Сформулируйте ваше понимание границы применимости физической теории кратко
Обновлено: 08.07.2024
Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемые явления. В самом общем виде структуру любой теории можно представить в виде схемы:
| Основание | • Эмпирический базис • Модели • Система понятий • Процедуры измерения физических величин |
| Ядро | • Система законов • Законы сохранения • фундаментальные постоянные |
| Следствия | • Объяснение фактов • Практические применения • Предсказания нового |
| Интерпретация | • Истолкование основных понятий и законов • Осмысление границ применимости |
Очевидно, что границы применимости теории определяются тем, что лежит в ее основании.
Попытаемся более подробно разобраться со структурой физической теории на примере молекулярно-кинетической теории идеального газа. Вернемся к общей схеме и наполним ее конкретным содержанием.
Атом, молекула, моль, вещество.
Микроскопические величины: диаметр и масса молекулы, среднее расстояние между молекулами, длина свободного пробега молекулы, относительная молекулярная масса, средняя и средняя квадратичная скорость молекул, средняя кинетическая энергия молекул.
Макроскопические величины: количество вещества, масса вещества, молярная масса, температура, объем, давление.
Значения макроскопических величин — это, как правило, результаты прямых измерений соответствующими приборами: термометром, барометром и т.д.
Значения микроскопических величин получают путём косвенных измерений.
Для установления границ применимости физических теорий приведенный принцип соответствия необходимо конкретизировать с учетом принципиальной важности трех универсальных физических постоянных. Для этого следует учесть, что если теория содержит некоторую из этих постоянных ( ), то она существенно отражает (объясняет) характеризуемые этой постоянной фундаментальные свойства физической реальности и не учитывает свойств физического мира, характеризуемых другими, не входящими в теорию универсальными постоянными. Приведем ряд примеров, иллюстрирующих роль этих постоянных в установлении (с учетом принципа соответствия) границ применимости теорий, а, следовательно, и уточнения предмета исследования каждой теории (вообще, предмет познания – это зафиксированные в опыте и включенные в процесс практической деятельности человека стороны, свойства и отношения объектов, исследуемые с определенной целью в данных условиях и обстоятельствах).
С учетом изложенного (и используя приведенную выше схему) легко конкретизировать принцип соответствия для установления границ применимости физических теорий и ФКМ следующим образом:
в рамках данной ФКМ более общая фундаментальная теория (т.е., содержащая большее число универсальных постоянных) накладывает ограничения на менее общую (с меньшим числом постоянных) фундаментальную теорию;
границы применимости наиболее общей фундаментальной теории данной ФКМ, а, следовательно, и самой ФКМ, не могут быть установлены в ее рамках, а вытекают из других ФКМ (и их фундаментальных теорий), включающих большее число универсальных постоянных ( ).
Например, на СТО в рамках ЭМКМ некоторые ограничения накладываются ОТО. Однако полностью границы применимости СТО можно выявить только в рамках КПКМ.
В заключении отметим, что история физики XX столетия все более ярко выявляет диалектический характер ее развития. Поэтому успешному завершению построения КПКМ будет способствовать сознательное использование физиками всего богатства категориального аппарата и законов материалистической диалектики, которая служит общей методологической основой дальнейшего развития физического познания. Особо важное значение для физики имеют категории материи, пространства и времени (как форм существования материи), движения, качества и количества, причинности, взаимодействия, структуры и др. В этих рекомендациях мы будем широко использовать также и так называемые методологические принципы физики, такие как принцип соответствия, принцип симметрии, принцип сохранения, принцип простоты, принцип единства ФКМ и другие.
Предлагаемые рекомендации отражают современное понимание фундаментальных понятий, законов и принципов классической механики Ньютона, т.е. мы концентрируем внимание на принципиальных вопросах механики как фундаментальной физической теории МКМ и опускаем многочисленные ее применения к решению конкретных задач механического движения различных объектов (твердых тел, сплошных сред и т.п.), подробно изложенные в имеющейся учебной литературе. Большое внимание мы уделяем законом сохранения энергии, импульса, момента импульса (и их связи с симметриями пространства и времени). Мы избираем индуктивный метод изложения материала, принимая за основу построения механики дифференциальные уравнения Ньютона, которые являются непосредственным обобщением опыта.
Материя настоящих рекомендаций может служить основой для последующего изучения методов Лагранжа, Гамильтона, Гамильтона-Якоби, а также, для четкого уяснения места классической механики в структуре современного физического знания.
Роль Эксперимента и теории в процессе познания природы. Моделирование физических явлений и процессов. Научные гипотезы. Физические законы. Физические теории. Границы применимости физических законов и теорий. Принцип соответствия. Основные элементы физической картины мира.
Среди физических явлений прежде всего необходимо назвать:
· механические, которые связаны с движением тел. Физика не только рассматривает и описывает движение, но и объясняет причины, по которым тело начинает или прекращает движение, движется или покоится;
· тепловые, обусловленные внутренним строением вещества (изучает термодинамика);
Благодаря важным открытиям развивается не только сама физика, но и другие естественные науки: химия, астрономия, биология и др. Физика – одна из основ естественных наук. Изучение физики имеет важнейшее значение и для развития техники: люди получили возможность сконструировать самолеты и космические корабли, электронные приборы, компьютерную технику и многое другое.
Многие свои знания люди получают из наблюдений. Ученые-физики также используют в своей работе метод наблюдений. Часто применяют и другой научный метод – опыт. В этом случае обдуманно, с определенной целью создают условия для протекания того или иного явления и затем изучают его. Опыт – важнейший источник физических знаний.
Физический опыт или эксперимент – это такое исследование явления (чаще всего воспроизведенного в лаборатории), в котором все воздействия на исследуемую систему, влияющие на данное явление, поддаются учету. Чаще всего эксперимент сопровождается измерением тех или иных физических величин, установлением связи между этими величинами. Все физические измерения производятся с ограниченной точностью, что ставит предел степени подробности информации, получаемой из опыта. Поэтому при каждом физическом измерении указывается не только его результат, но и точность, с которой этот результат получен. Только в пределах точности измерений можно сравнивать результаты разных опытов друг с другом и с соответствующими предсказаниями теории. В науке и технике разработана целая теория – теория ошибок, которая устанавливает правила расчета экспериментальных ошибок. С элементами этой теории мы познакомимся в лабораторном практикуме по физике.
Теоретическая и экспериментальная физика тесно связаны между собою. Экспериментальная физика дает информацию об изучаемом явлении, теоретики эту информацию анализируют и создают теорию этого явления. Иногда теория создается, исходя из общих представлений о свойствах материи, в отсутствии экспериментальных фактов. В любом случае справедливость теории проверяется экспериментально.
Физический закон есть постоянно действующая при данных условиях связь между явлениями или физическими величинами, характеризующими эти явления. Физический закон обычно имеет строгую формулировку, часто выражается аналитически в виде соотношения между физическими величинами. Каждый физический закон имеет определенную область применения. Физические законы, имеющие наиболее обширные области применения, называются фундаментальными законами (законы сохранения импульса и энергии, законы Ньютона, закон Кулона).
Гипотеза – предварительное научное предположение о механизме и взаимосвязи (законах) явлений. Гипотеза требует экспериментальной проверки и доказательства. При построении гипотезы велика роль мышления и интуиции ученого. Если гипотеза прошла проверку, она становится теорией.
Теория – система научных положений и законов, которая дает качественное и количественное объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. В современной физике такими теориями являются классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, общая и специальная теории относительности, квантовая механика, классическая электродинамика, квантовая электродинамика и т. д.
Физи́ческое модели́рование — метод экспериментального изучения различных физических объектов или явлений, основанный на использовании модели, имеющей ту же физическую природу, что и изучаемый объект.
Физи́ческая моде́ль — физическое представление системы, объекта или процесса с целью их исследования, то есть это представление с помощью другого физического, реального объекта, имеющего в том или ином аспекте схожую динамику поведения.
Метод заключается в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах и проведении экспериментов на этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах.
Метод применяется при следующих условиях:
· Исчерпывающе точного математического описания явления на данном уровне развития науки не существует, или такое описание слишком громоздко и требует для расчётов большого объёма исходных данных, получение которых затруднительно.
· Воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком затратно (например, цунами).
Метод может дать надёжные результаты, лишь в случае соблюдения геометрического и физического подобия реального явления и модели.
Границы применимости физических законов и теорий
Все физические законы и теории являются приближением к действительности, поскольку при построении теорий используется определенная модель явлений и процессов. Поэтому как законы, так и теории имеют определенные границы применимости.
Второй пример: поведение мельчайших частиц вещества — так называемых элементарных частиц, а также строение атома не могут быть поняты в рамках классической механики: оказалось, что явления, происходящие на очень малых расстояниях и в очень короткие промежутки времени, находятся вне границ ее применимости. И в начале 20-го века для объяснения атомных явлений трудами нескольких ученых была создана квантовая механика.
Третий пример: хорошо знакомая вам из курса физики основной школы геометрическая оптика, основанная на представлении о световых лучах, прекрасно согласуется с опытом, если размеры предметов, с которыми взаимодействует свет, намного больше длины световой волны. Но если размеры предметов сравнимы с длиной световой волны или намного меньше ее, вступает в силу волновая теория света, в основе которой лежит представление о световых волнах.
Физическая картина мира – совокупность физических теорий, существующих на данном этапе развития физики и объясняющих все известные явления с единой концептуальной точки зрения. По мере развития физики, наблюдения новых явлений и закономерностей существования материи физические картины мира сменяют друг друга. Каждая последующая картина включает в себя предыдущую как частный случай, правильно объясняющую определенный круг явлений. История
1. Механическая картина мира.
2. Электродинамическая картина мира.
3. Квантово-полевая картина мира.
Для каждой физической картины мира характерны: 1) основополагающие, мировоззренческие взгляды на устройство материального мира; 2) основные физические принципы; 3) основные понятия; 4) способы описания движения материи; 5) теоретические идеализации (материальная точка, сила – идеализация взаимодействия, абсолютно твердое тело, идеальный газ, точечный заряд, электромагнитное поле).
Для выражения количественных закономерностей в физике широко применяется математический аппарат (математика). Он является по сути дела языком современной физики. При этом развитие физики стимулирует развитие тех или иных разделов математики (векторный характер физических величин – векторная алгебра; непрерывность пространства и времени – дифференциальное и интегральное исчисления; понятие поля в физике – математическая теория поля и т.д.)
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)
Михаил Ужов Amino – это сеть сообществ, в которых можно искать и обсуждать то, что нравится именно тебе! (157681) Вы еще любите природу после того, что она с вами сделала?
Я не физик, и особых познаний в этой области не имею. Однако, мог бы обрисовать свою позицию.. .
Думаю, за основу следует брать теорию относительности, которая применима ко всем вещам и предметам. При этом, стоит рассматривать эту теорию не только, как дуальную часть отношений объекта x к объекту y, но и как систему совместимости объекта x и объекта y, где x+y=z.
Исходя из этого уже будут видны четкие границы между физическими законами, математическими модулями и системами.
Взять, к примеру, законы Н, где масса физического тела меняется, в зависимости от условий и среды обитания. Иными словами, один объект x не имеет своей m, т. к. зависит от объекта y. И если говорить об отношении x(y), то этот закон Н применим только внутри системы. А за пределами этой системы, этот закон действовать не будет.
Читайте также: