Как создается физическая теория. Социальная физика явлений. Смотреть что такое "Физическая теория" в других словарях

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Физические теории
Рубрика (тематическая категория)	Математика

Пространственно-временная область изучаемых физикой объектов

Все физические явления происходят в пространстве и во времени. Пространственно-временные масштабы изучаемых физикой объектов, чьи размеры и характерные промежутки времени от самых больших до самых малых доступны для наблюдения современными физическими методами, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Из таблицы видно, что размеры самих больших и самых маленьких объектов изучения меняются от галактических до внутриядерных, отличаясь в 10 44 раз. Большие объекты и происходящие в них явления называются макроскопическими , малые – соответственно микроскопическими . Границей между ними служит размер атома, имеющий порядок 10 -10 м. Это очень важная для физики пространственная характеристика. Самые протяженные и самые короткие промежутки времени различаются в 10 29 раз. Явления макро- и микромира также различаются продолжительностью происходящих в них процессов.

Естественным масштабом скорости является скорость света в вакууме с =3 . 10 8 м/с. Ее фундаментальное значение состоит по сути в том, что это предельная скорость движения любых физических объектов. Ни частицы, ни поля не могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Это фундаментальный закон природы, ᴛ.ᴇ. закон, основанный на опытных фактах. Скорость света в вакууме с =3 . 10 8 м/с также является весьма важной физической характеристикой, разделяющей два вида движения. Движение со скоростью v<

Физическая теория, отражающая определœенный объём знаний о мире, имеет определœенную область применимости. Ее границы уточняются по мере накопления новых знаний. Их появление приводит к формированию новой физической теории, которая не отменяет предыдущую, а четко обозначает ее границы применимости и включает ее в новую теорию как частный случай. Уравнения новой теории в определœенном предельном переходе превращаются в уравнения предыдущей теории. Это утверждение принято называть принципом соответствия.

Все современные физические знания можно разделить на две теории: классическую и квантовую. Количественной границей между ними является фундаментальная физическая константа – постоянная Планка h =6,625 . 10 -34 Дж. с. Она принято называть квантом действия, так как ее размерность соответствует произведению массы на скорость и на длину: mvr , где m- масса частицы, v – скорость ее движения, r – линœейные размеры области движения. Частица принято называть классической и подчиняется законам классической физики, в случае если mvr >>h . Частица принято называть квантовой и подчиняется законам квантовой физики при выполнении условия mvr ³h. Для классической частицы описывающие ее величины, имеющие размерность кванта действия, выражаются числами, по сравнению с которыми численное значение постоянной Планка столь мало, что им можно пренебречь и считать равным нулю. В случае если в квантовых уравнениях численное значение постоянной Планка принять равным нулю, то эти уравнения приобретают вид аналогичных им классических.

Каждая теория – классическая и квантовая подразделяются исходя из скорости движения изучаемых объектов на нерелятивистскую (v <<c) и релятивистскую (v ≤c ). Стоит сказать, что для них выполняется тот же принцип соответствия. Релятивистские уравнения в предельном случае v <<c , когда можно принять v/c =0, превращаются в свои нерелятивистские аналоги.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в современной физике можно выделить четыре теории: I – классическая нерелятивистская, опирающаяся на законы Ньютона; II - классическая релятивистская, являющаяся теорией относительности Эйнштейна; Ш – квантовая нерелятивистская, выражением которой является уравнение Шредингера; IV – квантовая релятивистская, выражаемая уравнением Дирака. Схематически это выглядит так:

Все поле схемы условно представляет собой область применимости физических теорий, разделœенную на четыре части. Стрелки на схеме указывают ту область, которая содержится как частный случай в области применимости той теории, на обозначении поля которой находится стрелка. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, раздел IV является самой полной физической теорией, применимой для любых классических и квантовых движений. Уравнения этого раздела физики одинаково успешно справятся с расчетом устройств как для наисовременнейших научных исследований (ускорителя заряженных частиц), так и с расчетом любого давно вошедшего в обиход технического устройства, к примеру, автомобиля. При этом применение этих уравнений для расчета автомобиля нецелœесообразно, так как их освоение требует значительно большего запаса базовых физико-математических знаний, а значит, и времени, нежели освоение раздела I –классической нерелятивистской физики. Инженерные задачи чаще всœего связаны с классическим нерелятивистским движением, в связи с этим наиболее подробно в технических вузах изучают именно данный раздел физики. Изучение прочих разделов скорее носит ознакомительный характер.
Размещено на реф.рф
При этом, в современной технике используется немало физических явлений и материалов (к примеру, фотоэффект, полупроводники), чей физический механизм объясняет квантовая физика.

Физическая теория - фундаментальная система основополагающих знаний. Природные явления уникальны, объективны, а законы их появления и существования позволяют понять механизмы принятия обоснованных решений.

Физика явлений интересна сама по себе: природа устроена настолько просто, что понять порой то или иное событие, определить его причину, динамику развития ситуации и оценить вероятные последствия очень сложно: физические явления, как правило, не зависят друг от друга, но на варианты одного явления природа, обычно, не скупится.

Физические явления. Электричество

Физическая теория - это реальная защита жизни и здоровья. Все что нас окружает представлено спектром самых разнообразных явлений. Явления накладываются друг на друга, не позволяя понять логику событий и принять обоснованное решение.

Линия электропередач построена на основании знаний по электротехнике, по нормативным документам о безопасности и строительстве линий высоковольтных передач энергии на большие расстояния. Учтены многие факторы, но даже при современном уровне знаний возможны аварии, обусловленные неожиданными природными явлениями.

Гроза может не оказать такого серьезного влияния на линию электропередачи (ЛЭП) как влажная погода и низкая плотная облачность. Эффект конденсатора: земля - одна пластина, облака - вторая пластина, а ЛЭП - причина явления.

Принято передавать на расстояние энергию в виде высоковольтного электрического тока. Обычно, это киловольты и, практически всегда, переменного тока. Передача постоянного тока используется на малые расстояния.

Расчет и строительство ЛЭП доверяется только компетентным организациям, а специалисты этих организаций имеют специальное образование и значительный опыт работы. ЛЭП - это ответственное сооружение. Оно может влиять на окружающую среду и человека, и варианты этого влияния по сей день имеют непредсказуемые аспекты.

Переменный ток - это волна. Есть понятие стоячей волны, когда в нужную точку пространства попросту ничего передано не будет. Есть явление затухания, есть влияние атмосферного давления и просто перелет большого количества птиц, который невозможно предусмотреть.

ЛЭП связывает подстанции и представляет собой развитую инфраструктуру линий связи. Часто по линиям электропередач передается не только ток, но и сигналы, проводятся оптоволоконные и обычные линии связи. Взаимное влияние - особая сфера физических явлений.

Коррозия креплений на опорах линий и халатность обслуживающего персонала линии может привести к падению высоковольтного провода, что создаст массу физических явлений в месте падения, но эти явления возникнут, когда рядом окажется человек или иное живое существо. Вариантов, обычно, много.

Физические явления. Строительство

Физическая теория - это влияние социального явления или процесса. Практически в любой местности можно построить дачный домик. Но многоквартирный дом нужно строить по проектно-сметной документации, согласовывать документы в многочисленных государственных организациях, имеющих четкий спектр полномочий.

Строительные организации крайне редко нарушают действующие регламенты, пристально относятся к выполнению работ, но физические явления не нуждаются в согласовании, они действуют жестко и объективно.

Дом, построенный на ненадежном фундаменте - обязательно даст трещину или просядет. Но это только самые простые физические явления, которые можно предусмотреть или принять обоснованное решение и предусмотреть возможный ущерб, аварию, социальный конфликт.

Строительный материал низкого качества - грибок на стенах. Это не физическое явление, но жители многоквартирного дома все вместе направились жаловаться в местную администрацию. В результате эффект резонанса на близлежащем мосту, а это уже физика, и мост просто рухнул.

В строительном деле трудно предусмотреть все варианты реального взаимного влияния объектов. Здесь большую роль может играть непредсказуемый человеческий фактор.

Интернет как физическое явление

Физическая теория - это то, что не видимо и не слышимо, но имеет реальное значение. Информация не имеет к физике никакого отношения. Однако невозможно не учитывать ее использование для представления и в описании того, что такое физические явления и их взаимосвязь как объективное обстоятельство.

На начальном этапе развития компьютерного дела вычислительная техника занимала половину хоккейного поля, а тепла выделялось столько, что можно было спокойно обогреть холодной зимой несколько приличных коттеджей.

С развитием сети Фидо, когда связь держали сотни и тысячи администраторов, а обычные телефонные линии связи были единственным вариантом физического контакта одно сервера с другим, начал формироваться опыт модемной связи, анализировались и нивелировались перегрузки, вызываемые физикой процессов передачи неголосовой информации.

Когда интернет обрел современное значение, появились оптоволоконные линии связи и эфир заполнился сигналами Wi-Fi, ученые гигиенисты начали сигнализировать о возможном вреде здоровью человека, потому как помимо привычных электромагнитных полей появилась масса дополнительных излучений.

Человек не видит и не слышит поля, но его организм - это совокупность физических процессов, он проводит электричество и ощущает электрические поля. Интернет прямо не влияет на физические явления, но человек случайно может оказаться в поле электромагнитного влияния той или иной мощности.

Понятие физической теории и явлений

Современная физическая теория - это:

• Совокупность знаний о природе.
• Строгая систематизация и четкая классификация.
• Распределение знаний по иерархии и тематике.
• Описания физических явлений, логика взаимосвязей процессов и объектов.

В самом простом приближении физика сложилась как описание объективных данных о том, что и как происходит. Особое внимание: что за чем следует, причины событий и ожидаемые последствия.

Школьные учебники так описывают, что представляет собой физическая теория:

• это система знаний, объясняющая явления и их связи;
• сюда входят описание явления, результаты эксперимента;
• здесь находятся понятия, основные идеи, модели, гипотезы, закономерности и методы исследований;
• основная задача - объяснение и толкование.

Все верно, полно. Собственно, нет смысла что-либо менять. Лучше, когда в ходе обучения понятие значимости придет само, ученик сам скажет иначе. Физическая теория - это удивительные и практичные инструменты:

• познания всего, что происходит вокруг;
• принятия объективных и безопасных решений.

Нет никакой гарантии, что человек применит физические знания правильно, но шанс у него есть всегда. Право одного человека не должно препятствовать праву другого человека использовать его шанс по-своему. На вопрос: «Приведите примеры физических явлений», десять человек опишут десять ситуаций в 1-11 вариантах.

Это обстоятельство не имеет никакого отношения к физике, но наука уже давно благодарна физике за ее участие на начальном этапе развития интеллекта и знаний человечества. Но теперь она не единственная, а ее методы оказались применимы во всех отраслях знаний.

Социальная физика явлений

По логике вещей: физическая теория, определение, содержание, описание и примеры... - это механика, электричество, материалы, поля, движения планет, ... Все верно, но физическая механика применима к людям, а электричество к социальным конфликтам.

"Приведите - сказали социологу. И он указал на катушку индуктивности, битую тарелку, сам по себе треснувший стакан и пояснил, как именно психические и физические явления проявляют себя в процессе материализации мысли.

Физическая теория - это, прежде всего, «арифметика» простых действий. Это как элементарная алгебра и синтаксис простых геометрических построений. Сложности возникают при объединении и пересечении различных физических явлений, когда действительно трудно определить, что было причиной, в какое именно время и что еще не учтено.

Если подать на катушку индуктивности напряжение, из нее вернется ровно столько же напряжения, но с обратным знаком. Чем не социальный конфликт: промолчи, не давай оснований на ответ и обратного напряжения не будет.

Неосторожное слово, неправильно понятое событие или декларация вины, в то время как вины, на самом деле, не было: результат - разбитая тарелка в ответ.

Далеко не каждый стакан неожиданно треснет. Социальные отношения всегда пребывают в состоянии напряжения, которое может быть положительным или отрицательным, но всегда есть баланс. Баланс может прийти в резонанс. Было бы на то желание. Стакан может оказаться не в том месте и не в то время, но напряжение частиц в нем не сможет спокойно отреагировать на изменение физического поля.

Физика была «началом разумного бытия». С этим можно поспорить и показать, что звезды были первопричиной, или невежественная позиция знахарей и шаманов в области целительства, или борьба церкви с динамикой развития представлений и об организации окружающего мира, Земли или Бытия.

Все может быть было в начале иначе, но наблюдения за природными явлениями и их обобщение положили начало элементарной физической теории, которая стала фундаментом физики, философии, математики, химии, социологии и других наук.

Физическая теория как объективный свод знаний совершенствовалась и показывала другим наукам на простых примерах как что-то происходит, как можно видеть и что делать для принятия правильного решения.

Науки ответили взаимностью. Логичные и простые формулы физики преобразились в положения философии, аксиомы математики помогли построить химические формулы веществ. Обратное влияние расширило и укрепило свод знаний физической теории.

Развитие интеллекта или еще раз об интернете

Человек должен правильно питаться и вести здоровый образ жизни. Но человек - это существо общественное, и без саморазвития и развития интеллекта сытое тело моментом окажется вне социума и не состоится как человек.

Элементарная физика, основы математики, базовые принципы философии, обычай и принципы устного права - самый необходимый минимум для любого живого существа. Только тогда оно становится человеком. Дальше все развитие пойдет автоматом.

Интернет - не живой организм. Но это было в самом начале. Современный интернет - это масса компьютеров, линий связи, программистов и пользователей. Все это работает в одно время и каждое по своей «программе».

Тонны физических явлений пересекаются, огромные объемы информации циркулируют как кровь в кровеносной системе и получается, что интернет развивается сам по себе.

В какое время родился интернет в «сознательном» контексте - сказать трудно. У технических систем момент рождения всегда лежит за пределами простых физических явлений.

Уровень современных знаний велик, но не достаточен, чтобы понимать логику и динамику всех явлений. Интернет развивается сам по себе. Как бы не хотели монстры информационной индустрии Google, Yandex, Microsoft, Oracle и др. участвовать в этом развитии, но их путь будет в доступных пределах. Просвещенный мир благодарен Microsoft за MS DOS, но от Windows ждут большего.

Надо было следовать чистым традициям начала, а не прыгать от версии к версии и создавать неопределенности для разработчиков. Это не физический закон и не назидание для крупных информационных компаний. Просто сопоставление начала текущему положению вещей.

Сначала было дело и оно было востребовано, сейчас есть амбиции, а кому это нужно кроме автора?

Великие 80-е годы

Восьмидесятые - это эпоха, когда складывалось программирование и базы данных. Может было что-то еще, но рождение и развитие теории информации и ее инструментов - кардинально значимый этап в развитии человечества.

Информационная наука и компьютерное дело стали бы уже тогда Большой Наукой, а не примитивной информатикой. Просто следовало принять за основу элементарные физические законы, а не лететь за лаврами.

Мир благодарен Oracle и другим подобным компаниям за «чудесные», хотя и мудреные знания в области больших баз данных. Но овчинка не стоила выделки, 38 лет - это приличный и почетный срок. Можно даже сказать: есть уважение к людям, выбравшим столь длительный трудовой путь.

Но когда узнаешь, что все можно было создать за два-три года и 35 лет заниматься более перспективными делами, становится жаль потраченного времени.

Физическая теория и объективное развитие - идеальная пара и отличный фундамент для принятия хорошего решения. Оно в 80-е годы не состоялось, но это отличный пример того, сколько стоит незнание. Быть может, это и есть главное знание в современном компьютерном деле и информационной науке, которая, очевидно, заслуживает большего, чем то, что имеет.

В такой формулировке теоретическая физика не вытекает из «опыта», а является самостоятельным методом изучения Природы. Однако область её интересов, естественно, формируется с учетом результатов эксперимента и наблюдений.

Теоретическая физика не рассматривает вопросы вида «почему математика должна описывать природу?». Она принимает за постулат то, что, в силу неких причин, математическое описание природных явлений оказывается крайне эффективным, и изучает последствия этого постулата. Строго говоря, теоретическая физика изучает не свойства самой природы, а свойства предлагаемых математических моделей. Кроме того, часто теоретическая физика изучает какие-либо модели «сами по себе», без привязки к конкретным природным явлениям.

Физическая теория

Продуктом теоретической физики являются физические теории . Поскольку теоретическая физика работает именно с математическими моделями, крайне важным требованием является математическая непротиворечивость завершенной физической теории. Вторым обязательным свойством, отличающим теоретическую физику от математики, является возможность получать внутри теории предсказания для поведения Природы в тех или иных условиях (то есть предсказания для экспериментов) и, в тех случаях, где результат эксперимента уже известен, давать согласие с экспериментом.

Сказанное выше позволяет обрисовать общую структуру физической теории. Она должна содержать:

• описание круга явлений, для которых строится математическая модель,
• аксиомы, определяющую математическую модель,
• аксиомы, сопоставляющие (по крайней мере, некоторым) математическим объектам наблюдаемые, физические объекты,
• непосредственные следствия математических аксиом и их эквиваленты в реальном мире, которые истолковываются как предсказания теории.

Из этого становится ясно, что утверждения типа «а вдруг теория относительности неверна?» бессмысленны. Теория относительности, как физическая теория, удовлетворяющая нужным требованиям, уже верна. Если же окажется, что она не сходится с экспериментом в каких-то предсказаниях, то значит, она в этих явлениях не применима к реальности. Потребуется поиск новой теории, и может статься, что теория относительности окажется каким-то предельным случаем этой новой теории. С точки зрения теории, катастрофы в этом нет. Более того, сейчас подозревается, что в определённых условиях (при плотности энергии порядка планковской) ни одна из существующих физических теорий не будет адекватной.

В принципе, возможна ситуация, когда для одного и того же круга явлений существуют несколько разных физических теорий, приводящих к похожим или совпадающим предсказаниям. История науки показывает, что такая ситуация обычно временна: рано или поздно либо одна теория оказывается более адекватна, чем другая, либо показывается, что эти теории эквивалентны (см. ниже пример с квантовой механикой).

Построение физических теорий

Фундаментальные физические теории, как правило, не выводятся из уже известных, а строятся с нуля. Первый шаг в таком построении - это самое настоящее «угадывание» того, какую математическую модель следует взять за основу. Часто оказывается, что для построения теории требуется новый (причем, обычно более сложный) математический аппарат, непохожий на тот, что использовался в теорфизике где-либо ранее. Это - не прихоть, а необходимость: обычно новые физические теории строятся там, где все предыдущие теории (то есть основанные на «привычном» матаппарате) показали свою несостоятельность в описании природы. Иногда оказывается, что соответствующий матаппарат отсутствует в арсенале чистой математики, и его приходится изобретать.

Дополнительными, но необязательными, критериями при построении «хорошей» теории могут являться понятия

• «математической красоты»,
• «бритвы Оккама », а также общности подхода ко многим системам,
• возможность не только описывать уже имеющиеся данные, но и предсказывать новые.
• возможность редукции в какую-либо уже известную теорию в какой-либо их общей области применимости (принцип соответствия ),
• возможность выяснить внутри самой теории её область применимости. Так, например, классическая механика «не знает» границ своей применимости, а термодинамика «знает», в каком пределе она и не должна работать.

Примеры принципиально новых физических теорий

• Классическая механика . Именно при построении классической механики Ньютон столкнулся с необходимостью введения производных и интегралов, т. е. создал дифференциальное и интегральное исчисление.

• Общая теория относительности , в формулировке которой постулируется, что пустое пространство тоже обладает определёнными нетривиальными геометрическими свойствами, и его можно описать методами дифференциальной геометрии.

• Квантовая механика . После того, как классическая физика не смогла описать квантовые явления, были предприняты попытки переформулировать сам подход к описанию эволюции микроскопических систем. Это удалось Шрёдингеру , который постулировал, что каждой частице сопоставляется новый объект - волновая функция , а также Гейзенбергу , который постулировал существование матрицы рассеяния. Однако наиболее удачную математическую модель для квантовой механики нашел фон Нейман (теория гильбертовых пространств и действующих в них операторов) и показал, что как волновая механика Шрёдингера, так и матричная механика Гейзенберга являются лишь вариантами этой теории, получающимися при добавлении в теорию необязательных слов. Формулировка фон Неймана «лучше», чем формулировки Шрёдингера и Гейзенберга, так как она отбрасывает все лишнее, несущественное.

• В настоящее время мы, по-видимому, находимся на пороге создания ещё одной принципиально новой теории, М-теории , которая объединила бы все пять построенных суперструнных теорий. Существование М-теории подозревается уже давно, однако сформулировать её пока не удается. Э.Виттен , ведущий специалист в этой области, высказал мысль, что необходимый для её построения математический аппарат ещё не изобретён.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Физическая теория" в других словарях:

ТЕОРИЯ СУПЕРСТРУН, физическая теория, пытающаяся объяснить свойства ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ и их взаимодействие. Она объединяет КВАНТОВУЮ ТЕОРИЮ и ТЕОРИЮ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, в особенности, в объяснении ядерных сил и силы тяжести (см. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ… … Научно-технический энциклопедический словарь

Теория относительности Эйнштейна - физическая теория, рассматривающая пространственно временные свойства физических процессов. Эти свойства зависят от полей тяготения в данной области пространства времени. Теория, описывающая свойства пространства времени в приближении, когда… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ - физическая теория, основной смысл которой состоит в утверждении: в физическом мире все происходит благодаря структуре пространства и изменению его кривизны. Различают частную и общую теорию относительности. В основе частной теории,… … Философия науки: Словарь основных терминов

Теория суперструн Теория … Википедия

Теория, рассматривающая всевозможные колебания, абстрагируясь от их физической природы. Для этого используется аппарат дифференциального исчисления. Содержание 1 Гармонические колебания … Википедия

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ - ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, «наука, объясняющая на основании положений и опытов физическую причину того, что происходит через хим. операции в сложных телах». Это определение, к рое ей дал первый физико химик М. В. Ломоносов в курсе, прочитанном …

Физическая культура сфера социальной деятельности, направленная на сохранение и укрепление здоровья, развитие психофизических способностей человека в процессе осознанной двигательной активности. физическая культура часть культуры,… … Википедия

ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА - ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА. Содержание: I. История Ф. к................. 687 II. Система советской Ф. к............. 690 «Готов к труду и обороне» .......... Ф. к. в процессе производства......... 691 Ф. к. и оборона СССР.............. 692 Ф … Большая медицинская энциклопедия

Теория катастроф раздел математики, включающий в себя теорию бифуркаций дифференциальных уравнений (динамических систем) и теорию особенностей гладких отображений. Термины «катастрофа» и «теория катастроф» были введены Рене Томом (René Thom) и… … Википедия

Представление о мире и его процессах, выработанное физикой на основе эмпирического исследования и теоретического осмысления. Физическая картина мира следует за ходом развития науки; сначала она основывалась на механике атома (атомизм), затем – на … Философская энциклопедия

Аннотация

Современное учение об электрическом и гравитационном взаимодействиях является феноменологическим и потому правильно описывает только те области действительности, в границах которых проводились испытания для выявления эмпирических формул. Вне этих областей действительность эмпирическими формулами, естественно, искажается. Поэтому, взамен всех феноменологических описаний, представлены проекты двух научных теорий на основе единого для каждого из взаимодействий переносчика воздействий. Содержания этих теорий опираются на законы механики Ньютона и находятся в гармонии с результатами всех известных экспериментов.

1. Введение

2. Физическая теория электрических взаимодействий

2.1. Обзор учения об электрических взаимодействиях

2.2. Физическая модель переносчика электрических воздействий

2.3. «Электростатическое поле»

2.4. «Магнитное поле» проводника с током

2.5. «Переменное электромагнитное поле»

2.5.1. Поперечные электрические волны

2.5.2. Продольные волны и дискретные порции воздействий

2.6. Физические основы теории лазерного излучения

2.7. Заключение по теории электрических взаимодействий

3. Физическая теория гравитационных взаимодействий

3.1. Обзор современного учения о гравитации

3.2. Физическая модель переносчика гравитационных воздействий

3.3. Отражение концепции близкодействия в теории тяготения

3.4. Заключение по теории гравитации

4. К вопросу о создании «единой теории поля»

5. Вывод

Автореферат статьи

Сейчас учения об электрическом и гравитационном взаимодействиях представлены сразу несколькими теориями; причем содержание каждой следует из своей индивидуальной физической модели переносчика воздействий. Эти теории противоречат друг другу в объяснениях одной и той же действительности, базируются на предположениях о свойствах природы и в своих содержаниях отражают концепцию дальнодействия: не учитывают запаздывание взаимодействий и механический принцип относительности. В результате, все теории в своих содержаниях искажают действительность. Правильно отражены только количественные закономерности при статических и квазистатических условиях взаимодействий через эмпирические формулы: Ньютона, Кулона и Лапласа.

Отсутствие представлений об изучаемой области действительности (о фундаментальных взаимодействиях) как едином и цельном и весь очевидный «негатив» в содержаниях теорий приводят к заключению: в современной физической науке существует архиважная и срочная необходимость создания по одной новой теории для каждого взаимодействия, взамен всех существующих.

Проекты таких теорий представлены в статье, для обсуждения. В каждом из проектов заново, по результатам экспериментов, накопленных со времен Фарадея и Ньютона (без каких либо предположений) создана единая для рассматриваемого взаимодействия физическая модель переносчика воздействий. Такой переносчик для электрических взаимодействий представляется в виде двух сферических зеркально симметричных потоков материальной сжимаемой среды, образующих с истинно элементарной частицей единую первичную физическую систему (ПФС). Причем, оказалось, что ПФС отражает в себе решение проблемы по созданию «единой теории поля» в постановке Лоренца. Модель переносчика гравитационных воздействий аналогична модели переносчика электрических воздействий, но структурно, зеркально симметрична с ней.

Предлагаемые теории опираются на законы механики Ньютона и непротиворечиво объясняют результаты всех известных экспериментов. Последнее качество лишает смысла ту цель, ради которой была придумана специальная теория относительности (СТО): согласование теории с результатами испытаний. В такой ситуации СТО становится ненужной для науки, просто лишней.

1. Введение

Фундаментальная физическая теория это единая в своем содержании система знаний об изучаемой области действительности. Эта система должна непрерывно совершенствоваться в соответствии с вновь обнаруженными или осознанными свойствами этой действительности и никогда, принципиально, не может считаться завершенной, а, иногда, от неё даже необходимо отказаться и заменить новой, более достоверно отражающей действительность. То есть, научная теория это не догмат, это продукт субъективного осмысления совокупности располагаемых фактов. Но далеко не все факты уже «представились» нам; и, к тому же, людям часто свойственно неправильное понимание скрытых за фактами закономерностей, и, в соответствии со своей природой, упорствовать в своих непониманиях.

Любая фундаментальная теория в естественных науках, в историческом плане, претерпевает эволюцию от этапа накопления и систематизации эмпирических знаний до создания наиболее совершенной по форме «зрелой» научной теории . На этапе накопления эмпирических знаний каждое явление воспринимается как первичная изначальная природная сущность или закономерность, со своей индивидуальной физической моделью этого явления в сознании изучающих их людей, и описывается без связи с другими явлениями. Отличительной особенностью «зрелой» теории является объяснение фактов, а не просто их описание; причем содержание такой теории выводится из единой физической модели (теоретической модели) первичного материального объекта в выделенной изучаемой области действительности. Физическая модель это абстрактный, в сознании людей, образ первичного объекта, содержащий представления о его физических свойствах и связях в структурах характерных для изучаемой области действительности. «Зрелая» теория это наиболее рациональная и совершенная форма организации фундаментальных физических знаний.

Замена модели первичного объекта и, соответственно, содержания теории в истории фундаментальных естественных наук явление обычное, но очень редкое и сопровождается изменением коллективного мировоззрения, что всегда связано с ожесточенной борьбой мнений и, если заглянуть в историю, никогда только методом научных дискуссий. Вспомним события при переходе от геоцентрической планетарной модели к гелиоцентрической или становление генетической теории наследственности в СССР.

К фундаментальным взаимодействиям относят взаимные силовые воздействия вещественных тел друг на друга на расстоянии, при отсутствии промежуточных носителей этих воздействий в виде вещественной среды, и потому переносимые через пустое от вещественных тел пространство. А целью теорий этих взаимодействий является объяснение поведения промежуточных переносчиков воздействий, приводящее к конкретному внешнему проявлению этих взаимодействий в наблюдаемых явлениях природы. Поэтому в теориях фундаментальных взаимодействий наиболее трудной и определяющей конечный результат задачей является выявление облика промежуточных переносчиков воздействий.

Сейчас в физической науке существуют представления о четырех фундаментальных взаимодействиях: электрическом, гравитационном, сильном и слабом. Характеризовать их удобнее всего по тем задачам, которые им выпали в структурировании вещественной материи.

Электрические взаимодействия способны образовать связи между элементарными микрочастицами и потому являются «ответственными» за структурирование материи в области микро масштабов; это такие системы как кристаллы, молекулы, атомы. Для электрических связей характерны структуры кристаллического типа.

Гравитационные взаимодействия наблюдаются в пространстве макро масштабов при взаимодействиях вещественных электрически нейтральных тел, преимущественно между астрономическими телами. Поэтому гравитационные взаимодействия «ответственны» за образование структур в области макро масштабов, которые представлены исключительно динамическими орбитальными системами.

Два других взаимодействия не выявлены из действительности, а представления о них введены в науку субъективно. Их основные свойства запрограммированы наперед, чтобы иметь в теории замкнутую систему обоснования и объяснения используемой сейчас в науке орбитальной (ядерной) модели атома. Поэтому они здесь не рассматриваются.

Для двух первых, достоверно существующих, фундаментальных взаимодействий, к которым обеспечен прямой доступ для качественных наблюдений и для проведения измерений, до сих пор нет единых, целостных и гармоничных физических теорий, что очень и очень странно.

В статье решаются две конкретные задачи. Первая – это разобраться и понять, почему учение о реально существующих электрическом и гравитационном взаимодействиях сейчас одновременно представлено несколькими теориями, причем, не совместимых друг с другом в толкованиях одной и той же действительности. Вторая задача: это, по результатам решения первой, сформулировать конкретные, конструктивные предложения для создания единых теорий для каждого из взаимодействий в форме «зрелых» теорий.

По какой причине, возникли эти задачи? Физическое толкование фундаментальных взаимодействий в современном учении при относительных скоростях взаимодействующих тел, сопоставимых со скоростью света, явно противоречит представлениям классической физики, которые мы воспринимаем, как естественные и, в соответствии с собственным жизненным опытом, как само собой разумеющиеся. В то же время известно, что результаты некоторых экспериментов с видимым светом противоречат официальным классическим теориям.

Разрешение этой проблемы, начиная с момента её осознания, искалось с позиций, что знания в рамках существующих классических теорий абсолютно верны, но мы еще чего-то не знаем о свойствах природы, и этот пробел необходимо заполнить. Автор, как не профессионал и, вообще, случайный гость в физике, сформулировал вопрос «по детски»: а нет ли дефекта в классических теориях? Тогда решение проблемы надо искать не в пополнении недостающих знаний, которое сейчас осуществляется путем изобретательства разного рода предположений о еще неизвестных науке свойств у природы, а в ревизии представлений, считающихся классическими, на пересмотр которых наложено не гласное (не формальное) табу. Такая версия для современных творцов науки, естественно, не приемлема изначально. Однако, результаты проверки, представленные в статье, показали, что эта версия оказалась верной: первопричины всех бед скрыты именно в содержаниях классической электродинамики (Максвелла) и в теории тяготения Ньютона.

4. К вопросу о создании «Единой теории поля»

«Единая теория поля» это название еще не существующей теории (формулировка еще не решенной проблемы), задачей которой является единое описание элементарных заряженных частиц и переносчиков электрических воздействий.

С позиций этой статьи постановка задачи создания единой теории поля при современном состоянии дел в теории атома, в теориях фундаментальных взаимодействий представляется совершенно не своевременной и в этих условиях не имеющей решения. Этот вывод исходит из того, что все теории в этой области знаний построены на предположениях. Поэтому ответ на сформулированную задачу о создании единой теории поля с позиций существующих научных теорий может быть представлен тоже только в духе этих самых теорий: то есть возможны только проекты, созданные путем абстрактного изобретательства новых предположений. Так это реально и происходит, хотя даже в таком виде, еще нет завершенного проекта.

Первую попытку создать такую теорию предпринял Х.А. Лоренц . Он исходил из классической электродинамики и пытался дать общее описание электрону и окружающему его физическому полю. Для этого он придумал модель, в которой электрон представлял некий сгусток электромагнитного поля. Хотя Лоренц уже в самой постановке задачи предвосхитил характерные особенности ПФС, обосновать эту модель с позиций классической электродинамики не удалось.

В более универсальном виде (применительно ко всем частицам) единую теорию поля пытался создать А. Эйнштейн , опираясь на свои идеи о геометризации и кривизне четырех мерного пространства – времени, которые лежат в основе его же теория гравитации. Для этого он придумал новые гипотезы, касающиеся ещё и аналогичной геометризации электромагнитных полей, и там же пытался учесть квантовые эффекты.

Существует проект, основанный на предположении Луи де Бройля , что фотон это пара нейтрино, слившихся в одно целое. Существуют еще ряд моделей частиц, конструкции которых тоже представляются состоящими из связанных между собой каких-то предполагаемых фундаментальных частиц. Особенно модной в наше время является модель частиц, образуемых тремя особыми субчастицами, кварками, обладающими, по замыслу, дробными электрическими зарядами, и из соответствующих им трех анти кварков.

Очень серьезно рассматривается проект теории, которая исходит опять же из предположения об универсальном едином физическом поле, которое вообще не связано ни с какими частицами, и по замыслу описывает всю «материю в целом». Её предложил В. Гейзенберг и отразил свойства этого гипотетического единого поля в уравнениях, носящих его имя. Эти формулы по процедуре своего происхождения представляют аналог формул Максвелла: свойства описываемых ими объектов, как и сами объекты, являются предположениями, и решения этих уравнений не найдено.

Сложилось так, что объект, выбранный Лоренцем для создания единого описания частицы и связанному с ней физическим полем полностью совпадает с физической моделью, лежащей в основе «зрелой» теории электрических взаимодействий. И поэтому в «зрелой» теории, по ходу дела, не предумышленно, решена задача, которую ставил перед собой Лоренц: из действительности выделена и обоснована единая система, из частицы и окружающего её электрического поля, в виде ПФС и дано единое физическое описание этой системы. Наблюдаемые в природе феномены (электростатическое поле, магнитное поле, волновое поле, потоки дискретных порций энергии) являются естественным проявлением свойств структур из потоков ЭС, которые являются следствием (функцией) от конфигурации вещественных структур из частиц носителей этих потоков ЭС и характера относительного движения этих частиц.

Все остальные выше описанные проекты единой теории поля, априори, неверно описывают действительность, по причине методологии в отыскании решения: они все исходят не из фактов, а из чисто субъективных предположений о свойствах природы.

Из представленных на обсуждение проектов двух «зрелых» теорий фундаментальных взаимодействий следует заключение, что формулировка проблемы создания единой теории поля должна быть уточнена. Зеркальная симметрия между структурами переносчиков воздействий в электрических и в гравитационных взаимодействиях подсказывает, что существует материальное и причинно следственное единство между двумя рассмотренными реально существующими фундаментальными взаимодействиями. Эта теория должна дать объяснение механизма и свойств этих двух фундаментальных взаимодействий, как проявление свойств чего-то единого и цельного. Это единство – предмет будущих специальных исследований для науки, результаты которых совместно с будущей, без предположений, теорией атома должны привести к созданию фундаментальной теории структурирования материи.

5. Вывод

В современной физике создалась чрезвычайная ситуация: в ней отсутствуют теории гравитационного и электрического взаимодействий, правильно отражающие действительность. Поэтому перед физической наукой стоит требующая срочного решения задача создания «зрелых» по форме теорий фундаментальных взаимодействий, исходя только из фактов, выявленных в воспроизводимых испытаниях. Объем таких фактов, накопленных со времен Ньютона и Фарадея, вполне достаточен для решения сформулированной задачи, что подтверждается проектами теорий, представленных в статье для обсуждения. Эти проекты не содержат предположений, отражают в своем содержании концепцию близкодействия и базируются на законах механики Ньютона. Они оказались гармоничными, предсказательными и непротиворечивыми к результатам всех известных экспериментов.

Литература:

1. Статья «Теория», Большая Советская Энциклопедия (БСЭ). М.: «Советская Энциклопедия», 1976, том 25, с. 434.
2. Зельдович Я.Б. Высшая математика для начинающих. М.: «Наука», 1970.
3. Диментова А.А., Рекстин Ф.С., Рябов В.А. Таблицы газодинамических функций. М., Л.: «Машиностроение», 1966.

Современная физика является чрезвычайно разветвленной отраслью знания, и на основе тех или иных критериев она делится на ряд разделов. Например, по объектам исследования выделяются физика элементарных частиц, атомного ядра, атомная физика, молекулярная физика, физика твердых тел, жидкостей и газов, физика плазмы и физику космических тел.

Подразделение физики можно производить по изучаемым процессам или формам движения материи: механическое движение; тепловое движение; электромагнитные процессы; гравитационные явления; процессы, вызванные сильными и слабыми взаимодействиями. Деление физики по изучаемым процессам показывает, что в современной физике имеют дело не с разрозненной совокупностью множества не связанных или почти не связанных друг с другом законов, а с немногим числом фундаментальных законов или фундаментальных физических теорий, охватывающих огромные области явлений. В этих теориях в наиболее полной и общей форме отражаются объективные процессы в природе.

Физическая теория является одним из элементов системы методологических знаний, это целостная система физических знаний, в полной мере описывающая определённый круг явлений и являющаяся одним из структурных элементов физической картины мира.

К числу фундаментальных теорий динамического типа можно отнести: классическую механику Ньютона, механику сплошных сред, термодинамику, макроскопическую электродинамику Максвелла, теорию гравитации. К статистическим теориям относятся: классическая статистическая механика (или более обще - статистическая физика), квантовая механика, квантовая статистика, квантовая электродинамика и релятивистские квантовые теории других полей.

Школьный курс физики структурирован вокруг четырёх фундаментальных физических теорий: классической механики, молекулярно-кинетической теории, электродинамики, квантовой теории. Теоретическое ядро школьного курса физики воплощает четыре указанные фундаментальные теории, специально адаптированные для школьного курса. Это позволяет выделить в курсе физики генеральные направления в виде учебно-методических линий и затем формировать весь материал вокруг этих линий. Такая генерализация учебного материала позволяет обеспечить формирование у учащихся адекватных представлений о структуре современной физики, а также реализацию теоретического способа обучения.

Генерализация учебного материала направлена на обеспечение качественного усвоения системы знаний, являющихся научной базой общего политехнического образования, на обеспечение эффективности учебного процесса и глубокого и цельного восприятия определённой области знаний; на формирование и развитие творческого, научно-теоретического способа мышления.

Опираясь на работы В.Ф.Ефименко, В.В.Мултановский выделил следующие структурные элементы физической теории: основание, ядро, следствия и интерпретации.

Обобщение на уровне физической теории в школьном курсе физики развертывается в соответствии с этапами цикла научного познания, отличаясь от обобщений на уровне понятия и закона объемом: вокруг ядра теории должны группироваться материалы целого раздела курса. Применение обобщений на уровне теории решило бы вопрос о генерализации знаний. Однако применение обобщений в школьном курсе на уровне фундаментальных теорий встречает ряд трудностей. Они состоят в основном в несоответствии математических знаний учащихся применяемому в физических теориях сложному математическому аппарату. Отсюда следует, что для школьного курса физическая теория должна быть специально построена как учебная система знаний, имеющая структуру теоретического обобщения в соответствии с законами познания, решающая элементарными средствами ограниченный, но достаточный круг конкретных задач. При этом основные понятия, идеи, модели материальных объектов и их взаимодействий должны соответствовать современному уровню науки и обеспечивать качественное объяснение широкого круга физических явлений.

Необходимо заметить, что обобщения в разных разделах курса физики средней школы неравноценны. Если классическая механика изложена в классической форме теоретического обобщения, то в разделе «Молекулярная физика» обобщения не носят всеобъемлющего характера. Не выделено теоретических ядер в школьной «Электродинамике», «Колебаниях и волнах», «Квантовой физике».

Это означает, что в рамках школьного курса физики наиболее полно могут быть рассмотрены структура классической механики и молекулярно-кинетической теории. Полностью раскрыть структуру, например, такой фундаментальной теории как классическая электродинамика не представляется возможным (в частности, вследствие недостаточного математического аппарата школьника). При изучении физики в средней школе фундаментальная физическая теория «классическая механика» имеет следующие составляющие:

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
Основание	Ядро	Следствия	Интерпретация
Эмпирический базис: наблюдение явлений (движение тел, свободное падение, колебание маятника…) Модели: мат. точка, абс.тв.тело Система понятий: х,l, s, v, a, m, F, p… Кинематические уравнения движения	Законы: законы Ньютона, движения абс. тв. тел, закон всемирного тяготения. Законы сохранения: ЗСЭ, ЗСИ, ЗСМИ Принципы: дальнодействия, независимости действия сил, относительности Галилея. Постулаты: однородности и изотропности пространства, однородности времени. Фунд. физ. постоянные: гравит. постоянная	Объяснение различных видов движения Решение прямой и обратной задачи механики Применение законов в технике (космос, самолёты, транспорт…) Предсказание: Открытие планет Нептун и Плутона.	Истолкование основных понятий и законов. Границы применимости теории: макроскопические тела v << c

При изучении физики важно отмечать, что между физическими теориями существуют многообразные связи, осуще­ствляемые на разных уровнях. Они проявляются прежде всего в том, что существуют общие для всех теорий понятия (скорость, масса, импульс и др.), общие законы (закон сохранения энергии-импульса). Связи между теориями осуществляются и на уровне общих физических принципов, которые в настоящее время имеют статус методологических общенаучных принципов. К ним отно­сятся принципы соответствия, дополнительности, симметрии и причинности.