Внесок Амалі Еммі Нетер у розвиток теоретичної фізики
Теорема Нетер в теоретичній фізиці – те ж саме, що і природний відбір в біології. Якби ми написали рівняння, яке коротко викладає все, що ми знаємо про теоретичну фізику, то на одному його кінці були б імена Фейнмана, Шредінгера, Максвелла і Дірака. Але якщо ми напишемо прізвище Нетер з іншого боку рівняння, то це б компенсувала їх усіх.
Еммі Нетер народилася в Баварії в 1882 році. Вона відвідувала школу-пансіон і отримала диплом, що дає право викладати мови – французьку та англійську. Однак незабаром дівчина зрозуміла, що математика, якою займалися її батько і брат в Ерлангенському університеті, цікавить її куди більше. Жінкам не дозволялося вступати до вищих навчальних закладів, але Еммі склала вступний іспит на п`ять з плюсом і просто відвідувала лекції вільним слухачем до тих пір, поки університет не став приймати дівчат на навчання. Тоді Нетер змогла нарешті отримати ступінь доктора наук.
Дівчина почала займатися дослідницькою роботою і, можна сказати, винайшла загальну алгебру. Ця дисципліна вивчає алгебраїчні системи (алгебраїчні структури) і редукує їх до максимально абстрактних форм. Метою Еммі Нетер було зрозуміти, як математичні ідеї корелюють одна з одною, і побудувати загальні математичні структури. Вона ніколи не заявляла про те, що відкрила щось революційне, але її робота стала новим підходом в математиці.
Поки Еммі Амалі Нетер писала свою принципово нову роботу в Ерлангенському університеті, у неї не було ні посади, ні зарплати. Єдине, що вона могла – час від часу замінювати свого батька на лекціях з математики, коли він був хворий.
Через сім років математики Давид Гільберт і Фелікс Кляйн запросили Еммі Нетер попрацювати з ними в Геттінгенському університеті. Вони хотіли, щоб жінка вирішила проблему збереження енергії в теорії загальної відносності Ейнштейна. Намагаючись зробити це, Еммі сформулювала теорему Нетер, тим самим внісши один з найзначніших внесків в теоретичну фізику.
Альберт Ейнштейн говорив про цю теорему, як про приклад «прозорливого математичного мислення». При цьому теорема Нетер має просте формулювання: кожної безперервної симетрії фізичної системи відповідає деякий закон збереження. Під симетрією мається на увазі, що фізичний процес – або його математичний опис – залишається незмінним при зміні будь-якого аспекту установки.
Наприклад, ідеальний маятник, який нескінченно довго коливається туди-сюди, симетричний в часі. Виходячи з теореми Нетер, все, що володіє тимчасовою симетрією, зберігає енергію. Таким чином, маятник не втрачає енергії. Якщо ж система має обертальну симетрією – тобто працює однаково незалежно від орієнтації в просторі – то в ній зберігається момент імпульсу. Це означає, що якщо об`єкт спочатку обертається, то він продовжить обертатися нескінченно довго. Стабільність, яку ми бачимо у орбіт планет, – це наслідок симетрій, які працюють разом – збереження і енергії, і кутового моменту тіл.
Теорема Еммі Нетер дозволяє нам провести глибокі зв`язки між результатами експериментів і фундаментальним математичним описом їх фізики. Роздуми про фізику в цьому випадку формують основу того типу теоретичного стрибка, який привів фізиків до теоретичного передбачення бозона Хіггса задовго до того, як частку змогли виявити в результаті досліджень на ВАК. Симетрія настільки фундаментальна для фізики, що стандартна модель фізики частинок часто називається по її групам симетрії: U(1) × SU(2) × SU(3).
Це, звичайно, чудово, що Нетер справила корінний переворот у фізиці – але при цьому вона продовжувала працювати без зарплати, часто читаючи лекції за Гільберта будучи його асистенткою. У 1922 році, через 4 роки після публікації своєї теореми, жінка отримала статус позаштатного доцента, і їй почали давати невеличку зарплату. Еммі читала лекції по всій Європі.
Коли нацисти прийшли до влади, Нетер виявилася без роботи, тому що вона була єврейкою. Їй довелося емігрувати в Америку, де вона стала запрошеним професором в жіночому коледжі в Брін-Морі. Крім того, Еммі Нетер читала щотижневі лекції в Прінстоні. В Брін-Морі Нетер вперше стала працювати з жінками-математиками. Трагічно, що їй було відведено всього лише 2 роки, щоб цим насолоджуватися. Нетер померла в 1935 р. у віці 53 роки після невдалої операції з видалення ракової пухлини.
Багато великих фізиків і математиків того часу, включаючи Ейнштейна, звеличували Еммі. В її епоху вчені мужі старанно намагалися, щоб жінки не приходили в науку. Але Нетер поборола це правило (можливо, з підтримкою Ейнштейна).
Навіть сьогодні в математиці і фізиці ми можемо спостерігати асиметрію у ставленні до вчених жіночої та чоловічої статі (це називається «Ефектом Матильди» в науці). Як Нетер і говорила – як тільки симетрія порушується, щось втрачається.