不知不觉中的不完美的美丽

我们需要一种新的自然美学吗?在过去的几周中,共同博客和朋友亚当·弗兰克(Adam Frank)和我一直在这里探索理论物理学边缘的持续危机,即Clash betwe的冲突

我们需要一种新的自然美学吗?

在过去的几周中,共同博客和朋友亚当·弗兰克(Adam Frank)和我一直在这里探索理论物理边缘的持续危机 – 即,在自然法则中寻找统一的追求与持续缺乏实验证据之间的冲突支持这个任务。这是一种奇怪的状态,在这种情况下,人们对自然应该是什么样的期望一直被日益复杂和复杂的机械造成的致命沉默所淹没。

可以理解的是,物理学家应该追求这样的最终理论的梦想。毕竟,对物理史的一种可能的读物是,越来越多地统一了自然的看似截然不同和脱节的起作用。希腊人在西方哲学的曙光中,就统一的回应而言,我们仍在试图回答“世界是什么?”的基本问题。在他们的情况下,赋予其他一切的单一物质:用于泰勒斯,水;对于阿纳西曼德(Anaximander),无限;对于厌氧,空气;对于赫拉克利特,火;等等。对于亚里士多德来说,所有天上的物体都是由第五本质或以太制成的。

牛顿通过他的普遍的重力理论汇集了地上运动和天堂物体的物理学:苹果掉下来,月亮由于群众之间的相同相互作用而落下。

这打开了人类实际上可以理解宇宙的运作的惊人可能性。写作是数学的,是按照方程式表达的精确定律的动作。

作为这种宇宙方言的骨干,几何发挥了关键作用。对称成为关键解码器,这是创造之谜的隐藏钥匙。牛顿的宏伟作品《自然哲学的数学原理》被写成几何论文。物理学作为对自然的研究,成为从子弹到行星的材料对物体运动几何结构的研究。这是引发启蒙运动的智力动力。牛顿框架扩展到了所有自然界以及人类和社会的本质。数学为秩序,控制,永久性打开了大门,使人的思想更接近上帝思想的抽象完美。在更平淡的科学面具下,作为对物质现实的描述,隐藏了其他东西:科学作为超越的手段,实现了一种智力纯度。

数学领域

公元前400年,柏拉图提出,现实的本质存在于思想领域。这个领域是数学的。至少作为对自然基本定律的追求,科学是对现实的数学蓝图,理论物理学家的任务是像拼图一样逐步揭开这种蓝图。

对统一的追求得到了新的提升,随着十九世纪电磁主义的发展,由于电力和磁性在根本上是与光速以光速传播的相同田地。

统一被比作简单性和简单性,尤其是当通过某些对称性表达数学时。希腊人带走了圈子,这是所有形状中最完美的圈子,成为现实的基石。现在,这种数学完美的概念扩展到了自然的美学:美丽作为通往宇宙蓝图的门户。在20世纪,这种策略有许多水果:在天体物理学,凝聚的物理学和物理学,物理学和粒子物理学中揭示了对称性允许科学家预测新颗粒或材料结构的存在。该框架的成功恢复了,首先是1919年通过Theodor Kaluza,然后通过爱因斯坦(Einstein)直到1955年去世,将重力和电磁主义统一为单一理论的梦想。卡鲁扎(Kaluza)建议,现实实际上是五维(四个空间,一次),额外的空间维度卷曲成一个小圆圈。因此,他能够将爱因斯坦的重力理论扩展到重力和电磁理论中。爱因斯坦(Einstein)试图坚持四个维度,并以不同的方式扩展他的理论以实现相同的结果。两者都是统一力的理论,但缺乏作用作用的物质颗粒。

这种扩展是在1980年代的超声理论。为了包括所有已知的自然力量(其中四个)以及当时已知的物质基本粒子,该理论要求六个额外的空间维度以及一种新型的对称性,称为超对称性。两种添加剂都预测了实验原则上可能将实验主要视为新粒子的新效果。

然后设定了梦想:找到新的粒子,将它们连接到当前模型的问题,并证明美丽是全自然的真理的框架。不幸的是,尚未找到粒子。这是问题的关键。迪哈德说:“那呢?也许它们太重了,无法通过我们当前的技术找到。只要继续推动信封,我们就会找到它们。”也许。也许他们只是不存在。做出的艰难选择。

另一种方法

但是,解决问题的方法有所不同。也许“美丽就是真理”框架被深深地误导了。当然,对称性已被证明是对无数壮观发现的巨大指南。我们不能也不应该从物理学中夺走这一点。错误,危险是将这一成功提升到自然原则。这样做的那样,正如我在书中写的那样,在创造的边缘造成了泪水,创造了一种知识上的盲目,与宗教热情的盲目信仰没有什么不同:只有一条可能的途径通往真理,这是我选择了一个。其他任何事情都错了。

如果我们将其颠倒过来,而不是完美的,而是不完美的是通往大自然秘密的门户,该怎么办?因为物理学的历史也可以写作是瑕疵和不对称的历史,妨碍了最终完美理论的健康梦想。

正如我在边缘的眼泪中探索的那样,许多所谓的统一成功仅在非常特殊的情况下才是真实的。麦克斯韦(Maxwell)的电磁作用方程仅在没有来源的情况下表现出这两个领域之间的美丽对称性。负责放射性衰减的弱核力量破坏了平等的不变性(粒子运动的左右对称性)和电荷连接不变性(颗粒中的阳性阴性电荷不变性),显示了左手运动的奇怪偏好。粒子物理学的标准模型,即我们当前对亚原子世界的知识的最终成就,并不是弱和电磁力的真实统一,因为它通常表现为存在:两种力基本上保持分离,由两个不同的参数描述(对于专家,耦合常数)。不对称是生命本身必不可少的,其中构成所有生物中蛋白质的氨基酸只出现在其左手构象中。

除了不对称性在基本力和生物学中的基本作用之外,对称性破裂的概念是我们对颗粒如何获得质量的理解的关键(因此是著名的希格斯玻色子)。因此,自然不是通过完美而是通过不完美而发挥作用。或两者的组合。

这是停滞与转变之间的旧裂痕。不对称会带来不平衡,而失衡是变革的母亲。与其将完美和对称性作为现实的本质,而是更好地将两者融合为自然如何运作的互补原则。我们需要它们俩都可以理解宇宙。

正如一个多世纪前的艺术因过去的完美理想而破裂一样,基本物理必须重新考虑其当前的道路和价值体系。不完美的美学与完美之一一样必不可少。我们不应该成为存在形而上学的人,而是应该对形而上学的形而上学开放。并与两者兼而有之。毕竟,我们是以宇宙的结构编写的许多缺陷的产物。以及它的一些基础对称性。我们也许可以看到其中的一些;但是现实的本质仍然是不可知的。最后,我们不是决定自然的运作方式。最后一句话永远是她的,兼顾完美和不完美。

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