ใน “การคํานวณจักรวาล” เอียนสจ๊วตนําเสนอคู่มือที่ทําให้ดีอกดีใจสู่จักรวาลตั้งแต่ระบบสุริยะของเราไปจนถึงจักรวาลทั้งหมด เริ่มต้นด้วยการรวมคณิตศาสตร์ของบาบิโลนเข้ากับการศึกษาดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาสจ๊วตติดตามวิวัฒนาการของความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาล: กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์ทําให้นิวตันกําหนดทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขาอย่างไร อย่างไรก็ตามสองศตวรรษต่อมาความผิดปกติเล็ก ๆ น้อย ๆ ในการเคลื่อนที่ของดาวอังคารเป็นแรงบันดาลใจให้ไอน์สไตน์คิดค้น
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา เมื่อแปดสิบปีที่แล้วการค้นพบว่าจักรวาลกําลังขยายตัวนําไปสู่การ
พัฒนาทฤษฎีบิ๊กแบงของต้นกําเนิด การกําเนิดและการขยายตัวของจุดเดียวทําให้นักจักรวาลวิทยาสร้างทฤษฎีองค์ประกอบใหม่ของจักรวาลเช่นเงินเฟ้อสสารมืดและพลังงานมืดได้อย่างไร แต่อัตราเงินเฟ้ออธิบายโครงสร้างของจักรวาลปัจจุบันหรือไม่? สสารมืดมีอยู่จริงหรือไม่? การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ที่จะท้าทายออร์โธดอกซ์ทางวิทยาศาสตร์ที่มีมายาวนานและเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลอีกครั้งอาจกําลังจะมาถึงหรือไม่? ด้านล่างนี้เป็นข้อความที่ตัดตอนมาจาก “การคํานวณจักรวาล: คณิตศาสตร์เปิดเผยจักรวาลอย่างไร” (หนังสือพื้นฐาน, 2016)ความก้าวหน้าในการสํารวจและการใช้งานอวกาศเหล่านี้ไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ชาญฉลาดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยาวนานซึ่งย้อนกลับไปอย่างน้อยก็ไกลถึงบาบิโลนโบราณเมื่อสามพันปีก่อน คณิตศาสตร์เป็นหัวใจสําคัญของความก้าวหน้าเหล่านี้ แน่นอนว่าวิศวกรรมมีความสําคัญเช่นกันและจําเป็นต้องมีการค้นพบในสาขาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ อีกมากมายก่อนที่เราจะสามารถสร้างวัสดุที่จําเป็นและประกอบเข้าด้วยกันเป็นโพรบอวกาศที่ใช้งานได้ แต่ฉันจะจดจ่อกับวิธีที่คณิตศาสตร์ได้ปรับปรุงความรู้ของเราเกี่ยวกับจักรวาล
เรื่องราวของการสํารวจอวกาศและเรื่องราวของคณิตศาสตร์ได้ไปด้วยกันตั้งแต่ยุคแรกสุด คณิตศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าจําเป็นสําหรับการทําความเข้าใจดวงอาทิตย์ดวงจันทร์ดาวเคราะห์ดวงดาวและ panoply อันกว้างใหญ่ของวัตถุที่เกี่ยวข้องซึ่งรวมกันเป็นจักรวาล – จักรวาลที่พิจารณาในระดับที่ยิ่งใหญ่ เป็นเวลาหลายพันปีที่คณิตศาสตร์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการทําความเข้าใจบันทึกและทํานายเหตุการณ์ในจักรวาล อันที่จริงในบางวัฒนธรรมเช่นอินเดียโบราณประมาณ 500 คณิตศาสตร์เป็นสาขาย่อยของดาราศาสตร์ ในทางกลับกันปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์มีอิทธิพลต่อการพัฒนาคณิตศาสตร์มานานกว่าสามพันปีซึ่งเป็นแรงบันดาลใจให้ทุกสิ่งตั้งแต่การทํานายคราสของชาวบาบิโลนไปจนถึงแคลคูลัสความโกลาหลและความโค้งของกาลอวกาศ
ในขั้นต้นบทบาททางดาราศาสตร์หลักของคณิตศาสตร์คือการบันทึกการสังเกตและทําการคํานวณที่เป็น
ประโยชน์เกี่ยวกับปรากฏการณ์ต่าง ๆ เช่นสุริยุปราคาซึ่งดวงจันทร์บดบังดวงอาทิตย์ชั่วคราวหรือจันทรุปราคาซึ่งเงาของโลกบดบังดวงจันทร์ เมื่อคิดถึงรูปทรงเรขาคณิตของระบบสุริยะผู้บุกเบิกทางดาราศาสตร์ก็ตระหนักว่าโลกจะหมุนรอบดวงอาทิตย์แม้ว่ามันจะดูเป็นอีกทางหนึ่งจากที่นี่ก็ตาม สมัยก่อนยังรวมการสังเกตกับเรขาคณิตเพื่อประมาณขนาดของโลกและระยะทางไปยังดวงจันทร์และดวงอาทิตย์
ที่ลึกขึ้นเริ่มปรากฏขึ้นประมาณปี 1600 เมื่อ Johannes Kepler ค้นพบระเบียบทางคณิตศาสตร์สามประการ ได้แก่ ‘กฎหมาย’ – ในวงโคจรของดาวเคราะห์ ในปี ค.ศ. 1679 ไอแซก นิวตันได้ตีความกฎของเคปเลอร์ใหม่เพื่อกําหนดทฤษฎีที่ทะเยอทะยานซึ่งไม่เพียง แต่อธิบายว่าดาวเคราะห์ของระบบสุริยะ
เคลื่อนที่อย่างไร แต่ยังรวมถึงการเคลื่อนที่ของระบบวัตถุท้องฟ้าด้วย นี่คือทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขาซึ่งเป็นหนึ่งในการค้นพบที่สําคัญใน Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ที่เปลี่ยนแปลงโลกของเขา (หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ) กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันอธิบายว่าร่างกายแต่ละร่างในจักรวาลดึงดูดร่างกายของกันและกันอย่างไร
ด้วยการรวมแรงโน้มถ่วงกับกฎทางคณิตศาสตร์อื่น ๆ เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุซึ่งบุกเบิกโดยกาลิเลโอเมื่อหนึ่งศตวรรษก่อนนิวตันอธิบายและทํานายปรากฏการณ์ท้องฟ้ามากมาย โดยทั่วไปเขาเปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับโลกธรรมชาติสร้างการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ที่ยังคงมีอํานาจอยู่ข้างหน้าในปัจจุบัน นิวตันแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ (บ่อยครั้ง) ถูกควบคุมโดยรูปแบบทางคณิตศาสตร์และโดยการทําความเข้าใจรูปแบบเหล่านี้เราสามารถปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับธรรมชาติ ในยุคของ
นิวตันกฎทางคณิตศาสตร์อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในสวรรค์ แต่พวกเขาไม่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติที่สําคัญนอกเหนือจากการนําทางทุกอย่างเปลี่ยนไปเมื่อดาวเทียมสปุตนิกของสหภาพโซเวียตเข้าสู่วงโคจรโลกต่ําในปี 1957 โดยยิงปืนเริ่มต้นสําหรับการแข่งขันในอวกาศ หากคุณดูฟุตบอลทางโทรทัศน์ผ่าน
