La física carece de rigor matemático, entonces, ¿cómo debería emplearse la lógica para racionalizar las derivaciones físicas onduladas a mano?

(EDITAR: Hola Quorians, esta es una respuesta muy divertida. ¿No te importa respaldarla? :-))

(EDIT 2, más tarde: he mirado los enlaces en el comentario de Ken Chan a la respuesta de Jack Fraser y me di cuenta de que su pregunta es mucho más específica. Si la vi antes, mi respuesta en la sección 2 podría haber sido menos divertida. Me recuerdo a mí mismo torturado por los mismos problemas, con la función [matemática] \ delta [/ matemática], con la transformación 3D Fourier aplicada a [matemática] 1 / r [/ matemática] y mucho más. Pero Quora probablemente no sea un buen lugar para tan fascinante pero discusión altamente técnica).

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“La física carece de rigor matemático “, de hecho, con bastante frecuencia. Y Dori Reichmann tiene razón, no es que los físicos cometan errores lógicos. La mayor deficiencia de rigor es que se hacen algunas suposiciones implícitas, de las cuales las personas no son conscientes. (Esto es lo que el físico Jack Fraser, que “surgió con los ojos nublados de una conferencia de dos horas sobre los operadores de Sturm-Liouville” aún no comprende ;-)).

Pero. ¡PERO!

Pero esto no es diferente de las matemáticas en sí, en toda la historia de su desarrollo.

Euclides, el padre fundador de la geometría, hizo muchos de esos supuestos. Más tarde (mucho, mucho más tarde) los matemáticos se divirtieron mucho descubriendo estos supuestos y complementando sus axiomas (cita de Wikipedia: a partir de Moritz Pasch en 1882, se han propuesto muchos sistemas axiomáticos mejorados para la geometría, los más conocidos son los de Hilbert, George Birkhoff y Tarski.)

Los padres fundadores del análisis matemático no fueron “pecadores” menores (espero que otros quorianos brinden buenos ejemplos). Se obtuvieron resultados importantes sobre diferenciación e integración mucho antes de que se lograra un rigor decente en este campo.

No sé si es posible tener rigor absoluto. Pídale a otras personas (como Alon Amit) que respondan.

Aparentemente, esta es la forma en que se desarrolla la ciencia. Las personas tienen nociones intuitivas de algo, lo que guía sus consideraciones, lógica, cálculos. Luego comparan sus resultados (aún lógico, calculado, no un simple movimiento de la mano) con sus intuiciones y ajustan la intuición y la lógica. Y eventualmente, se descubren y llenan vacíos en la lógica y el rigor, y a veces se descubren nuevos hechos en el proceso.

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Entonces, ¿cómo se debe emplear la lógica para racionalizar las derivaciones físicas onduladas a mano ” Buena pregunta. Uno debería tratar de analizar la esencia de la derivación, emplear sus habilidades matemáticas para traducir el movimiento manual en fórmulas y lógica. Probablemente va y viene entre física y matemática, entre desesperación y esperanza. 🙂

Este es un proceso difícil y desafiante, pero puede traer tanta alegría (o frustración).

En realidad, los físicos son muy rigurosos con sus matemáticas, dentro del marco que se da. A veces el problema es la semántica.

Por ejemplo, la ‘función’ delta de Dirac. Los físicos casi siempre usaban la cosa dentro de una integral, y su intuición era correcta. Los matemáticos coincidían con la idea de que una función puede ser cero en casi todas partes y tener una integral distinta de cero. Eventualmente, Sobolev, Schwartz y otros matemáticos elaboraron la teoría de las distribuciones, siendo tratados como funcionales que actúan sobre las funciones. Mirando hacia atrás en el trabajo de física que vino antes, puede reformularse con poco problema. Para un matemático, es aún más apropiado llamarlo un delta de Dirac funcional, distribución o medida.

La teoría de campo cuántico es un ejemplo de algo que aún no se ha puesto en el mismo tipo de base matemática sólida que otros campos, pero los físicos han creado un conjunto de reglas rigurosas dentro de ese campo que pueden usar en sus problemas. La pregunta sobre por qué es un poco más nebulosa.

La lógica es simple. Si el modelo coincide con los datos, es bueno hasta que se produzcan datos que lo contradigan.

El rigor matemático sigue siendo muy útil. En general, hacer que una teoría sea más rigurosa la generaliza de alguna manera que extiende la teoría. Pero, un mayor rigor matemático no invalidará el poder predictivo de un modelo. Simplemente iluminará una suposición implícita, que si se modifica podría expandir la teoría.

Lo que realmente le falta a la física es una declaración muy precisa de la condición más allá de los teoremas. Por ejemplo, uno puede derivar una declaración sobre la solución de algún problema, sin señalar explícitamente que alguna función en la ecuación debe ser infinitamente derivable, o debe tener una norma finita.

Es muy raro encontrar una prueba física incorrecta (después de que la comunidad de física la “aprobara”). Lo que encontrará es que hay que agregar todo tipo de condiciones para mantener las situaciones “antinaturales” o “extremas” fuera del teorema.

¿Puede proporcionar alguna evidencia de que la física carece de rigor matemático?

Acabo de salir de una conferencia de dos horas sobre operadores Sturm-Louiville y funciones propias de operadores diferenciales más generales, lo que nos permite aplicar herramientas matemáticas para resolver problemas de mecánica cuántica.

Ciertamente sentí que las 15 páginas de álgebra (notación de Dirac principalmente) eran matemáticamente rigurosas.

¿Cuál es tu problema con las matemáticas en física?