I denne formuleringen følger ikke teoretisk fysikk av "erfaring", men er en uavhengig metode for å studere naturen. Imidlertid er hennes interesseområde naturlig dannet under hensyntagen til resultatene av eksperimentet og observasjoner.
Teoretisk fysikk vurderer ikke spørsmål som "hvorfor skal matematikk beskrive naturen?" Hun aksepterer som et postulat at av en eller annen grunn, matematisk beskrivelse naturfenomener viser seg å være ekstremt effektiv, og studerer konsekvensene av dette postulatet. Strengt tatt studerer teoretisk fysikk ikke egenskapene til naturen selv, men egenskapene til de foreslåtte matematiske modellene. I tillegg studerer teoretisk fysikk ofte modeller "av seg selv", uten referanse til spesifikke naturfenomener.
Fysisk teori
Produktene av teoretisk fysikk er fysiske teorier. Siden teoretisk fysikk jobber spesifikt med matematiske modeller, er et ekstremt viktig krav den matematiske konsistensen til den ferdige fysiske teorien. Den andre obligatoriske egenskapen som skiller teoretisk fysikk fra matematikk, er evnen til å oppnå spådommer innenfor teorien for naturens oppførsel under visse forhold (det vil si spådommer for eksperimenter) og, i de tilfellene hvor resultatet av eksperimentet allerede er kjent, å stemme med eksperimentet.
Ovennevnte lar oss skissere generell struktur fysisk teori. Den skal inneholde:
- beskrivelse av spekteret av fenomener som en matematisk modell er bygget for,
- aksiomer som definerer matematisk modell,
- aksiomer som samsvarer (minst noen) matematiske objekter observerbare, fysiske objekter,
- umiddelbare konsekvenser av matematiske aksiomer og deres ekvivalenter i virkelige verden, som tolkes som prediksjoner av teorien.
Fra dette blir det klart at utsagn som "hva om relativitetsteorien er feil?" er meningsløse. Relativitetsteorien, hvordan fysisk teori oppfylle de nødvendige kravene, allerede ekte. Hvis det viser seg at det ikke stemmer med eksperimentet i noen spådommer, betyr det at det ikke er anvendelig for virkeligheten i disse fenomenene. Søk kreves ny teori, og det kan hende at relativitetsteorien viser seg å være et slags begrensende tilfelle av denne nye teorien. Fra et teoretisk synspunkt er ikke dette en katastrofe. Dessuten er det nå mistenkt at under visse forhold (ved energitettheter i størrelsesorden Plancks) ingen eksisterende fysiske teorier vil ikke være tilstrekkelige.
I prinsippet er en situasjon mulig når det for samme spekter av fenomener er flere forskjellige fysiske teorier som fører til lignende eller sammenfallende spådommer. Vitenskapshistorien viser at en slik situasjon vanligvis er midlertidig: før eller siden viser enten en teori seg å være mer adekvat enn en annen, eller det er vist at disse teoriene er likeverdige (se eksempelet på kvantemekanikk nedenfor).
Konstruksjon av fysiske teorier
Grunnleggende fysiske teorier er som regel ikke avledet fra allerede kjente, men er bygget fra bunnen av. Det første trinnet i en slik konstruksjon er den virkelige "gjettingen" om hvilken matematisk modell som bør legges til grunn. Det viser seg ofte at for å bygge en teori kreves det et nytt (og vanligvis mer komplekst) matematisk apparat, i motsetning til det som brukes i teoretisk fysikk andre steder. Dette er ikke et innfall, men en nødvendighet: vanligvis bygges nye fysiske teorier der alle tidligere teorier (det vil si de som er basert på "vanlig" maskinvare) har vist sin inkonsekvens i beskrivelsen av naturen. Noen ganger viser det seg at det tilsvarende matematiske apparatet ikke er tilgjengelig i arsenalet av ren matematikk, og det må oppfinnes.
Ytterligere, men valgfrie, kriterier når man konstruerer en "god" teori kan være konseptene
- "matematisk skjønnhet"
- "Occams barberhøvel", så vel som generaliteten til tilnærmingen til mange systemer,
- evnen til ikke bare å beskrive eksisterende data, men også å forutsi nye.
- muligheten for reduksjon til noen allerede velkjent teori i noen av dem generelt område anvendelighet ( prinsippet om korrespondanse),
- muligheten til å finne ut innenfor teorien selv dens anvendelsesområde. Så, for eksempel, klassisk mekanikk "vet ikke" grensene for dens anvendelighet, men termodynamikk "vet" innenfor hvilken grense den ikke skal fungere.
Eksempler på grunnleggende nye fysiske teorier
- Klassisk mekanikk. Det var under konstruksjonen av klassisk mekanikk at Newton ble møtt med behovet for å introdusere derivater og integraler, det vil si at han skapte differensial- og integralregning.
- Generell relativitetsteori, hvis formulering postulerer at tomrom også har visse ikke-trivielle geometriske egenskaper, og det kan beskrives ved metoder for differensialgeometri.
- Kvantemekanikk . Etter klassisk fysikk kunne ikke beskrive kvantefenomener, ble det gjort forsøk på å omformulere selve tilnærmingen til å beskrive utviklingen av mikroskopiske systemer. Schrödinger lyktes med dette, som postulerte at hver partikkel er assosiert nytt objekt- bølgefunksjon, samt Heisenberg, som postulerte eksistensen av en spredningsmatrise. Imidlertid fant von Neumann den mest vellykkede matematiske modellen for kvantemekanikk (teorien om Hilbert-rom og operatører som virker i dem) og viste at både Schrödinger-bølgemekanikk og Heisenberg-matrisemekanikk bare er varianter av denne teorien, oppnådd ved å legge til valgfrie ord til teori. Von Neumanns formulering er "bedre" enn formuleringene til Schrödinger og Heisenberg, siden den forkaster alt overflødig og uviktig.
- For øyeblikket er vi tilsynelatende på nippet til å lage en annen fundamentalt ny teori, M-teori, som vil forene alle de fem superstrengteoriene som har blitt konstruert. Eksistensen av M-teori har vært mistenkt i lang tid, men det har ennå ikke vært mulig å formulere den. E. Witten, en ledende spesialist på dette feltet, uttrykte ideen om at det matematiske apparatet som er nødvendig for konstruksjonen ennå ikke er oppfunnet.
Wikimedia Foundation. 2010.
Se hva "fysisk teori" er i andre ordbøker:
SUPERSTRING THEORY, en fysikalsk teori som prøver å forklare egenskapene til ELENDE Partikler og deres interaksjoner. Den kombinerer KVANTETEORI og RELATIVITETSTEORI, spesielt når det gjelder å forklare kjernefysiske styrker og gravitasjon (se GRUNNLEGGENDE... ... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok
Einsteins relativitetsteori- en fysisk teori som tar for seg rom-tidsegenskaper fysiske prosesser. Disse egenskapene avhenger av gravitasjonsfeltene i et gitt område av rom-tid. En teori som beskriver egenskapene til rom-tid i tilnærmingen når... ... Begreper moderne naturvitenskap. Ordliste med grunnleggende termer
RELATIVITETSTEORIEN- en fysisk teori, hvis hovedbetydning er utsagnet: in fysisk verden alt skjer på grunn av rommets struktur og endringer i krumningen. Det er private og generell teori relativt. I kjernen privat teori,… … Vitenskapsfilosofi: Ordliste med grunnleggende begreper
Superstrengteori Teori ... Wikipedia
En teori som tar for seg alle slags vibrasjoner, abstraherer fra dem fysisk natur. Til dette formål brukes enheten differensialregning. Innhold 1 Harmoniske vibrasjoner... Wikipedia
FYSISK KJEMI- FYSISK KJEMI, «en vitenskap som forklarer på grunnlag av bestemmelser og eksperimenter fysisk grunn av hva som skjer gjennom kjemikalier operasjoner i komplekse kropper" Denne definisjonen ble gitt av den første fysiske kjemikeren M.V. Lomonosov i et kurs som ble lest ...
Fysisk kultursfære sosiale aktiviteter, rettet mot å bevare og styrke helse, utvikle en persons psykofysiske evner i prosessen med bevissthet motorisk aktivitet. Fysisk kultur del av kulturen... ... Wikipedia
FYSISK KULTUR- FYSISK KULTUR. Innhold: I. Historie om F. k................... 687 II. Systemet til den sovjetiske F. K............. 690 "Klar for arbeid og forsvar" .......... F. K. i produksjonsprosessen....... .. 691 F.K. og forsvar av USSR.................. 692 F ... Great Medical Encyclopedia
Katastrofeteori er en gren av matematikken som inkluderer teorien om bifurkasjoner differensiallikninger (dynamiske systemer) og teorien om singulariteter for jevne kartlegginger. Begrepene "katastrofe" og "katastrofeteori" ble introdusert av René Thom og... ... Wikipedia
Ideen om verden og dens prosesser, utviklet av fysikk basert på empirisk forskning og teoretisk forståelse. Det fysiske bildet av verden følger utviklingen av vitenskapen; Først var det basert på atomets mekanikk (atomisme), deretter på... Filosofisk leksikon
Moderne fysikk er en ekstremt forgrenet kunnskapsgren, og basert på visse kriterier er den delt inn i en rekke seksjoner. For eksempel, i henhold til forskningsobjektene, skilles fysikk ut elementære partikler, atomkjernen, atomfysikk, molekylær fysikk, fysikk faste stoffer, væsker og gasser, plasmafysikk og fysikk av kosmiske kropper.
Fysikk kan deles inn i henhold til prosessene eller formene for bevegelse av materie som studeres: mekanisk bevegelse; termisk bevegelse; elektromagnetiske prosesser; gravitasjonsfenomener; prosesser forårsaket av sterke og svake interaksjoner. Inndelingen av fysikk i henhold til prosessene som studeres viser at i moderne fysikk har de ikke å gjøre med et uensartet sett av mange urelaterte eller nesten urelaterte lover, men med et lite antall grunnleggende lover eller grunnleggende fysiske teorier som dekker store områder av fenomener. I disse teoriene i de mest komplette og generell form objektive prosesser i naturen gjenspeiles.
Fysisk teori er et av elementene i systemet metodisk kunnskap, Dette komplett system fysisk kunnskap, som fullt ut beskriver et visst spekter av fenomener og er et av de strukturelle elementene i det fysiske bildet av verden.
Grunnleggende teorier om dynamisk type inkluderer: klassisk newtonsk mekanikk, mekanikk kontinuum, termodynamikk, Maxwells makroskopiske elektrodynamikk, teori om gravitasjon. TIL statistiske teorier inkluderer: klassisk statistisk mekanikk (eller mer generelt - statistisk fysikk), kvantemekanikk, kvantestatistikk, kvanteelektrodynamikk og relativistiske kvanteteorier for andre felt.
Skolefysikkkurset er bygget opp rundt fire grunnleggende fysiske teorier: klassisk mekanikk, molekylær kinetisk teori, elektrodynamikk, kvanteteori. Teoretisk kjerne skolekurs Fysikk legemliggjør de fire angitte grunnleggende teoriene, spesielt tilpasset skoleløpet. Dette gjør det mulig å identifisere generelle retninger i et fysikkkurs i form av pedagogiske og metodiske linjer og deretter danne alt stoffet rundt disse linjene. Slik generalisering undervisningsmateriell lar elevene utvikle tilstrekkelige ideer om strukturen moderne fysikk, samt implementering av en teoretisk undervisningsmetode.
Generalisering av undervisningsmateriell er rettet mot å sikre høykvalitets assimilering av kunnskapssystemet, som er vitenskapelig grunnlag generell polyteknisk utdanning, for å sikre effektivitet pedagogisk prosess og dyp og integrert oppfatning av et visst kunnskapsfelt; om dannelse og utvikling av en kreativ, vitenskapelig og teoretisk tenkemåte.
Basert på arbeidet til V.F. Efimenko, identifiserte V.V. Multanovsky følgende strukturelle elementer fysisk teori: grunnlag, kjerne, konsekvenser og tolkninger.
Generalisering på nivået av fysisk teori i et skolefysikkkurs utspiller seg i samsvar med stadiene i syklusen vitenskapelig kunnskap, forskjellig fra generaliseringer på begreps- og lovnivå i volum: materialet i en hel del av kurset bør grupperes rundt teoriens kjerne. Bruk av generaliseringer på teorinivå ville løse spørsmålet om generalisering av kunnskap. Bruken av generaliseringer i et skoleløp på nivå med grunnleggende teorier møter imidlertid en rekke vanskeligheter. De består hovedsakelig av inkonsekvens matematisk kunnskap studenter av det komplekse matematiske apparatet som brukes i fysiske teorier. Det følger at for et skolekurs bør fysikalsk teori være spesielt konstruert som utdannelses system kunnskap som har en struktur teoretisk generalisering i samsvar med kunnskapens lover, løse en begrenset, men tilstrekkelig sirkel med elementære midler spesifikke oppgaver. Samtidig må de grunnleggende konseptene, ideene, modellene av materielle objekter og deres interaksjoner samsvare moderne nivå vitenskap og gi kvalitative forklaringer på et bredt spekter av fysiske fenomener.
Det skal bemerkes at generaliseringer i ulike deler av et fysikkkurs på videregående skole ikke er likeverdige. Hvis klassisk mekanikk presentert i den klassiske formen for teoretisk generalisering, deretter i avsnittet " Molekylær fysikk» generaliseringer er ikke altomfattende. Det er ingen teoretiske kjerner fremhevet i skolen "Elektrodynamikk", "Oscillations and Waves", "Quantephysics".
Dette betyr at strukturen til klassisk mekanikk og molekylær kinetisk teori mest mulig kan vurderes innenfor rammen av et skolefysikkkurs. Utvid strukturen fullstendig, for eksempel slik grunnleggende teori Hvordan klassisk elektrodynamikk er ikke mulig (spesielt på grunn av elevens utilstrekkelige matematiske ferdigheter). Når du studerer fysikk i videregående skole Den grunnleggende fysiske teorien "klassisk mekanikk" har følgende komponenter:
| KLASSISK MEKANIKK | |||
| Utgangspunkt | Kjerne | Konsekvenser | Tolkning |
| Empirisk grunnlag: observasjon av fenomener (bevegelse av kropper, fritt fall, pendelsvingning...) Modeller: matt. punkt, absolutt solid kropp System av begreper: x, l, s, v, a, m, F, p... Kinematiske bevegelsesligninger | Lover: Newtons lover, absolutt bevegelse. TV kropper, loven om universell gravitasjon. Bevaringslover: ZSE, ZSI, ZSMI Prinsipper: langdistansehandling, uavhengighet av krefter, galileisk relativitet. Postulater: homogenitet og isotropi av rom, homogenitet av tid. Fond. fysisk konstant: gravitasjon konstant | Forklaring forskjellige typer bevegelse Løsning av rett linje og omvendt problem mekanikk Anvendelse av lover innen teknologi (rom, fly, transport...) Prediksjon: Oppdagelse av planetene Neptun og Pluto. | Tolkning av grunnleggende begreper og lover. Teoriens anvendelighetsgrenser: makroskopiske kropper v << c |
Når du studerer fysikk, er det viktig å merke seg at det er ulike sammenhenger mellom fysiske teorier som forekommer på ulike nivåer. De manifesterer seg først og fremst i det faktum at det er begreper som er felles for alle teorier (hastighet, masse, momentum, etc.), generelle lover (loven om bevaring av energi-momentum). Koblinger mellom teorier gjennomføres også på nivå med generelle fysiske prinsipper, som i dag har status som metodiske allmennvitenskapelige prinsipper. Disse inkluderer prinsippene for korrespondanse, komplementaritet, symmetri og årsakssammenheng.
V.N.Guskov
Godkjente forkortelser:
CBN er begrepet direkte nærhetshandling.
FO - et fysisk objekt (enhver fysisk formasjon: felt, partikkel, atom, etc.).
Fra det generelle bildet av subjektets verdensbilde kan en rekke ideer relatert til fysisk natur identifiseres. Uttrykt i form av en rekke avtalte bestemmelser, vil de representere et eller annet verdensbildebegrep.
Enhver grunnleggende fysisk teori har et slikt filosofisk konseptuelt grunnlag.
Derfor, enten vi liker det eller ikke, fysikk som en teoretisk vitenskap begynner ikke med matematiske formler, men med identifiseringen av de mest generelle lovene i den fysiske verden.
Enhver fysisk teori er bygget på grunnlag av de bevisste eller intuitive ideene til dens skapere om den generelle strukturen til den fysiske verden.
Verdenssynsposisjonene til forfatterne av fysisk teori er avgjørende for dannelsen av deres syn på spesifikasjonene til spesifikke fysiske fenomener og strukturen til FO. Alle eksperimentelle data blir også oppfattet og forklart fra disse posisjonene.
Problemet er at det ikke er noen sammenheng mellom konseptualiteten til fysikkens filosofiske grunnlag og deres regelmessighet, streng samsvar med den fysiske virkeligheten. Filosofiske begreper kan (til tross for all deres ytre vitenskaplighet) være veldig fjernt fra den fysiske virkeligheten. (Det er av denne grunn at fysikere prøver å holde seg unna filosofisk ordbruk).
Likevel har naturen generelle grunnleggende lover, og å stole på dem er den primære oppgaven til teoretisk fysikk.
Begrepsmessig i newtonsk mekanikk var bestemmelsene om eksistensen av fysiske korpuskler (udelelige partikler), kropper som består av dem og tomhet som fyller rommet mellom dem. Den øyeblikkelige handlingen mellom fjerne kropper gjennom tomhet ble også bekreftet.
Takket være øyeblikkeligheten til langdistansehandlinger, ble samtidigheten av handlinger i interaksjon sikret, noe som gjorde det mulig å se en enkelt fysisk prosess i interaksjonen.
Den teoretiske "levedyktigheten" til begrepet øyeblikkelig handling på avstand henger sammen med dette. Dette synet på samhandling tillot en vellykket utvikling av ikke bare klassisk mekanikk, men også andre områder av fysisk vitenskap, inkludert den nye teorien om elektromagnetisme.
Dette den rent formelle enheten av handlinger i interaksjon gjenspeiles i Newtons tredje lov. Formalismen i denne loven består i fravær av forklaringer grunner til samhold handlinger. Han uttalte ganske enkelt faktum om den observerte samtidigheten av handlinger.
Faktisk, selvfølgelig, hadde øyeblikkeligheten av handlinger ingen direkte relasjon til den objektive gjensidige avhengigheten av handlinger i interaksjon som var iboende i dem av naturen. Faktisk kan ingen handling bare skje uten en strengt tilsvarende reaksjon.
Denne omstendigheten tillater deg ikke å vilkårlig skille handlinger fra hverandre, å se i dem separate, uavhengige fysiske forhold, og spesielt fenomener. Imidlertid var det ingen klare ideer om den gjensidige avhengigheten av handlinger på den tiden, og den observerte samtidigheten av handlinger ble forklart av øyeblikkeligheten til langdistansehandlinger gjennom tomhet.
I løpet av den videre historiske utviklingen skjedde det en endring i det konseptuelle grunnlaget for fysisk teori. Begrepet langdistansehandling gjennom tomhet er erstattet av begrepet langsiktig handling gjennom det materielle miljøet (mellomledd).
I moderne fysikk det feil kalt begrepet kortdistansehandling.
Grunnlaget for fremveksten av et nytt konsept var Faradays antakelse om eksistensen av feltstoff som fyller, som tidligere antatt, tomrom. Denne hypotesen ble senere bekreftet i Hertz sine eksperimenter. Maxwell, som utførte en matematisk formulering av Faradays felthypotese, kom til den konklusjon at hastigheten for forplantning av fysiske prosesser i feltmiljøet er begrenset.
Alle dette satte en stopper for konseptet om øyeblikkelig langdistansehandling gjennom tomhet. Det bør imidlertid bemerkes at i disse progressive syn på fysisk natur ingen objektive grunner
å avvise samtidigheten av handlinger i interaksjon.
Tvert imot(!), hvis vi tenker logisk, da faktumet om rommets materialitet bør føre til konklusjonen om umiddelbar (direkte) kontakt med kropper som tidligere var adskilt av tomhet.
Materialiseringen av fysisk rom lar oss se fysiske kropper i kropper som tidligere var strengt avgrenset fra hverandre. systemer, hvilken inkludere felt som mangler, tidligere ubemerket og derfor angivelig fraværende, elementer.
Men det motsatte skjedde - feltene, eller rettere sagt prosessene som skjer i dem, var det oppfattet som mellomledd mellom objekter. I materielle prosesser oppfattes som handlinger tomrommet som tidligere skilte likene har materialisert seg, og blitt uoverkommelig barriere for deres direkte samhandling.
Som et resultat, sammen med "såpeskum" av øyeblikkelig langdistansehandling, ble "barnet" kastet ut - en formelt korrekt forståelse av interaksjonsprosessen.
Bekreftelsen av materiell formidling av handling har ført til fremveksten av mange problemer. La oss ta hensyn til noen av dem.
1. Feltet som mellomledd (handlingsbærer) kan ikke være et element i det fysiske systemet: kropp + felt.
Etter å ha anerkjent feltet som et fullverdig element i systemet, er det nødvendig å gjenkjenne at systemet direkte samhandler med omgivende objekter, som et resultat av at mediering vil forsvinne.
2. Hvis materialfeltet er en "bærer" av handling, så er hele materie må deles inn i to typer. På materie, som i seg selv faktisk er kan ikke handle, men kan oppfatte virkningen- disse er alle materielle formasjoner. Og angående det overfører handlingen og har en direkte(!) effekt, men kan ikke oppfatte motstand- dette er feltene.
Dette er nøyaktig hvordan mekanismen for interaksjon av elektrisk ladede legemer forklares - feltet til hver av dem virker på en annen kropp, men feltene i seg selv samhandler ikke med hverandre, selv om det ser ut til at finnes i samme rom.
3. Newtons lov om samhandling slutter å "virke". Handlinger viser seg å være urelaterte med hverandre, deres tilfeldighet i tid og rom er tilfeldig og uforutsigbar.
Som et resultat interaksjon som et fullverdig fysisk fenomen forsvinner fra teorien
. (Bare fra teorien(!), i fysisk natur har det vært og forblir hovedelementet i ethvert fysisk forhold).
Som nevnt ovenfor, brukes faktumet om den endelige utbredelseshastigheten til fysiske prosesser som hovedargumentet mot øyeblikkelig langdistansehandling, og samtidig mot virkeligheten av fullverdig interaksjon. Imidlertid i virkeligheten dette argumentet virker ikke mot interaksjon.
Handling og reaksjon i samspill"samtidig" ikke fordi hastigheten på deres "utbredelse" er øyeblikkelig, men fordi de ikke bare er utenkelige uten hverandre, men også virkelig ikke kan gjennomføres på egenhånd.
Enhver handling kan bare oppstå når det er en reaksjon og den forsvinner sammen med den
. Hvis vi snakker om en sekvens i begynnelsen av "hendelser": handling - reaksjon, så det absolutt fraværende.
Og poenget er ikke at de begynner og slutter på samme tid, men at de representerer en objektivt udelelig helhet (hendelse)
, hvor tid (så vel som rom) er en for dem.
Derfor er ideen om en mulig sekvensiell utvikling av hendelser som: fremveksten av en handling - dens spredning - implementering - fremveksten av motvirkning, etc. ikke sant. Og det at en FO for eksempel kan sende ut et foton, som først etter en viss tidsperiode når et annet objekt og kommer i kontakt med det, betyr i denne sammenheng ingenting, siden denne prosessen ikke er en handling.
Handling er uløselig forbundet ikke bare med reaksjon, men også med det aktive objektet, manifestasjon av innhold som det er.
Derfor, hvis vi hevder at et spesifikt objekt på et tidspunkt i romtiden utfører en handling, vil følgelig, innholdet hans og han selv(!) er der. Ellers kan det ikke være!
Det er en rom-tidssone direkte forbundet med begge samvirkende objekter, der interaksjonens "mysterium" oppstår, uttrykt i transformasjonen av samhandlende parter
. Dette området er delt og kan ikke fjernes fra dem.
At. Det er umulig å identifisere den konsekvente utviklingen av en spesifikk prosess (som emisjonen av et foton - dets bevegelse i det materielle rommet - absorpsjon eller refleksjon av et annet objekt) med en enkelt handling.
Denne prosessen kan involvere mange sekvensielle interaksjoner, men ikke handlinger.
Å se det som en enkelt handling er bare mulig abstrahere fra dets spesifikke innhold. Naturligvis er en slik abstrakt "handling" ikke en refleksjon av et reelt fysisk fenomen og kan ikke identifiseres med det.
Faktisk handling er en side av en objektivt udelelig enkelt prosess med interaksjon og det, som et fysisk fenomen, eksisterer ikke i naturen.
Konklusjon - i dannelsen av det grunnleggende begrepet moderne teoretisk fysikk (begrepet indirekte handling) mangel på seriøs filosofisk analyse, hvor nødvendigheten ble påpekt av den fremsynte Maxwell.
Spørsmålet oppstår: kan en fysisk teori dannet på grunnlag av et internt motstridende begrep som ikke reflekterer virkeligheten i størst mulig grad være riktig? Svaret er åpenbart - nei.
Konsekvenser for teoretisk fysikk av en slik uprofesjonell tilnærming til dannelsen av et grunnleggende konsept katastrofale. I sine konstruksjoner beveger hun seg lenger og lenger vekk fra virkeligheten, og stuper gradvis ut i verden rene abstraksjoner.
La oss nå gå til konseptet med direkte nærhetshandling (NDA), som er skissert i en av de første artiklene på dette nettstedet.
Den er også ideologisk og kan brukes som grunnlag for dannelsen av en fysisk teori. Hvordan er det forskjellig fra konseptene diskutert ovenfor, og hvordan ligner det på dem?
I følge forfatteren er den blottet for en rekke betydelige mangler ved sine forgjengere og er samtidig avhengig av alt rasjonelt som var i dem.
Fra begrepet øyeblikkelig handling på avstand bruker hun påstanden om likhet og samtidighet av handlinger i samhandling, og fra begrepet indirekte handling påstanden om det fysiske rommets materialitet.
På den annen side nektet KNB å anerkjenne tomhet som en fysisk faktor som eksisterer sammen med materie og ideen om handling som en uavhengig fysisk prosess.
I NSC ble bestemmelsen om likhet og samtidighet av handlinger i samhandling og bestemmelsen om fysisk roms materialitet videreutviklet.
Det er allerede der inne ikke en handling, men interaksjon betraktes som en elementær handling av enhver fysisk prosess
. Avslører den transformative essensen av fysisk interaksjon.
Dette synspunktet på naturen til fysisk interaksjon er ikke "oppgjort", men oppsto som det eneste mulige alternativet for å forklare bevegelsesmekanismen for fysiske objekter i det materielle rommet.
Det viste seg at de motstående partene i samhandlingen (som er innholdet i samvirkende objekter) forvandler hverandre "i sitt eget bilde og likhet."
Som et resultat av samhandling mellom det føderale distriktet som om endre innholdet deres. Og hvis hele innholdet i et objekt gjennomgår transformasjon, flyttes det følgelig fullstendig til det tilstøtende området av materiell plass.
I sin tur forståelse interaksjon som en transformativ prosess innebar en endring i ideer om hva en finansinstitusjon er.
Det viste seg at hvis vi tar i betraktning den transformative naturen til fysisk interaksjon, så er det umulig å forestille seg FO som en slags rusopplæring knyttet en gang for alle til konkrete ting. Hva betyr det?
Dette betyr at bevegelsen av FO i det materielle rommet er prosessen med å bevege en viss materietilstander i materie
, og ikke saken i seg selv som sådan.
Tilsvarende alle attributter som er iboende i FO(som masse, energi, momentum, etc.) også ikke beveger seg i rommet, men dukker opp (og forsvinner) igjen og igjen på hvert tilstøtende punkt i det materielle rommet i løpet av transformative interaksjoner.
Det gjenstår bare å legge til at, ifølge CBN, forutsetter den absolutte materialiteten til den fysiske verden ikke bare materialiteten til det fysiske rommet, men noe mer, som sikrer den faktiske overgangen til begrepet "rom" fra kategorien definerende ( fundamentale) konsepter til kategorien derivater.
Romlighet blir rettferdig kvalitativ indikator på materie(dets eiendom). Derfor er det mer riktig å se spiller ingen rolle(som et slags geometrisk volumfyllstoff) i verdensrommet, A romlig materie.
Følgelig karakteriserer alle geometriske indikatorer nå ikke noe abstrakt rom som eksisterer i seg selv, men nemlig materie med egenskapen romlighet.
Alt nytt i ideen om fysisk natur assosiert med den transformative prosessen med interaksjon er kanskje det vanskeligste elementet i CBN å forstå.
Uten tilstrekkelig bevissthet om den transformative essensen av fysisk interaksjon og alle medfølgende komponenter, er det umulig å forstå CBN som grunnlaget for en holistisk teori.
Dette er ikke den fullstendige versjonen av NSC.
Noen av dens "mindre" bestemmelser er utelatt, og den logiske sekvensen i presentasjonen av materialet blir ikke alltid observert.
Heller ikke nevnt er en av de mulige konsekvensene av CBN - semiquanta-hypotesen. (Vi vil sannsynligvis bruke det til å forklare mekanismen til elektromagnetiske fenomener og strukturene til FO-ene som er involvert i dem).
For mer fullstendig informasjon, se de første artiklene på nettstedet.
Hvorfor er denne artikkelen plassert i avsnittet om elektromagnetiske fenomener som en innledende?
Ja, fordi uten en klar (i det minste i generelle termer) ide om innholdet i CBN og dets rolle i dannelsen av nye synspunkter på naturen til tilsynelatende godt studerte elektromagnetiske fenomener, er det umulig å forstå logikken til forfatterens begrunnelse.
Målet vårt er å vise hvordan den fysiske verden virkelig kan struktureres i sine spesifikke manifestasjoner, hvis vi baserer vår kunnskap på CBN.
POST-IKKE-KLASSISK ENHET AV FYSIKK
A.S. Kravets
I følge A.B. Migdal er "naturvitenskapens historie historien om forsøk på å forklare homogene fenomener av vanlige årsaker." Ønsket om slik enhet er på ingen måte begrenset til ideologiske behov for å forklare verden: i fysikk har det alltid spilt en viktig konstruktiv rolle i dannelsen av nye teorier. G. Galileo, som eliminerte den kvalitative forskjellen mellom himmelens og jordens lover, proklamerte og implementerte et program for å søke etter enhetlige grunnleggende fysiske prinsipper ved hjelp av hvilket ethvert mekanisk fenomen kan forklares. Hans arbeid ble videreført av I. Newton, som skapte den store teorien som ble banneret for klassisk fysikk.
I verkene til L. Euler, P. Lagrange, W. Hamilton, B. Jacobi ble klassisk mekanikk en virkelig universell teori, i stand til å forklare alle mekaniske fenomener på grunnlag av et minimum antall initiale postulater. Til syvende og sist var suksessen til klassisk mekanikk så stor at de fleste vitenskapsmenn begynte å tro at idealet om enheten i all vitenskap allerede var oppnådd, det var bare nødvendig å utvide mekanikkens prinsipper til alle deler av naturvitenskapen, og kanskje til og med til samfunnsvitenskap (J.-P. Laplace). Enhet ble dermed forstått som reduserbarheten av alle fysiske fenomener (og ikke bare fysiske) til en enkelt ideell teori.
Fremveksten av ikke-klassisk fysikk (spesiell relativitetsteori og kvantemekanikk) ga disse unitaristiske ambisjonene et knusende slag. Sjokket fra dannelsen av ukonvensjonelle teorier, radikalt avvikende fra klassiske holdninger, var så stort at mange forskere begynte å snakke om ruinene av gamle prinsipper. Det tok vitenskapen betydelig tid å forstå den kvalitative spesifisiteten til ikke-klassisk fysikk og dens irreducerbarhet til klassiske idealer. Ideen om fysikkens enhet så ut til å være merkbart rystet. Fysikere begynte å gi preferanse til ideen om mangfold fremfor ideen om enhet. Fysikken ble delt inn i ulike fagområder: bevegelsesområdet med lave hastigheter var i motsetning til bevegelse med høye (relativistiske) hastigheter, feltet var i motsetning til materie, mikroverdenen var i motsetning til makroverdenen, etc. Det er med etableringen av ikke-klassisk fysikk som kommer overbevisningen om at sann utvikling innen vitenskap bare skjer gjennom kardinalrevolusjonære revolusjoner, og en ny fysisk teori må være et alternativ til den gamle. En av de strålende grunnleggerne av ny fysikk, N. Bohr, snakket til og med i ånden om at en ny teori innen fysikk burde være så ukonvensjonell at den virker ganske «gal». Riktignok tok N. Bohr selv, under utviklingen av kvantemekanikk, flere viktige skritt for å etablere en forbindelse mellom kvanteteori og klassisk fysikk. Han brukte mesterlig prinsippet om dualisme og prinsippet om korrespondanse. Det første prinsippet gjorde det mulig å bygge en bro mellom felt og materie, bølge- og korpuskulære egenskaper, ved å kombinere dem i en kvantemekanisk tilnærming, som gjorde det mulig å finne begrensende sammenhenger mellom nye og gamle teorier. Og likevel var overbevisningen om fysikkens kvalitative mangfold, i teoriers grunnleggende irreduserbarhet, universell.
Men historiens muldvarp gravde flittig. Gradvis gikk fysikken inn i et nytt stadium av sin utvikling, som kan kalles post-ikke-klassisk. Ideen til dette stadiet ble introdusert i vitenskapens metodikk av V.S. "I den historiske utviklingen av vitenskap," skriver han, "fra og med 1600-tallet oppsto tre typer vitenskapelig rasjonalitet og følgelig tre hovedstadier i utviklingen av vitenskapen, som erstattet hverandre innenfor rammen av utviklingen av den teknogene sivilisasjonen. : 1) klassisk vitenskap (i dens to tilstander: predisiplinær og disiplinært organisert vitenskap); 2) ikke-klassisk vitenskap; 3) post-ikke-klassisk vitenskap. Det er særegne overlappinger mellom disse stadiene, og fremveksten av hvert nytt stadium forkastet ikke tidligere prestasjoner, men skisserte bare omfanget av deres handling, deres anvendelighet på visse typer problemer. Selve oppgavefeltet utvidet seg kraftig på hvert nytt stadium på grunn av utviklingen av nye verktøy og metoder." De karakteristiske trekkene ved det post-ikke-klassiske stadiet i fysikk, som hovedsakelig utspilte seg i siste tredjedel av det 20. århundre, har ennå ikke blitt forstått av metodologer, men det er allerede klart at det har betydelig endret våre ideer om fysikkens enhet. Dette stadiet overvinner dialektisk tesen fra den klassiske perioden om fysikkens enhetlige enhet og antitesen til den ikke-klassiske perioden om dens kvalitative mangfold, noe som fører til konklusjonen "om enhet i mangfold."
Prosessen med integrering av fysiske teorier begynte umiddelbart etter utviklingen av nye grunnleggende teorier (spesiell relativitetsteori og kvantemekanikk) og utfoldet seg på to utviklingsnivåer av fysiske teorier. For det første fortsatte det dyptgående arbeidet med å bygge broer mellom klassisk og kvantefysikk. I utgangspunktet ble denne prosessen utført på et veldig abstrakt nivå av generalisering av matematiske formalismer. Som et resultat ble det åpenbart at til tross for alle de kvalitative forskjellene i de spesifikke fysiske betydningene og tolkningene av de grunnleggende formlene for klassisk og kvantemekanikk, har de mye til felles (tross alt er begge mekanikk tross alt). Den matematiske invarianten her er den generaliserte matematiske formalismen til P. Lagrange, som er modifisert tilsvarende i hver teori (de generaliserte koordinatene til den klassiske teorien tilsvarer hermitiske operatorer i den ikke-klassiske teorien). Det ble også funnet generelle gruppeteoretiske lover, som begge teoriene er underlagt.
For det andre begynte jakten på nye teorier ved å syntetisere eksisterende teorier. Den maksimale oppgaven som fysikere satte for seg selv var målet om å lage en generell feltteori. Presedensen for søket etter en slik generell teori ble satt av A. Einstein da han utviklet den generelle teorien om gravitasjon (tyngdekraften), der han forsøkte å bygge en bro fra gravitasjon til elektrodynamikk. Imidlertid møtte et forsøk på å kvantisere slike felt uløselige matematiske vanskeligheter på grunn av de tilsynelatende uendelighetene. Det første betydelige gjennombruddet ble oppnådd i utviklingen av kvanteelektrodynamikk, som var en slags syntese av elektrodynamikk, kvantemekanikk og den spesielle relativitetsteorien. Kvanteelektrodynamikken var imidlertid løsbar, d.v.s. førte til konsistent beregnede resultater, bare for spesielle unntakstilfeller av felt som ikke samhandler med partikler: det beskrev godt tilstanden til feltet med den laveste, uexciterte energien til det fysiske vakuumet. Et forsøk på å ta hensyn til eksiterte nivåer og samspillet mellom det elektromagnetiske feltet og elektron-positronfeltet førte til de samme divergensene.
Det andre gjennombruddet ble oppnådd mot å forklare sterke interaksjoner. Kvantekromodynamikk ble skapt, som i stor grad ble bygget i analogi med kvanteelektrodynamikk. Kvantekromodynamikk introduserte ideen om grunnleggende underpartikler - kvarker, fra hvilke komplekse partikler - multipletter - er bygget. Konstruksjonen av kvantekromodynamikk antydet to grunnleggende ideer som senere dannet grunnlaget for et program for å forene ulike typer fysiske interaksjoner. Den første ideen gjorde det mulig å introdusere konseptet med en effektiv ladning avhengig av interaksjonsavstanden (ideen om asymptotisk frihet). Den andre var at enhver objektiv teori må være invariant med hensyn til måletransformasjoner, dvs. må være en teori om målefelt av en spesiell type - de såkalte ikke-abiske målefeltene.
På 70-tallet ble det gjort fremskritt mot å forene svake og elektromagnetiske interaksjoner til en teori om elektrosvak interaksjon. Det "demokratiske" prinsippet om forening var basert på konstruksjonen av to multipletter. En av dem tilsvarte de gruppeteoretiske egenskapene til leptoner (elektroner, myoner, nøytroner og tilsvarende antipartikler), den andre forente mellomvektorpartikler (fotoner og W-mesoner) som bærer interaksjonen mellom leptoner. Det var i konstruksjonen av en enhetlig teori om elektrosvake interaksjoner at det veiledende prinsippet for syntesen av ulike interaksjoner ble funnet - prinsippet om lokal symmetri.
Globale symmetrier forstås vanligvis som interne symmetrier av interaksjoner som ikke er avhengig av posisjon i rom og tid. Bruken av globale symmetrier har vist seg å være spesielt effektiv i teorien om kvarkinteraksjon ("åttedelt bane"). Lokal symmetri etterlater de karakteristiske funksjonene til feltene identiske under kontinuerlig overgang fra punkt til punkt. Prinsippet om lokal symmetri har bygget en bro mellom dynamiske symmetrier og rom og tid. De fysiske konsekvensene av lokal symmetri er eksistensen av masseløse partikler som tjener som bærere av interaksjon, og bevaring av partikkelens ladning, som karakteriserer styrken til interaksjon med denne bæreren.
Ideen om lokal symmetri ble supplert med den andre grunnleggende viktige ideen om spontan symmetribrudd. Grovt sett, hvis den første ideen gjorde det mulig å finne den gruppeteoretiske enheten til to typer interaksjoner, så gjorde den andre det mulig å forklare forskjellene som oppstår mellom dem under visse fysiske forhold. Spontan symmetribrudd assosiert med en spesiell tilstand av feltet (dannelse av et Bose-kondensat) skulle ha ført til oppkomsten av faktisk observerbare partikkelmasser, ladninger og separasjon av interaksjoner. For å gi en teoretisk forklaring på disse komplekse prosessene ble Higgsteorien utviklet.
Til slutt kan man ikke unngå å nevne den alvorlige fremgangen i det gamle problemet med renormalisering av masser og ladninger (kampen mot divergenser). På veien til samlende interaksjoner viste dette problemet seg å være lettere å takle. Til slutt ble en generell teori om renormaliseringer utviklet - teorien omsjoner, som avslørte avhengigheten av interaksjonskonstanten av interaksjonsradiusen.
Alle disse strømmene av utvikling av teoretisk tanke førte til en ny forening - en enhetlig teori om elektrosvake og sterke interaksjoner - vanligvis kalt den store foreningen. Denne teorien, som i hovedsak inkorporerer alle hovedresultatene fra elementær partikkelfysikk, er basert på syntesen av nye fysiske prinsipper (prinsippet om målefelt, prinsippet om lokal symmetri sammen med ideen om spontant brutt symmetri) og den nye status forsjoner. Moderne fysikk har åpnet store muligheter for et nytt avgjørende skritt i syntesen av interaksjoner. Forut er foreningen av tyngdekraften med andre typer interaksjoner (superforening). «Å forene alle interaksjoner til en superforening», skriver A.B. Migdal, «vil i prinsippet bety evnen til å forklare alle fysiske fenomener fra et enkelt synspunkt. I denne forstand kalles fremtidsteorien Theory of Everything."
Programmet for forening av fysikk stimulerte metodisk interesse for analyse av forhold mellom fysiske teorier, kalt interteoretisk. For tiden er fem typer interteoretiske relasjoner kjent.
Generalisering er prosessen med å generalisere fysiske teorier, som et resultat av at det er mulig å beskrive en klasse av fysiske fenomener på en mer enhetlig måte sammenlignet med tidligere formuleringer (varianter) av teorien. Generalisering av fysiske teorier forutsetter alltid en endring i matematisk formalisme, som ikke bare utvider omfanget av teorien, men også lar oss identifisere nye mønstre og oppdage en mer "subtil" struktur av den fysiske virkeligheten.
Reduksjon, som, som et spesifikt forhold mellom teorier, er gjenstand for langvarig metodologisk debatt. I en bred filosofisk forstand er reduksjon forstått som muligheten for å redusere (eller utlede) lovene (egenskapene) til et komplekst objekt til lovene (egenskapene) til dets bestanddeler. Det er i denne forbindelse de mest heftige filosofiske diskusjonene om forholdet mellom biologi og fysikk, kjemi og fysikk finner sted. Spørsmålet om å redusere fysiske teorier er imidlertid snevrere og mer spesifikt. I denne spesifikke betydningen fremstår reduksjon som et logisk forhold mellom to teorier, hvorav den ene er det ideologiske og konseptuelle grunnlaget for å utlede den andre. Så kan vi si at den første teorien er en grunnleggende (fundamental) teori, og den andre er en reduserbar (fenomenologisk) teori.
Asymptotiske relasjoner er avgjørende for å forstå kontinuiteten i utviklingen av fysiske teorier. Essensen av disse relasjonene er at de uttrykker de begrensende overgangene av teorier til hverandre. Begrepet "asymptotisk" (grense) indikerer den spesielle ikke-deduktive karakteren av forbindelsen mellom fysiske teorier. Asymptotiske relasjoner kan ikke reduseres verken til generaliseringer (generaliseringer) eller til reduksjon. Asymptotiske overganger kommer tydeligst til uttrykk i forbindelsene mellom grunnleggende teorier knyttet til ulike nivåer av fysisk virkelighet.
Ekvivalente relasjoner tilbyr likhet av teoretiske beskrivelser av den samme objektive virkeligheten. Ekvivalensrelasjonen skjuler en dyp dialektisk motsetning i forbindelsene mellom teori og empiri, som i antinomisk form kan uttrykkes som «forskjell mellom det identiske» eller «det forskjelliges identitet». Denne skjulte dialektikken av ekvivalente beskrivelser fører til svært tvetydige vurderinger av deres rolle i vitenskapelig kunnskap. Absoluttisering av forskjeller fører faktisk til fornektelse av selve muligheten for ekvivalens av teoretiske beskrivelser. Absolutiseringen av identitet fører til den andre ytterligheten: til anerkjennelsen av deres konvensjonalitet, muligheten for et rent betinget valg av fysiske teorier.
Oversettelse er en heuristisk og svært vanlig teknikk for å overføre ideer, metoder, modeller fra en teori til en annen. Et spesielt tilfelle av oversettelse er bruken av analogier.
Til slutt syntese, som er en heuristisk form for å kombinere forskjellige teorier, deres opprinnelige prinsipper eller formalismer, noe som resulterer i en ny teori. Syntese kan ikke reduseres til en mekanisk forening av teorier, men er alltid basert på nye konstruktive ideer som gjør det mulig å kombinere allerede kjente prinsipper og formalismer i en enkelt tilnærming. Et klassisk eksempel på syntese er etableringen av kvanteelektrodynamikk. Moderne forenende teorier oppsto også langs syntesens veier, selv om relasjonene til generalisering og oversettelse av fysiske ideer også ble aktivt brukt under opprettelsen.
Tilstedeværelsen av interteoretiske relasjoner antyder at det ikke er noe uoverkommelig gap mellom forskjellige fysiske teorier, at fysikk ikke er et konglomerat av teorier, men tvert imot et teoretisk system i utvikling. Hver teori inntar en helt spesifikk plass i dette systemet og er forbundet med andre teorier gjennom interteoretiske forhold. Dens ideer, i større eller mindre grad, kan lånes fra andre teorier (oversettelse en fysisk teori kan være en generalisering eller spesifikasjon av en annen teori, være en av de tilsvarende beskrivelsene, være en reduksjon eller en asymptotisk tilnærming, eller oppstå); som et resultat av syntesen av flere teorier. Dermed har systemet med fysiske teorier en svært kompleks struktur. Denne strukturen avslører en "subtil" dialektikk av enhet og forskjell, den manifesterer seg forskjellig på forskjellige nivåer av den fysiske beskrivelsen av virkeligheten. I arbeidet til N.P. Konopleva er fire slike nivåer identifisert: 1) grunnleggende generelle prinsipper; 2) matematiske apparater; 3) teoretiske modeller; 4) eksperimentere. Overgangen fra det første nivået til det fjerde tilsvarer konkretiseringen av fysiske utsagn, og omvendt, når man går opp fra empiriske beskrivelser til grunnleggende prinsipper, øker abstraktheten og generaliteten til utsagn. Denne ordningen bør tilsynelatende avklares, siden enda mer generelle enn de grunnleggende prinsippene vil være utsagn av metateoretisk karakter, d.v.s. generelle lover for strukturen til fysiske teorier, modeller for fysiske teorier, etc.
Nå blir det klart at graden av likhet (fellesskap) og forskjeller mellom fysiske teorier avhenger av abstraksjonsnivået til analysen av disse teoriene, dvs. teorier kan falle sammen i grunnleggende prinsipper, men avvike i matematisk formalisme, modeller osv. de kan være basert på den samme matematiske formalismen, men avvike i andre spesifikasjonsnivåer av fysiske utsagn. Selvfølgelig er det en velkjent forskjell mellom klassiske og kvanteteorier. Men hvis vi begrenser oss til en komparativ analyse av deres matematiske formalisme, vil vi se mye til felles her. Faktisk kan den lagrangske formalismen, som legemliggjør klassiske teorier, ekstrapoleres inn i feltet kvanteteorier gjennom passende generalisering. Dessuten jevnes denne forskjellen ut på nivå med grunnleggende generelle prinsipper, for eksempel symmetri og invarians.
På nivå med matematiske formalismer kan man se forskjellen mellom dynamiske og gruppeteoretiske teorier. Førstnevnte beskriver samspillet mellom objekter, formulerer bevegelsesligninger i differensial eller integral form, sistnevnte fungerer som en teori om invarianter av fysiske mengder, de formulerer tilsvarende gruppeteoretiske transformasjoner av fysiske mengder, reglene for å finne invarianter av teorien . På det metateoretiske nivået viser det seg imidlertid at hver dynamisk teori kan sammenlignes med en tilsvarende gruppe, og på dette nivået er den alternative motsetningen til disse teoriklassene eliminert. Følgelig fremstår det som på ett analysenivå av en teori som spesifikt, kvalitativt originalt, på et annet nivå mer abstrakt, som enhetlig og generelt.
Denne situasjonen kan forklares med en analogi. Så for eksempel blir vegetarianere og kjøttetere vanligvis betraktet som antipoder, men fra et mer generelt synspunkt er de alle identiske som folk som spiser mat.
Tilsynelatende gjenstår det fortsatt en dyp grunnleggende forskjell (på nivået av matematiske formalismer) mellom sannsynlighetsstatistiske og strengt deterministiske teorier. Men i lys av nyere forskning på teorien om merkelige attraktorer, ser dette alternativet ut til å være rystet, fordi det var mulig å vise at strengt dynamiske systemer (strengt bestemt) kan oppføre seg på nøyaktig samme måte som sannsynlighetssystemer.
De mest generelle byggesteinene i fysisk vitenskap er dens grunnleggende prinsipper. Disse inkluderer kausalitetsprinsippet (på grunn av sekvensiell overføring av fysisk interaksjon fra punkt til punkt, dvs. kortdistansehandling), ekstreme prinsipper, samt prinsippene for symmetri og invarians. Den siste klassen av prinsipper spiller en spesielt viktig rolle i konstruksjonen av fysiske teorier. E. Wigner kaller dem superprinsipper. Faktisk, hvis en fysisk lov etablerer en viss identitet (uniformitet) i en klasse av fenomener, så etablerer prinsippet om invarians allerede uniformitet i en klasse av fysiske lover, dvs. noe av deres identitet i forhold til matematiske transformasjoner (oversettelser, forskyvninger, rotasjoner osv. i fysisk rom og tid). «Det er overgangen fra ett nivå til et annet, høyere,» skriver E. Wigner, «fra fenomener til naturlovene, fra naturlovene til symmetri, eller prinsippene for invarians, som representerer det jeg kaller hierarkiet. av vår kunnskap om verden rundt oss.»
De siste tiårene har det skjedd en "stille" revolusjon i fysikk, assosiert med en viss revaluering av symmetriprinsippene. Det ble vanligvis antatt at det viktigste for å konstruere en fysisk teori var bevaringen av symmetrien til fysiske egenskaper. Men det viste seg at brudd på symmetrityper er av ikke mindre heuristisk betydning. Oppdagelsen av fenomenet ødelagt symmetri førte til et betydelig gjennombrudd i utviklingen av elementær partikkelfysikk.
Formalismen til de lagrangske og hamiltonske typene har ikke mindre generalitet enn de grunnleggende fysiske prinsippene. Sammen med tillegg av noen ekstreme prinsipper, kan det brukes til å beskrive en bred klasse av fysiske objekter (partikler, strømmer, felt, etc.).
Går vi ned på et mer spesifikt nivå av teoretiske beskrivelser i fysikk, finner vi her isolerte, kvalitativt forskjellige fundamentale teorier. Konseptet med en fundamental teori inkluderer vanligvis to kjennetegn: For det første er en fundamental teori ikke deduserbar og kan ikke reduseres til en annen teori, og har en uavhengig status; for det andre er den universell, som betyr at den er anvendelig til å beskrive en bred klasse av fenomener som på ingen måte er av samme type og ikke er isomorfe med hverandre.
Grunnleggende teorier inkluderer klassisk mekanikk, statistisk mekanikk, klassisk elektrodynamikk, spesiell relativitetsteori og kvantemekanikk. Basert på disse grunnleggende teoriene kan deres hybrider og avledede former oppstå gjennom syntese: relativistisk klassisk mekanikk, relativistisk elektrodynamikk, kvanteelektrodynamikk, den enhetlige teorien om elektrosvake og sterke interaksjoner, etc. Dermed kan vi snakke om eksistensen av elementære (initielle) og syntetiske (avledede) grunnleggende teorier.
Grunnleggende teorier er knyttet til den fysiske virkeligheten ved hjelp av spesielt utvalgte teoretiske modeller. Hver grunnleggende teori er omgitt av en rekke spesielle teorier som spesifiserer det grunnleggende beskrivelsesskjemaet i forhold til en viss klasse av modeller. Fundamental teori har en tendens til å utvikle seg ikke bare når det gjelder spesifikasjon (som gir opphav til en familie av spesielle teorier), men også når det gjelder ytterligere generalisering. I dette tilfellet begynner den grunnleggende fysiske teorien å nærme seg den matematiske teorien i sin form. Dette er hvordan Lagranges analytiske mekanikk, Dirac-operatørformuleringen av kvantemekanikk, teorien om målefelt osv. oppstår.
Sammen med grunnleggende og spesielle teorier i fysikk, er det også nødvendig med hjelpeteorier for å løse de matematiske problemene og transformasjonene som oppstår i løpet av utviklingen av fysiske teorier. Hjelpe-teorier inkluderer renormaliseringsteorier, perturbasjonsteori, selvkonsistent feltmetode (Hartree-Fock-metoden), etc.
Dermed avsløres et ganske komplekst nettverk av forbindelser mellom fysiske teorier. Den støttende strukturen til hele fysikkens byggverk er representert av grunnleggende prinsipper og universelle matematiske formalismer. Mellom etasjene i bygningen er det mange "trapper", "passasjer", "bærekonstruksjoner" etc.
Identifiseringen av generelle mønstre i strukturen og utviklingen av fysiske teorier lar oss reise spørsmålet om muligheten for en generell formalisert tilnærming til konstruksjonen av fysiske teorier. Og slike tilnærminger finnes allerede i moderne teoretisk fysikk. Det første emnet for forskningen deres er en rekke fysiske teorier, derfor er de i prinsippet metateoretiske og representerer det øvre nivået i fysikkens utvikling.
En av de interessante tilnærmingene utviklet av Yu.I. Kulakov ble kalt teorien om fysiske strukturer. I denne teorien er det en abstraksjon fra de primære (og udefinerbare i prinsippet, ifølge forfatteren) begreper og modeller av fysiske teorier (som bølge, partikkel, strøm osv.) og fokus på relasjonene som eksisterer mellom fysiske gjenstander. Distraksjon fra den "interne" naturen til et fysisk objekt, å presentere det som en "svart boks" er prisen som må betales for å avsløre den strukturelle enheten til fysiske teorier. Hovedoppgaven til teorien om fysiske strukturer er å finne en generell symmetri i relasjonene til de tilsvarende settene med objekter, kalt fenomenologisk symmetri. Det første settet med analyse er en empirisk matrise, hvis elementer er hentet fra målinger av to klasser av objekter. En begrensning pålegges forholdet mellom matriseelementer, som kommer til uttrykk i eksistensen av en viss funksjonell avhengighet, hvis type ikke avhenger av valget av målte objekter fra de opprinnelige klassene. Dette er prinsippet om fenomenologisk symmetri. Begrensning av en bestemt type funksjonell avhengighet (dens likhet til null) fører til utformingen av en fysisk lov.
Således, gjennom analysen av typen fenomenologisk symmetri, kommer vi til oppdagelsen av fysikkens grunnleggende lover, og fysikken som helhet vil være representert av ulike fysiske strukturer.
Den analyserte teorien er ikke anvendelig for alle grener av fysikk og har en rekke grunnleggende innvendinger med tanke på dens reelle gjennomførbarhet. Dens verdi ligger imidlertid i det faktum at den åpner for en ny, ukonvensjonell måte å konstruere fysiske teorier "ovenfra" og understreker fysikkens dype strukturelle enhet.
En annen metateoretisk tilnærming, utviklet av G.A. Zaitsev, er basert på ideene om å forene geometriske teorier i "Erlangen-programmet". Denne tilnærmingen kalles den generelle teorien om fysiske teorier, hvis viktigste og definerende kjennetegn foreslås å være den tilsvarende grunnleggende gruppen.
I den generelle teorien om fysikalske teorier velges et sett med fysiske teorier som har felles invariantgruppeegenskaper og som samtidig er forskjellige i en gruppeparameter. Fundamentale grupper (som representerer disse teoriene) må kobles sammen ved passasje til grensen. De begrensende parametrene til gruppen (for eksempel lysets hastighet c) og metoden for å passere til grensen vil bestemme den tilsvarende fysiske teorien.
Den gruppeteoretiske tilnærmingen til konstruksjonen av fysiske teorier er imidlertid klart utilstrekkelig, den gjør det ikke mulig å skille noen vesentlige trekk ved fundamentalt forskjellige teorier. For eksempel representerer den samme galileiske gruppen både ikke-relativistisk klassisk mekanikk og ikke-relativistisk kvantemekanikk. Derfor er det videre stadiet i utviklingen av den generelle teorien om fysiske teorier assosiert med syntesen av gruppeteoretiske og algebraiske representasjoner, dvs. med algebraisering av den generelle teorien om fysiske teorier.
Grunnleggende i den algebraiske tilnærmingen er begrepet algebra av observerbare, som er definert av et system med algebraiske operasjoner og identitetsrelasjoner på settet av observerbare (generaliserte koordinater og momenta for ikke-klassiske teorier, hermitiske operatorer for kvanteteorier).
Lie-algebraer og Lie-grupper fungerer som det matematiske apparatet til det algebraiske skjemaet til den generelle teorien om fysiske teorier. Den generelle strukturen til en bestemt fysisk teori, bestemt ved overgang til grensen, spesifiseres av egenskapene til algebraen av observerbare, og den grunnleggende gruppen karakteriserer de invariante egenskapene til dynamiske ligninger og med dens hjelp blir tolkningen av individuelle observerbare avklart.
Mulighetene til den algebraiske teorien om fysiske teorier bør selvfølgelig ikke vurderes som oppdagelsen av en universell algoritme for å konstruere fysiske teorier. Denne tilnærmingen har også en rekke grunnleggende vanskeligheter, men den gjør det absolutt mulig å se det som tidligere gikk upåaktet hen - fysikkens systemiske enhet, den dype forbindelsen mellom formalismene til grunnleggende fysiske teorier.
Til nå har fysikk utviklet seg på en tradisjonell måte, som kan kalles "babylonsk": fra individuelle fakta og avhengigheter til konstruksjonen av fysiske teorier som historisk sett så ut som urelaterte eller til og med motsatte av hverandre. Den andre måten, som kan kalles "gresk", starter i utgangspunktet fra noen generelle abstrakte matematiske egenskaper til mange fysiske teorier. Den første veien innebærer en oppstigning fra det spesielle til det generelle, den andre - opprettelsen av et universelt konstruktivt skjema av fysiske teorier og fra det - en nedstigning (gjennom konkretisering og tolkning) til individuelle fysiske teorier. Den første veien har gitt oss alt vi har innen fysikk den andre veien har så langt bare belyst det som allerede er oppnådd med nytt lys. Det er mulig at vanskelighetene på den "greske" veien vil vise seg å være enda dypere enn de vi møtte på den "babylonske" veien, men den heuristiske verdien av de utviklede metateoretiske tilnærmingene ligger først og fremst i det faktum at de tillater oss å identifisere den indre enheten av fysiske teorier og presentere fysikk som et system av fysiske teorier.
Enhver ny fysisk teori har på en måte et potensielt grunnlag i et allerede eksisterende system av fysiske teorier. Analyse av et komplekst nettverk av fysiske teorier gjør at man kan komme med visse spådommer om strukturen til en mulig ny teori, lik hvordan Mendeleevs periodiske system gjorde det mulig å forutsi kjemiske grunnstoffer som ennå ikke var oppdaget empirisk. Sammenhengene mellom nye teorier og eksisterende kan karakteriseres som interteoretiske sammenhenger, d.v.s. som oppstår på veien til syntese, generalisering, asymptotisk tilnærming av eksisterende teorier. I lys av ovenstående blir det mer klart at moderne fysikk ikke har fulgt veien med å finne opp en "gal" teori forutsagt av N. Bohr, men langs veien for å forene og generalisere kjente teorier.
Den nye post-ikke-klassiske enheten av fysikk kan karakteriseres som en systemisk enhet, og fysikk som helhet kan betraktes som et system av fysiske teorier. I sin organisasjon ligner den sterkt på biologiske systemer, for eksempel biogeocynoser. Faktisk er det deres egne typer og familier av teorier, forholdet mellom genotypen (abstrakt formalisme) og fenotypen (dens spesifikke legemliggjørelser og tolkninger) som er karakteristisk for strukturen til teorier. Den nye teorien arver noen trekk ved foreldreteoriene og oppstår underveis i deres "kryssing". Systemet som helhet er i konstant utvikling, noe som gir opphav til nye "typer" fysiske teorier. Et vesentlig trekk ved et system av fysiske teorier er dets høye tilpasningsevne til den fysiske virkeligheten. Det er takket være denne tilpasningsevnen, hvis røtter næres av aktiviteten til det menneskelige sinn, at et relativt begrenset nettverk av teorier er i stand til å fiske ut den nødvendige informasjonen fra det endeløse havet av objektiv virkelighet. "Sinnets list" blir tilstrekkelig til å forstå den uendelige kompleksiteten til verden rundt oss.
Litteratur
Migdal A.B. Fysikk og filosofi // Problemstillinger. filosofi. 1990, nr. 1. S. 24.
Stepin V.S. Vitenskapelig kunnskap og verdier av teknogene sivilisasjoner // Problemer. filosofi. 1989, nr. 10. S. 18.
Se: Weinberg S. Ideologisk grunnlag for en enhetlig teori om svake og elektromagnetiske interaksjoner // UFN. 1980. T. 132, Utgave. 2; Glashow S. På vei mot en enhetlig teori - tråder i et billedvev // Fysisk. 1980. T. 132, Utgave. 2.
Se: Bogolyubov N.N., Shirkov D.V. Renormaliseringsgruppe? Det er veldig enkelt // Naturen. 1984, nr. 6.
Se: Salam A. Gauge forening av fundamentale krefter // Phys. 1980. T. 132, Utgave. 2.
Se: Gendenshtein L.E., Krive I.V. Supersymmetri i kvantemekanikk // Fysisk. 1985. T. 146, utgave. 4; Berezinsky V.S. Unified gauge teorier og ustabil proton // Nature. 1984, nr.
Migdal A.B. Fysikk og filosofi // Problemstillinger. filosofi. 1990. nr. 1, s. 25.
Se: Nagel E. Vitenskapens struktur. New York, 1961; Tisza L. The logical Structure of Physics // Boston Studies the Philosophy of Science. Dordrecht, 1965; Bunge M. Fysikkfilosofi. M., 1975.
Konopleva N.P. Om fysiske teoriers struktur // Gruppeteoretiske metoder i fysikk: Proceedings of the international seminar. Zvenigorod, 28.–30. november 1979. T. 1. M., 1980. S. 340.
Se: Merkelige attraksjoner. M., 1981.
Wigner E. Studier om symmetri. M., 1971. S. 36.
Se: Kulakov Yu.I. Elementer i teorien om fysiske strukturer (tilføyelse av G.G. Mikhailichenko). Novosibirsk 1968; hans egen. Struktur og et enhetlig fysisk bilde av verden // Vopr. filosofi. 1975, nr 2.
Se: Zaitsev G.A. Algebraiske problemer i matematisk og teoretisk fysikk. M., 1974; hans egen. Algebraiske fysikkstrukturer // Fysisk teori. M., 1980.
Se: Illarionov S.V. Om noen trender i moderne forskning om metodikk for teoretisk fysikk // Fysisk teori. M., 1980.