¿La física moderna se expresa en la forma más eficiente?

Answer 1

Puede que no sea así, no lo sabemos exactamente.

Pasemos al electromagnetismo como ejemplo. La electricidad y el magnetismo se descubrieron inicialmente por separado. Se consideraron principalmente como un fenómeno separado. La primera evidencia de que estaban vinculados fue observada por Hans Christian Orsted en 1820, que una aguja de la brújula fue desviada por una corriente eléctrica. Esto llevó a mucha investigación en electricidad y magnetismo, en la que se formularon por separado cuatro leyes: la ley de Gauss, la ley de Gauss para el magnetismo, la ley de Faraday, la ley de Ampere [2].

Luego vino el genio de James Clark Maxwell, quien combinó todas esas leyes en un solo marco matemático. Sin embargo, en la formulación inicial de las ecuaciones de Maxwell, había 20 ecuaciones [3]. En la versión actual de las ecuaciones de Maxwell, tenemos 4 ecuaciones [2]:

De hecho, cada campo E / B tiene 3 componentes espaciales cada uno, lo que significa que esto es en realidad un conjunto de 12 ecuaciones.

Se puede compactar aún más, utilizando un formalismo covariante del electromagnetismo clásico, en el medidor de Lorentz [4] (gracias a Brian Bi por el comentario):

donde [matemática] A [/ matemática] es el potencial 4 (relacionado con los campos E y B) y [matemática] J [/ matemática] es la corriente 4 (relacionada con las fuentes).

Cuando Maxwell obtuvo sus ecuaciones por primera vez, fue a través de la matemática pura fuerza bruta, es decir, las 20 ecuaciones. Las simplificaciones fueron logradas por el trabajo de muchas personas después de Maxwell. Esto es común en muchos campos de la física: las primeras derivaciones a menudo eran voluminosas y luego se simplificaron mediante la factorización y la parametrización inteligentes.

La física no es en absoluto una ciencia en la que todo se simplifique a las causas raíz (todavía). Tenemos modelos funcionales de nuestra realidad física, pero no se combinan satisfactoriamente. El modelo estándar es nuestro modelo para fuerzas fuertes, débiles y electromagnéticas, mientras que la relatividad general es nuestro modelo para la gravedad. La teoría de cuerdas parece ser un fuerte candidato para la unificación de estos dos modelos. Sin embargo, todavía tenemos muchas más incógnitas, especialmente con respecto a la materia oscura y la energía oscura, que estos dos modelos no tienen en cuenta.

Por lo tanto, es difícil decir si las leyes físicas de nuestro universo se pueden expresar de alguna forma simple, cuando aún no se conocen por completo. Tenemos algunos formalismos para lidiar con nuestras leyes físicas (por ejemplo, formalismo langrangiano y hamiltoniano), pero podría resultar que hay otras formas de expresarlos que simplifican esas expresiones. Simplemente no lo sabemos todavía.

Entonces, ¿nuestras leyes físicas se expresan en la forma más eficiente? Lo más probable es que no. A medida que comprendamos más de las leyes que rigen nuestro mundo físico, podríamos encontrar formas más compactas y elegantes de expresarlas.

Como nota al margen, esto está relacionado incidentalmente con la forma en que se enseña física, en oposición a, digamos, la informática. En informática, se construye un modelo (la computadora – una máquina de Turing) y se pueden derivar los límites de ese modelo y hay límites claros que se pueden trazar. Esto facilita la enseñanza utilizando un enfoque de arriba hacia abajo, comenzando desde algunas raíces (como paradigmas de diseño de algoritmos: codicioso, programación dinámica, etc.). Por otro lado, la física sigue siendo una ciencia en evolución que depende de lo que nos digan los experimentos. Todavía estamos construyendo nuestras teorías físicas, de abajo hacia arriba. No diseñamos la naturaleza, por lo que no sabemos cuáles son sus “raíces”. Por otro lado, incluso si tuviéramos que pasar de un enfoque de arriba hacia abajo en la enseñanza de la física con nuestro conocimiento actual de las leyes de la física, sería muy difícil: comenzaríamos desde la geometría diferencial, álgebras de mentiras, etc. para describir la relatividad general y el modelo Estándar, luego eventualmente haremos aproximaciones para llegar a nuestros modelos “aproximados” familiares de las leyes de Newton y la mecánica cuántica.

[1] electromagnetismo
[2] Ecuaciones de Maxwell
[3] El sitio web de Tom Bearden
[4] Formulación covariante del electromagnetismo clásico

ps Lo que estás diciendo (que la longitud de onda de De Broglie y el principio de incertidumbre de Heisenberg provienen del movimiento browniano) es solo una aproximación intuitiva que resulta ser falsa en física. El movimiento browniano es un fenómeno clásico, mientras que el principio de incertidumbre de Heisenberg y la longitud de onda de De Broglie son fenómenos cuánticos. Ambos describen alguna forma de “confusión”, pero no están relacionados de esa manera desde el punto de vista de un físico. La relación del movimiento browniano con los efectos cuánticos sigue siendo un área de investigación en curso (por ejemplo, en el campo del movimiento browniano cuántico).

Answer 2

En primer lugar, como señalaron Mark Eichenlaub y los otros, el movimiento browniano NO está relacionado ni con el Principio de incertidumbre de Heisenberg ni con la longitud de onda de DeBroglie.

Ahora que tenemos ESO fuera del camino … * cruje los nudillos *

Se postulan los fundamentos de la física, y todas las demás teorías se basan (irónicamente, generalmente mediante pruebas prácticas). De las diversas teorías que intentan explicar el mismo fenómeno, los hombres con barba gris deciden cuál:

• Explica mejor el universo
• Explícalo en la forma más simple (aquí es donde entra la navaja de afeitar de Occam)
• Contiene el número mínimo de excepciones / aberraciones

Entonces, la teoría que gana el mayor número de seguidores entre los doctorados se presenta como la que mejor describe NUESTRO MODELO del universo.

Como Stephen Hawking mencionó en su libro, “el Gran Diseño” (relacionado MUY estrechamente con la pregunta, una lectura muy sugerida), la ciudad norteña de Monza en Italia prohibió las peceras redondas ya que distorsionaba la percepción de los peces del mundo ; pero, ¿quiénes somos para decir que nuestra percepción es la correcta? El pez podría teorizar algunas leyes de la física (relativamente complicadas) basadas en sus observaciones, ¿quiénes somos para decir que sus puntos de vista son falsos?

Seguimos descubriendo nuevos fenómenos, y seguimos intentando un resumen de todos ellos. La más simple de estas sumas con menos excepciones se acepta como la regla general, mientras que el resto de las ideas “flotan”. Tenemos física newtoniana y física cuántica, para fenómenos macro y micro respectivamente.

Usted pregunta: “¿Podemos unir todo esto de una manera más simple?”
Yo respondo : ya está en marcha

La Gran Teoría Unificada: “La Gran Teoría Unificada es una visión de una teoría de la física que puede combinar tres de las cuatro fuerzas fundamentales en una sola ecuación. Las cuatro fuerzas son la Fuerza Nuclear Fuerte, la Fuerza Nuclear Débil, la Fuerza Electromagnética y la fuerza gravitacional “.

El GUT es un sobrehumano entre los simples mortales. Supuestamente, está avanzando hacia una Teoría del Todo, pero hasta que eso salga a la luz, esto es todo lo que tenemos.

Answer 3

La física moderna es tan “eficiente” como debe ser, sin embargo, usted define la eficiencia con respecto a una teoría científica. Los físicos aborrecen la complejidad tanto como cualquier otra persona, y ciertamente no se proponen hacer la vida más difícil para ellos o para el profano. ¿Se puede reducir la complejidad de la física moderna? Posiblemente, con la visión correcta. Pero nadie sabe cómo hacerlo mejor que lo que tenemos hoy, y la navaja de Occam no nos ayuda a encontrar esta simplicidad.

No tengo idea de lo que quieres decir con que el movimiento browniano es el fenómeno raíz del principio de incertidumbre, pero para respaldar una afirmación como esa, la navaja de afeitar de Occam no es buena: la verificación experimental de tu idea es lo que necesitas.