Matematik, fysik och teoretisk fysik

Matematik och fysik i en professionskontext

Vetenskapsområdet matematik och teoretisk fysik är en samlingsrubrik för ett antal forskare vid Ingenjörshögkolan.

På ett praktiskt plan utgör matematiken ett fundament för ingenjörsvetenskapen då all teknik utnyttjar matematik för beskrivning, förståelse och beräkning. Samtidigt är fysik (och kemi) de naturvetenskaper som ligger till grund för all teknik. Utan dessa grundvetenskaper vore vårt moderna teknologiska samhälle en omöjlighet. Därför måste varje ingenjörsskola upprätthålla kontakt med forskningen inom grundvetenskaperna.

Teoretisk forskning, som vid en ytlig betraktelse kanske inte förefaller relevant i en professionskontext, står i själva verket aldrig långt från tillämpningarna. Just genom sin generella karaktär är teoretiska vetenskaper såsom matematik, teoretisk fysik och även datalogi mycket kraftfulla redskap då förtrogenhetskunskap ska systematiseras, struktureras och generaliseras. Teori är ju bland mycket annat just empirisk kunskap som man ”fått ordning på”. En historisk parallell kan understryka detta. De förantika högkulturerna hade omfattande förtrogenhetskunskap inom bland annat matematik, geometri och astronomi samt ett stort praktiskt och teknisk vetande, kunskap som vad vi vet spelade en stor roll för dessa samhällens funktion. Man skulle till och med kunna hävda att dessa civilisationer inte hade varit möjliga utan den tidens matematik. Det var dock först med den grekiska civilisationen som en teoretisk vetenskap föddes, en matematik och naturfilosofi som under den långa återupptäcktsperioden från 1100-talet och framåt slutligen på 1500- och 1600-talen gav upphov till naturvetenskap och teknologi i modern mening.

Under de senaste två hundra åren har teknik och naturvetenskap gradvis vuxit samman i en symbiotisk växelverkan. Det är knappast längre möjligt eller meningsfullt att försöka särskilja dem. Nya rön inom grundvetenskaperna omsätts i ny teknik, ny teknik möjliggör nya experiment och förfinade mätningar. Nya framväxande ingenjörsdiscipliner såsom logistik utnyttjar teorier från matematik och datalogi.

Matematikens och fysikens natur

Modern matematik och teoretisk är fysik två discipliner med både likheter och olikheter. De kännetecknas av olika vetenskapliga kulturer, och endast i undantagsfall är en och samma person aktiv inom båda områdena. Samtidigt finns mycket som förenar dem, och det är vanligt med utbyte av metoder och begrepp.

Matematik är en logiskt deduktiv vetenskap som kännetecknas av en mycket hög grad av stringens i definitioner, teorem och bevis. Strävan efter inre konsistens, förenkling, abstraktion och generalisering är starka inomvetenskapliga drivkrafter för matematikens utveckling.

Historiskt har fysiken under olika perioder och i olika utsträckning utgjort en inspirationskälla för utveckling av ny matematik. Samtidigt har även matematik som från början ansetts vara utan tillämpning, ofta till sist kommit att utnyttjas för beskrivning av naturfenomen och inom teknologi. Det är i själva verket anmärkningsvärt att nästan all matematik har teknologisk eller naturvetenskaplig tillämpning. Båda disciplinerna har dessutom under de senaste decennierna börjat växelverka även med teoretisk datalogi.

Teoretisk fysik tillämpar avancerad matematik för beskrivning av fysikaliska fenomen samt för förutsägelser av resultat av observationer och experiment, men framför allt för ett antal teoribyggen som sammantaget omfattar hela den kända fysiken från de största kosmologiska anstånden ned till de minsta submikroskopiska skalorna.

Dessa vetenskapliga discipliner kännetecknas av hög abstraktionsnivå och den främsta resurs som krävs för att utöva dem, förutom intresse och fallenhet, är tid. Dels lång tid för att komma fram till forskningsfronten, dels tid att uträtta något väl framme där.