Женщина, которая изобрела общую алгебру⁠⁠

Математик Эмми Нётер была гением, положившим начало новому подходу в физике.

Теорема Нётер в теоретической физике – то же самое, что и естественный отбор в биологии. Если бы вы написали уравнение, которое кратко излагает все, что мы знаем о теоретической физике, то на одном его конце были бы имена Фейнмана, Шрёдингера, Максвелла и Дирака. Но если вы напишите фамилию Нётер с другой стороны уравнения, то это бы компенсировало их всех.

Эмми Нётер родилась в Баварии в 1882 году. Она посещала школу-пансион и получила диплом, дающий право преподавать языки - французский и английский. Однако вскоре девушка поняла, что математика, которой занимались ее отец и брат в Эрлангенском университете, интересует ее куда больше. Женщинам не разрешалось поступать в высшие учебные заведения, но Эмми сдала вступительный экзамен на пять с плюсом и просто посещала лекции вольнослушательницей до тех пор, пока университет не стал принимать девушек на обучение. И Нётер смогла получить степень доктора наук.

Девушка начала заниматься исследовательской работой и, можно сказать, изобрела общую алгебру. Эта дисциплина изучает алгебраические системы (алгебраические структуры) и редуцировать их до максимально абстрактных форм. Целью Нётер было понять, как математические идеи коррелируют друг с другом и построить общие математические структуры. Она никогда не заявляла о том, что открыла нечто революционное, но её работа стала новым подходом в математике.

Пока Нётер писала свою принципиально новую работу в Эрлангенском университете, у неё не было ни должности, ни зарплаты. Единственное, что она могла – время от времени заменять своего отца на лекциях по математике, когда он был болен.

Спустя семь лет математики Давид Гильберт и Феликс Клейн пригласили Нётер поработать с ними в Гёттингенском университете. Они хотели, чтобы женщина решила проблему сохранения энергии в теории общей относительности Эйнштейна. Пытаясь сделать это, Эмми сформулировала теорему Нётер, тем самым внеся один из самых значительных вкладов в теоретическую физику.

Эйнштейн говорил о теореме как о примере «прозорливого математического мышления». При этом теорема имеет простую формулировку: каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. Под симметрией подразумевается, что физический процесс — или его математическое описание — остается неизменным при изменении какого-либо аспекта установки.

Например, идеальный маятник, который бесконечно долго колеблется туда-сюда, симметричен во времени. Исходя из теоремы Нётер, все, обладающее временной симметрией, сохраняет энергию. Таким образом, маятник не теряет энергии. Если же система обладает вращательной симметрией — то есть работает одинаково вне заивимости от ориентации в пространстве — то в ней сохраняется момент импульса. Это означает, что если объект вначале вращается, то он продолжит вращаться бесконечно долго. Стабильность, которую мы видим у орбит планет, – это следствие симметрий, которые работают вместе — сохранение и энергии, и углового момента тел.

Теорема Нётер позволяет нам провести глубокие связи между результатами экспериментов и фундаментальным математическим описанием их физики. Размышления о физике в этом случае формируют основу того типа теоретического скачка, который привел физиков к теоретическому предсказанию бозона Хиггса задолго до того, как частицу смогли обнаружить в результате исследований на БАК. Симметрия настолько фундаментальна для физики, что стандартная модель физики частиц часто называется по её группам симметрии: U(1)×SU(2)×SU(3).

Это, конечно, здорово, что Нётер произвела коренной переворот в физике — но при этом она продолжала работать без зарплаты, часто читая лекции за Гильберта и будучи его ассистенткой. В 1922 году, спустя 4 года после публикации своей теоремы, женщина получила статус внештатного доцента, и ей начали давать неболоьшую зарплату. Эмми читала лекции по всей Европе.

Когда нацисты пришли к власти, Нётер оказалась без работы, потому что она была еврейкой. Ей пришлось эмигрировать в Америку, где она стала приглашенным профессором в женском колледже в Брин-Море. Кроме того, Эмми Нётер читала еженедельные лекции в Принстоне. В Брин-Море Нётер впервые стала работать с женщинами-математиками. Трагично, что ей было отведено всего лишь 2 года, чтобы этим наслаждаться. Нётер умерла в 1935 году в возрасте 53 лет после неудачной операции по удалению раковой опухоли.

Многие великие физики и математики того времени, включая Эйнштейна, превозносили Эмми. В её эпоху ученые мужи усердно старались, чтобы женщины не приходили в науку. Но Нётер поборола это правило (возможно, с поддержкой Эйнштейна).

Даже сегодня в математике и физике мы можем наблюдать асимметрию в отношении к ученым женского и мужского пола (это называется «Эффектом Матильды в науке»). Как Нётер и говорила — как только симметрия нарушается, что-то теряется.

Источник: The woman who invented abstract algebra

Перевод: Екатерина Шутова (SciOne)