ใน "การคำนวณจักรวาล" เอียนสจ๊วตนำเสนอคู่มือที่ทำให้ดีอกดีใจกับจักรวาลตั้งแต่ระบบสุริยะของเราไปจนถึงจักรวาลทั้งหมด สจ๊วตมีร่องรอยของวิวัฒนาการของความเข้าใจของจักรวาล: กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์ทำให้นิวตันคิดทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขาอย่างไร สองศตวรรษต่อมาความผิดปกติเล็ก ๆ ในการเคลื่อนที่ของดาวอังคารเป็นแรงบันดาลใจให้ไอน์สไตน์คิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา อย่างไรเมื่อแปดสิบปีก่อนการค้นพบว่าจักรวาลกำลังขยายตัวนำไปสู่การพัฒนาทฤษฎีบิ๊กแบงเกี่ยวกับต้นกำเนิดของมัน จุดเริ่มต้นและการขยายตัวของจุดเดียวทำให้นักดาราศาสตร์วิทยาศาสตร์ทฤษฎีในการสร้างส่วนประกอบใหม่ ๆ ของจักรวาลเช่นเงินเฟ้อสสารมืดและพลังงานมืด แต่เงินเฟ้ออธิบายโครงสร้างของจักรวาลในทุกวันนี้หรือไม่? สสารมืดมีอยู่จริงหรือไม่? การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ที่จะท้าทายออร์ทอดอกซ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ถือมายาวนานและจะเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเอกภพอีกครั้งได้ไหม? ด้านล่างเป็นข้อความที่ตัดตอนมาจาก "การคำนวณจักรวาล: วิธีการที่คณิตศาสตร์เปิดตัวจักรวาล" (หนังสือพื้นฐาน, 2016)
ความก้าวหน้าด้านการสำรวจอวกาศและการใช้งานเหล่านี้ไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ชาญฉลาดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยาวนานซึ่งย้อนกลับไปอย่างน้อยเท่ากับสมัยบาบิโลนเมื่อสามพันปีที่แล้ว คณิตศาสตร์อยู่ที่หัวใจของความก้าวหน้าเหล่านี้ วิชาวิศวกรรมก็มีความสำคัญเช่นกันและการค้นพบในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ก็มีความจำเป็นก่อนที่เราจะสามารถสร้างวัสดุที่จำเป็นและรวบรวมมันไว้ในโพรบพื้นที่ทำงานได้
เรื่องราวของการสำรวจอวกาศและเรื่องราวของคณิตศาสตร์ได้ไปจับมือกันตั้งแต่ครั้งแรก คณิตศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจดวงอาทิตย์ดวงจันทร์ดาวเคราะห์ดวงดาวและวัตถุที่เกี่ยวข้องมากมายซึ่งก่อตัวเป็นเอกภพซึ่งเป็นเอกภพที่มีการพิจารณาอย่างกว้างขวาง เป็นเวลาหลายพันปีที่คณิตศาสตร์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการทำความเข้าใจบันทึกและทำนายเหตุการณ์ในจักรวาล แน่นอนในบางวัฒนธรรมเช่นอินเดียโบราณประมาณ 500 คณิตศาสตร์เป็นสาขาย่อยของดาราศาสตร์ ในทางกลับกันปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์มีอิทธิพลต่อการพัฒนาคณิตศาสตร์มานานกว่าสามพันปีซึ่งเป็นแรงบันดาลใจทุกอย่างจากการทำนายสุริยุปราคาของบาบิโลนไปจนถึงแคลคูลัสความโกลาหลและความโค้งของกาลอวกาศ
ในขั้นต้นบทบาทหลักทางดาราศาสตร์ของคณิตศาสตร์คือการบันทึกการสังเกตและทำการคำนวณที่มีประโยชน์เกี่ยวกับปรากฏการณ์เช่นสุริยุปราคาที่ดวงจันทร์บดบังดวงอาทิตย์ชั่วคราวหรือจันทรุปราคาที่เงาของโลกบดบังดวงจันทร์ ด้วยการคิดถึงเรขาคณิตของระบบสุริยะผู้บุกเบิกทางดาราศาสตร์จึงรู้ว่าโลกหมุนรอบดวงอาทิตย์แม้ว่ามันจะมองจากทางด้านล่างนี้ สมัยก่อนยังรวมการสังเกตด้วยเรขาคณิตเพื่อประมาณขนาดของโลกและระยะทางไปยังดวงจันทร์และดวงอาทิตย์
รูปแบบทางดาราศาสตร์ลึกเริ่มปรากฏขึ้นประมาณ 1,600 เมื่อโยฮันเนสเคปเลอร์ค้นพบกฎทางคณิตศาสตร์สามประการ - 'กฎ' - ในวงโคจรของดาวเคราะห์ ในปี ค.ศ. 1679 ไอแซกนิวตันตีความกฎของเคปเลอร์อีกครั้งเพื่อกำหนดทฤษฎีที่มีความทะเยอทะยานซึ่งไม่เพียง แต่อธิบายว่าดาวเคราะห์ของระบบสุริยะเคลื่อนที่อย่างไร แต่เป็นการเคลื่อนที่ของ ใด ระบบของเทห์ฟากฟ้า นี่คือทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขาซึ่งเป็นหนึ่งในการค้นพบศูนย์กลางในการเปลี่ยนแปลงโลกของเขา Philosophiae Naturalis Principia Mathematica หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ. กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันอธิบายว่าร่างกายแต่ละคนในจักรวาลดึงดูดร่างกายอื่น ๆ อย่างไร
ด้วยการรวมแรงโน้มถ่วงกับกฎทางคณิตศาสตร์อื่น ๆ เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของร่างกายซึ่งเป็นผู้บุกเบิกกาลิเลโอเมื่อศตวรรษก่อนหน้านิวตันอธิบายและทำนายปรากฏการณ์ทางท้องฟ้ามากมาย โดยทั่วไปแล้วเขาเปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับโลกธรรมชาติสร้างการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ที่ยังคงเปิดตัวในวันนี้ นิวตันแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ (มัก) ควบคุมโดยรูปแบบทางคณิตศาสตร์และโดยการทำความเข้าใจกับรูปแบบเหล่านี้เราสามารถปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับธรรมชาติ ในยุคของนิวตันกฎทางคณิตศาสตร์อธิบายว่าเกิดอะไรขึ้นในสวรรค์ แต่พวกเขาก็ไม่ได้ใช้ประโยชน์อย่างมีนัยสำคัญนอกจากการนำทาง
***
ทุกสิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อสหภาพโซเวียต ดาวเทียมของรัสเซีย ดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรโลกต่ำในปี 1957 ยิงปืนเริ่มต้นสำหรับการแข่งขันในอวกาศ หากคุณดูฟุตบอลบนโทรทัศน์ดาวเทียม - หรือโอเปร่าหรือนักแสดงตลกหรือสารคดีวิทยาศาสตร์ - คุณกำลังได้รับผลประโยชน์จากโลกแห่งความเป็นจริงของนิวตัน
ในขั้นต้นความสำเร็จของเขานำไปสู่มุมมองของจักรวาลเป็นจักรวาลเครื่องจักรซึ่งทุกอย่างตระการตามเส้นทางที่วางไว้ในตอนเช้าของการสร้าง ตัวอย่างเช่นเชื่อว่าระบบสุริยะถูกสร้างขึ้นในสถานะปัจจุบันของมันค่อนข้างมากโดยมีดาวเคราะห์ดวงเดียวกันเคลื่อนไปตามวงโคจรรอบวงกลมที่ใกล้เคียงกัน เป็นที่ยอมรับทุกอย่างสั่นคลอนไปเล็กน้อย ความก้าวหน้าของช่วงเวลาในการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ทำให้ชัดเจนอย่างมาก แต่มีความเชื่ออย่างกว้างขวางว่าไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงเปลี่ยนแปลงหรือเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่น่าทึ่งกว่ามหายุคที่นับไม่ถ้วน ในศาสนายุโรปไม่คิดว่าการสร้างที่สมบูรณ์แบบของพระเจ้าอาจแตกต่างไปจากในอดีต มุมมองทางกลไกของเอกภพที่คาดเดาได้และคงอยู่เป็นเวลาสามร้อยปี
ไม่อีกต่อไป. นวัตกรรมล่าสุดในวิชาคณิตศาสตร์เช่นทฤษฎีความโกลาหลควบคู่ไปกับคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังในปัจจุบันสามารถบดตัวเลขที่เกี่ยวข้องด้วยความเร็วที่ไม่เคยมีมาก่อนได้เปลี่ยนมุมมองจักรวาลของเราเป็นอย่างมาก แบบจำลองนาฬิกาของระบบสุริยะยังคงใช้ได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ และในทางดาราศาสตร์ล้านปีมักจะสั้น แต่สนามหลังบ้านของเราตอนนี้ถูกเปิดเผยว่าเป็นสถานที่ที่โลกได้ทำและจะย้ายจากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่ง ใช่มีระยะเวลานานของพฤติกรรมปกติ แต่บางครั้งพวกเขาก็ถูกคั่นด้วยการระเบิดของกิจกรรมป่า กฎหมายที่ไม่เปลี่ยนรูปซึ่งก่อให้เกิดความคิดเกี่ยวกับเอกภพของลานเครื่องจักรสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันและพฤติกรรมที่เอาแน่เอานอนไม่ได้
สถานการณ์ที่นักดาราศาสตร์มองเห็นอยู่บ่อยครั้ง ในระหว่างการก่อตัวของระบบสุริยจักรวาลเช่นโลกทั้งโลกชนกับผลที่ตามมาสันทราย อยู่มาวันหนึ่งในอนาคตอันห่างไกลพวกเขาอาจจะทำเช่นนั้นอีกครั้ง: มีโอกาสเล็กน้อยที่ทั้งดาวพุธและดาวศุกร์จะถึงวาระ แต่เราก็ไม่รู้เหมือนกันว่า อาจเป็นได้ทั้งคู่และพวกเขาก็สามารถพาเราไปด้วยได้ หนึ่งในการชนนั้นอาจนำไปสู่การก่อตัวของดวงจันทร์ มันฟังดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์และมันเป็น… แต่เป็นนิยายวิทยาศาสตร์ที่ 'ยาก' ที่ดีที่สุดซึ่งมีเพียงสิ่งประดิษฐ์ใหม่อันมหัศจรรย์เท่านั้นที่เกินกว่าวิทยาศาสตร์ที่รู้จัก ยกเว้นว่าที่นี่ไม่มีสิ่งประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยมเพียงค้นพบทางคณิตศาสตร์ที่ไม่คาดคิด
คณิตศาสตร์ได้แจ้งความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลในทุกระดับ: ที่มาและการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์การเคลื่อนที่และรูปแบบของดาวเคราะห์และดวงจันทร์สหายความสลับซับซ้อนของดาวเคราะห์น้อยดาวหางและวัตถุแถบไคเปอร์และการเต้นรำบนสวรรค์ของ ระบบสุริยะทั้งหมด มันได้สอนเราว่าการปฏิสัมพันธ์กับดาวพฤหัสบดีสามารถพุ่งดาวเคราะห์น้อยไปสู่ดาวอังคารและจากนั้นโลกได้อย่างไร ทำไมดาวเสาร์ไม่ได้อยู่คนเดียวในการครอบครองแหวน แหวนเริ่มก่อตัวอย่างไรและทำไมพวกเขาถึงทำตัวเหมือนที่พวกเขาทำด้วย braids ระลอกและ 'ซี่' หมุนรอบแปลก มันแสดงให้เราเห็นว่าวงแหวนของดาวเคราะห์สามารถเปล่งแสงดวงจันทร์ออกมาทีละดวงได้อย่างไร
เครื่องจักรได้ให้วิธีในการจุดพลุ
คัดลอกมาจาก "การคำนวณจักรวาล: วิธีการทางคณิตศาสตร์เปิดตัวจักรวาล" โดย Ian Stewart ลิขสิทธิ์© 2016 มีให้จาก Basic Books สำนักพิมพ์ของ Perseus Books, LLC ซึ่งเป็น บริษัท ในเครือของ Hachette Book Group, Inc. สงวนลิขสิทธิ์
