Физическая теория
Теорети́ческая фи́зика — способ познания природы, при котором тому или иному кругу природных явлений сопоставляется какая-либо математическая модель. 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:
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
Такие критерии, как «здравый смысл» или «повседневный опыт», не только нежелательны при построении теории, но и уже успели дискредитировать себя: многие современные теории могут «противоречить здравому смыслу», однако реальность они описывают на много порядков точнее, чем «теории, основанные на здравом смысле».
Модели, теории и законы
Физика > Модели, теории и законы
Модель, теория, закон – понятия в физике. Читайте определение терминов, описание в дисциплине физики, научные модели и применение при изучении, законы физики.
Термины «модель», «теория» и «закон» имеют точные определения в отношении их использования при изучении физики.
Задача обучения
Основные пункты
Термины
Определение терминов: модель, теория, закон
В разговорах эти термины приобретают различные интерпретации, хотя в науках все строго и определенно. Правда, следует понимать, какой именно смысл они несут для физики.
Законы природы – краткое описание окружающего нас мира. Это не конкретное объяснение, а человеческое понимание правил, которыми управляются естественные процессы. Это неотъемлемая часть Вселенной. Мы не причастны к созданию, поэтому не можем ничего изменить.
Поиск естественных законов основывается на наблюдениях. Наука должна описывать реальную Вселенную, а не наше впечатление и домыслы. К законам не получится подойти со 100% уверенностью, потому что нельзя провести эксперименты с учетом всех возможных сценариев. В таком случае физики стоят на том, что все научные законы и теории действительны, пока не найдется весомый аргумент в пользу обратного.
Модели
Модель – представление того, что сложно или невозможно отобразить напрямую. Дизайн строится на основе всей полученной информации и экспериментах, но его можно назвать точным только в конкретных ситуациях. Например, можно вспомнить о планетарной модели атома, где электроны окружают атом, напоминая нашу систему. У нас нет возможности отслеживать орбитальный путь электронов, но мы способны наблюдать излучаемый горячими газами свет.
Физики применяют модели для различных целей. Это может быть анализ сценария или необходимость провести расчеты. Очень часто отображают целые ситуации при помощи компьютерных моделей. Посмотрите на модель атома в физике на нижнем рисунке.
Электроны изображаются вращающимися вокруг ядра, имитируя принципы работы Солнечной системы
Теории
Теория – разъяснение природных закономерностей, подтвержденных научными доказательствами и проверенные несколькими исследователями. Некоторые теории подключают модели, чтобы визуализировать явления, а другие – нет. Модель Ньютона не нуждается в модели, потому что эти объекты мы можем наблюдать напрямую. А вот кинетическая теория газов нуждается, чтобы рассмотреть структуру. Не забывайте, что атомы и молекулы чересчур крошечные и не улавливаются нашим зрением. Наиболее известная теория Большого Взрыва во Вселенной.
Законы
Закон – емкая и точная форма описания общей картины в природе. Законы физики подтверждаются научными экспериментами и обоснованными доказательствами. Часто для краткости используют математические формулы. Закон и теория похожи, так как оба подтверждены наукой и выливаются из проверенной гипотезы. Однако закон направлен на краткость и обобщенность. Это может быть второй закон движения Ньютона, связывающий массу, силу и ускорение, что выражается в формуле F = ma. Или в физике это закон сохранение энергии, закон всемирного тяготения и т.д.
Теория излагает все более обширно. Например, теорию эволюции или относительности не получится выразить в формуле или сжать в одно предложение. Главная разница в том, что закон более сложный и динамичный, а теория направлена на объяснение. Если первый концентрируется на конкретной точке зрения, то вторая вмещает множество явлений. Если закон служит основой научного метода, то теория – конечный результат.
Физические теории
Что такое наука? — Область знаний, которая позволяет выдавать точные предсказания.
1.
Исторически первой была создана классическая (Ньютоновская) механика. Она стоит на законах Ньютона и преобразованиях Галилея.
Преобразования линейны, интуитивны и просты. Машина едет со скоростью 5 [бананов в полторы минуты] относительно меня, я еду на автобусе в том же направлении относительно плакучей ивы со скоростью 2 [банана в полторы минуты], значит относительно ивы машина едет со скоростью 7 [бананов в полторы минуты].
Первый закон Ньютона об опытах в поезде премиум-класса на прямом (!) магнитном монорельсе в вагоне-термосе.
Третий для решения статических задач и для сглаживания некоторых противоречий.
Так вот, эта теория из трех Констант не учитывает ни одной! Закон всемирного тяготения вводится ручками и является уступкой опыту.
2.
Далее (хронологически) появилась специальная теория относительности. Конечно, математический аппарат для нее уже был готов, но только молодому тогда Эйнштейну удалось обосновать перед серьезными физиками состоятельность теории, использующую его (аппарат).
Суть — все как раньше (про поезд), но есть максимальная предельная скорость, скорость света, которая, более того, для света одна и та же для любого(!) наблюдателя, стоите Вы или бежите и не важно в какую сторону. Если хотите, я честно выведу преобразования Лоренца только из этих соображений и только с помощью ловкости рук!
Вот это и называется учесть скорость света. Прям так сразу, как постулат в основании теории.
Кстати сказать, завершенная к тому моменту электродинамика уже удовлетворяла этим условиям. Я про скорость света.
В наши удивительные времена мы используем и эту теорию во всю! Ярким примером служат системы навигации. На спутниках GPS/ГЛОНАСС/… должны быть очень точно синхронизированы часы. Очень! Учитывается замедление времени при движении с большими скоростями, плюс движение с ускорением (центростремительное), плюс искривление пространства-времени при движении вблизи массивного тела.
Вот тут G и c такие, какими должны быть.
4.
Если предыдущие теории были почти целиком плодом одного человека, то квантовая механика это дитя мозгового штурма. В двадцатых годах того века интенсивная переписка оформила теорию и была проведена проверка на экспериментах.
Ничего, казалось не предвещало беды, но три вещи были как бельмо на глазу (на самом деле больше, например зависимость проводимости металлов от температуры):
а) Фотоэффект, за который Эйнштейн получил Нобелевку (ну конееечно, за нее!). Классика, говорившая что свет — волны предсказывала что-то ну совсем не то. Но если представить, что это частицы и написать «шарик стукнул другой и остановился, а второй полетел почти так же быстро, только трение чуть затормозило» в виде формулы, то можно предсказывать все точно.
б) Спектр абсолютно черного тела. Была выведена одними формула для высокой температуры, другими для низкой, третий аппроксимировал, да так удачно, что все стало всегда сходиться. Только эта формула кричала о том, что свет — частица. Этого «третьего» звали Макс Планк и он потратил всю жизнь, чтобы опровергнуть свою формулу, являясь сторонником классической физики.
в) Эффект Комптона. Если свет — волна, то электрон должен качаться на волнах и испускать вторичное излучение такой же длинны волны (читай — энергии, ведь E = hv, где v — длина волны света), что и первичное, падающие. Но в опыте энергия оказывается меньше.
Кстати, еще после выдвижения планетарной модели атома встал вопрос о падении электрона на ядро. Действительно, почему он не падает? По расчетам электродинамики должен за пару наносекунд (если интересно, то напишу подробнее и про это). Так родился один из постулатов (о существовании стационарных орбит). На самом деле есть что-то в том, что в «длину» орбиты электрона должно помещаться целое число волн (Де Бройль предложил рассматривать и частицы как волны, почему нет. Мы же электромагнитные волны стали рассматривать как частицы)
Так мы учли постоянную Планка. Кстати, про перечеркнутую h: когда Нильс Бор приезжал к нам и читал лекции, ему задали вопрос о символе
5.
Поженить квантовую механику и специальную теорию относительности не составило особого труда. Просто вместо уравнения Шредингера, которое является местным аналогом закона сохранения энергии, записываем уравнения Дирака, суть которого — E 2 = p 2 c 2 + m 2 c 4 и дальше аналогично 4.
Тут сидит квантовая электродинамика, квантовая теория электрослабого взаимодействия (про фундаментальные виды взаимодействия, если интересно, в следующей статье напишу) и квантовая хромодинамика. Все понятно «качественно», многое понятно «совсем».
Вот мы учли c и h/2pi.
6.
Теории, которые стараются учесть гравитацию почему-то часто имеют приставку супер-. Суперструны, суперсимметрия и т.д. Но ничего не выходит.
Суть проблемы в принципе неопределенности и искривлении пространства-времени. Если мы локализуем частицу в все более маленьком объеме, неопределенность импульса будет увеличиваться вместе с его максимальным возможным значением. С ростом импульса растет (говорим правильно!) тензор энергии-импульса (напомню, гравитационный заряд), а вместе с ним, как говорит ОТО, пространство-время сильнее искривляется, становится «меньше», а это значит бОльшую локализацию и по кругу. Со второй парой (энергия-время) не так интуитивно, но принцип тот же.
Вот и нет у нас пока теории, которая учитывала бы все.
Так что «почувствовать» влияние гравитации пока нельзя, увы.
Наука
This wiki’s URL has been migrated to the primary fandom.com domain.Read more here
Теоретическая физика
Теорети́ческая фи́зика — способ познания природы, при котором определённый круг природных явлений выражается при помощи только в виде математической модели. Данный способ при решении основополагающих законов физики не использует «опыт», эксперимент, а является изолированным методом изучения природы. В любом случае основные объективные законы и явления в природе формируются и принимаются в результате наблюдений и экспериментально доказанных. [1]
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. Поэтому вопросы вида «кто навязал Природе постоянство скорости света» тоже выходят за её рамки. Кроме того, часто теоретическая физика изучает какие-либо модели «сами по себе», без привязки к конкретным природным явлениям.
Содержание
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 (т.е. 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:
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 (т.е. 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
Такие критерии, как « здравый смысл » или «повседневный опыт», не только нежелательны при построении теории, но и уже успели дискредитировать себя: многие современные теории могут «противоречить здравому смыслу», однако реальность они описывают на много порядков точнее, чем «теории, основанные на здравом смысле».
Значение слова «теория»
1. Логическое обобщение опыта, общественной практики, отражающее закономерности развития природы и общества. Теория имеет очень сильное влияние на практику. Чернышевский, Лессинг, его время, его жизнь и деятельность. Давно уже сказано, что без революционной теории не может быть и революционного движения, и в настоящее время вряд ли есть надобность доказывать подобную истину. Ленин, Задачи русских социал-демократов.
2. Совокупность обобщенных положений, образующих какую-л. науку или раздел ее. Теория машин и механизмов. Теория лесоводства. Теория вероятностей. □ Теория наук освободилась от эмпиризма, возымела вид более общий. Пушкин, Мнение М. Е. Лобанова о духе словесности. || Совокупность правил, основных положений, вводящих в изучение какого-л. мастерства, искусства. Теория музыки. Теория композиции. Теория пилотирования. □ Он любил шахматы. Это была точная игра. Есть теория шахмат. Горбатов, Мое поколение.
4. Совокупность научных положений, обосновывающих общий принцип объяснения каких-л. фактов, явлений. Атомная теория строения вещества. Теория квантов. Ленинская теория империализма. Теория происхождения видов Дарвина. || Обобщенная система взглядов, воззрений по какому-л. вопросу. Теория искусства для искусства. Теория стихийности рабочего движения. □ Известен переворот, произведенный во французской драме теориею Дидро о том, что драме пора начать, вместо героев и полководцев, изображать человека такого, как мы все. Чернышевский, Лессинг, его время, его жизнь и деятельность. || Взгляд, мнение, убеждение как основание для того или иного поведения. В одном из предыдущих писем я разъяснял вам мою теорию отношений подчиненного к начальнику. Салтыков-Щедрин, Благонамеренные речи. У него на все практические дела были свои теории: были правила, сколько надо часов работать, сколько отдыхать, как питаться, как одеваться, как топить печь, как освещаться. Л. Толстой, Воскресение.
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
ТЕО’РИЯ, и, ж. [греч. theōria — исследование]. 1. Учение, являющееся отражением действительности, обобщением практики, человеческого опыта. . Теория, если она является действительной теорией, дает практикам силу ориентировки, ясность перспективы, уверенность в работе, веру в победу нашего дела. Сталин. . Маркс говорит: «Теория становится материальной силой, как только
она овладевает массами».
История ВКП(б). Без революционной теории не может быть и революционного движения. Ленин. Теория есть опыт рабочего движения всех стран, взятый в его общем виде. Сталин. Чествуя Герцена, пролетариат учится на его примере великому значению революционной теории. Ленин. Марксистско-ленинская теория есть не догма, а руководство к действию. История ВКП(б). || Вообще учение, система взглядов. Славянофильство и теория официальной народности представляют собою по существу одно и то же учение. Плеханов. 2. Совокупность научных положений, объясняющих общим принципом какие-н. накопленные факты и дающих возможность открывать и объяснять новые факты. Атомная т. Т. луны Эйлера. Т. Шахматова о происхождении русского языка. Т. относительности (учение Эйнштейна о пространстве и времени). Эта т. плохо согласуется с фактами. Новая т. Устарелая т. Пересмотр старой теории. || Предположение, мнение, основанное на общих соображениях. Всё, что вы говорите, верно только в теории, а практика говорит иное. 3. Совокупность обобщенных положений, образующих какую-н. науку или отдел науки. Т. познания (отдел идеалистических философских систем, изучающий законы познания). Т. вероятностей (отдел математики, изучающий закономерности в массовых явлениях, из к-рых каждое в отдельности является случайным). || Совокупность правил, положений, вводящих в изучение какого-н. мастерства. Т. композиции. Т. шахматной игры. Новая т. изучения иностранных языков. 4. Мнение, суждение, из к-рого вытекают определенные правила поведения. Он составил себе теорию, будто с детьми нельзя говорить о серьезных предметах. У него на все практические дела были свои теории: были правила, сколько надо часов работать, сколько отдыхать, как питаться, как одеваться, как топить печи, как освещаться. Л. Толстой.
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
тео́рия
1. систематизация знания; схема, обладающая предсказательной силой в отношении какого-либо явления ◆ Теория должна опираться на практику.
2. совокупность обобщённых положений, являющаяся основанием какой-либо науки или её раздела ◆ Теория относительности.
3. перен. взгляд, мнение, предположение о причинах или возможных последствиях чего-либо, выработанные на основе наблюдений ◆ Относительно его странного поведения на корпоративе есть у меня одна теория.
Фразеологизмы и устойчивые сочетания
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.
Насколько понятно значение слова казуист (существительное):
