Como estudiante de matemáticas, ¿qué cambios de mentalidad son más útiles al leer libros de texto de física?

He hecho un bachiller de Física-Matemáticas TWIN, así que hablaré principalmente por experiencia.

La física y las matemáticas son muy similares, pero funcionan con principios ligeramente diferentes. En matemáticas, se pueden elegir sus posiciones de inicio (es decir, los axiomas), y luego usted (simple, no fácil) va desde allí, deriva todo lo que quiere / puede.

Un físico no tiene ese lujo, los axiomas están establecidos por la naturaleza y, lo que es más importante, no los tenemos todos. Entonces, un físico comienza en algún lugar entre los axiomas y los resultados finales. Conoce algunos axiomas y conoce algunos de los resultados finales (a través de experimentos, por supuesto), y el trabajo es hacer un puente entre ellos de la manera más lógica posible.

Y eso cambia cómo funcionan los físicos en comparación con un matemático. El trabajo de este último se sostiene o cae con la corrección de la prueba. El trabajo del primero se para o cae con la habilidad de predecir. O para decirlo simplemente: si funciona, está bien. Y la naturaleza es el control final de ‘si funciona’.

En otras palabras, si un físico puede usar una técnica incorrecta para obtener la respuesta correcta, está bien con eso. Los matemáticos, no tanto.

Probablemente has encontrado la suma de todos los enteros:

[math] \ sum_ {n} ^ {\ infty} n = – \ frac {1} {12} [/ math]

Esto es realmente algo que usamos en clase un día (fue para la teoría de cuerdas, pero estoy seguro de que también ocurre en otros lugares). Pero cada matemático te dirá que esto está mal. Un año más tarde, aprendimos por qué funcionó, y todavía no es tan riguroso como a mi matemático le gustaría. Sin embargo, el resultado final que obtiene de esto funciona. Y al final eso es importante.

También hay un objeto llamado integral de ruta, se define un poco así:

[math] \ int e ^ {L (\ vec {x})} Dx = \ lim_ {N \ to \ infty} ((\ frac {2 \ pi N} {9 mf}) ^ N) \ int … \ int e ^ {L (\ vec {x})} dx_0… dx_N [/ math]

El factor al frente no es correcto, pero lo más importante es que divergiría bastante rápido en este límite. De hecho, ni siquiera sé si “tomar una cantidad infinita de integrales” tiene un sentido matemático real. De todos modos, este objeto no debería existir matemáticamente, pero puedes usarlo para obtener todo lo que necesitas: funciona .

Entonces, si estudiaste matemáticas y decidiste aprender un poco de física, debes saber que el objetivo es diferente: queremos entender la naturaleza. O para ser más precisos, poder predecirlo. Todos los medios para llegar allí están permitidos, siempre que funcionen.

Como resultado, es posible que veas muchas “matemáticas feas”. Expresiones que no tienen ningún sentido si piensas demasiado en ellas, métodos y atajos que no te darán puntos en la clase de un matemático. Incluso se encontrará con argumentos de mano sobre algunos temas muy complejos: ‘por simetría mostramos que X’. No ocurrirá todas las semanas, después de todo, la física sigue siendo un tema bastante lógico, pero ocasionalmente encontrarás cosas que son incorrectas , aunque no falsas .

Creo que lo principal es aprender a pensar como un físico y, en particular, apreciar que las suposiciones físicas Apoya el significado de todo el tema de la física. Un buen ejemplo de esto es considerar que Einstein no fue conducido a su teoría de la relatividad general considerando solo las matemáticas puras; él postuló principios físicos novedosos y posteriormente formuló su teoría utilizando herramientas matemáticas formidables. La intuición contraria, que la física es básicamente matemática, parece ser la base de muchos conceptos erróneos entre mis propios alumnos de matemática y física. Es decir, hay una tendencia entre los jóvenes físicos matemáticos a poner demasiada credibilidad en la belleza y el rigor de las matemáticas en el contexto de las teorías físicas. Las matemáticas son hermosas, elegantes y, de hecho, es el lenguaje de la física, ¡pero uno debe recordar que las suposiciones físicas son las que hacen que las teorías físicas sean físicas! Aprender a apreciar completamente este punto es la mayor parte de lo que significa pensar como un físico, creo.

En general, también tengo en cuenta que las matemáticas en los libros de texto de física generalmente no tienen el nivel de formalidad que se ve en los textos de matemática pura, dependiendo de su inclinación, ¡esto puede o no parecerle horrible! 😉