačba ne povezuje le neke specifične zbirke mase in energije z ukrivljenostjo določenega prostora-časa. To je povsem splošen odnos v obliki 'ti mi daš neko porazdelitev mase in energije, in povedal ti bom, kako se prostor-čas ukrivi kot odgovor na to.' Izpolnitev te obljube je tisto, kar mislimo z 'reševanjem enačbe'.

Včasih je reševanje enačbe preprosto: če je enačba x=y2 in nam povedo, da je y=2, je rešitev x=4. Ni tako težko. Toda fizikalne enačbe v resničnem svetu so bolj zapletene od tega, saj vključujejo ideje iz računa (matematike nenehnih sprememb) in drugih naprednih konceptov. Reševanje takšnih enačb lahko postane zaposlitev s polnim delovnim časom za zaposlene fizike. Zato je njihovo izobraževanje, kar je dovolj razumno, v veliki meri sestavljeno iz učenja reševanja enačb.

A kaj, če bi se odločili, da je za nepoklicnega fizika koristno ne reševanje, temveč razumevanje enačb, ki pojasnjujejo svet okoli nas, tudi tistih, ki po standardih učbenikov fizike veljajo za relativno napredne. To se izkaže za veliko bolj okusno in razburljivo. Moj cilj z The Biggest Ideas in the Universe je narediti ideje sodobne fizike – resnične, ne razvodenele metaforične različice – dostopne vsakomur, ki je pripravljen le malo razmisliti o enačbah in njihovem pomenu.


Od Največje ideje v vesolju: prostor, čas in gibanje avtor Sean Carroll z dovoljenjem Duttona, impresum Penguin Publishing Group, oddelka Penguin Random House, LLC. Avtorske pravice © 2022 Sean Carroll.