Dalam "Mengira Kosmos," Ian Stewart memberikan panduan yang menggembirakan kepada alam semesta, dari sistem suria kita ke seluruh alam semesta. Bermula dengan penyepaduan matematik Babilon ke dalam kajian astronomi dan kosmologi, Stewart mengesan evolusi pemahaman kita terhadap alam semesta: Bagaimana hukum Kepler tentang gerakan planet mengetuai Newton untuk merumuskan teori gravitinya. Bagaimana, dua abad kemudian, penyelewengan kecil dalam usul Mars mengilhami Einstein untuk merangka teori relativiti umumnya. Bagaimana, lapan tahun yang lalu, penemuan bahawa alam semesta sedang berkembang membawa kepada pembangunan teori Big Bang asal-usulnya. Bagaimana asal-usul dan pengembangan tunggal yang membawa ahli-ahli kosmologi untuk menonjolkan komponen-komponen baru alam semesta, seperti inflasi, perkara gelap, dan tenaga gelap. Tetapi apakah inflasi menerangkan struktur alam semesta hari ini? Adakah benda gelap sebenarnya wujud? Mungkinkah revolusi saintifik yang akan mencabar ortodoksi saintifik yang lama dan sekali lagi mengubah pemahaman kita tentang alam semesta berada dalam perjalanan? Berikut adalah petikan dari "Menghitung Kosmos: Bagaimana Matematik Mengumumkan Alam Semesta" (Buku Asas, 2016).
Kemajuan dalam penerokaan dan penggunaan angkasa ini bergantung bukan hanya pada teknologi pintar, tetapi juga pada siri penemuan saintifik yang panjang kembali sekurang-kurangnya sejauh Babylon kuno tiga milenia yang lalu. Matematik terletak di tengah-tengah kemajuan ini. Kejuruteraan juga penting, dan penemuan dalam pelbagai disiplin saintifik lain diperlukan sebelum kita dapat membuat bahan-bahan yang diperlukan dan memasangnya menjadi penyelidikan ruang kerja, tetapi saya akan menumpukan pada bagaimana matematik telah meningkatkan pengetahuan kita tentang alam semesta.
Kisah penerokaan ruang angkasa dan kisah matematik telah berlanjutan dari masa-masa awal. Matematik telah membuktikan penting untuk memahami Matahari, Bulan, planet, bintang, dan objek panoply yang luas yang bersatu yang membentuk alam semesta - alam semesta dianggap pada skala besar. Selama beribu-ribu tahun, matematik telah menjadi kaedah pemahaman, rakaman, dan ramalan peristiwa kosmik kami yang paling berkesan. Sesungguhnya dalam sesetengah budaya, seperti India purba sekitar 500, matematik adalah sub-cabang astronomi. Sebaliknya, fenomena astronomi telah mempengaruhi perkembangan matematik selama lebih dari tiga millennia, menginspirasi segala sesuatu dari ramalan-ramalan gerhana Babilon ke kalkulus, kekacauan, dan kelengkungan ruang masa.
Pada mulanya, peranan astronomi utama matematik adalah untuk merekodkan pemerhatian dan melakukan pengiraan yang berguna tentang fenomena seperti gerhana matahari, di mana Bulan secara sementara mengaburkan Matahari, atau gerhana bulan, di mana bayang-bayang Bumi mengaburkan Bulan. Dengan memikirkan geometri sistem solar, para perintis astronomi menyedari bahawa Bumi mengelilingi Matahari, walaupun ia kelihatan sebaliknya dari sini. Orang purba juga menggabungkan pemerhatian dengan geometri untuk menganggarkan saiz Bumi dan jarak ke Bulan dan Matahari.
Corak astronomi yang lebih mendalam mula muncul sekitar 1600, ketika Johannes Kepler menemui tiga aturan matematik - 'hukum' - di orbit planet. Pada tahun 1679, Isaac Newton menafsirkan semula undang-undang Kepler untuk merumuskan teori yang bercita-cita yang menggambarkan bukan sahaja bagaimana planet-planet sistem suria bergerak, tetapi gerakan mana-mana sistem badan angkasa. Inilah teorinya tentang graviti, salah satu penemuan tengah dalam dunia yang berubah-ubah Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Prinsip Matematik Falsafah Asal). Undang-undang graviti Newton menerangkan bagaimana setiap badan di alam semesta menarik setiap tubuh yang lain.
Dengan menggabungkan graviti dengan undang-undang matematik lain mengenai usul badan, yang dipelopori oleh Galileo satu abad lebih awal, Newton menerangkan dan meramalkan banyak fenomena langit. Lebih-lebih lagi, dia mengubah cara kita berfikir tentang dunia semulajadi, mewujudkan revolusi saintifik yang masih berkuasa menjelang hari ini. Newton menunjukkan bahawa fenomena semulajadi adalah (sering) ditadbir oleh pola matematik, dan dengan memahami corak-corak ini kita dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam. Dalam era Newton undang-undang matematik menjelaskan apa yang berlaku di langit, tetapi mereka tidak mempunyai penggunaan praktikal yang penting, selain untuk navigasi.
***
Semua yang berubah apabila USSR Sputnik satelit masuk ke orbit bumi rendah pada tahun 1957, menembak pistol awal untuk perlumbaan angkasa. Jika anda menonton bola sepak di televisyen satelit - atau opera atau komedi atau dokumentari sains - anda memperoleh manfaat dunia nyata dari pandangan Newton.
Pada mulanya, kejayaannya membawa kepada pandangan alam semesta sebagai alam semesta jam, di mana segala-galanya megah mengikuti jalan-jalan yang ditetapkan pada awal penciptaan. Sebagai contoh, ia dipercayai bahawa sistem solar dicipta dalam keadaan semasa yang cukup, dengan planet-planet yang sama bergerak di sepanjang orbit berhampiran yang sama. Diakui, semuanya jiggled sedikit; kemajuan zaman dalam pemerhatian astronomi telah dibuat dengan begitu jelas. Tetapi ada kepercayaan yang meluas bahawa tiada apa yang berubah, berubah, atau akan berubah dengan cara yang dramatik di atas jumlah yang tak terhitung jumlahnya. Di dalam agama Eropah, tidak mustahil bahawa ciptaan Tuhan yang sempurna mungkin berbeza pada masa lalu. Pandangan mekanistik dari kosmos yang boleh diramal tetap selama tiga ratus tahun.
Tidak lagi. Inovasi baru-baru ini dalam matematik, seperti teori huru-hara, ditambah dengan komputer berkuasa hari ini, dapat mengetuk nombor yang relevan dengan kelajuan yang tidak pernah berlaku sebelum ini, telah banyak mengubah pandangan kita tentang kosmos. Model kerja jam solar sistem solar tetap sah dalam jangka masa yang singkat, dan dalam astronomi satu juta tahun biasanya pendek. Tetapi halaman belakang kosmik kami kini diturunkan sebagai tempat di mana dunia telah, dan akan, berpindah dari satu orbit ke yang lain. Ya, terdapat perilaku yang sangat panjang dalam jangka masa panjang, tetapi dari semasa ke semasa, mereka diseberang oleh aktiviti liar. Undang-undang yang tidak berubah yang menimbulkan tanggapan tentang alam semesta jam juga boleh menyebabkan perubahan mendadak dan kelakuan yang tidak menentu.
Senario-senario yang dibayangkan oleh para ahli astronomi sering kali dramatik. Semasa pembentukan sistem solar, misalnya, seluruh dunia bertabrakan dengan akibat apokaliptik. Pada suatu hari, dalam masa yang akan datang, mereka mungkin akan berbuat demikian sekali lagi: ada kemungkinan kecil bahawa sama ada Merkurius atau Venus ditakdirkan, tetapi kita tidak tahu yang mana. Ini boleh jadi keduanya, dan mereka boleh membawa kami bersama mereka. Salah satu perlanggaran itu mungkin menyebabkan pembentukan Bulan. Kedengarannya sesuatu daripada fiksyen sains, dan ia adalah ... tetapi jenis terbaik, fiksyen sains yang 'keras' di mana hanya ciptaan baru yang hebat melampaui sains yang diketahui. Kecuali di sini tidak ada ciptaan yang hebat, hanya penemuan matematik yang tidak dijangka.
Matematik telah memaklumkan pemahaman kita tentang kosmos pada setiap skala: asal usul dan gerakan Bulan, pergerakan dan bentuk planet dan bulan-bulan teman mereka, selok-belok asteroid, komet, dan objek tali pinggang Kuiper, dan tarian celestial keseluruhan sistem suria. Ia telah mengajar kita bagaimana interaksi dengan Musytari dapat meletupkan asteroid ke Marikh, dan dari situ Bumi; mengapa Saturnus tidak bersendirian dalam memiliki cincin; bagaimana cincinnya dibentuk untuk bermula dan mengapa mereka berkelakuan seperti yang mereka lakukan, dengan braids, riak, dan spektrum 'berputar' aneh. Ia telah menunjukkan kepada kita bagaimana cincin planet boleh melayang bulan, satu demi satu.
Clockwork telah memberi laluan kepada bunga api.
Dicuri dari "Menghitung Kosmos: Bagaimana Matematik Perkenalkan Semesta" oleh Ian Stewart. Hak Cipta © 2016. Tersedia dari Buku Asas, sebuah buku teks Perseus Books, LLC, anak syarikat Hachette Book Group, Inc. Semua hak cipta terpelihara.
