Noile cărți de fizică nu cenzurează matematica din spatele realității

Multe cărți despre știință sunt menite să fie o lectură de plăcere. Astfel de cărți încearcă să transmită minunea și fascinația și entuziasmul științei și, în mod ideal, o parte din substanță. La urma urmei, o bună scriere științifică populară nu este doar captivantă și distractivă, ci și informativă. Dar chiar și cărțile populare foarte informative nu sunt concepute pentru a fi pe deplin educaționale despre știință în detaliu tehnic. Popularizarea prin însăși natura sa necesită omiterea detaliilor și simplificarea descrierii.

Drept urmare, mulți cititori de știință populară nu obțin niciodată o imagine reală a cât de complicat și profund poate fi corpul cunoștințelor științifice. Pentru fizică în special, „ideile mari” transmise prin analogii și metafore inteligente dezvăluie rareori bogăția fundamentelor matematice care le stau la baza. Este la fel de rar ca scriitorii care includ ecuații să le disece și să analizeze modul în care sunt derivate. La urma urmei, majoritatea autorilor au fost anunțați de la începutul axiomei vechiului editor conform căreia fiecare ecuație reduce vânzările unei cărți la jumătate.

Din fericire pentru cei cărora le place fizica în stare brută, cu matematica necenzurată, uneori, editorii anulează regula de păstrare a ecuațiilor la minim pentru cărțile care rămân accesibile cititorilor dedicați interesați de fundamentele matematice ale realității fizice.

O astfel de carte, Relativitatea specială și teoria clasică a câmpului, este al treilea volum din seria „Minimul teoretic” a fizicianului de la Universitatea Stanford Leonard Susskind. Volumele anterioare au acoperit fizica clasică (SN: 20.04.13, str. 30) și fizica cuantică (SN: 14/06/14, str. 29). În cel mai recent, Susskind (împreună cu Art Friedman) analizează aparatul matematic al teoriei speciale a relativității a lui Einstein, care descrie materia în mișcare uniformă, și fizica câmpurilor, cum ar fi cele care explică electricitatea, magnetismul și fenomenele asociate.

Ca și în volumele anterioare, Susskind vă prezintă elementele de bază ale fiecărui subiect și construiește matematica necesară de la zero. Este de ajutor dacă ați citit cărțile anterioare (în special prima, care se concentrează pe mecanica clasică). Dar, în orice caz, principala ta cerință pentru a obține beneficii mari de pe urma acestei cărți este confortul cu matematica sofisticată.

Susskind este meticulos în explicarea fiecărui pas al aplicării ecuațiilor la fenomenele fizice pe care le descrie și excelează în a explica de ce matematica funcționează așa cum o face. Cu toate acestea, dacă matricele și tensorii și indicii de însumare vă dau bătăi de cap, pregătiți-vă pentru o migrenă. Dacă ești suficient de îndrăzneț, totuși, vei ieși cu o apreciere mult mai profundă pentru adevăratul sens al relativității lui Einstein, ecuațiile lui Maxwell și multe alte aspecte ale fizicii fundamentale.

Pentru mai multe detalii (dacă poate mai puțin ajutor), ați putea apela la Lumea Fizică, de către fizicienii englezi Nicholas Manton și Nicholas Mee. Ei au compus un tratat de o amploare impresionantă, care cuprinde toate aspectele fizicii fundamentale într-un singur volum de aproape 600 de pagini. Încep cu legile mișcării și trec la ecuațiile și câmpurile lui Maxwell, relativitatea specială și generală, fizica cuantică, atomi și molecule, termodinamică, fizica nucleară și a particulelor, astrofizică și cosmologie. Textul lor este simplu și clar, dar sec și tehnic – ecuațiile sunt adesea încorporate într-o propoziție ca și cum ar fi cuvinte. Nu este o rețetă pentru citirea rapidă, dar este o prezentare amănunțită a matematicii riguroase care stau la baza unui spectru vast de entități și fenomene naturale.

Ambele cărți subliniază importanța principiilor variaționale în descrierea naturii, cum ar fi principiul acțiunii minime. După cum subliniază Manton și Mee, „cea mai mică acțiune” se referă la o anumită eficiență în modul în care funcționează natura; principiul este în multe privințe mai fundamental decât unele legi fizice. Se aplică în contexte foarte diverse; chiar ajută la reducerea diviziunii dintre fizica clasică și cea cuantică. Este superior din punct de vedere conceptual prin faptul că multe alte fapte ale fizicii (cum ar fi legile mișcării) pot fi derivate din ea. Dar există un cost, după cum notează Manton și Mee: nevoia de „tehnologie matematică mai sofisticată”. Este pur și simplu inevitabil faptul că înțelegerea lumii fizice necesită exact o stăpânire a matematicii care nu poate fi obținută fără un efort mental considerabil.

Ambele cărți necesită un asemenea efort – nu sunt lecturi recreative pe plajă. Dar fac ca recompensele unei înțelegeri mai profunde să fie atinse pentru oricine suficient de motivat să plătească prețul.

Cumpără Relativitatea specială și teoria clasică a câmpului sau Lumea Fizică de la Amazon.com. Știri Științe este un participant la Programul Asociaților Amazon Services LLC. Vă rugăm să consultați întrebările frecvente pentru mai multe detalii.


Nota editorului: Această postare a fost actualizată pe 19 octombrie pentru a elimina imaginea antetului deoarece, după cum au remarcat mai mulți comentatori, a denaturat ecuațiile lui Maxwell.