Emmy Noether, η μαθηματικός που καθόρισε την εξέλιξη της σύγχρονης Φυσικής

Παρόλο που το όνομά της δεν είναι ιδιαίτερα γνωστό στο ευρύ κοινό, η Emmy Noether αποτελεί αδιαμφισβήτητα μία από τις σπουδαιότερες προσωπικότητες που έχουν αναδείξει τα Μαθηματικά και η Φυσική. Άλλωστε, ο ίδιος ο Albert Einstein την είχε χαρακτηρίσει ως την σπουδαιότερη γυναίκα στην ιστορία των μαθηματικών. Παρόλο που η κοινωνία στην οποία μεγάλωσε δεν της έδωσε τίποτε άλλο εκτός από εμπόδια, η ίδια, εκτός της σπουδαίας συνεισφοράς της στα μαθηματικά, μας πρόσφερε δύο από τα σημαντικότερα θεωρήματα της Φυσικής, τα οποία συνδέουν δύο ακρογωνιαίους λίθους της, τους νόμους διατήρησης των φυσικών μεγεθών και τις συμμετρίες της φύσης.

Η Amalie Emmy Noether γεννήθηκε στις 23 Μαρτίου 1882 στην πόλη Erlangen της Γερμανίας από γονείς Εβραϊκής καταγωγής. Παρόλο που ο πατέρας της ήταν καθηγητής Μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο της ομώνυμης πόλης, η πρώιμη εκπαίδευσή της περιελάμβανε πιάνο, Αγγλικά και Γαλλικά, όπως απαιτούσαν οι κοινωνικές συνθήκες της εποχής. Σε ηλικία 18 ετών έλαβε τις απαραίτητες πιστοποιήσεις διδασκαλίας Αγγλικών και Γαλλικών, αλλά αντί να ακολουθήσει εκπαιδευτική καριέρα, η Noether αποφάσισε να σπουδάσει Μαθηματικά στο Πανεπιστήμιο της γενέτειράς της· μία αντισυμβατική απόφαση για μία γυναίκα της Γερμανίας του 1900.

Σε ηλικία 18 ετών εισήλθε στο τμήμα Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Erlangen, στο οποίο της επιτράπηκε μόνο η παρακολούθηση μαθημάτων, χωρίς όμως τη δυνατότητα να λαμβάνει μέρος σε εξετάσεις, να παίρνει βαθμούς ή να κάνει εργασίες. Μετά από δύο χρόνια μετέβη στην Νυρεμβέργη, όπου έδωσε τις γενικές εξετάσεις που απαιτούνταν ώστε να μπορεί κάποιος να σπουδάσει Μαθηματικά στα Πανεπιστήμια της Γερμανίας. Το 1903, για ένα εξάμηνο, παρακολούθησε διαλέξεις στο Πανεπιστήμιο του Göttingen, από κορυφαίες προσωπικότητες στον χώρο των Μαθηματικών και της Φυσικής, όπως οι David Hilbert, Felix Klein, Hermann Minkowski και ο αστρονόμος Karl Schwarzschild. Το 1904 επέστρεψε στο Erlangen, όπου οι περιορισμοί σχετικά με την πλήρη συμμετοχή των γυναικών στο πρόγραμμα σπουδών είχαν αρθεί. Υπό την επίβλεψη του Paul Gordan το 1907 ολοκλήρωσε την διατριβή της, την οποία, αν και έτυχε γενικής αποδοχής, η Noether αργότερα περιέγραψε ως «αποτυχία».

Για επτά έτη, μεταξύ 1908 και 1915 η Noether δίδαξε αμισθί στο τμήμα Μαθηματικών του Πανεπιστημίου του Erlangen. Εκεί γνωρίστηκε και συνεργάστηκε με τον μαθηματικό Ernst Fischer, ο οποίος την εισήγαγε στο έργο του David Hilbert και στο πεδίο της αφηρημένης άλγεβρας, στο οποίο μετέπειτα η Noether έκανε πρωτοποριακές ανακαλύψεις. Το 1915 οι David Hilbert και Felix Klein την κάλεσαν να ενταχθεί στο προσωπικό του Πανεπιστημίου του Göttingen, ως λέκτορας, για να βρουν λύση στο σύνθετο πρόβλημα της διατήρησης της ενέργειας στη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Einstein. Με την ενέργειά τους αυτή, οι δύο σπουδαίοι μαθηματικοί ήρθαν σε ρήξη με τους συντηρητικούς πανεπιστημιακούς κύκλους, οι οποίοι δεν ήθελαν γυναίκες να κατέχουν πανεπιστημιακές θέσεις. Η Noether παρέμεινε στο Πανεπιστήμιο ως απλή συνεργάτις, χωρίς να αμείβεται και χωρίς να μπορεί να δημοσιεύει επιστημονικά άρθρα με πρώτο το όνομά της.

Το 1918 διατύπωσε δύο θεωρήματα (1ο και 2ο θεώρημα της Noether), με βάση τα οποία έλυσε το πρόβλημα στην θεωρία της βαρύτητας του Einstein, δημιούργησε ένα νέο πεδίο της αφηρημένης άλγεβρας και έφερε στο φως τις θεμελιώδεις σχέσεις ανάμεσα στις συμμετρίες και τις διατηρούμενες ποσότητες στη Φυσική.

Με το 2ο θεώρημά της η Noether έδειξε ότι οι νόμοι διατήρησης είναι αμετάβλητοι κάτω από τοπικούς μετασχηματισμούς συντεταγμένων, μία συμμετρία η οποία καθορίζει τους νόμους της βαρύτητας. Συγχρόνως με το 1ο θεώρημά της έδειξε ότι κάθε συμμετρία της φύσης συνεπάγεται και έναν νόμο διατήρησης, ενώ πίσω από κάθε νόμο διατήρησης αποκαλύπτεται μία συμμετρία. Για παράδειγμα, το γεγονός ότι οι φυσικοί νόμοι δεν αλλάζουν για διαφορετικούς χρόνους (συμμετρία στη μετατόπιση στον χρόνο) συνεπάγεται τη διατήρηση της ενέργειας, ενώ το γεγονός ότι οι φυσικοί νόμοι έχουν την ίδια μορφή σε διαφορετικούς τόπους (συμμετρία στη μετατόπιση στον χώρο) συνεπάγεται τη διατήρηση της ορμής. Με παρόμοιο τρόπο, το γεγονός ότι οι φυσικοί νόμοι παραμένουν ίδιοι κάτω από περιστροφές στον χώρο έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση της στροφορμής. Το 1ο θεώρημα της Noether δεν εφαρμόζεται μόνο στην περίπτωση των ανωτέρω κοινών συμμετριών (όπως στροφές και μετατοπίσεις στον χώρο και στον χρόνο), αλλά και σε πιο αφηρημένες και «ενδογενείς» συμμετρίες που διέπουν τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.

Με τη βοήθεια του 1ου θεωρήματος της Noether έχουν βρεθεί οι συμμετρίες στις οποίες οφείλεται η διατήρηση και άλλων φυσικών μεγεθών, όπως του ηλεκτρικού φορτίου, της μαγνητικής ροής, του σπιν/spin κ.ά.. Έτσι, το 1ο θεώρημα της Noether αποτέλεσε ένα από τα βασικότερα εργαλεία πάνω στα οποία χτίστηκε το καθιερωμένο πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων και των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων (ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές).

Μέχρι το 1933 η Noether εργάστηκε πυρετωδώς πάνω στα πεδία της αφηρημένης άλγεβρας, της αλγεβρικής γεωμετρίας, της τοπολογίας και της θεωρίας Galois. Το 1932 της απονεμήθηκε το βραβείο Ackermann–Teubner Memorial Award για την συνολική της συνεισφορά στα μαθηματικά. Το 1933 με την άνοδο του Χίτλερ στην εξουσία, εκδιώχθηκε από το πανεπιστήμιο του Göttingen εξαιτίας της εβραϊκής της καταγωγής. Στα τέλη της ίδιας χρονιάς μετέβη στην Αμερική όπου για τα επόμενο έτος δίδαξε στο Bryn Mawr College και στο Πανεπιστήμιο του Princeton. Την άνοιξη του 1935 η Emmy Noether πέθανε από μετεγχειρητικές επιπλοκές αφαίρεσης ενός όγκου από την λεκάνη της.

Το έργο της Noether συνεχίζει να παίζει καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξη της Φυσικής, όπως στην θεωρία της υπερσυμμετρίας, η οποία ελέγχεται στον επιταχυντή αδρονίων του Cern και στη διατήρηση της πληροφορίας στις μαύρες τρύπες.

Βιβλιογραφία

Gregory and P. Olver. Emmy Noether: Her life, work, and influence. Convergence, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Waterloo, Canada, June 22, 201
N.Byers. The Life and Times of Emmy Noether: Contributions of E. Noether to particle physics. arXiv:hep-th/9411110. 23 Nov 1994
N. Byers, E. Noether’s Discovery of the Deep Connection Between Symmetries and Conservation Laws. arXiv:physics/9807044. 23 Sep 1998

πηγή

Attachments

  • 1 (31 kB)

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *