Kann ich Astrophysik und Astronomie mit meinen Grundkenntnissen in Mathematik lernen?

Im Allgemeinen ist Astrophysik (und Astronomie) mathelastig. Das sollte Sie nicht entmutigen, sondern eher als Lernmethode für Mathematik dienen: Es ist oft einfacher, Themen zu lernen, die Sie verwenden und die Teil eines persönlichen Projekts sind, als nur darüber belehrt zu werden.

Astrophysik basiert auf Mathematik, weil sie auf vielen Formen der Physik basiert – Mechanik, Thermodynamik, Kernphysik, Relativitätstheorie und so weiter – plus Chemie. Mathematik ist eine gemeinsame Sprache, die diese Bereiche miteinander verbindet und es Ihnen ermöglicht, sie zu kombinieren, um Modelle zu erstellen, um zu verstehen, was vor sich geht. Einige Teile verwenden nur etwas grundlegende Mathematik, aber im Allgemeinen wird Kalkül wirklich benötigt.

Mathematik in der gebräuchlicheren Form „Rechnen mit Zahlen“ spielt auch eine Rolle, weil alles damit beginnt, Dinge zu messen – wo die Dinge sind, wie stark sie sich ändern, Helligkeit und so weiter – und dann bauen und testen wir unsere Modelle und verstehen daraus. Das bedeutet auch, dass Statistiken wichtig sind, um mit Messrauschen umzugehen und Muster in Daten zu finden.

Ohne Mathematik kann man Astronomie und Astrophysik nicht wirklich betreiben. Es wäre, Dinge nur zu betrachten und Erklärungen zu erfinden, ohne tatsächlich zu prüfen, ob und wie sie zutreffen.

Für die meisten Bereiche der Astronomie und Astrophysik ist das erforderliche mathematische Niveau nicht sehr hoch, verglichen mit dem, was ein Mathematiker Mathematik nennen würde. (Sie werden zum Beispiel nicht viel Zeit damit verbringen, Theoreme zu beweisen). Das ist also der erste Grund, Ihnen zu sagen, dass Sie sich nicht entmutigen lassen sollten, wenn Sie sich wegen Mathe nervös fühlen. Meistens müssen Sie es nur gut genug verstehen, um es als Werkzeug zu verwenden. (Es hängt natürlich vom Feld ab: Die Form der Ereignishorizonte von Schwarzen Löchern wird viel weiter fortgeschritten sein als die Umlaufbahnen von Exoplaneten).

Der zweite Grund, sich nicht entmutigen zu lassen, ist, dass nicht nur der größte Teil der Mathematik einfacher ist, sondern auch eine eingebaute Relevanz für das wirkliche Leben hat. Was ich meine ist dies. Wenn Sie Mathematik als Mathematik studieren , gibt Ihnen Ihr Lehrer (oder Ihr Buch) ein Problem und Sie müssen die Antwort finden, und die Antwort kann alles mögliche sein. Wenn Sie Mathematik als Werkzeug in der Astrophysik verwenden, kann die Antwort nicht "überhaupt nichts" lauten. Es muss physikalisch sinnvoll sein.

Zum Beispiel versuchte eine kürzlich erschienene Abhandlung, die ich las, die Frage zu beantworten: "Wann fand die heftige Verschmelzung von Neutronensternen statt, bei der unsere schweren Elemente (wie Gold und Uran) entstanden sind?". Sie maßen die relative Häufigkeit bestimmter Elementpaare in kosmischen Staubkörnern, die die endgültigen Zerfallsprodukte der ursprünglichen radioaktiven Elemente gewesen wären, die bei der Fusion entstanden sind. Wenn Sie eine solche Berechnung anstellten und auf die Antwort kämen: „Die Neutronensterne verschmolzen vor 400 Jahren“, wüssten Sie, dass die Antwort Unsinn war. Wenn Sie es getan haben und auf die Antwort gekommen wären: "Die Neutronensterne verschmolzen vor 4 Billionen Jahren", würden Sie auch wissen, dass die Antwort Unsinn war. Diese eingebaute Plausibilitätsprüfung ist tatsächlich beruhigend, wenn man sie mit theoretischer, „mathematischer“ Mathematik vergleicht.

Ein Buchvorschlag: The Big Bang von Joseph Silk

Der Haupttext ist nur beschreibend, geht aber tief genug in das Thema ein, um für meinen Kosmologiekurs im dritten Jahr als Student empfohlen zu werden. Die Mathematik, die die Konzepte unterstützt, wird in den Anhängen behandelt und kann der beste Hinweis darauf sein, wie viel Sie lernen müssen und in welchen Bereichen Sie Ihre Interessen unterstützen können.

Mathe ist nur die Sprache, die Sie verwenden, um die Wissenschaft zu betreiben. Je mehr Mathematik Sie wissen, desto mehr Arten von Analysen können Sie durchführen. Einige einfache Mathematik hat weitreichende Auswirkungen, wie in Hubbles Gesetz , wo Sie eine Schätzung des Alters des Universums erhalten können, indem Sie den Kehrwert von Hubbles Parameter nehmen. Ebenso erfordert die Spezielle Relativitätstheorie nur High-School-Algebra, aber die Implikationen sind überwältigend.