Вселенная не согласуется с математикой по своей природе: Это следует из современных исследований

К началу 1900-х годов стало ясно, что у ньютоновской механики проблемы. Она не могла объяснить, как объекты движутся со скоростью света, что привело к специальной теории относительности Эйнштейна. Теория универсального тяготения Ньютона также оказалась под угрозой, поскольку она не могла объяснить движение Меркурия вокруг Солнца. Такие понятия, как пространство-время, только формулировались, но идея неевклидовой геометрии (где само пространство может быть искривлено, а не плоско, как трехмерная сетка) десятилетиями витала среди математиков.

К сожалению, разработка математической структуры для описания пространства-времени (и гравитации) требовала не только чистой математики, но и применения математики особо настроенным образом, который бы соответствовал наблюдениям Вселенной. Это причина, почему мы все знаем имя «Альберт Эйнштейн», но мало кто знает имя «Дэвид Гильберт».

У обоих ученых были теории, которые связывали искривление пространства-времени с гравитацией и наличием вещества и энергии. У них обоих был похожий математический формализм; сегодня важное уравнение общей теории относительности известно как действие Эйнштейна-Гильберта. Но Гильберт, который выдвинул свою собственную независимую от Эйнштейна теорию гравитации, преследовал большие амбиции, чем Эйнштейн: его теория применялась как к материи, так и к электромагнетизму, а также к гравитации.

А это просто не соответствовало природе. Гильберт строил математическую теорию так, как он думал, что она должна применяться к природе, и никак не мог получить удачные уравнения, которые предсказывали бы количественные эффекты гравитации. Эйнштейн это сделал, и именно поэтому уравнения поля известны как уравнения поля Эйнштейна, без упоминания о Гильберте. Без конфронтации с реальностью у нас вообще нет физики.

Сегодня в теоретической физике стало очень модно обращаться к математике как к потенциальному пути к еще более фундаментальной теории реальности. За последние годы был опробован ряд математических подходов:

- наложение дополнительных симметрий,
- добавление дополнительных размеров,
- добавление новых полей в общую относительность,
- добавление новых полей в квантовую теорию,
- использование больших групп (из математической теории групп) для расширения Стандартной модели,
наряду со многими другими. Эти математические исследования интересны и потенциально актуальны для физики: они могут содержать подсказки относительно того, какие секреты Вселенная может хранить помимо того, что известно в настоящее время. Но одна математика не может научить нас, как работает Вселенная. Мы не получим окончательных ответов, не сопоставив ее предсказания с самой физической Вселенной.

В некотором смысле это урок, который каждый студент-физик усваивает в первый раз, когда рассчитывает траекторию броска объекта по воздуху. Как далеко он улетит? Где он приземлится? Как долго он пробудет в воздухе? Когда вы решаете математические уравнения - уравнения движения Ньютона - которые управляют этими объектами, вы не получаете «ответ». Вы получаете два ответа; это то, что дает вам математика.

Но на самом деле есть только один объект. Он следует только по одной траектории, приземляясь в одном месте в одно конкретное время. Какой ответ соответствует действительности? Математика вам не скажет. Для этого вам необходимо понять особенности рассматриваемой проблемы физики, поскольку только она скажет вам, какой ответ имеет физический смысл. Математика поможет вам продвинуться далеко в этом мире, но не даст вам всего. Без конфронтации с реальностью вы не можете надеяться понять физическую Вселенную.