"코스모스 계산"에서 Ian Stewart는 태양계에서 우주 전체에 이르는 우주에 대한 짜릿한 가이드를 제시합니다. Stewart는 천문학과 우주론 연구에 수학을 바빌론의 통합으로 시작하여 우주에 대한 우리의 이해의 진화를 추적합니다. 2 세기 후 화성 운동의 작은 불규칙성이 아인슈타인에게 그의 상대성 이론을 고안하도록 어떻게 고무 시켰는가. 80 년 전에 우주가 확장되고 있다는 발견으로 인해 빅뱅 이론의 기원이 어떻게 발전 되었는가. 단일 론적 기원과 확장으로 우주 론자들은 우주의 새로운 구성 요소, 예를 들어 인플레이션, 암흑 물질 및 암흑 에너지를 이론화하는 방법. 그러나 인플레이션은 오늘날 우주의 구조를 설명합니까? 실제로 암흑 물질이 존재합니까? 오랜 과학적 정통에 도전하고 우주에 대한 우리의 이해가 다시 한번 변화 될 과학 혁명이있을 수 있을까? 아래는 "우주 계산 : 수학이 우주를 공개하는 방법"(Basic Books, 2016)에서 발췌 한 것입니다.
우주 탐사 및 사용에서의 이러한 발전은 영리한 기술뿐만 아니라 3 천년 전 고대 바빌론까지 거슬러 올라간 일련의 과학적 발견에 달려 있습니다. 수학은 이러한 발전의 핵심입니다. 물론 공학도 매우 중요하며 필요한 재료를 만들어 작업 공간 프로브에 조립하기 전에 다른 많은 과학 분야의 발견이 필요했지만 수학이 우주에 대한 지식을 어떻게 개선했는지에 집중할 것입니다.
우주 탐험 이야기와 수학 이야기는 초기부터 시작되었습니다. 수학은 태양, 달, 행성, 별, 그리고 우주를 함께 형성하는 광대 한 관련 물체 (대규모로 간주되는 우주)를 이해하는 데 필수적인 것으로 입증되었습니다. 수천 년 동안 수학은 우주 사건을 이해하고 기록하고 예측하는 가장 효과적인 방법이었습니다. 실제로 고대 인도와 같은 일부 문화권에서 약 500 명 정도의 수학은 천문학의 하위 브랜치였습니다. 반대로, 천문학적 현상은 3 천년 이상 동안 수학의 발달에 영향을 미쳤으며, 일식에 대한 바빌론의 예측에서 미적분, 혼돈, 시공간의 곡률에 이르기까지 모든 것을 고무시켰다.
처음에 수학의 천문학적 역할은 관측을 기록하고 달이 일시적으로 태양을 가리는 월식 또는 지구의 그림자가 달을 가리는 월식과 같은 현상에 대한 유용한 계산을 수행하는 것이 었습니다. 천문학 개척자들은 태양계의 기하학에 대해 생각함으로써 지구가 다른 방향으로 보이지만 태양을 돕고 있음을 깨달았습니다. 고대인들은 또한 관측치와 기하학을 결합하여 지구의 크기와 달과 태양까지의 거리를 추정했습니다.
요하네스 케플러 (Johannes Kepler)가 행성의 궤도에서 세 가지 수학적 규칙 ( '법칙')을 발견했을 때 1600 년경 더 깊은 천문학적 패턴이 나타나기 시작했다. 1679 년 아이작 뉴턴은 케플러의 법칙을 재 해석하여 태양계 행성이 어떻게 움직이는가뿐만 아니라 운동의 움직임을 묘사 한 야심 찬 이론을 공식화했다. 어떤 천체 시스템. 이것은 그의 중력 이론, 그의 세계 변화의 중심 발견 중 하나였습니다. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (자연 철학의 수학적 원리). 뉴턴의 중력 법칙은 우주의 각 몸이 다른 모든 몸을 어떻게 끌어 당기는지를 묘사합니다.
뉴턴은 한 세기 전 갈릴레오가 개척 한 몸의 움직임에 관한 다른 수학적 법칙과 중력을 결합함으로써 수많은 천체 현상을 설명하고 예측했습니다. 더 일반적으로, 그는 우리가 자연계에 대한 생각을 바꾸어 오늘날에도 여전히 앞서 가고있는 과학적 혁명을 일으켰습니다. 뉴턴은 자연 현상이 수학적 패턴에 의해 지배되는 경우가 많으며, 이러한 패턴을 이해함으로써 자연에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 뉴턴 시대의 수학적 법칙은 하늘에서 무슨 일이 일어나고 있는지 설명했지만 항해를위한 것 외에는 실질적인 용도가 없었습니다.
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소련이 인공위성 위성은 1957 년에 낮은 지구 궤도에 진입하여 우주 경주의 시작 총을 발사했습니다. 위성 TV 또는 오페라 또는 코미디 또는 과학 다큐멘터리에서 축구를 시청한다면 뉴턴의 통찰력으로부터 실제 이익을 얻을 수 있습니다.
처음에 그의 성공은 우주를 시계의 우주로 보았으며, 여기서 모든 것이 창조의 새벽에 세워진 길을 웅장하게 따라갑니다. 예를 들어, 태양계는 거의 동일한 현재의 상태로 만들어졌으며 동일한 행성이 동일한 원형 궤도를 따라 움직입니다. 물론 모든 것이 조금씩 흔들렸다. 천문학적 관측에서이 시대의 발전은 그 사실을 풍부하게 분명하게했다. 그러나 셀 수없이 많은 사람들이 아무 것도 변하지 않았거나, 변했거나, 극적인 방식으로 변할 것이라는 믿음이 널리 퍼져있었습니다. 유럽 종교에서는 하느님의 완전한 창조가 과거에 다를 수 있었을 것이라고 생각할 수 없었습니다. 규칙적이고 예측 가능한 우주에 대한 기계적인 관점은 300 년 동안 지속되었습니다.
더이상. 카오스 이론과 같은 수학의 최근 혁신은 오늘날의 강력한 컴퓨터와 결합되어 전례없는 속도로 관련 숫자를 깨뜨릴 수있게되면서 우주에 대한 우리의 견해를 크게 바꿔 놓았습니다. 태양계의 시계 모델은 단기간 동안 유효하며 천문학에서는 일반적으로 백만 년이 짧습니다. 그러나 우리의 우주 뒤뜰은 이제 세계가 한 궤도에서 다른 궤도로 이주한 장소로 밝혀졌습니다. 그렇습니다. 규칙적인 행동은 매우 오랜 시간이 걸리지 만 때때로 야생 활동으로 인해 시간이 많이 걸립니다. 시계 세계의 개념을 일으킨 불변의 법칙은 갑작스런 변화와 매우 불규칙한 행동을 유발할 수 있습니다.
천문학 자들이 지금 상상하는 시나리오는 종종 극적입니다. 예를 들어, 태양계가 형성되는 동안 전 세계는 묵시적인 결과와 충돌했습니다. 어느 날, 먼 미래에, 아마 다시 그렇게 할 것입니다 : 수성이나 금성 중 하나가 파멸 될 가능성은 적지 만, 우리는 어느 것을 모릅니다. 둘 다 될 수 있으며 그들은 우리를 데려 갈 수 있습니다. 그러한 충돌 중 하나는 아마도 달의 형성으로 이어졌습니다. 그것은 공상 과학 소설에서 나온 것처럼 들리지만… 환상적인 새로운 발명 만이 알려진 과학을 뛰어 넘는 최고의 종류의 '열심 한 공상 과학 소설'입니다. 여기에는 환상적인 발명품이 없으며 예기치 않은 수학적 발견이 있습니다.
수학은 달의 기원과 움직임, 행성의 움직임과 형태, 그리고 동반되는 달, 소행성의 복잡한, 혜성, 카이퍼 벨트 물체, 거대한 천상의 춤 등 모든 규모의 우주에 대한 우리의 이해를 알려주었습니다. 전체 태양계. 그것은 목성과의 상호 작용이 어떻게 소행성을 화성으로 쫓아 낼 수 있는지를 가르쳐 주었다. 토성이 왜 고리를 소유하고 있지 않은가? 고리가 어떻게 시작되고, 왜 고리, 잔물결, 이상한 회전 '스포크'와 같이 동작 하는지를 설명합니다. 그것은 행성의 고리가 어떻게 한 번에 하나씩 달을 뱉을 수 있는지를 보여주었습니다.
시계가 불꽃 놀이를하였습니다.
Ian Stewart의 "우주 계산 : 수학이 우주를 공개하는 방법"에서 발췌. Copyright © 2016. Hachette Book Group, Inc.의 자회사 인 Perseus Books, LLC의 상표 인 Basic Books에서 구할 수 있습니다. 판권 소유.
