ЭлементыЭлементы большой науки
Жизнь в науке. Дневники
Главная / Дневники / Рылов Юрий Аркадьевич / Запись

О НЕКСИОМАТИЗИРУЕМЫХ ГЕОМЕТРИЯХ И ИХ РОЛИ В ФИЗИКЕ И МАТЕМАТИКЕ

18.11.2008
17:30

Я хочу вернуться к дневнику месячной давности http://elementy.ru/blogs/users/riverton/31748/
Меня заинтересовало интервью данное Ю.И. Маниным
http://www.polit.ru/science/2008/10/16/manin.html
и мне захотелось обсудить поднятый там вопрос о будущем математики. Интервью мне понравилось. Особенно меня привлекли два пункта: (1) название интервью «Не мы выбираем математику своей профессией, а она нас выбирает», (2) Кроме того на меня произвела впечатление фраза Ю.И.Манина: «Пока, как я говорил, математика нас выбирает, и пока есть такие люди, как Перельман и Гротендик, мы будем помнить наш идеал.».
Во втором пункте на меня произвело впечатление то, что Манин поставил Перельмана на первое место, несмотря на то, что его имя трепало телевидение и бульварная пресса. Знакомые математики в качестве величайшего современного математика обычно называли фамилию: Гротендик. Одним словом, я воспринял Ю.И.Манина как неординарного математика и решил, что с ним можно обсуждать проблему неаксиоматизируемых геометрий. В результате я решил сначала обсудить этот вопрос с Маниным, и уже потом, если понадобится, включить этот вопрос в свой дневник для дальнейшего обсуждения.
Дело в том, что мои попытки обсудить неаксиоматизируемые геометрии на серьезных математических семинарах, терпели крах. Мои заявки на доклад отклонялись под разными предлогами. Обычно говорили, что участники семинара не занимаются подобной тематикой, и им это будет не интересно. Когда я пытался заявить, что риманова геометрия противоречива, полагая, что математики хоть в какой-то мере стремятся к истине и подобное наглое заявление вызовет у них желание послушать меня, разоблачить и публично унизить этим разоблачением. Однако, как только они слышали об этом, моя заявка на доклад немедленно отвергалась без всяких дальнейших объяснений. Попытка сделать доклад на заседании Московского Математического Общества тоже оказалась неудачной, из-за отрицательного результата предварительного рецензирования, принятого для докладов на заседаниях ММО. Попытка апелляции тоже была отвергнута с помощью простого заявления: « Мы привыкли доверять нашим рецензентам!»

Я отношусь философски к тому, что думают математики об неаксиоматизируемых геометриях. Однако, если представляется случай, то я стараюсь обсудить этот вопрос, потому что мне крайне неловко смотреть на то, как математики пытаются придумать аксиомы для геометрий, которые нексиоматизируемы в принципе. Одним словом, я написал Ю.И.Манину письмо, в котором попытался изложить мои претензии к традиционному подходу, где рассматриваются только аксиоматизируемые геометрии. Ю.И.Манин ответил мне. Я в свою очередь изложил ему мою точку зрения. После этого Ю.И. Манин написал мне, что мне не удалось его убедить. Я воспринял этот короткий ответ, как нежелание проводить дальнейшую дискуссию. Разумеется, было бы бессмысленным с моей стороны настаивать на продолжении дискуссии (возможно у Ю.И.Манина были веские и уважительные причины не продолжать дискуссию).
Сейчас я намерен изложить свою точку зрения по поводу неаксиоматизируемых геометрий. Я буду обсуждать только то, что было сказано в интервью. Я полагаю, что никакие этические нормы не будут нарушены, коль скоро я ничего не буду говорить о содержании нашей приватной дискуссии.

Как физик, я полагаю, что игнорирование неаксиоматизируемых геометрий представляет собой серьезную ошибку в развитии математики, потому что в результате физики оказались лишенными большей части возможных геометрий, пригодных для описания пространства-времени. Незнание о существовании этих геометрий толкнуло физиков на квантовый путь, когда отсутствие нужных геометрий компенсировалось на уровне динамики (использование квантовых принципов). Этого можно было избежать при знании о существовании неаксиоматизируемых геометрий. Математик мне резонно может возразить: «Действительно, математики не знали о существовании неаксиоматизируемых геометрий. Однако, в том нет большой беды. Ведь нельзя же знать все на свете! Знание дело наживное. Теперь математики будут изучать неаксиоматизируемые геометрии и недостаток будет устранен.» Я согласен с такой точкой зрения. Нельзя ставить в вину кому бы то ни было то, что он чего-то не знает. Однако, если кто-то делает неправильное утверждение, то это можно и нужно ставить ему в вину. Таким образом, математики, если и виноваты, то лишь в том, что они утверждали, что неаксиоматизируемые геометрии не существуют.

Справедливости ради следует отметить, что я нигде не встречал утверждения, что не существует неаксиоматизируемых геометрий. Несуществование неаксиоматизируемых геометрий подразумевалось само собой, просто потому, что никто не умел строить неаксиоматизируемые геометрии. Таким образом, идея о несуществовании неаксиоматизируемых геометрий является просто предрассудком, который полежит искоренению. К чему приводит этот предрассудок в математике? Он приводит к тому, что для построения новых обобщенных геометрий математики придумывают новые топологические свойства, надеясь построить аксиоматизируемые геометрии с новыми свойствами. При этом исследование совместности аксиом откладывается на потом, потому что проверка совместности аксиом безумно трудна. При этом предполагается, что можно менять топологию, не изменяя метрических свойств геометрии, что неверно, потому что в физических геометриях мировая функция (функция расстояния) определяет все, включая топологию.

Предрассудок о несуществовании неаксиоматизируемых геометрий очень силен. Насколько он силен, можно судить по тому, что примерно до 2005 года я не подозревал, что физические геометрии неаксиоматизируемы, хотя до этого уже 15 лет работал с физическими геометриями, способ построения которых я придумал сам. К этому можно добавить, что известная теорема Геделя основана на предположении, что геометрии аксиоматизируемы. Ее парадоксальные результаты связаны с тем, что существуют еще и неаксиоматизируемые геометрии. Упомянутый предрассудок связан с недопущением интранзитивного отношения эквивалентности. Во всех математических и физических моделях отношение эквивалентности предполагается транзитивным. В противном случае математическая модель не может приводить к определенным (однозначным) выводам. С одной стороны, математическая модель, на основе которой нельзя сделать определенных выводов, не представляет ценности. Однако с другой стороны, физическая модель использующая геометрию пространства-времени, в которой отношение эквивалентности интранзитивно, невольно вынуждена использовать интранзитивное отношение эквивалентности, поскольку любые физические модели в той или иной мере содержат ссылку на геометрию пространства-времени.

В этой связи возникает вопрос, как повлияет на дальнейшее развитие математики использование интранзитивного отношения эквивалентности. Мне (физику) трудно оценить это влияние, поскольку я недостаточно знаю математику. Хотелось, чтобы математики высказались по этому вопросу.
Ответить предыдущая | следующая

КОММЕНТАРИИ:

18.12.2008 18:21#
sergeygubanov
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
А не рассматривали ли Вы такую задачку:

Пусть есть трёхмерное риманово пространство.

Пусть теперь риманова геометрия на нём зависит от некого глобального времени.

Зависимость трёхмерной геометрии от времени можно трактовать как классическую динамику трёхмерного риманова пространства в глобальном времени, в результате получается четырёхмерное псевдо-римановое пространство (пространство событий).

А теперь мы хотим построить то же самое, только не классическую динамику, а квантовую, то есть многовариантную.

То есть, не рассматривали ли Вы такой четырёхмерный объект, у которого многовариантность геометрии "идёт" только по одному измерению (по времени), а трёхмерное подпространство у него обычное риманово?
19.12.2008 05:57#
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
>То есть, не рассматривали ли Вы такой четырёхмерный объект, у которого многовариантность геометрии "идёт" только по одному измерению (по времени), а трёхмерное подпространство у него обычное риманово?

Не пробовал, потому что поступать так - это означет, что строится геометрия с новой (другой) аксиоматикой. Аксиомы геометрии следует проверять на непротиворечивость. Такая проверка безумно сложная задача. По этой причине непротиворечивость аксиом геометрии никто не проверяет, а "лепят их от фонаря". Кроме того, многовариантная геометрия обладает еще, вообще говоря, свойством нуль-вариантности, когда в точке А нет векторов эквивалентных вектору ВС в точке В. Одним словом, конкурировать с Творцом по части воображения задача безнадежная. Не хватит воображения.
19.12.2008 12:04#
sergeygubanov
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
> Не пробовал, потому что поступать так ...
> ... конкурировать с Творцом по части воображения

Это конечно замечательные слова, но если мы отказываемся от описания в терминах (квантовой) динамики во времени и переходим к чисто геометрическому описанию (многовариантного) пространства событий, то как быть с тем, что пространство событий должно быть задано целиком: и прошлое и настоящее и будущее. Больше всего беспокоит из этой тройки именно будущее. Неужели будущее задано?..

Здесь где-то есть ассоциативная ошибка?
19.12.2008 12:54#
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
>... если мы отказываемся от описания в терминах (квантовой) динамики во времени и переходим к чисто геометрическому описанию (многовариантного) пространства событий, то как быть с тем, что пространство событий должно быть задано целиком: и прошлое и настоящее и будущее.

Мне кажется, что здесь какое-то недоразумение. Дело в том, что квантовое поведение частицы и, в частности, уравнение Шредингера есть следствие многовариантности геометрии для времениподобных векторов. Многовариантность движения частицы, означает, что мировая цепь (линия) частицы не определяется заданием положения и направления мировой цепи в начальный момент времени. В случае свободной точечной частицы ее мировая цепь представляет собой цепь из связанных векторов одинаковой длины. Длина вектора определяет массу частицы, а сам вектор определяет импульс частицы в данный момент. Поскольку движение частицы свободное, то смежные векторы цепи эквивалентны (параллельны). Если пространство событий описывается геометрией Минковского, которая одновариантна по отношению к времениподобным векторам, то положение каждого следующего вектора в цепи однозначно определяется положением предыдущего. В результате все они выстраиваются в прямую, определяемую положением начального вектора. Если же геометрия многовариантна относительно времениподобных векторов, то положение каждого следующего вектора в цепи будет неопределенным (многовариантным). В результате вместо прямой мы получим цепь со случайно вихляющими звеньями. Если геометрия пространства событий выбрана надлежащим образом (содержит нужным образом квантовую постоянную), то статистическое описание таких стохастически вихляющих мировых цепей эквивалентно квантовому описанию в терминах уравнения Шредингера.

Таким образом, нет никакой предопределенности, которой Вы так боитесь. Нужно иметь в виду также то обстоятельство, что распределение материи может влиять на геометрию (обобщение ОТО на случая произвольной физической геометрии пространства-времени, сейчас ОТО формулируется только для римановой геометрии ). Эта часть программы геометризации физики пока не осуществлена.
19.12.2008 18:51#
sergeygubanov
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
Не то что бы я с Вами не согласен, но я просто не до конца понимаю. Вроде всяких разных типов квантовых частиц есть превеликое множество, и каждая "летает" по своему (согласно своим уравнениям). Но если всё геометризовать, поскольку геометрия для всех частиц одна и та же, то всем частицам "летать" придётся совершенно одинаково. Где тогда будет "спрятана" разница между частицами разных типов?
20.12.2008 07:01#
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике

>Где тогда будет "спрятана" разница между частицами разных типов?

Различие между элементарными частицами спрятана в их каркасах. Каркасы и ведущие векторы разные у различных частиц. Каркас частицы это n+1 точка в пространстве событий. С каркасом связано n(n+1)/2 векторов и, следовательно, n(n+1) динамических уравнений в конечных разностях. По два уравнения на каждый вектор. Число динамических переменных mn, где m есть размерность пространства событий. Размерность равна 5 в геометриии Калуцы-Клейна, которую и следует употреблять. Она может быть больше, если имеются другие закомпактифицированные степни свободы. Но в любом случае с ростом числа n число уравнений растет быстрее, чем число динамических переменных. Это. повидимому ведет к тому, что сложность каркаса n не может быть сколь угодно большой.

По-видимому, бозоны связаны с времениподобным ведущим вектором, а фермионы с пространственноподобным, который при надлежащей геометрии генерирует мировую цепь в виде винтовой линии, что естественным образом объясняет появление спина. Детали динамических уравнений смотрите в Generalization of relativistic particle dynamics on the case of non-Riemannian space-time geometry


Русская версия есть на сайте.
19.12.2008 12:19#
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
>То есть, не рассматривали ли Вы такой четырёхмерный объект, у которого многовариантность геометрии "идёт" только по одному измерению (по времени), а трёхмерное подпространство у него обычное риманово?

Здесь я хочу продолжить мой утренний комментарий (утром у меня не было времени для пространного комментария). Разумеется, я не пробовал этого.

Во-первых, зачем? Чтобы сохранить квантовую природу мира? Но на самом деле она не квантовая. С тем же успехом можно было бы озаботиться тем, что понятие теплорода исчезло из современной физики, "растворившись в статистической физике".

Во-вторых, совершенно недопустимо комбинировать при формулировке геометрии желательные свойства, которые получены из других (негеометрических) соображений. Дело в том, что все эти соображения должны быть отражаны в аксиоматике геометрии (если мы говорим об аксиоматизируемых геометриях). А аксиомы должны быть совместны между собой, т.е. аксиоматика должна быть непротиворечивой. Следует иметь в виду, что противоречивость или непротиворечивость является атрибутом способа построения геометрии, а не самой геометрии. Проверить непротиворечивость аксиоматики безумно трудно. Нужно показать, что любое утверждение геометрии не зависит от способа его вывода.

Насколько мне известно непротиворечивость геометрии доказана только для собственно евклидовой геометрии. Непротиворечивость римановой геометрии не доказана. Больше того, риманова геометрия, вообще говоря, противоречива. Это следует из того, что эквивалентность удаленных векторов в римановой геометрии многовариантна (зависит от пути переноса вектора). Многовариантная геометрия не может быть аксиоматизируемой, потому что в многовариантной геометрии отношение эквивлентности интранзитивно, а во всякой аксиоматизируемой геометрии отношение эквивалентности транзитивно.
Однако, хотя напрямую непротиворечивость римановой геометрии не доказана, подавляющее большинство математиков считает, что риманова геометрия непротиворечива. По-видимому, противоречивость римановой геометрии понял только Григорий Перельман и попытался дезавуировать свои топологические работы, основанные на использовании римановой геометрии. Коллеги его не поняли (точнее, не захотели понять). Возник конфликт, в результате которого Перельман вынужден был уйти из института. Понятно, что ни одна из сторон не заинтересована в оглашении истинных причин конфликта.

В-третьих, чисто технические соображения. При использовании аксиоматизируемых геометрий каждое изменение геометрии должно сопровождаться проверкой на непротиворечивость аксиоматики. Для получения утверждений новой геометрии нужно снова доказывать соответствующие теоремы на основе новых аксиом. Одним словом, хлопот много. Впрочем для математиков это может быть даже хорошо - есть, чем заняться. Физикам, для которых геометрия всего лишь рабочий инструмент, все эти хлопоты по доказательству теорем совершенно не нужны. Гораздо проще и эффективнее получение геометрии в результате деформации. Утверждения собственно евклидовой геометрии записываются в сигма-имманентном виде (т.е. в терминах мировой функции). После замены мировой функции евклидовой геометрии на мировую функцию интересующей нас геометрии получается соответствующее утверждение новой физической геометрии (Простенько и без затей!) Не нужно всякий раз доказывать теоремы (они доказываются один раз в еклидовой геометрии). Не нужно проверять геометрию на непротиворечивость, поскольку эта проверка относится к методу построения геометрии, а не самой геометрии. В методе деформации никакие логические рассуждения не используются, и проверять ничего не надо.

Замечу, наконец, что уже обычная геометрия Минковского является многовариантной по отношению к любым пространственноподобным векторам. Это обстоятельство проходит незамеченным, потому что пространственноподобные векторы не используются в динамике частиц, а по отношению к времениподобным векторам геометрия Минковского одновариантна. Традиционно геометрия Минковского строится как одновариантная аксиоматизируемая геометрия. Это достигается введением в геометрию дополнительной структуры, роль которой выполняет система координат. Таким образом, традиционная геометрия Минковского является обогащенной геометрией, которая не описывается только мировой функцией (дополнительно вводится структура - система координат). Если вы попробуете определить эквивалентность векторов без ссылки на систему координат, то у Вас ничего не получится, или получится многовариантность по отношению к пространственнподобным векторам. (Нельзя, вообще говоря, однозначно определить с помощью двух уравнений, равенство векторов, имеющих четыре координаты). Это в озможно только для собственно евклидовой геометрии в силу специфики ее мировой функции.

Я полагаю, что привел достаточно много аргументов в пользу неаксиоматизируемых геометрий и способа их построения.
19.12.2008 21:31#
sergeygubanov
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
Юрий Аркадьевич, а разьясните пожалуйста такую вещь. Вот у нас есть обычное пространство событий Минковского и в нём летит частица с четырёхимпульсом p_{\mu}, потом она распадается на две частицы с четырёхимпульсами q_{\mu} и g_{\mu}. Имеет место закон сохранения всех четырёх компонент четырёхимпульса:

p_{\mu} = q_{\mu} + g_{\mu}

А как это описывается в "сигма-имманентном Минковском"?
20.12.2008 06:38#
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике

>Имеет место закон сохранения всех четырёх компонент четырёхимпульса: p_{\mu} = q_{\mu} + g_{\mu} А как это описывается в "сигма-имманентном Минковском"?

Вопрос хороший и правильный. К сожалению, я не знаю пока ответа на него. Дело в том, что речь идет о взаимодействии частиц. По-видимому, взаимодействие идет через геометрию, т.е. это взаимодействие чем-то напоминает гравитационное взаимодействие, которое тоже идет через геометрию.

 Для ответа нужно обобщить ОТО на случай физической геометрии. Сейчас ОТО работает только в рамках римановой геометрии. Я пытаюсь это сделать, но есть проблемы. Представление о них можно получить из работы Some subtleties of Riemannian geometry. . Русская версия есть на моем сайте.

20.12.2008 12:04#
sergeygubanov
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
> Вопрос хороший и правильный.
> К сожалению, я не знаю пока ответа на него.

Если я правильно понял концепцию Т-геометрии, то закон сохранения вектора энергии-импульса в реакции распада p = q + r надо записывать в сигма-имманентном виде всёго через три скалярных уравнения (независимо от числа измерений пространства):

(p,r) = 1/2 ((p,p) - (q,q) + (r,r))
(q,r) = 1/2 ((p,p) - (q,q) - (r,r))
(p,q) = 1/2 ((p,p) + (q,q) - (r,r))

В собственно евклидовом пространстве (и, видимо, в пространстве Минковского) этих трёх скалярных уравнений достаточно для того чтобы сохранялись все компоненты вектора энергии-импульса не зависимо от размерности.

А в общем случае Т-геометрии, значит, вектор покомпонентно сохряняться не обязан -- такова вот новая концепция.
20.12.2008 13:44#
О нексиоматизируемых геометриях и их роли в физике и математике
>А в общем случае Т-геометрии, значит, вектор покомпонентно сохряняться не обязан -- такова вот новая концепция.

Для броуновских частиц бессмысленно говорить о законах сохранения энергии и импульса, потому что они обмениваются энергией и имульсом со средой. Для движения элементарных частиц в многовариантной геометрии тоже бессмысленно говорить о законах сохранения. С кем или с чем обмениваются энергией и импульсом эти частицы, не очень ясно. По-видимому, законы сохранения верны только в среднем. Сравните: закон неубывания энтропии есть точный закон аксиоматической термодинамике. В статистической физике этот закон выполняется только в среднем (Но в среднем он выполняется!)

Я думаю, что многовариантной геометрии пространства событий "номер с законами сохранения" не проходит.
Вести дневник и оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи
Логин:
Пароль:
Зарегистрироваться
Последние сообщения
Помощь
Всего дневников: 640

Пользователей
в системе: 2725

Всего записей
и комментариев: 48547

Записей и комментариев
за последние 24 часа: 21

АКТИВНЫЕ ДНЕВНИКИ


 
Энциклопедия | Новости | Блоги | Календарь | Право | Библиотека | Детские вопросы | ЖОБ При поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия