Чем занимаются физики и математики? Ведь физика и математика давно изучены

Рисунок © Е.В.

Конечно, самый простой ответ такой: в физике и математике открыто и изучено далеко не все. Вы, наверное, и сами это понимаете: раз люди этим так серьёзно занимаются, значит, есть чем заниматься. Хотя кажется: книг, учебников, толстых справочников по физике существует такое огромное количество, что вообще непонятно, что еще осталось-то?!

Чтобы ответить подробнее, давайте сначала отделим, грубо говоря, «науку» от «инженерии». Наука — это принципиальные идеи и их аккуратная разработка. Инженерия — это приложение уже разработанных идей к многочисленным конкретным случаям. Наука — вещь трудная, новые идеи рождаются по крупицам. Применение уже разработанных идей к конкретным случаям — дело менее трудоемкое, и при желании (а также при наличии хорошего образования, хорошей экспериментальной установки и т. п.) можно проводить огромное число исследований и выдавать огромное число исследовательских статей. Каждая такая работа даст какой-то факт, заслуживающий упоминания в справочниках или книгах. Но, как правило, научную картину такие конкретные факты не изменяют.

Так что подавляющее большинство книг — это сборники различных конкретных фактов, а настоящие идеи, как правило, повторяются из книги в книгу без изменения.

Я вовсе не хочу сказать, что «научная инженерия» недостойна настоящего ученого. Часто рутинная работа приводит к накоплению опыта, появлению интуиции, за которой может последовать рождение совсем новой идеи. Но хороший ученый, хоть он и занимается рутинными вещами, всегда должен видеть ту самую большую научную цель, ради которой он производит все эти скучные расчеты или измерения.

Наука — это попытки ответить на очень трудные вопросы, которые люди, наблюдая за природой, задают себе. Можно даже сказать так: наука — это область человеческой деятельности, в которой приходится разбираться с самыми-самыми трудными вопросами, какие только существуют.

Но поскольку эти вопросы очень трудные, решить их так просто не получится. Большинство из этих очень трудных вопросов пока вообще непонятно, как решать. И перед учеными часто стоят такие задачи, когда просто непонятно, как приступать к вопросу, что надо делать. Именно поэтому приходится разбивать большую неподъемную задачу на множество мелких шажков (причем зачастую никто не гарантирует, что эти шажки вообще в правильном направлении). Эти мелкие шажки и исследует подавляющее большинство ученых. И лишь иногда, когда шажков становится очень много, удается вдруг найти ответ, хотя бы приближенный, на какой-то очень трудный вопрос.

Этих очень-очень трудных вопросов на самом деле не так много. Например, есть такой вопрос: как ведёт себя в целом система с большим числом взаимодействующих объектов?

Так вот, даже если само взаимодействие между частицами довольно простое, задача для всей системы в целом оказывается (пока что) неподъёмной. Сейчас вообще даже неизвестно, можно ли в принципе решить эту задачу. Если бы её удалось решить, в физике наступил бы переворот: сразу бы решились конкретные, но сложные задачи механики, теории конденсированных сред (жидкостей и твёрдых тел), ядерной физики, физики плазмы, и т. д. Но до этого пока далеко, и вместо универсального ответа приходится разрабатывать приближённые или частные подходы. Однако все эти работы нацелены на разгадку очень-очень трудного вопроса.

Другой очень-очень трудный вопрос: почему мир именно такой, каков он есть? Этот вопрос можно разбить на мириады более мелких вопросов. Почему вода имеет такую важную роль в организации жизни? Почему есть разные агрегатные состояния у веществ? Почему светят звёзды? Почему во Вселенной так мало антивещества? Почему в нашем мире, в котором всё постоянно куда-то движется, есть хоть что-то стабильное? Почему наше пространство трёхмерно, а не 5-мерно, не 26-мерно и т. д.? Почему мы в повседневной жизни видим только однобокое проявление материи — в виде частиц, а её волновые свойства (которые проявляются только в микромире) для нас незаметны? И так далее.

Именно на такие, грамотно сформулированные, вопросы стремятся ответить учёные. Как теоретически, так и экспериментально. Именно для этого строят ускорители и сталкивают на них частицы, изучают далекие галактики во всевозможных видах излучения, пытаются сжимать вещество давлением в миллионы атмосфер или охлаждать его до температур в миллиарды раз меньше комнатной. Именно для этого придумывают новые теоретические методы решения задач, решают сложные уравнения, привлекают в физику совершенно диковинные математические объекты, никогда не использовавшиеся ранее.

Аналогичные очень-очень трудные вопросы есть и в математике. Современная математика — это вовсе не наука о том, «как считать без ошибок». Математика — это наука об абстрактных структурах, и числа — это только одна из множества интереснейших структур, которыми занимаются математики. Эти структуры — новый, невидимый простому человеку мир, со своими законами, со своими удивительными свойствами. Важно понимать, что этот мир не выдуман. Этот мир объективен, его законы универсальны, он не зависит от того, кто именно на него смотрит. И вопросы об устройстве этого мира — тоже очень трудные. А всяческие уравнения и числа — это как бы «математическая инженерия», приложение этих структур к каким-то конкретным нуждам.

Ответил: Игорь Иванов


18
Показать комментарии (18)
Свернуть комментарии (18)

  • Олег  | 22.03.2006 | 07:52 Ответить
    В заметке относительно математики сказано:

    "Эти структуры - новый, невидимый простому человеку мир, со своими законами, со своими удивительными свойствами. Важно понимать, что этот мир не выдуман. Этот мир объективен, его законы универсальны, он не зависит от того, кто именно на него смотрит."

    Мне кажется, автор вкладывает в слова "не выдуман" нечто отличное от общепринятого.

    Является выдумкой человек, которого придумал художник? Да.
    А после того, как он его нарисовал? Со всеми непротиворечивыми атрибутами в виде двух глаз, ушей, одного носа и т.п., которого видит теперь не только он, но и окружающие.

    Если художник знаменит - критики начинают обсуждать картину, внутренний мир нарисованного человека, отчего беспокойны его глаза... Искуствоведы защищают диссертации, и не только по картине с изображением человека, но и по абстрактной живописи, которая изображает нечто, не имеющее непосредственное отношения к реальности.

    Так и чистая математика. Выдумываем правила, изучаем, что из них может следовать, спорим до хрипоты, и, если вдруг из нагромождения формул получаем что-то лаконичное - радуемся как дети. Какое отношение это имеет к окружающему миру и имеет ли вообще - какая разница?

    К счастью, мир устроен достаточно просто. Поэтому математики, перебирая все, с чем могут справиться, заполняют нишу анализа своими разработками, некоторые из которых время от времени востребуются для количественного описания природы вещей, теми, кто изучает окружающий мир, например, физиками.
    Если бы ни это, врядли общество платило математикам зарплату за удовольствие изучать то, что выдумано ими и "невидимо простому человеку".

    Что касается физики, опять же физические теории есть не сам мир, а его модели, тоже своего рода выдумки, и, несмотря на непротиворечивость, в этом смысле они не "объективны". Они меняются с течением времени, и мы понимаем, что, чем более старые модели, тем меньшую точность можно от них требовать. Но в физических моделях - главный критерий не эстетическое удовольствие автора и его друзей, а эксперимент, соответствие окружающему миру.
    Ответить
  • dims  | 10.04.2006 | 04:38 Ответить
    А на мой взгляд, правильный ответ такой: дети, это мы просто перед вами выпендриваемся в школах, чтоб вы думали, что мы всё знаем и умные, а вы -- тупые. А на самом деле, мы очень многого не знаем, как и вы! :)
    Ответить
  • alogic  | 19.05.2006 | 03:00 Ответить
    "...или охлаждать его до температур в миллиарды раз меньше комнатной."

    А такое бывает? Кажись меньше -273,15 °C некуда.
    Ответить
    • OK3 > alogic | 19.05.2006 | 13:14 Ответить
      Ну разделите 20°С на миллиард, что получится? Примерно 0°C. Это гораздо больше, чем -273,15°C, так в чем проблема?
      Ответить
      • alogic > OK3 | 19.05.2006 | 13:47 Ответить
        А может и нет проблемы. Может меня одного сбивает с толку что "в" это не "на". Но первое ощущение было такое, что бывают температуры в минус миллиард. Но лучше пример заменить. Не каждый папа сообразит, что и в холодильнике можно понизить температуру в миллиард раз.
        Ответить
    • Savatyev > alogic | 20.05.2006 | 16:59 Ответить
      Тут просто имеется в виду абсолютная температура, мера средней кинетической энергии хаотического движения частиц. А её можно уменьшать почти во сколько угодно раз, вплоть до квантов, приближаясь к абсолютному нулю.
      Ответить
  • 00000  | 02.07.2006 | 21:16 Ответить
    Физики и математики мечтают создать искусственный разум, залезть ему на плечи и свесить ноги. Потому и работают, не покладая рук, развивая науку. А вообще фундаментальная физика для маньяков. То ли дело математика: делай, что хочешь, главное логично, пописывай статейки, короче, чушкуй сколько хочешь. А физика - тысячи моделей построишь, да ещё развив параллельно саму математику, а результат на практике провалился, и так снова и снова пока не отыщещь ответ, подтверждённый практикой. В математике тоже пока получишь хоть малейший результат годы проходят, но физика это ж просто мазохизм, самоистязание. Из-за сложности науки физики постепенно сходят с ума. И я заключаю, что физики - психи, если, конечно, они серьёзно относятся к своему делу. Профессиональный кретинизм, конечно, присущ каждой профессии, но вы послушайте физиков о размерностях, времени и т. п. и сами во всём убедитесь, если обратите внимание, что они это всё говорят серьёзно. Уверенно говорить чепуху - отличительная черта безумия. А математику можно изучать, что угодно, главное, это должно быть новое, и делать это без логических ошибок. Скорость по своему усмотрению, если преподаёшь, то по чуть-чуть и всю жизнь одно и тоже, если в институте, то можно вообще раз в неделю приходить, ну ещё за зарплатой. Почти всё время гуляешь, можно подработать, если хочешь. А физика это для пахарей.
    Ответить
    • Антон Ч > 00000 | 22.07.2006 | 18:34 Ответить
      слова противника математики =)
      Ответить
    • ILX-prof > 00000 | 08.01.2007 | 04:53 Ответить
      Если б не пахари не сидеть бы нам с вами в наших теплых квартирах перед компами...
      Интересно те кто за зарплатой в институт ходят много для науки делают или может только для себя стараются...
      Ответить
    • mihan41 > 00000 | 04.10.2007 | 22:08 Ответить
      Да. В физике прошел такой естественный отбор через теорию Эйнштейна.Сумееш притвориться понимающим непонятную теорию Эйнштейна - значит свой и иди в физики, получай регалии, и даже в шарашке - стакан сметаны. Энштейна не понимаешь - не пустим в физику, а если ты уже физик, то не умничай, иначе голодным оставим, пока не научишся уважать приоритеты секты.
      Физика стала дорогой наукой, так как теоретическое понимание в ней осталось на уровне 19-го века и все успехи достигнуты на постановке бесчисленных дорогих экспериментов, то есть путем бесчисленных тыканий.
      Математика это всего лишь инструмент и в ней нет волевого начала, но инструмент хороший для подсчетов и сравнений, предпологает то, что ты уже знаешь что подсчитать. Горе тому, кто закладывает в модели мира математические абстракции - он получит не реальный мир, а виртуальный.
      Ответить
      • increaser-increaser > mihan41 | 16.11.2010 | 16:41 Ответить
        Ну вы накатали. Наверное, физики вам крепко насолили. С удовольствием посмотрел бы, как у вас получается мыслить без абстракций - смею предположить, вам из-за этого приходится вообще избегать мыслить. Но другие думают абстрактно, а математика просто формализует ход мыслей и делает возможными сложные построения.
        Ответить
  • Master  | 10.07.2008 | 20:13 Ответить
    Математика - это инструмент, расширяющий возможности нашего интеллекта. (Подобно велосипеду, расширяющему возможности нашего опорнодвигательного аппарата.)
    Математика - ужасно неудобный инструмент, поскольку в процессе её эволюционного развития исторически сложилось множество неудобств. Например: производная и интеграл - две взаимно обратные операции, и, следовало бы ожидать, что этот факт будет отражён в форме записи операций интегрирования и дифференцирования. Но, увы - эти две операции имеют записи совершенно непохожие друг на друга. И это только кажется мелочью.
    В математике, да и в науке в целом, много жаргона, который мало кому понятен. Почему?
    Математика находится в глубоком кризисе, а поскольку она в основе всех наук - этот кризис распространился на всю науку в целом.
    Кризис в математике вызван отсутствием возможности записать решение многих уравнений в виде конечного ряда функций, свойства которых изучены. Так, простая задача - задача трех тел, не может иметь решение в виде конечного ряда функций, которые мы изучили. Нам не хватает функций! Вот в чём проблема.
    В середине прошлого века наметился прорыв, когда был изобретены методы качественного анализа уравнений. К сожалению и тут учёные быстро зашли в тупик.
    Методы качественного анализа основываются на построении фазовых портретов динамических моделей. Это такие рисунки, где координатами являются (в общем случае) независимые между собой параметры(степени свободы), такие, как координата, скорость, ускорение, и т.п.
    Проблема возникла тогда, когда этих параметров стало больше трёх. Наше воображение просто отказывается представить себе объекты размерности больше чем три. Т.е., для моделей с большем (чем три) числом со степеней свободы наглядность этих картинок пропадает, а вместе с ней - пропадает и эффективность качественных методов.
    Так вот, кризис в науке, спровоцированный кризисом в математике, привел к тому, что теоретическая (в меньшей степени - прикладная) наука остановилась. И чтоб создать видимость движения мои бывшие коллеги изобретают жаргонные(мало кому понятные) словечки, жонглируя которыми в своих статьях создают видимость движения.
    Это - сугубо личное моё мнение.

    PS Выход из этого кризиса есть. Если будет интререс - расскажу какой.
    Ответить
    • 00000 > Master | 04.08.2008 | 21:59 Ответить
      Ну-ну, не ломайтесь.
      Ответить
      • Master > 00000 | 06.08.2008 | 11:53 Ответить
        Вопрос недетский. Тема явно выходит за рамки этого форума. Если интересно, можно прочитать тут: http://people.nnov.ru/master/More/Book/Masterov.zip
        Ответить
  • Master  | 30.08.2008 | 21:05 Ответить
    То, что физика и математика - изучены: есть большое, очень большое преувеличение. Сегодня ученые не знают ответа на такой поистине детский вопрос: 'Почему дует ветер?' И на многие другие вопросы. Это не преувеличение. Сегодня учёные уверены в том, что на Луне нет воды. (В то время как на Луне, кроме воды, почти ничего нет: толщина слоя воды, покрывающего Луну измеряется сотнями километров.) Учёные ещё не открыли континенты на Марсе, и не видели гейзеры по их берегам.
    И вообще: 'Мало кто знает, как много надо знать, чтобы знать: как мало мы знаем!'
    Есть ещё очень, очень много вопросов, на которые учёные ещё не знают ответов. Вот некоторые из них:
    1. И сегодня животные живут и умирают, но костей их мы не видим. Почему же кости динозавров сохранились? И уж совсем не понятно - почему кости эти радиоактивны? Неужели на Земле уже существовала развитая цивилизация (цивилизация гениальных динозавров?!), постигшая секреты распада ядер атомов и создавшая ядерное оружие, и которое впоследствии уничтожило своих не слишком предусмотрительных родителей? Не потому ли так дружно, в одночасье вымерли динозавры, и не потому ли так кучно лежат их кости, что была война, и мы находим массовые захоронения убитых? (Спешу сообщить, что - нет, войны не было. Все было не так, и инопланетяне тут тоже не причем.)
    2. Откуда у Земли столь громадный спутник, каковым является Луна. Луна не могла сформироваться на орбите вокруг Земли из земных колец. Материалу для этого явно не хватило бы. Может быть, она действительно является осколком Земли?
    3. Откуда взялись на поверхности Земли радиоактивные вещества с малым периодом полураспада? На Земле нет источников их образования (за исключением радиоактивного изотопа углерода, который постоянно образуется в атмосфере под воздействием жесткого солнечного излучения). Можно уверенно утверждать: эти радиоактивные элементы, как и многое другое, на поверхности Земли появилось относительно недавно, может быть несколько десятков миллионов лет назад. Не раньше! Но: как и откуда они появились?
    4. Откуда взялись на поверхности Земли тяжелые металлы, ведь миллиарды лет назад, когда Земля формировалась, её поверхность была жидкой, а потому: все, что тяжелее силикатов (гранита) должно было утонуть, и сегодня должно было находиться в ядре нашей планеты.
    Последний вопрос особенно интересен. Если ты будешь знать ответ на него, ты сможешь ответить на другой вопрос: 'Где всё это богатство нужно искать?' Ты сможешь простроить карту месторождений полезных ископаемых, которые ещё неоткрыты. Ты станешь самым богатым человеком на планете. (Вторым, после меня.)
    Ответить
  • alexsmail  | 09.09.2008 | 02:38 Ответить
    Про математику сказано неоправданно мало.
    Для многих математика ограничивается арифметикой, максимум алгеброй (школьной). Элементы Высшей математики (интегрирование и производная), хоть и изучается в школе, но на таком уровне, что этот материал вообще никто не помнит, даже отличники (если они не продолжили его учить в ВУЗе).
    На самом деле Высшая математика начинается с языка эпсилон-дельта (грубо, конечно). Так вот, в статье отсутствует описание, что такое (высшая) математика вообще и пример какой-то неразрешённой проблемы. Тут можно было привести и пример Великой теоремы Ферма (доказанной чуть более 10 лет назад) и гипотезу Гольдбаха (очень наглядно формулируется) . Гипотезу Римана тоже можно было упомянуть, но для этого нужно как минимум писать отдельную статью (есть потрясающая научно-популярная книга).
    Ответить
  • Allgen  | 10.01.2009 | 23:00 Ответить
    "Детские вопросы" - самые трудные..

    Автору респект за труд!
    Примеры выбраны действительно глобальные, которые вероятно не будут решены никогда, а вот попроще бы, например:
    "что такое температура и с чем ее едят" в отсутствии теплорода... (градусником пользоваться умею, как и измерить изменение энтропии..)

    или такой "детский вопрос":
    "Летом тепло, потому что греет Солнышко, почему так холодно зимой, где то холодильник не закрыли?"..
    Ответить
  • Abpbr  | 10.11.2010 | 09:07 Ответить
    На настоящем этапе физика не в состоянии описать ни одного мало-мальски простейшего события (эксперимента), без вездесущих – "пренебречь". Человечество с древнейших времен занималось изучением мироустройства, физических принципов и законов. Если принять путь, который необходимо пройти физике для понимания всех затрагивающих нас процессов, за стометровую дистанцию, а пройденный путь измерить микрометром, то измеренной величиной пройденного участка как раз и можно пренебречь. Вы даже сверхфантазируя не сможете представить себе как изменится жизнь, если эта величина станет хоть немного значимой.
    Ответить
Написать комментарий

Другие вопросы


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»