¿Cómo puede un estudiante de física de primer año aprender a desarrollar una nueva teoría en física?

¡Probablemente estudiando física por algunos años más! 😉

Sí, necesitas comprender mucho más que solo el cálculo. Para empezar, querrá comprender análisis complejos, álgebra lineal, geometría diferencial, teoría de grupos, teoría de representación. ¡Esto invariablemente te llevará realmente a las matemáticas!

Es fácil inventar una nueva teoría. Los curanderos saben lo fácil que es. La conclusión no es solo llegar a una teoría, sino tratar de crear una teoría interesante y físicamente válida que tenga la posibilidad de describir el universo físico de una manera que nadie más haya pensado antes. Esto es algo increíblemente difícil.

Si simplemente desea crear un nuevo modelo, probablemente no llegará a ningún lugar interesante. Antes de siquiera pensar en construir una teoría, debe aprender a hacer preguntas interesantes que requieren nuevas ideas para tener sentido y, con suerte, resolver. ¡Esto, como he mencionado, lleva años! Para empezar, la mayoría de las preguntas que haga serán increíblemente ingenuas, pero a medida que aprenda más y más sobre las áreas clave de la física moderna, su pregunta se volverá cada vez más sofisticada. ¡Este es generalmente un proceso extremadamente gradual!

Si tiene el impulso y la pasión para perseguir su interés en la física, ¡tiene un tiempo muy largo, muy desafiante pero completamente agradable por delante!

Lo primero que debe saber es qué problema está tratando de resolver: qué fenómenos está tratando de explicar, qué sucede realmente. Esto probablemente implicaba estudiar un poco de física, solo para obtener la historia. Por ejemplo, no puedes entender el fenómeno de la superconductividad sin entender la conductividad. No puede explicar los resultados anómalos de un experimento de dispersión sin comprender qué es la dispersión y cómo calcularla. No se puede resolver el problema de modelar estados unidos o fermiones fuertemente interactivos sin saber cuáles son estas cosas.

Esto implica conocer la historia del problema y la física subyacente por la cual se investigó. Por lo tanto, deberá aprender toda la física básica y las matemáticas. De hecho, para llegar a la vanguardia de cualquier cosa, debes aprender todo lo que ha pasado antes que tú. No es un esfuerzo pequeño. Pero es una gran cosa solo entender lo que los grandes hombres de ciencia han descubierto.

Necesitas tomar más física y matemáticas. MUCHO más física y matemáticas.

La física moderna es muy abstracta, y las matemáticas son de muy alto nivel. El cálculo es el comienzo correcto, pero es solo un componente y el cálculo que necesitará está en un nivel mucho más alto que el cálculo introductorio: ecuaciones diferenciales parciales, cálculo de variaciones, etc. También necesitará una fuerte familiaridad con el álgebra lineal, abstracto análisis de álgebra y tensor.

Usted aprende estas matemáticas a través de una combinación de educación matemática formal y capacitación ‘en el trabajo’ en sus clases de física. Pero, a riesgo de sonar sofocante, un estudiante de física de primer año aún no tiene mucho que aportar.

Si estás interesado en ser físico, entra en los libros y sigue aprendiendo. A medida que llegue a niveles ligeramente más altos, vea si hay proyectos de investigación que le interesen y vea si puede ayudar.

Suponga que está tratando de llegar a una nueva teoría sobre los rayos. Necesitas conocer las teorías de las fuerzas y materiales invocados. Necesitaría saber sobre teoría atómica, física de plasma y sobre ondas electromagnéticas.

Por lo general, una teoría trata sobre la aplicación de la estructura física más amplia a un fenómeno, en este caso, las ecuaciones de Maxwells y algo sobre los niveles de energía atómica.

Si está hablando de cosmología, diría que obtenga algunos datos de cosmología y aprenda sobre la relatividad general.

Es bueno ser ambicioso, incluso si fallas aprenderás mucho.

Gerard ‘t Hooft ha escrito una respuesta fantástica a esta pregunta en su sitio web. Su método parece funcionar también; Fue co-ganador del Premio Nobel de Física de 1999.

Su respuesta: cómo convertirse en un buen físico teórico

HTH.

(Estimado QuoraBot, solicito humildemente su consideración para no colapsar esta respuesta. Si bien puede ser breve, creo que encontrará que responde de manera integral a la pregunta y proporciona un beneficio significativo para el lector. Saludos cordiales, EG)

Si bien elogio su impulso de descubrimiento, también debo atenuarlo.

Cálculo, matemática superior, física fundamental y mucho trabajo duro son necesarios antes de que puedas saber si has descubierto algo.

Alguien ha dicho que saber lo que no sabes es tan importante como saber algo, y no creo que pases tus años de estudiante productivamente si apuntas demasiado alto.

Aprende las cuerdas, desarrolla tus habilidades y luego enfréntate al mundo. No corras antes de poder caminar, pero aférrate al sueño de volar algún día.

Buena suerte.