Vjačeslavs Kaščejevs: Fizikas paradigmu spēks un bezspēcība

Kopš saviem pirmsākumiem fizika ir centusies satvert vienkāršo un universālo sarežģītajā un haotiskajā matērijas pasaulē. Fizikas likumi reizē fascinē un biedē ar savu neizbēgamību. Bet kādas īsti ir paliekošās mācības par realitātes dabu, ko mums sniedz nozīmīgākās fizikas un matemātikas paradigmas? Kā šīs mācības iezīmē mūsu (ne)zināšanas robežas?
Šis kurss ir eksperiments – autora mēģinājums profesionālajā ceļā gūtās atziņas nodot plašākam interesentu lokam. Dialogā ar auditoriju apskatīsim trīs lielas tēmas, kas atspoguļo fiziķu priekšstatu krasākos pagriezienus pēdējā gadsimta laikā. Kā sarežģītais rodas no vienkāršā dzelžaini noteiktu likumu ietvaros? Kādas ir šī ietvara – determinisma – fizikālās un matemātiskās robežas? Kā pieiet modernās fizikas atbildēm par realitāti, kurās sakausējas kvantu efekti un relativitāte? Meklējot atbildes uz šiem jautājumiem, centīsimies pēc būtības izprast vienkāršus piemērus un neiekrist pārdrošu filosofisku interpretāciju slazdos. Ja Tevi fascinē un reizēm varbūt biedē tādas nevieglas koncepcijas kā determinētais haoss, entropija, kvantu nenoteiktība vai fizikālais vakuums, tad šis kurss ir priekš Tevis! No kursa klausītāja tiek sagaidīta zinātkāre un filosofiskā interese par to, kā pasaule darbojas, kā arī zināma intelektuāla drosme un pacietība.
Mūsu mērķi no vienas puses ir prieks un estētiskais gandarījums par intelektuālo konstrukciju un fizikālās realitātes smalko skaistumu un dziļo saskaņotību, no otrās puses – labāka izpratne par to, ko no fizikas var un ko nevar sagaidīt.
 
      
Par lektoru
Vjačeslavs Kaščejevs ir Latvijas Universitātes Fizikas un matemātikas fakultātes asociētais profesors, viens no Latvijas talantīgākajiem jaunajiem fiziķiem. Doktora grādu (Ph.D.) ieguvis Telavivas Universitātē, Izraēlā. 2013. gadā par pētījumiem kvantu nanoelektronikā saņēmis „Pasaules Ekonomikas foruma” jauno zinātnieku balvu, kas tiek uzskatīta par vienu no prestižākajiem apbalvojumiem zinātnē. Līdzās akadēmiskajai karjerai Vjačeslavs Kaščejevs pazīstams kā atraktīvs zinātnes popularizētājs, stāstot par jaunākajiem sasniegumiem zinātnē dažādos pasākumos un masu medijos.
 
 
Kurss tiks pasniegts latviešu valodā, materiāli lasīšanai būs pamatā angļu valodā.

Lekciju saraksts

1. lekcija

24. aprīlī, Latvijas Universitātes ēkā Raiņa bulvārī 19.

Pirmajā lekcijā vispirms iezīmēsim vispārīgo filosofisko ietvaru kurā tradicionāli tiek formulēti fizikas likumi un iepazīsimies ar pirmo lielo fizikas paradigmu - klasisko mehāniku. Šo paradigmu veido trīs komponentes, ko varam saukt par elementāro vienkāršību, tagadnes diktātu (determinismu) un vispārējību (universalitāti). Lielajos vilcienos iziesim klasiskajam stāstam par Keplera un Ņūtona likumiem, kas ir kanoniskais klasiskās fizikas piemērs. Ar nelielu ekskursiju uz Platona matemātisko pasauli sagatavosim augsni (proti, viegli simulējamu piemēru) pirmajam pārsteigumam, kas izriet no klasiskās fizikas ainas - determinētajam haosam.

 

 

Lekcijas prezentācija skatāma šeit.

 

Lekcijas materiāli:

Tiho Brahes novērojumi

Vairāk par Keplera likumu atklāšanu

Videolekcijas par imaginārajiem un kompleksajiem skaitļiem no Khan Academy

 

Simulācijas:

Keplera likumu interaktīvā animācija (Wolfram Demonstrations, CDF)

Mandelbrota spēli ierobežojošā apgabala iezīmēšana (Wolfram Demonstrations, CDF)

2. lekcija

8. maijā, Latvijas Universitātes ēkā Raiņa bulvārī 19.

Otrajā lekcijā turpināsim izzināt determinisma paradigmas raksturu un iezīmēsim tās robežas. Pirmais piemērs, kurā robežu iezīmēsim pavisam burtiskā nozīmē, ir punkta klejošana par komplekso plakni saskaņā ar precīzi definēto Mandelbrota spēli. Otrais piemērs ir Keplera uzdevums trīs ķermeņiem. Simulāciju ceļā iepazīsim jūtību pret sākumnosacījumiem jeb determinēto haosu. Eksponenciāli pieaugošā nenoteiktība noved pie epistemiskā nejaušības un diktē varbūtisko paradigmu daudz-daļiņu fizikālo sistēmu uzvedības modelēšanai.

 

 

Lekcijas prezentācija skatāma šeit.

 

Lekcijas materiāli:

Iteratīvu fraktāļu simulācijas programma "GNU XaoS"

Trīs ķermeņu uzdevuma simulācija (David M. Harrison, U. Toronto; pilnekrāna Flash)

Pārskats par determinētos haosu (David M. Harrison)

Dubulstsvārsta video (YouTube)

Dubultsvārsta interaktīvā simulācija

Mārtiņš Kālis par varbūtības dažādām nozīmēm Skepticafe lekcijā 21.03.2012 (YouTube)

Rūsiņa Mārtiņa Freivalda lekcija "Kas patiesībā ir nejaušība?" 12.10.2012 LU (YouTube)

 

3. lekcija

14. maijā Latvijas Universitātes ēkā Raiņa bulvārī 19.

Trešajā lekcijā runāsim par saglabāšanās likumiem, to saistību ar laika un telpas simetriju un sekām - noturību pret haosu. Statistiskais (termodinamiskais) līdzsvars ir stāvoklis ar maksimālo mikroskopisko nenoteiktību fiksētajos ārējos apstākļos (starp kuriem ir laika vienmērību izsakošais "kustības integrālis" - pilnā enerģija). Vielas uzbūves mikroskopiskais līmenis ir tas, ka ietver sevī mehāniskā stāvokļa nenoteiktību statistiskās fizikas paradigmas ietvaros. Liels fizikālo mainīgo (brīvības pakāpju) skaits vielas termodinamiskā stāvokļa aprakstam piešķir statistiskās fizikas sakarībām starp makroskopiskajiem lielumiem augstu precizitāti. No tā konceptuāli svarīgākais ir otrais termodinamikas likums, kurš izsaka epistēmiskās nenoteiktība vienvirziena pieaugumu mikroskopiskās dinamikas gaitā.

 

 

Lekcijas prezentācija skatāma šeit.

 

Lekcijas materiāli:

Šūnu automāti (Game of Life u.c.) simulācijas programma "Golly" (Windows, Mac, iOS, Android)

Skaitli pī ģenerējošā Game of life konfigurācija

Brian Cox par entropiju (YouTube)

5. lekcija

29. maijā, Latvijas Universitātes ēkā Raiņa bulvārī 19.

Piektā lekcija ir veltīta kvantu fizikas matemātiskajai struktūrai un no interpretācijas neatkarīgajiem faktiem par matērijas uzvedību kvantu līmenī.

 

Lekcijas prezentācija skatāma šeit.

 

Lekcijas materiāli:

Atoma elektronu stāvokļa "fogorāfēšana" (Physics, ENG)