W tym ujęciu fizyka teoretyczna nie wynika z „doświadczenia”, ale jest niezależną metodą badania Natury. Jednak obszar jej zainteresowań kształtuje się naturalnie, biorąc pod uwagę wyniki eksperymentu i obserwacje.
Fizyka teoretyczna nie bierze pod uwagę pytań typu „dlaczego matematyka powinna opisywać naturę?” Jako postulat przyjmuje, że z jakiegoś powodu opis matematyczny Zjawiska naturalne okazuje się niezwykle skuteczny i bada konsekwencje tego postulatu. Ściśle mówiąc, fizyka teoretyczna bada nie właściwości samej przyrody, ale właściwości proponowanych modeli matematycznych. Ponadto fizyka teoretyczna często bada dowolne modele „samodzielnie”, bez odniesienia do konkretnych zjawisk naturalnych.
Teoria fizyczna
Produkty fizyki teoretycznej są teorie fizyczne. Ponieważ fizyka teoretyczna działa w szczególności z modelami matematycznymi, niezwykle ważnym wymaganiem jest matematyczna spójność ukończonej teorii fizycznej. Druga obowiązkowa właściwość, która wyróżnia Fizyka teoretyczna z matematyki, to zdolność uzyskania w ramach teorii przewidywań dotyczących zachowania się Natury w określonych warunkach (czyli przewidywań dla eksperymentów) oraz, w tych przypadkach, gdy znany jest już wynik eksperymentu, zgodzić się z eksperymentem.
Powyższe pozwala nam zarysować struktura ogólna teoria fizyczna. Powinien zawierać:
- opis zakresu zjawisk, dla których budowany jest model matematyczny,
- definiowanie aksjomatów model matematyczny,
- dopasowanie aksjomatów (przynajmniej niektórych) obiekty matematyczne obserwowalne obiekty fizyczne,
- bezpośrednie konsekwencje aksjomatów matematycznych i ich odpowiedników w prawdziwy świat, które są interpretowane jako przewidywania teorii.
Z tego jasno wynika, że stwierdzenia takie jak „a co, jeśli teoria względności jest błędna?” są bez znaczenia. Teoria względności, jak teoria fizyczna, spełniający niezbędne wymagania, już PRAWDA. Jeśli okaże się, że w niektórych przewidywaniach nie zgadza się to z eksperymentem, to znaczy, że nie ma to zastosowania do rzeczywistości w tych zjawiskach. Wymagane wyszukiwanie nowa teoria, i może się zdarzyć, że teoria względności okaże się pewnego rodzaju przypadkiem ograniczającym tę nową teorię. Z teoretycznego punktu widzenia nie jest to katastrofa. Co więcej, obecnie podejrzewa się, że w pewnych warunkach (przy gęstościach energii rzędu Plancka) nic istniejące teorie fizyczne nie będą odpowiednie.
W zasadzie możliwa jest sytuacja, gdy dla tego samego zakresu zjawisk istnieje kilka różnych teorii fizycznych prowadzących do podobnych lub zbieżnych przewidywań. Historia nauki pokazuje, że taka sytuacja ma zazwyczaj charakter przejściowy: prędzej czy później albo jedna teoria okaże się bardziej adekwatna od drugiej, albo okaże się, że te teorie są równoważne (patrz przykład mechaniki kwantowej poniżej).
Budowa teorii fizycznych
Podstawowe teorie fizyczne z reguły nie czerpią z już znanych, ale budowane są od podstaw. Pierwszym krokiem w takiej konstrukcji jest rzeczywiste „odgadnięcie”, na jakim modelu matematycznym należy się opierać. Często okazuje się, że do zbudowania teorii potrzebny jest nowy (i zwykle bardziej złożony) aparat matematyczny, inny niż ten stosowany gdzie indziej w fizyce teoretycznej. To nie kaprys, ale konieczność: zwykle buduje się nowe teorie fizyczne tam, gdzie wszystkie dotychczasowe teorie (czyli te oparte na „zwykłym” sprzęcie) wykazały swoją niekonsekwencję w opisie natury. Czasami okazuje się, że odpowiedniego aparatu matematycznego nie ma w arsenale czystej matematyki i trzeba go wymyślić.
Dodatkowymi, ale opcjonalnymi kryteriami przy konstruowaniu „dobrej” teorii mogą być koncepcje
- „piękno matematyczne”
- „Brzytwa Ockhama”, a także ogólność podejścia do wielu systemów,
- umiejętność nie tylko opisu istniejących danych, ale także przewidywania nowych.
- możliwość redukcji do dowolnego już dobrze znana teoria w którymkolwiek z nich obszar ogólny zastosowanie ( zasada korespondencji),
- możliwość poznania w samej teorii zakresu jej zastosowania. I tak na przykład mechanika klasyczna „nie zna” granic swojego zastosowania, natomiast termodynamika „zna” granicę, w której nie powinna działać.
Przykłady całkowicie nowych teorii fizycznych
- Mechanika klasyczna. To właśnie podczas budowy mechaniki klasycznej Newton stanął przed koniecznością wprowadzenia pochodnych i całek, czyli stworzył rachunek różniczkowy i całkowy.
- Ogólna teoria względności, w której sformułowaniu postuluje się, że pusta przestrzeń ma także pewną nietrywialność właściwości geometryczne i można go opisać metodami geometrii różniczkowej.
- Mechanika kwantowa . Po fizyka klasyczna nie mogłem opisać zjawiska kwantowe podjęto próby przeformułowania samego podejścia do opisu ewolucji układów mikroskopowych. Udało się to Schrödingerowi, który postulował, że każda cząstka jest powiązana nowy obiekt- funkcja falowa, a także Heisenberg, który postulował istnienie macierzy rozpraszania. Jednakże von Neumann znalazł najskuteczniejszy model matematyczny mechaniki kwantowej (teorię przestrzeni Hilberta i operatorów w nich działających) i pokazał, że zarówno mechanika falowa Schrödingera, jak i mechanika macierzowa Heisenberga są jedynie wariantami tej teorii, uzyskanymi poprzez dodanie opcjonalnych słów do teoria. Sformułowanie von Neumanna jest „lepsze” od sformułowań Schrödingera i Heisenberga, ponieważ odrzuca wszystko, co jest zbędne i nieważne.
- Obecnie najwyraźniej jesteśmy o krok od stworzenia kolejnej, całkowicie nowej teorii, M-teorii, która połączyłaby wszystkie pięć skonstruowanych teorii superstrun. Istnienie M-teorii podejrzewano już od dawna, jednak nie udało się jej jeszcze sformułować. Czołowy specjalista w tej dziedzinie E. Witten wyraził pogląd, że nie wynaleziono jeszcze aparatu matematycznego niezbędnego do jego zbudowania.
Fundacja Wikimedia. 2010.
Zobacz, co „teoria fizyczna” znajduje się w innych słownikach:
TEORIA SUPERSTRON, teoria fizyczna próbująca wyjaśnić właściwości CZĄSTEK ELEMENTARNYCH i ich interakcje. Łączy TEORIĘ KWANTÓW i TEORIĘ WZGLĘDNOŚCI, zwłaszcza w wyjaśnianiu siły nuklearne i grawitacja (patrz PODSTAWY... ... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny
Teoria względności Einsteina- teoria fizyczna uwzględniająca właściwości czasoprzestrzeni procesy fizyczne. Właściwości te zależą od pól grawitacyjnych w danym obszarze czasoprzestrzeni. Teoria opisująca właściwości czasoprzestrzeni w przybliżeniu, gdy... ... Koncepcje nowoczesne nauki przyrodnicze. Glosariusz podstawowych terminów
TEORIA WZGLĘDNOŚCI- teoria fizyczna, której głównym znaczeniem jest stwierdzenie: w świat fizyczny wszystko dzieje się dzięki strukturze przestrzeni i zmianom jej krzywizny. Istnieją prywatne i ogólna teoria względność. U źródła prywatna teoria,… … Filozofia nauki: Słownik podstawowych terminów
Teoria superstrun Teoria… Wikipedia
Teoria, która uwzględnia wszystkie rodzaje wibracji i abstrahuje od nich charakter fizyczny. W tym celu wykorzystywane jest urządzenie rachunek różniczkowy. Spis treści 1 Wibracje harmoniczne... Wikipedii
CHEMIA FIZYCZNA- CHEMIA FIZYCZNA, „nauka wyjaśniająca na podstawie przepisów i eksperymentów powód fizyczny tego, co dzieje się poprzez działanie chemiczne operacje w złożone ciała" Tę definicję podał pierwszy fizykochemik M.V. Łomonosow w kursie przeczytanym ...
Sfera kultury fizycznej działania społeczne, mające na celu zachowanie i wzmocnienie zdrowia, rozwój zdolności psychofizycznych człowieka w procesie świadomym aktywność silnika. Kultura fizyczna część kultury... ... Wikipedia
KULTURA FIZYCZNA- KULTURA FIZYCZNA. Spis treści: I. Historia F. k............ 687 II. System radzieckiego F. K.............. 690 „Gotowi do pracy i obrony”............. F. K. w procesie produkcyjnym....... .. 691 F.K. i obrona ZSRR........... 692 F ... Wielka encyklopedia medyczna
Teoria katastrof jest gałęzią matematyki obejmującą teorię bifurkacji równania różniczkowe (systemy dynamiczne) i teoria osobliwości gładkich odwzorowań. Terminy „katastrofa” i „teoria katastrofy” zostały wprowadzone przez René Thoma i… ... Wikipedię
Idea świata i jego procesów, opracowana przez fizykę w oparciu o badanie empiryczne i teoretyczne zrozumienie. Fizyczny obraz świata podąża za rozwojem nauki; Początkowo opierał się na mechanice atomu (atomizmie), później na... Encyklopedia filozoficzna
Fizyka współczesna jest niezwykle rozbudowaną gałęzią wiedzy i w oparciu o pewne kryteria dzieli się ją na szereg działów. Na przykład, zgodnie z przedmiotami badań, wyróżnia się fizykę cząstki elementarne, jądro atomowe, fizyka atomowa, fizyka molekularna, fizyka ciała stałe, cieczy i gazów, fizyka plazmy i fizyka ciał kosmicznych.
Fizykę można podzielić ze względu na procesy lub formy ruchu badanej materii: ruch mechaniczny; ruch termiczny; procesy elektromagnetyczne; zjawiska grawitacyjne; procesy spowodowane silnymi i słabe interakcje. Podział fizyki ze względu na badane procesy pokazuje, że we współczesnej fizyce mamy do czynienia nie z odrębnym zbiorem wielu niepowiązanych lub prawie niezwiązanych ze sobą praw, ale z niewielką liczbą podstawowych praw lub podstawowych teorii fizycznych obejmujących rozległe obszary zjawisk. W tych teoriach w najbardziej kompletny i forma ogólna obiektywne procesy w przyrodzie znajdują odzwierciedlenie.
Teoria fizyczna jest jednym z elementów systemu wiedza metodologiczna, Ten kompletny system wiedza fizyczna, który w pełni opisuje pewien zakres zjawisk i jest jednym z elementów strukturalnych fizycznego obrazu świata.
Do podstawowych teorii typu dynamicznego zalicza się: klasyczną mechanikę Newtona, mechanikę kontinuum, termodynamika, makroskopowa elektrodynamika Maxwella, teoria grawitacji. DO teorie statystyczne obejmują: klasyczną mechanikę statystyczną (lub bardziej ogólnie - fizyka statystyczna), mechanika kwantowa, statystyka kwantowa, elektrodynamika kwantowa i relatywistyczne teorie kwantowe z innych dziedzin.
Szkolny kurs fizyki jest zbudowany wokół cztery podstawowe teorie fizyczne: mechanika klasyczna, teoria kinetyki molekularnej, elektrodynamika, teoria kwantowa. Rdzeń teoretyczny kurs szkolny Fizyka ucieleśnia cztery wskazane podstawowe teorie, specjalnie przystosowane do zajęć szkolnych. Dzięki temu możliwe jest określenie ogólnych kierunków kursu fizyki w postaci linii dydaktycznych i metodologicznych, a następnie uformowanie całego materiału wokół tych linii. Takie uogólnienie materiał edukacyjny pozwala uczniom rozwinąć odpowiednie wyobrażenia na temat konstrukcji współczesna fizyka, a także wdrożenie teoretycznej metody nauczania.
Uogólnienie materiałów edukacyjnych ma na celu zapewnienie wysokiej jakości asymilacji systemu wiedzy, tj baza naukowa wykształcenie ogólnopolitechniczne, aby zapewnić efektywność proces edukacyjny oraz głębokie i integralne postrzeganie określonej dziedziny wiedzy; o kształtowaniu i rozwoju twórczego, naukowego i teoretycznego sposobu myślenia.
Na podstawie pracy V.F. Efimenko V.V. Multanovsky zidentyfikował, co następuje elementy konstrukcyjne teoria fizyczna: podstawy, rdzeń, konsekwencje i interpretacje.
Uogólnianie na poziomie teorii fizycznej na szkolnym kursie fizyki przebiega zgodnie z etapami cyklu wiedza naukowa, różniących się od uogólnień na poziomie koncepcji i prawa w ujęciu objętościowym: materiały całej części kursu należy pogrupować wokół rdzenia teorii. Zastosowanie uogólnień na poziomie teorii rozwiązałoby problem uogólniania wiedzy. Stosowanie uogólnień w kursie szkolnym na poziomie teorii podstawowych napotyka jednak szereg trudności. Polegają one głównie na niespójności wiedza matematyczna studenci złożonej aparatury matematycznej stosowanej w teoriach fizycznych. Wynika z tego, że na potrzeby zajęć szkolnych teoria fizyczna powinna być specjalnie skonstruowana jako system edukacji wiedza, która ma strukturę uogólnienie teoretyczne zgodnie z prawami wiedzy, rozwiązując ograniczony, ale wystarczający okrąg za pomocą elementarnych środków specyficzne zadania. Jednocześnie podstawowe pojęcia, idee, modele obiektów materialnych i ich interakcje muszą odpowiadać nowoczesny poziom nauki i dostarczają jakościowych wyjaśnień szerokiego zakresu zjawisk fizycznych.
Należy zauważyć, że uogólnienia w różnych sekcjach kursu fizyki w szkole średniej nie są równoważne. Jeśli Mechanika klasyczna przedstawione w klasycznej formie uogólnienia teoretycznego, następnie w części „ Fizyka molekularna» uogólnienia nie obejmują wszystkiego. W szkołach „Elektrodynamika”, „Oscylacje i fale”, „Fizyka kwantowa” nie zidentyfikowano żadnych jąder teoretycznych.
Oznacza to, że strukturę mechaniki klasycznej i teorii kinetyki molekularnej można najpełniej rozważyć w ramach szkolnych zajęć z fizyki. Całkowicie rozwiń strukturę, na przykład w ten sposób podstawowa teoria Jak klasyczna elektrodynamika nie jest możliwe (w szczególności ze względu na niewystarczające umiejętności matematyczne studenta). Studiując fizykę w Liceum Podstawowa teoria fizyczna „mechanika klasyczna” składa się z następujących elementów:
| MECHANIKA KLASYCZNA | |||
| Baza | Rdzeń | Konsekwencje | Interpretacja |
| Podstawa empiryczna: obserwacja zjawisk (ruch ciał, swobodny spadek, wahadłowe...) Modele: mat. punkt, absolutne ciało stałe System pojęć: x, l, s, v, a, m, F, p… Kinematyczne równania ruchu | Prawa: prawa Newtona, abs. telewizja ciała, prawo powszechnego ciążenia. Prawa zachowania: ZSE, ZSI, ZSMI Zasady: działanie dalekiego zasięgu, niezależność działania sił, teoria względności Galileusza. Postulaty: jednorodność i izotropia przestrzeni, jednorodność czasu. Fundusz. fizyczny stałe: grawitacyjne stały | Wyjaśnienie różne rodzaje ruch Rozwiązanie linii prostej i problem odwrotny mechanika Zastosowanie praw w technice (kosmos, samoloty, transport...) Przewidywanie: Odkrycie planet Neptun i Pluton. | Interpretacja podstawowych pojęć i praw. Granice stosowalności teorii: ciała makroskopowe w << C |
Studiując fizykę, należy pamiętać, że istnieją różnorodne powiązania między teoriami fizycznymi, które występują na różnych poziomach. Przejawiają się one przede wszystkim w tym, że istnieją pojęcia wspólne dla wszystkich teorii (prędkość, masa, pęd itp.), prawa ogólne (prawo zachowania energii-pędu). Powiązania pomiędzy teoriami realizowane są także na poziomie ogólnych zasad fizycznych, które obecnie mają status metodologicznych ogólnych zasad naukowych. Należą do nich zasady korespondencji, komplementarności, symetrii i przyczynowości.
V.N.Guskov
Akceptowane skróty:
CBN to koncepcja bezpośredniego działania zbliżeniowego.
FO - obiekt fizyczny (dowolna formacja fizyczna: pole, cząstka, atom itp.).
Z ogólnego obrazu światopoglądu podmiotu można zidentyfikować szereg idei związanych z naturą fizyczną. Wyrażone w formie szeregu uzgodnionych postanowień, będą reprezentować tę czy inną koncepcję światopoglądową.
Każda fundamentalna teoria fizyczna ma taką filozoficzną podstawę pojęciową.
Dlatego czy nam się to podoba czy nie, fizyka jako nauka teoretyczna zaczyna się nie od wzorów matematycznych, ale od identyfikacji najogólniejszych praw świata fizycznego.
Każda teoria fizyczna jest zbudowana na podstawie świadomych lub intuicyjnych pomysłów jej twórców na temat ogólnej struktury świata fizycznego.
Stanowiska światopoglądowe autorów teorii fizycznej decydują o kształtowaniu się ich poglądów na temat specyfiki konkretnych zjawisk fizycznych i struktury FO. Wszystko dane eksperymentalne są również postrzegane i wyjaśniane z tych pozycji.
Problem w tym, że nie ma związku pomiędzy pojęciowością filozoficznych podstaw fizyki a ich regularnością, ścisłą zgodnością z rzeczywistością fizyczną. Koncepcje filozoficzne mogą (pomimo całej ich zewnętrznej naukowości) być bardzo odległe od rzeczywistości fizycznej. (Z tego powodu fizycy starają się trzymać z daleka od słownictwa filozoficznego).
Niemniej jednak natura ma ogólne podstawowe prawa, a opieranie się na nich jest podstawowym zadaniem fizyki teoretycznej.
Pojęciowe w mechanice Newtona były zapisy dotyczące istnienia korpuskuł fizycznych (cząstek niepodzielnych), ciał składających się z nich oraz pustki wypełniającej przestrzeń pomiędzy nimi. Potwierdzono również natychmiastowość działania pomiędzy odległymi ciałami poprzez pustkę.
Dzięki natychmiastowości działania dalekiego zasięgu zapewniona została jednoczesność działań w interakcji, co umożliwiło dostrzeżenie pojedynczego procesu fizycznego w interakcji.
Z tym wiąże się teoretyczna „realność” koncepcji natychmiastowego działania na odległość. Takie spojrzenie na interakcję pozwoliło na pomyślny rozwój nie tylko mechaniki klasycznej, ale także innych dziedzin nauk fizycznych, w tym powstającej teorii elektromagnetyzmu.
Ten czysto formalna jedność działań w interakcji znajduje odzwierciedlenie w trzecim prawie Newtona. Formalizm tego prawa polega na braku wyjaśnień powodów jedności działania. Po prostu stwierdził fakt zaobserwowanej jednoczesności działań.
W rzeczywistości natychmiastowość działań nie miała bezpośredniego związku z obiektywną współzależnością działań w interakcji, która jest z nimi związana z naturą. Tak naprawdę żadna akcja nie może po prostu nastąpić bez ściśle odpowiadającej jej reakcji.
Ta okoliczność nie pozwala na arbitralne oddzielanie od siebie działań, dostrzeganie w nich odrębnych, niezależnych relacji fizycznych, a zwłaszcza zjawisk. Nie było jednak wówczas jasnych wyobrażeń o współzależności działań, a obserwowaną jednoczesność działań tłumaczono natychmiastowością dalekosiężnego działania poprzez pustkę.
W toku dalszego rozwoju historycznego nastąpiła zmiana w pojęciowych podstawach teorii fizycznej. Koncepcja działania dalekosiężnego poprzez pustkę została zastąpiona przez koncepcja działania dalekosiężnego poprzez środowisko materialne (pośrednik).
We współczesnej fizyce tak zło zwane koncepcją działań krótkiego zasięgu.
Podstawą do powstania nowej koncepcji było założenie Faradaya o istnieniu materii polowej wypełniającej, jak dotychczas sądzono, pustą przestrzeń. Hipoteza ta została później potwierdzona w eksperymentach Hertza. Maxwell dokonując matematycznego sformułowania hipotezy pola Faradaya doszedł do wniosku, że prędkość propagacji procesów fizycznych w środowisku pola jest skończona.
Wszystko położyło to kres koncepcji natychmiastowego, dalekosiężnego działania poprzez pustkę. Należy jednak zaznaczyć, że w tych postępowych poglądach na naturę fizyczną żadnych obiektywnych powodów
odrzucić jednoczesność działań w interakcji.
Wręcz przeciwnie(!), jeśli myślimy logicznie, to fakt materialności przestrzeni powinien prowadzić do wniosku o bezpośrednim (bezpośrednim) kontakcie ciał uprzednio oddzielonych pustką.
Materializacja przestrzeni fizycznej pozwala widzieć ciała fizyczne w ciałach, które wcześniej były od siebie ściśle oddzielone. systemy, Który uwzględnij pola jako brakujące, wcześniej niezauważony i dlatego rzekomo nieobecny, elementy.
Stało się jednak odwrotnie – pola, a raczej procesy w nich zachodzące, były postrzegane jako pośrednicy między obiektami. W procesach materialnych postrzegane jako działania pustka, która wcześniej oddzielała ciała, zmaterializowała się i stała się nie do pokonania bariera za ich bezpośrednią interakcję.
W rezultacie wraz z „pianą mydlaną” o natychmiastowym działaniu dalekiego zasięgu wyrzucono „dziecko” - formalnie poprawne zrozumienie procesu interakcji.
Afirmacja materialnego zapośredniczenia działania doprowadziła do pojawienia się wielu problemów. Zwróćmy uwagę na niektóre z nich.
1. Pole jako pośrednik (nośnik działania) nie może być elementem układu fizycznego: ciało + pole.
Uznając pole za pełnoprawny element systemu, należy uznać, że system bezpośrednio oddziałuje z otaczającymi obiektami, w wyniku czego zaniknie mediacja.
2. Jeśli pole materialne jest „nośnikiem” działania, to całość materię należy podzielić na dwa rodzaje. NA materia, która sama w sobie jest nie mogę działać, ale może dostrzec wpływ- to wszystko są formacje materialne. A w tej kwestii przenosi akcję i ma bezpośredni (!) efekt, ale nie potrafi dostrzec sprzeciwu- to są pola.
Dokładnie w ten sposób wyjaśnia się mechanizm oddziaływania pomiędzy ciałami naładowanymi elektrycznie - pole każdego z nich oddziałuje na inne ciało, ale same pola nie oddziałują ze sobą, choć wydaje się istnieć w tej samej przestrzeni.
3. Prawo interakcji Newtona przestaje „działać”. Działania okazują się ze sobą niepowiązane, ich zbieżność w czasie i przestrzeni jest przypadkowa i nieprzewidywalna.
W rezultacie interakcja jako pełnoprawne zjawisko fizyczne znika z teorii
. (Tylko z teorii(!), w naturze fizycznej był i pozostaje głównym elementem każdego związku fizycznego).
Jak zauważono powyżej, fakt skończonej prędkości propagacji procesów fizycznych jest wykorzystywany jako główny argument przeciwko natychmiastowym działaniom dalekiego zasięgu, a jednocześnie przeciwko realności pełnej interakcji. Jednak w rzeczywistości ten argument nie działa przeciwko interakcji.
Akcja i reakcja w interakcji„równoczesne” nie dlatego, że prędkość ich „rozmnażania się” jest natychmiastowa, ale dlatego, że są one nie tylko nie do pomyślenia bez siebie, ale także naprawdę nie da się wdrożyć na własną rękę .
Każde działanie może nastąpić tylko wtedy, gdy pojawia się reakcja, a ona znika wraz z nią
. Jeśli mówimy o jakiejś sekwencji na początku „wydarzeń”: akcja - reakcja, to tak absolutnie nieobecny.
I nie chodzi o to, że zaczynają się i kończą w tym samym czasie, ale o to, że reprezentują jedna obiektywnie niepodzielna całość (wydarzenie)
, gdzie czas (a także przestrzeń) jest dla nich jednym.
Dlatego idea możliwego sekwencyjnego rozwoju wydarzeń, takich jak: pojawienie się działania – jego rozprzestrzenianie się – realizacja – pojawienie się przeciwdziałania itp. nie prawda. A to, że FO może np. wyemitować foton, który dopiero po pewnym czasie dociera do innego obiektu i wchodzi z nim w kontakt, w tym kontekście nic nie znaczy, gdyż proces ten nie jest działaniem.
Akcja jest nierozerwalnie związana nie tylko z reakcją, ale także z aktywnym przedmiotem, przejaw treści co to jest.
Jeśli więc twierdzimy, że w pewnym momencie czasoprzestrzeni określony obiekt wykonuje działanie, to w konsekwencji jego treść i on sam(!) tam są. Inaczej nie może być!
Z obydwoma oddziałującymi na siebie obiektami istnieje bezpośrednio powiązana strefa czasoprzestrzenna, w której zachodzi „tajemnica” interakcji, wyrażona w transformacji oddziałujących stron
. Obszar ten jest współdzielony i nie można go z nich usunąć.
To. Nie da się utożsamić spójnego rozwoju konkretnego procesu (takiego jak emisja fotonu – jego ruch w przestrzeni materialnej – absorpcja czy odbicie przez inny obiekt) za pomocą pojedynczego działania.
Proces ten może obejmować wiele kolejnych interakcji, ale nie działania.
Postrzeganie tego jako pojedynczej akcji jest możliwe tylko abstrahując od jego konkretnej treści. Naturalnie, takie abstrakcyjne „działanie” nie jest odzwierciedleniem rzeczywistego zjawiska fizycznego i nie można go z nim utożsamiać.
W rzeczywistości działanie jest stroną obiektywnie niepodzielnego pojedynczego procesu interakcji i to, jako zjawisko fizyczne, nie istnieje w przyrodzie.
Wniosek - w kształtowaniu się podstawowego pojęcia współczesnej fizyki teoretycznej (pojęcie działania pośredniego). brak poważnej analizy filozoficznej, na którego konieczność wskazał dalekowzroczny Maxwell.
Powstaje pytanie: czy teoria fizyczna zbudowana na podstawie wewnętrznie sprzecznej koncepcji, która nie odzwierciedla w maksymalnym stopniu rzeczywistości, może być poprawna? Odpowiedź jest oczywista – nie.
Konsekwencje dla fizyki teoretycznej tak nieprofesjonalnego podejścia do kształtowania pojęcia fundamentalnego katastrofalny. W swoich konstrukcjach coraz bardziej oddala się od rzeczywistości, stopniowo zanurzając się w świat czyste abstrakcje.
Przejdźmy teraz do koncepcji akcji bezpośredniej (NDA), która została opisana w jednym z pierwszych artykułów na tej stronie.
Ma także charakter ideologiczny i może zostać wykorzystany jako podstawa do stworzenia teorii fizycznej. Czym różni się od koncepcji omówionych powyżej i jak jest do nich podobny?
Zdaniem autora pozbawiona jest ona szeregu istotnych niedociągnięć swoich poprzedników, a jednocześnie opiera się na tym wszystkim, co racjonalne w nich było.
Z koncepcji natychmiastowego działania na odległość posługuje się twierdzeniem o równości i jednoczesności działań w interakcji, a z koncepcji działania pośredniego twierdzeniem o materialności przestrzeni fizycznej.
Z drugiej strony KNB odmówił uznania pustki za czynnik fizyczny istniejący wraz z materią i idei działania jako niezależnego procesu fizycznego.
W NPP rozwinięto zapis dotyczący równości i jednoczesności działań w interakcji oraz zapis dotyczący materialności przestrzeni fizycznej.
To już tam jest nie akcja, ale interakcję uważa się za elementarny akt każdego procesu fizycznego
. Ujawnia transformacyjna istota interakcji fizycznej.
Ten punkt widzenia na naturę interakcji fizycznej nie jest „wymyślony”, ale powstał jako jedyna możliwa opcja wyjaśnienia mechanizmu ruchu obiektów fizycznych w przestrzeni materialnej.
Okazało się, że przeciwstawne strony interakcji (będące treścią oddziałujących na siebie obiektów) przekształcają się wzajemnie „na swój obraz i podobieństwo”.
W wyniku interakcji między Okręgiem Federalnym jak gdyby zmienić ich treść. A jeśli transformacji ulega cała zawartość obiektu, to zostaje on odpowiednio całkowicie przeniesiony do sąsiedniego obszaru przestrzeni materialnej.
Z kolei zrozumienie interakcja jako proces transformacyjny pociągnęło za sobą zmianę poglądów na temat tego, czym właściwie jest FO.
Okazało się, że jeśli weźmiemy pod uwagę transformacyjny charakter interakcji fizycznej, to nie da się wyobrazić sobie FO jako pewnego rodzaju edukacja merytoryczna kojarzone raz na zawsze z materią konkretną. Co to znaczy?
Oznacza to, że ruch FO w przestrzeni materialnej jest procesem przemieszczania się pewnego stany materii w materii
, a nie materia sama w sobie.
Odpowiednio wszystkie atrybuty właściwe FO(takie jak masa, energia, pęd itp.). nie poruszają się w przestrzeni, ale pojawiają się (i znikają) raz za razem w każdym sąsiadującym punkcie przestrzeni materialnej w trakcie transformacyjnych interakcji.
Pozostaje tylko dodać, że zdaniem CBN absolutna materialność świata fizycznego zakłada nie tylko materialność przestrzeni fizycznej, ale coś więcej, co zapewnia faktyczne przejście pojęcia „przestrzeni” z kategorii definiowania ( fundamentalne) pojęcia do kategorii instrumentów pochodnych.
Przestrzenność staje się sprawiedliwa jakościowy wskaźnik materii(jego własność). Dlatego lepiej jest widzieć nie ważne(jako rodzaj geometrycznego wypełniacza objętościowego) w kosmosie, A materia przestrzenna.
W związku z tym wszystkie wskaźniki geometryczne charakteryzują teraz nie jakąś abstrakcyjną przestrzeń, która istnieje sama w sobie, ale mianowicie materia z właściwością przestrzenności.
Wszystko, co nowe w idei natury fizycznej związanej z transformacyjnym procesem interakcji, jest prawdopodobnie najtrudniejszym do zrozumienia elementem CBN.
Bez wystarczającej świadomości transformacyjnej istoty interakcji fizycznej i wszystkich jej elementów towarzyszących niemożliwe jest zrozumienie CBN jako podstawy teorii holistycznej.
To nie jest pełna wersja NSC.
Pominięto w nim część „drobnych” zapisów i nie zawsze zachowano logiczną kolejność prezentacji materiału.
Nie wspomniano także o jednej z możliwych konsekwencji CBN – hipotezie półkwantowej. (Prawdopodobnie użyjemy go do wyjaśnienia mechanizmu zjawisk elektromagnetycznych i struktury zaangażowanych w nie FO).
Aby uzyskać pełniejsze informacje, zapoznaj się z pierwszymi artykułami na stronie.
Dlaczego ten artykuł został umieszczony w dziale poświęconym zjawiskom elektromagnetycznym jako wstęp?
Tak, ponieważ bez jasnego (przynajmniej w ujęciu ogólnym) wyobrażenia o zawartości CBN i jego roli w kształtowaniu się nowych poglądów na naturę pozornie dobrze poznanych zjawisk elektromagnetycznych, nie da się zrozumieć logiki rozumowanie autora.
Naszym celem jest pokazanie, jak naprawdę można ustrukturyzować świat fizyczny w jego specyficznych przejawach, jeśli oprzemy naszą wiedzę na CBN.
POST-NIEKLASYCZNA JEDNOŚĆ FIZYKI
A.S. Kravets
Według A.B. Migdala „historia nauk przyrodniczych to historia prób wyjaśnienia jednorodnych zjawisk wspólnymi przyczynami”. Pragnienie takiej jedności nie ogranicza się bynajmniej do potrzeb ideologicznych w wyjaśnianiu świata: w fizyce zawsze odgrywało ważną konstruktywną rolę w tworzeniu nowych teorii. I tak G. Galileo, eliminując jakościową różnicę między prawami Nieba i Ziemi, ogłosił i wdrożył program poszukiwania jednolitych podstawowych zasad fizycznych, za pomocą których można wyjaśnić każde zjawisko mechaniczne. Jego dzieło kontynuował I. Newton, który stworzył wielką teorię, która stała się sztandarem fizyki klasycznej.
W pracach L. Eulera, P. Lagrange'a, W. Hamiltona, B. Jacobiego mechanika klasyczna stała się teorią prawdziwie uniwersalną, zdolną do wyjaśnienia wszelkich zjawisk mechanicznych w oparciu o minimalną liczbę postulatów wyjściowych. Ostatecznie sukcesy mechaniki klasycznej były tak wielkie, że większość uczonych zaczęła wierzyć, że ideał jedności całej nauki został już osiągnięty; wystarczyło jedynie rozszerzyć zasady mechaniki na wszystkie działy nauk przyrodniczych, a może nawet do nauk społecznych (J.-P. Laplace). Jedność rozumiana była zatem jako redukowalność wszystkich zjawisk fizycznych (i nie tylko fizycznych) do jednej idealnej teorii.
Pojawienie się fizyki nieklasycznej (szczególnej teorii względności i mechaniki kwantowej) zadało miażdżący cios tym unitarnym ambicjom. Szok wywołany powstaniem teorii niekonwencjonalnych, radykalnie odbiegających od postaw klasycznych, był tak duży, że wielu badaczy zaczęło mówić o ruinach starych zasad. Nauka potrzebowała sporo czasu, aby zrozumieć jakościową specyfikę fizyki nieklasycznej i jej nieredukowalność do klasycznych ideałów. Idea jedności fizyki wydawała się zauważalnie zachwiana. Fizycy zaczęli preferować ideę różnorodności nad ideą jedności. Fizykę podzielono na różne obszary tematyczne: obszar ruchu przy małych prędkościach przeciwstawiano ruchowi przy dużych (relatywistycznych) prędkościach, pole przeciwstawiano materii, mikroświat makroświatowi itp. Wraz z ustanowieniem fizyki nieklasycznej przyszło przekonanie, że prawdziwy rozwój nauki następuje jedynie poprzez kardynalne rewolucyjne rewolucje, a nowa teoria fizyczna musi być alternatywą dla starej. Jeden z genialnych twórców nowej fizyki, N. Bohr, mówił nawet w duchu, że nowa teoria w fizyce powinna być na tyle niekonwencjonalna, aby wydawać się wręcz „szalona”. To prawda, że sam N. Bohr podczas rozwoju mechaniki kwantowej podjął kilka ważnych kroków, aby ustalić związek między teorią kwantową a fizyką klasyczną. Po mistrzowsku zastosował zasadę dualizmu i zasadę korespondencji. Pierwsza zasada umożliwiła zbudowanie pomostu pomiędzy polem a materią, falą i właściwościami korpuskularnymi, łącząc je w podejściu mechaniki kwantowej, co umożliwiło znalezienie ograniczających powiązań między nowymi i starymi teoriami. A przecież przekonanie o jakościowej różnorodności fizyki, o zasadniczej nieredukowalności teorii było powszechne.
Ale kret historii kopał pilnie. Stopniowo fizyka weszła w nowy etap swojego rozwoju, który można nazwać postnieklasycznym. Ideę tego etapu wprowadził do metodologii nauki V.S. Stepin. „W historycznym rozwoju nauki” – pisze – „poczynając od XVII wieku, wyłoniły się trzy typy racjonalności naukowej i odpowiednio trzy główne etapy ewolucji nauki, zastępując się nawzajem w ramach rozwoju cywilizacji technogenicznej : 1) nauka klasyczna (w jej dwóch stanach: nauka przeddyscyplinarna i nauka zorganizowana dyscyplinarna); 2) nauki nieklasyczne; 3) nauka postnieklasyczna. Etapy te w swoisty sposób nakładają się na siebie, a pojawienie się każdego nowego etapu nie odrzucało dotychczasowych osiągnięć, a jedynie nakreślało zakres ich działania, możliwość zastosowania do określonych typów problemów. Samo pole zadań znacznie się rozszerzało na każdym nowym etapie w związku z rozwojem nowych narzędzi i metod. Charakterystyczne cechy postnieklasycznego etapu w fizyce, który rozwinął się głównie w ostatniej trzeciej połowie XX wieku, nie zostały jeszcze zrozumiane przez metodologów, ale już jest jasne, że znacząco zmieniło to nasze wyobrażenia o jedności fizyki. Etap ten dialektycznie przełamuje tezę okresu klasycznego o jednolitej jedności fizyki i antytezę okresu nieklasycznego o jej jakościowym zróżnicowaniu, prowadząc do wniosku „o jedności w różnorodności”.
Proces integracji teorii fizycznych rozpoczął się bezpośrednio po opracowaniu nowych teorii podstawowych (szczególnej teorii względności i mechaniki kwantowej) i przebiegał na dwóch poziomach rozwoju teorii fizycznych. Po pierwsze, kontynuowano dogłębne prace nad budowaniem pomostów między fizyką klasyczną i kwantową. Zasadniczo proces ten prowadzono na bardzo abstrakcyjnym poziomie uogólnienia formalizmów matematycznych. W rezultacie stało się oczywiste, że pomimo wszystkich jakościowych różnic w konkretnych znaczeniach fizycznych i interpretacji podstawowych wzorów mechaniki klasycznej i kwantowej, mają one ze sobą wiele wspólnego (w końcu obie są mechaniką). Niezmiennikiem matematycznym jest tu uogólniony formalizm matematyczny P. Lagrange'a, który w każdej teorii jest odpowiednio modyfikowany (uogólnione współrzędne teorii klasycznej odpowiadają operatorom hermitowskim w teorii nieklasycznej). Znaleziono także ogólne prawa teorii grup, którym podlegają obie teorie.
Po drugie, rozpoczęło się poszukiwanie nowych teorii poprzez syntezę teorii już istniejących. Maksymalnym zadaniem, jakie postawili sobie fizycy, był cel stworzenia ogólnej teorii pola. Precedens dla poszukiwań takiej ogólnej teorii stworzył A. Einstein przy opracowywaniu ogólnej teorii grawitacji (grawitacji), w której próbował zbudować pomost od grawitacji do elektrodynamiki. Jednak próba kwantyzacji takich pól napotkała nierozwiązywalne trudności matematyczne ze względu na pojawiające się nieskończoności. Pierwszy znaczący przełom nastąpił w rozwoju elektrodynamiki kwantowej, która była swego rodzaju syntezą elektrodynamiki, mechaniki kwantowej i szczególnej teorii względności. Jednak elektrodynamikę kwantową można było rozwiązać, tj. doprowadziło do konsekwentnie obliczonych wyników, tylko dla szczególnych, wyjątkowych przypadków pól, które nie oddziałują z cząstkami: dobrze opisywało stan pola o najniższej, niewzbudnej energii próżni fizycznej. Próba uwzględnienia poziomów wzbudzonych oraz oddziaływania pola elektromagnetycznego z polem elektronowo-pozytonowym doprowadziła do tych samych rozbieżności.
Drugiego przełomu dokonano w kierunku wyjaśnienia silnych interakcji. Powstała chromodynamika kwantowa, która w dużej mierze została zbudowana przez analogię z elektrodynamiką kwantową. Chromodynamika kwantowa wprowadziła ideę podstawowych subcząstek – kwarków, z których zbudowane są cząstki złożone – multiplety. Konstrukcja chromodynamiki kwantowej zasugerowała dwie podstawowe idee, które później stały się podstawą programu ujednolicenia różnych typów oddziaływań fizycznych. Pierwszy pomysł umożliwił wprowadzenie koncepcji ładunku efektywnego w zależności od odległości oddziaływania (idea swobody asymptotycznej). Po drugie, każda teoria obiektywna musi być niezmienna w odniesieniu do transformacji cechowania, tj. musi być teorią pól cechowania specjalnego rodzaju - tak zwanych nieabelowych pól cechowania.
W latach 70. nastąpił postęp w kierunku ujednolicenia oddziaływań słabych i elektromagnetycznych w jedną teorię oddziaływań elektrosłabych. „Demokratyczna” zasada zjednoczenia opierała się na konstrukcji dwóch multipletów. Jedna z nich odpowiadała grupowym właściwościom leptonów (elektronów, mionów, neutronów i odpowiadających im antycząstek), druga zaś wiązała się z cząstkami wektorów pośrednich (fotonami i W-mezonami), które przenoszą oddziaływanie pomiędzy leptonami. To właśnie przy konstrukcji jednolitej teorii oddziaływań elektrosłabych odkryto wiodącą zasadę syntezy różnych oddziaływań - zasadę lokalnej symetrii.
Symetrie globalne są zwykle rozumiane jako wewnętrzne symetrie oddziaływań, które nie zależą od położenia w przestrzeni i czasie. Zastosowanie symetrii globalnych okazało się szczególnie skuteczne w teorii interakcji kwarków („ośmioraka ścieżka”). Lokalna symetria pozostawia charakterystyczne funkcje pól identyczne podczas ciągłego przejścia od punktu do punktu. Zasada lokalnej symetrii zbudowała pomost pomiędzy symetriami dynamicznymi a przestrzenią i czasem. Fizyczne konsekwencje lokalnej symetrii to istnienie bezmasowych cząstek, które służą jako nośniki oddziaływań, oraz zachowanie ładunku cząstki, które charakteryzuje siłę oddziaływania z tym nośnikiem.
Ideę symetrii lokalnej uzupełniono drugą, fundamentalnie ważną ideą spontanicznego łamania symetrii. Z grubsza rzecz biorąc, jeśli pierwsza idea umożliwiła znalezienie teoretycznej jedności dwóch typów interakcji, to druga umożliwiła wyjaśnienie różnic, które powstają między nimi w określonych warunkach fizycznych. Spontaniczne złamanie symetrii związane ze szczególnym stanem pola (powstanie kondensatu Bosego) powinno było doprowadzić do pojawienia się faktycznie obserwowalnych mas cząstek, ładunków i rozdzielenia oddziaływań. Aby zapewnić teoretyczne wyjaśnienie tych złożonych procesów, opracowano teorię Higgsa.
Na koniec nie sposób nie wspomnieć o poważnym postępie w starym problemie renormalizacji mas i ładunków (walka z rozbieżnościami). Na ścieżce ujednolicania interakcji problem ten okazał się łatwiejszy do poradzenia sobie. Ostatecznie opracowano ogólną teorię renormalizacji – teorię przekształceń grup renormalizacyjnych, która ujawniła zależność stałej interakcji od promienia interakcji.
Wszystkie te nurty rozwoju myśli teoretycznej doprowadziły do nowej unifikacji - zunifikowanej teorii oddziaływań elektrosłabych i silnych - zwanej zwykle Wielkim Zjednoczeniem. Teoria ta, która w zasadzie uwzględnia wszystkie główne wyniki fizyki cząstek elementarnych, opiera się na syntezie nowych zasad fizycznych (zasada pól cechowania, zasada lokalnej symetrii wraz z ideą spontanicznie zerwanej symetrii) oraz nowych stan przekształceń grup renormalizacyjnych. Współczesna fizyka otworzyła ogromne perspektywy na nowy, decydujący krok w syntezie oddziaływań. Przed nami unifikacja grawitacji z innymi rodzajami interakcji (super unifikacja). „Połączenie wszystkich interakcji w superzjednoczenie” – pisze A.B. Migdal – „w zasadzie oznaczałoby możliwość wyjaśnienia wszystkich zjawisk fizycznych z jednego punktu widzenia. W tym sensie przyszła teoria nazywa się Teorią Wszystkiego.”
Program unifikacji fizyki pobudził zainteresowanie metodologiczne analizą zależności pomiędzy teoriami fizycznymi, zwanymi interteoretycznymi. Obecnie znanych jest pięć typów relacji międzyteoretycznych.
Generalizacja to proces uogólniania teorii fizycznych, w wyniku którego możliwe jest opisanie klasy zjawisk fizycznych w sposób bardziej jednolity w porównaniu z wcześniejszymi sformułowaniami (wariantami) teorii. Uogólnienie teorii fizycznych zawsze zakłada zmianę formalizmu matematycznego, co nie tylko poszerza zakres teorii, ale także pozwala zidentyfikować nowe wzorce i odkryć bardziej „subtelną” strukturę rzeczywistości fizycznej.
Redukcja, która jako specyficzna relacja między teoriami jest przedmiotem wieloletniej debaty metodologicznej. W szerokim sensie filozoficznym redukcja jest rozumiana jako możliwość redukcji (lub wydedukowania) praw (właściwości) obiektu złożonego do praw (właściwości) jego elementów składowych. Właśnie pod tym względem toczą się najbardziej gorące dyskusje filozoficzne na temat związków biologii z fizyką, chemią i fizyką. Jednakże kwestia redukcji teorii fizycznych jest węższa i bardziej szczegółowa. W tym konkretnym znaczeniu redukcja jawi się jako logiczny związek pomiędzy dwiema teoriami, z których jedna stanowi ideologiczną i pojęciową podstawę do wyprowadzenia drugiej. Można wtedy powiedzieć, że pierwsza teoria jest teorią podstawową (fundamentalną), a druga teorią redukowalną (fenomenologiczną).
Relacje asymptotyczne są niezbędne do zrozumienia ciągłości w rozwoju teorii fizycznych. Istota tych relacji polega na tym, że wyrażają one ograniczające przejścia teorii w siebie. Termin „asymptotyczny” (granica) wskazuje na szczególny, niededukcyjny charakter związku między teoriami fizycznymi. Relacji asymptotycznych nie można sprowadzić ani do uogólnień (uogólnień), ani do redukcji. Przejścia asymptotyczne najwyraźniej przejawiają się w powiązaniach pomiędzy podstawowymi teoriami odnoszącymi się do różnych poziomów rzeczywistości fizycznej.
Relacje równoważne zapewniają równość teoretycznych opisów tej samej obiektywnej rzeczywistości. Relacja równoważności kryje w sobie głęboką dialektyczną sprzeczność w związkach teorii z empiryzmem, którą w formie antynomicznej można wyrazić jako „różnicę tego samego” lub „tożsamość innego”. Ta ukryta dialektyka opisów równoważnych prowadzi do bardzo niejednoznacznych ocen ich roli w wiedzy naukowej. Absolutyzacja różnic prowadzi w istocie do zaprzeczenia samej możliwości równoważności opisów teoretycznych. Absolutyzacja tożsamości prowadzi do drugiej skrajności: do uznania ich umowności, możliwości czysto warunkowego wyboru teorii fizycznych.
Tłumaczenie jest heurystyczną i bardzo powszechną techniką przenoszenia pomysłów, metod i modeli z jednej teorii do drugiej. Szczególnym przypadkiem tłumaczenia jest użycie analogii.
Wreszcie synteza, która jest heurystyczną formą łączenia różnych teorii, ich pierwotnych zasad lub formalizmów, w wyniku czego powstaje nowa teoria. Syntezy nie można sprowadzić do mechanicznego ujednolicenia teorii, ale zawsze opiera się na nowych, konstruktywnych pomysłach, które umożliwiają połączenie znanych już zasad i formalizmów w jednym podejściu. Klasycznym przykładem syntezy jest tworzenie elektrodynamiki kwantowej. Na drogach syntezy powstały także nowoczesne teorie unifikujące, choć przy ich tworzeniu aktywnie wykorzystywano także relacje uogólnienia i translacji idei fizycznych.
Obecność relacji międzyteoretycznych sugeruje, że między różnymi teoriami fizycznymi nie ma nieprzekraczalnej przepaści, że fizyka nie jest konglomeratem teorii, ale wręcz przeciwnie, jest rozwijającym się systemem teoretycznym. Każda teoria zajmuje w tym systemie bardzo specyficzne miejsce i jest powiązana z innymi teoriami poprzez relacje międzyteoretyczne. Jej idee w mniejszym lub większym stopniu można zapożyczyć z innych teorii (tłumaczenie); teoria fizyczna może być uogólnieniem lub specyfikacją innej teorii, być jednym z opisów równoważnych, być redukcją lub przybliżeniem asymptotycznym lub powstać w wyniku syntezy kilku teorii. Zatem system teorii fizycznych ma bardzo złożoną strukturę. Struktura ta ujawnia „subtelną” dialektykę jedności i różnicy, objawia się ona odmiennie na różnych poziomach fizycznego opisu rzeczywistości. W pracy N.P. Konoplevy zidentyfikowano cztery takie poziomy: 1) podstawowe zasady ogólne; 2) aparat matematyczny; 3) modele teoretyczne; 4) eksperyment. Przejście z pierwszego poziomu na czwarty odpowiada konkretyzacji twierdzeń fizycznych i odwrotnie, w miarę wznoszenia się od opisów empirycznych do zasad podstawowych wzrasta abstrakcyjność i ogólność twierdzeń. Schemat ten najwyraźniej należy doprecyzować, gdyż jeszcze bardziej ogólne niż podstawowe zasady będą twierdzenia o charakterze metateoretycznym, tj. ogólne prawa struktury teorii fizycznych, modele teorii fizycznych itp.
Teraz staje się jasne, że stopień podobieństwa (wspólności) i różnic między teoriami fizycznymi zależy od poziomu abstrakcji analizy tych teorii, tj. teorie mogą być zbieżne w podstawowych zasadach, ale różnić się formalizmem matematycznym, modelami itp.; mogą opierać się na tym samym formalizmie matematycznym, ale różnić się na innych poziomach specyfikacji twierdzeń fizycznych. Oczywiście istnieje dobrze znana różnica między teorią klasyczną a teorią kwantową. Jeśli jednak ograniczymy się do analizy porównawczej ich formalizmu matematycznego, dostrzeżemy tutaj wiele wspólnego. Rzeczywiście, formalizm Lagrange'a, który ucieleśnia teorie klasyczne, można ekstrapolować na dziedzinę teorii kwantowych poprzez odpowiednie uogólnienie. Co więcej, różnica ta jest wygładzana na poziomie podstawowych zasad ogólnych, na przykład symetrii i niezmienności.
Na poziomie formalizmów matematycznych można dostrzec różnicę pomiędzy teoriami dynamicznymi a teoriami grupowymi. Te pierwsze opisują wzajemne oddziaływanie obiektów, formułują równania ruchu w postaci różniczkowej lub całkowej, drugie pełnią rolę teorii niezmienników wielkości fizycznych, formułują odpowiadające im przekształcenia wielkości fizycznych w teorii grupowej, zasady znajdowania niezmienników teorii . Jednakże na poziomie metateoretycznym okazuje się, że każdą teorię dynamiczną można porównać z odpowiadającą jej grupą i tym samym na tym poziomie eliminuje się alternatywne przeciwieństwo tych klas teorii. W konsekwencji to, co na jednym poziomie analizy teorii jawi się jako specyficzne, jakościowo oryginalne, na innym poziomie bardziej abstrakcyjne, jawi się jako jednolite i ogólne.
Sytuację tę można wyjaśnić analogią. Na przykład wegetarianie i osoby jedzące mięso są zwykle uważane za antypody, ale z bardziej ogólnego punktu widzenia wszyscy są identyczni z ludźmi spożywającymi żywność.
Wydaje się, że nadal istnieje głęboka, zasadnicza różnica (na poziomie formalizmów matematycznych) pomiędzy teoriami probabilistyczno-statystycznymi a teoriami ściśle deterministycznymi. Jednak w świetle ostatnich badań nad teorią dziwnych atraktorów alternatywa ta wydaje się zachwiana, gdyż udało się wykazać, że układy ściśle dynamiczne (ściśle określone) mogą zachowywać się dokładnie tak samo, jak układy probabilistyczne.
Najbardziej ogólnymi cegiełkami nauk fizycznych są ich podstawowe zasady. Należą do nich zasada przyczynowości (ze względu na sekwencyjne przenoszenie oddziaływań fizycznych z punktu do punktu, czyli działania krótkiego zasięgu), zasady ekstremalne, a także zasady symetrii i niezmienności. Ostatnia klasa zasad odgrywa szczególnie ważną rolę w konstrukcji teorii fizycznych. E. Wigner nazywa je superzasadami. Rzeczywiście, jeśli prawo fizyczne ustanawia pewną tożsamość (jednorodność) w klasie zjawisk, to zasada niezmienności już ustanawia jednolitość w klasie praw fizycznych, tj. część ich tożsamości w odniesieniu do przekształceń matematycznych (przesunięcia, przesunięcia, rotacje itp. w fizycznej przestrzeni i czasie). „To przejście z jednego poziomu na drugi, wyższy” – pisze E. Wigner – „od zjawisk do praw natury, od praw natury do symetrii, czyli zasad niezmienności, reprezentuje to, co nazywam hierarchią naszej wiedzy o otaczającym nas świecie.” .
W ostatnich dziesięcioleciach w fizyce nastąpiła „cicha” rewolucja, związana z pewnym przewartościowaniem zasad symetrii. Zwykle uważano, że najważniejsze przy konstruowaniu teorii fizycznej było zachowanie symetrii cech fizycznych. Okazało się jednak, że nie mniej heurystyczne znaczenie ma naruszenie typów symetrii. Odkrycie zjawiska złamanej symetrii doprowadziło do istotnego przełomu w rozwoju fizyki cząstek elementarnych.
Formalizm typu Lagrangianu i Hamiltona ma nie mniejszą ogólność niż podstawowe zasady fizyczne. Wraz z dodaniem kilku skrajnych zasad ma zastosowanie do opisu szerokiej klasy obiektów fizycznych (cząstek, prądów, pól itp.).
Jeśli zejdziemy na bardziej szczegółowy poziom opisów teoretycznych w fizyce, znajdziemy tu izolowane, jakościowo różne teorie podstawowe. Pojęcie teorii fundamentalnej obejmuje zwykle dwie cechy: po pierwsze, teoria fundamentalna nie jest wydedukowalna i nie można jej sprowadzić do innej teorii oraz ma status niezależnej; po drugie, jest uniwersalny, co oznacza, że można go stosować do opisu szerokiej klasy zjawisk, które bynajmniej nie są tego samego typu i nie są względem siebie izomorficzne.
Podstawowe teorie obejmują mechanikę klasyczną, mechanikę statystyczną, elektrodynamikę klasyczną, szczególną teorię względności i mechanikę kwantową. W oparciu o te podstawowe teorie, w drodze syntezy mogą powstać ich hybrydy i formy pochodne: relatywistyczna mechanika klasyczna, relatywistyczna elektrodynamika, elektrodynamika kwantowa, ujednolicona teoria oddziaływań elektrosłabych i silnych itp. Można zatem mówić o istnieniu elementarnych (początkowych) i syntetycznych (pochodnych) teorii fundamentalnych.
Podstawowe teorie odnoszą się do rzeczywistości fizycznej za pomocą specjalnie dobranych modeli teoretycznych. Każda teoria fundamentalna jest otoczona szeregiem teorii szczegółowych, które określają podstawowy schemat opisu w odniesieniu do określonej klasy modeli. Teoria fundamentalna ma tendencję do rozwijania się nie tylko pod względem specyfikacji (dając początek rodzinie teorii szczegółowych), ale także pod względem dalszego uogólniania. W tym przypadku podstawowa teoria fizyczna zaczyna zbliżać się do teorii matematycznej w swojej formie. W ten sposób powstaje mechanika analityczna Lagrange’a, operatorowe sformułowanie mechaniki kwantowej Diraca, teoria pól cechowania itp.
Oprócz teorii podstawowych i szczegółowych w fizyce, do rozwiązywania problemów matematycznych i transformacji, które powstają w toku rozwoju teorii fizycznych, potrzebne są także teorie pomocnicze. Teorie pomocnicze obejmują teorie renormalizacji, teorię zaburzeń, metodę pola samospójnego (metoda Hartree-Focka) itp.
W ten sposób ujawnia się dość złożona sieć powiązań między teoriami fizycznymi. Konstrukcję nośną całego gmachu fizyki stanowią fundamentalne zasady i uniwersalne formalizmy matematyczne, cały gmach opiera się na elementarnych fundamentalnych teoriach, nad którymi wznoszą się pochodne teorie podstawowe, partykularne i formy hybrydyczne. Pomiędzy piętrami budynku znajduje się wiele „schodów”, „przejść”, „konstrukcji wsporczych” itp.
Identyfikacja ogólnych wzorców w strukturze i rozwoju teorii fizycznych pozwala postawić pytanie o możliwość ogólnego sformalizowanego podejścia do konstrukcji teorii fizycznych. Takie podejścia istnieją już we współczesnej fizyce teoretycznej. Wyjściowym przedmiotem ich badań są różnorodne teorie fizyczne, dlatego są one z założenia metateoretyczne i reprezentują wyższy poziom w rozwoju fizyki.
Jedno z interesujących podejść opracowanych przez Yu.I. Kułakowa nazwano teorią struktur fizycznych. Teoria ta abstrahuje od podstawowych (i w zasadzie niedefiniowalnych zdaniem autora) pojęć i modeli teorii fizycznych (takich jak fala, cząstka, prąd itp.) i skupia się na relacjach istniejących pomiędzy obiektami fizycznymi. Odwrócenie uwagi od „wewnętrznej” natury obiektu fizycznego i przedstawienie go jako „czarnej skrzynki” to cena, jaką trzeba zapłacić, aby ujawnić strukturalną jedność teorii fizycznych. Głównym zadaniem teorii struktur fizycznych jest znalezienie ogólnej symetrii w relacjach odpowiednich zbiorów obiektów, zwanej symetrią fenomenologiczną. Wyjściowy zbiór analiz stanowi macierz empiryczna, której elementy uzyskuje się z pomiarów dwóch klas obiektów. Na stosunki elementów macierzy nałożone zostaje ograniczenie, które wyraża się w istnieniu pewnej zależności funkcjonalnej, której rodzaj nie jest zależny od wyboru mierzonych obiektów z klas wyjściowych. Jest to zasada symetrii fenomenologicznej. Ograniczenie określonego rodzaju zależności funkcjonalnej (jej równości do zera) prowadzi do sformułowania prawa fizycznego.
Zatem poprzez analizę rodzaju symetrii fenomenologicznej dochodzimy do odkrycia podstawowych praw fizyki, a fizyka jako całość będzie reprezentowana przez różne struktury fizyczne.
Analizowana teoria nie ma zastosowania do wszystkich działów fizyki i budzi szereg zasadniczych zastrzeżeń z punktu widzenia jej realnej wykonalności. Jednak jego wartość polega na tym, że otwiera nowy, niekonwencjonalny sposób konstruowania teorii fizycznych „od góry” i podkreśla głęboką strukturalną jedność fizyki.
Inne podejście metateoretyczne, opracowane przez G.A. Zajcewa, opiera się na ideach ujednolicenia teorii geometrycznych przedstawionych w „Programie Erlangen”. Podejście to nazywa się ogólną teorią teorii fizycznych, której główną i definiującą cechą jest zaproponowana odpowiednia grupa podstawowa.
W ogólnej teorii teorii fizycznych wybiera się zbiór teorii fizycznych, które mają wspólne właściwości grupy niezmienniczej, a jednocześnie różnią się pewnym parametrem grupowym. Grupy podstawowe (reprezentujące te teorie) należy połączyć poprzez przejście do granicy. Parametry ograniczające grupę (na przykład prędkość światła c) i sposób przejścia do granicy określą odpowiednią teorię fizyczną.
Jednak podejście oparte na teorii grup do konstrukcji teorii fizycznych jest wyraźnie niewystarczające, nie pozwala na wyodrębnienie pewnych istotnych cech zasadniczo różnych teorii. Na przykład ta sama grupa Galileusza reprezentuje zarówno nierelatywistyczną mechanikę klasyczną, jak i nierelatywistyczną mechanikę kwantową. Dlatego dalszy etap rozwoju ogólnej teorii teorii fizycznych wiąże się z syntezą reprezentacji teoretycznych i algebraicznych, tj. z algebraizacją ogólnej teorii teorii fizycznych.
Podstawą podejścia algebraicznego jest koncepcja algebry obserwabli, która jest definiowana przez system operacji algebraicznych i relacji tożsamościowych na zbiorze obserwabli (uogólnione współrzędne i pędy dla teorii nieklasycznych, operatory hermitowskie dla teorii kwantowych).
Algebry Liego i grupy Liego pełnią rolę matematycznego aparatu schematu algebraicznego ogólnej teorii teorii fizycznych. Ogólna struktura danej teorii fizycznej, określona przez przejście do granicy, jest określona przez właściwości algebry obserwowalnych, a grupa podstawowa charakteryzuje niezmiennicze właściwości równań dynamicznych i za jej pomocą wyjaśnia się interpretację poszczególnych obserwabli.
Możliwości algebraicznej teorii teorii fizycznych nie należy oczywiście oceniać jako odkrycia uniwersalnego algorytmu konstruowania teorii fizycznych. Podejście to ma również szereg podstawowych trudności, ale z pewnością pozwala zobaczyć to, co wcześniej pozostawało niezauważone - systemową jedność fizyki, głębokie powiązanie formalizmów podstawowych teorii fizycznych.
Do tej pory fizyka rozwijała się w sposób tradycyjny, który można nazwać „babilońskim”: od pojedynczych faktów i zależności po konstruowanie teorii fizycznych, które historycznie wyglądały na niepowiązane lub wręcz przeciwstawne sobie. Drugi sposób, który można nazwać „greckim”, zaczyna się początkowo od pewnych ogólnych abstrakcyjnych właściwości matematycznych wielu teorii fizycznych. Pierwsza ścieżka polega na wzniesieniu się od szczegółu do ogółu, druga - stworzeniu uniwersalnego schematu konstrukcyjnego teorii fizycznych i z niej - zejście (poprzez konkretyzację i interpretację) do indywidualnych teorii fizycznych. Pierwsza ścieżka dała nam wszystko, co mamy w fizyce; druga ścieżka jak dotąd naświetliła jedynie to, co już osiągnięto nowym światłem. Możliwe, że trudności na ścieżce „greckiej” okażą się jeszcze głębsze niż te, które napotkaliśmy na ścieżce „babilońskiej”, jednak wartość heurystyczna opracowanych podejść metateoretycznych polega przede wszystkim na tym, że pozwalają nam one zidentyfikować wewnętrzną jedność teorii fizycznych i przedstawić fizykę jako system teorii fizycznych.
Każda nowa teoria fizyczna ma w pewnym sensie potencjalne podstawy w już istniejącym systemie teorii fizycznych. Analiza złożonej sieci teorii fizycznych pozwala na dokonanie pewnych przewidywań dotyczących struktury możliwej nowej teorii, podobnie jak układ okresowy Mendelejewa umożliwił przewidzenie pierwiastków chemicznych, które nie zostały jeszcze odkryte empirycznie. Powiązania nowych teorii z istniejącymi można scharakteryzować jako relacje międzyteoretyczne, tj. powstające na ścieżce syntezy, uogólnień, asymptotycznego przybliżenia istniejących teorii. W świetle powyższego staje się coraz bardziej jasne, że współczesna fizyka nie poszła drogą wymyślania „szalonej” teorii przewidywanej przez N. Bohra, ale drogą ujednolicenia i uogólnienia znanych teorii.
Nową postnieklasyczną jedność fizyki można scharakteryzować jako jedność systemową, a fizykę jako całość można uznać za system teorii fizycznych. Swoją organizacją bardzo przypomina systemy biologiczne, na przykład biogeocynozy. Rzeczywiście istnieją własne rodzaje i rodziny teorii, związek między genotypem (formalizm abstrakcyjny) a fenotypem (jego specyficzne ucieleśnienia i interpretacje), który jest charakterystyczny dla struktury teorii. Nowa teoria dziedziczy pewne cechy teorii macierzystych i powstaje na drodze ich „skrzyżowania”. System jako całość stale ewoluuje, dając początek nowym „typom” teorii fizycznych. Istotną cechą systemu teorii fizycznych jest jego duża zdolność adaptacji do rzeczywistości fizycznej. To właśnie dzięki tej zdolności adaptacyjnej, której korzenie żywią się działalnością ludzkiego umysłu, stosunkowo ograniczona sieć teorii jest w stanie wyłowić niezbędne informacje z nieskończonego oceanu obiektywnej rzeczywistości. Aby zrozumieć nieskończoną złożoność otaczającego nas świata, wystarczy „przebiegłość umysłu”.
Literatura
Migdal A.B. Fizyka i filozofia // Zagadnienia. filozofia. 1990, nr 1. s. 24.
Stepin V.S. Wiedza naukowa i wartości cywilizacji technogennej // Zagadnienia. filozofia. 1989, nr 10. s. 18.
Patrz: Weinberg S. Ideologiczne podstawy jednolitej teorii oddziaływań słabych i elektromagnetycznych // UFN. 1980. T. 132, wydanie. 2; Glashow S. W drodze do jednolitej teorii - nici w gobelinie // Fiz. 1980. T. 132, wydanie. 2.
Patrz: Bogolyubov N.N., Shirkov D.V. Grupa renormalizacyjna? To bardzo proste // Natura. 1984, nr 6.
Zobacz: Salam A. Ujednolicenie cechowania sił podstawowych // Phys. 1980. T. 132, wydanie. 2.
Patrz: Gendenshtein L.E., Krive I.V. Supersymetria w mechanice kwantowej // Fiz. 1985. T. 146, wydanie. 4; Bereziński V.S. Ujednolicone teorie cechowania i niestabilny proton // Natura. 1984, nr 11.
Migdal A.B. Fizyka i filozofia // Zagadnienia. filozofia. 1990. nr 1, s. 25.
Zobacz: Nagel E. Struktura nauki. Nowy Jork, 1961; Tisza L. Logiczna struktura fizyki // Boston Studies of Philosophy of Science. Dordrecht, 1965; Bunge M. Filozofia fizyki. M., 1975.
Konopleva N.P. O strukturze teorii fizycznych // Metody teorii grup w fizyce: Materiały z seminarium międzynarodowego. Zvenigorod, 28–30 listopada 1979. T. 1. M., 1980. s. 340.
Zobacz: Dziwne atraktory. M., 1981.
Wigner E. Badania nad symetrią. M., 1971. s. 36.
Zobacz: Kułakow Yu.I. Elementy teorii struktur fizycznych (dodatek G.G. Michailiczenki). Nowosybirsk 1968; jego. Struktura i jednolity fizyczny obraz świata // Vopr. filozofia. 1975, nr 2.
Zobacz: Zaitsev G.A. Zagadnienia algebraiczne fizyki matematycznej i teoretycznej. M., 1974; jego. Struktury algebraiczne fizyki // Teoria fizyczna. M., 1980.
Zobacz: Illarionov S.V. O niektórych nurtach współczesnych badań nad metodologią fizyki teoretycznej // Teoria fizyczna. M., 1980.