Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Теоретична фізика



План:


Введення

Теоретична фізика - спосіб пізнання природи, при якому того чи іншого колі природних явищ зіставляється будь-яка математична модель. У такому формулюванні теоретична фізика не випливає з "досвіду", а є самостійним методом вивчення Природи. Проте область її інтересів, природно, формується з урахуванням результатів експерименту і спостережень.

Теоретична фізика не розглядає питання виду "чому математика повинна описувати природу?". Вона приймає за постулат те, що, в силу якихось причин, математичний опис природних явищ виявляється вкрай ефективним, і вивчає наслідки цього постулату. Строго кажучи, теоретична фізика вивчає не властивості самої природи, а властивості пропонованих математичних моделей. Крім того, часто теоретична фізика вивчає будь-які моделі "самі по собі", без прив'язки до конкретних природних явищ.


1. Фізична теорія

Продуктом теоретичної фізики є фізичні теорії. Оскільки теоретична фізика працює саме з математичними моделями, вкрай важливою вимогою є математична несуперечність завершеною фізичної теорії. Другим обов'язковим властивістю, що відрізняє теоретичну фізику від математики, є можливість отримувати всередині теорії передбачення для поведінки Природи в тих чи інших умовах (тобто передбачення для експериментів) і, в тих випадках, де результат експерименту вже відомий, давати згоду з експериментом.

Сказане вище дозволяє змалювати загальну структуру фізичної теорії. Вона повинна містити:

  • опис кола явищ, для яких будується математична модель,
  • аксіоми, що визначають математичну модель,
  • аксіоми, що зіставляють (принаймні, деяким) математичним об'єктам спостережувані, фізичні об'єкти,
  • безпосередні слідства математичних аксіом та їх еквіваленти в реальному світі, які тлумачаться як передбачення теорії.

З цього стає ясно, що твердження типу "а раптом теорія відносності невірна?" безглузді. Теорія відносності, як фізична теорія, яка задовольняє потрібним вимогам, вже вірна. Якщо ж виявиться, що вона не сходиться з експериментом у якихось прогнозах, то значить, вона в цих явищах не застосовна до реальності. Буде потрібно пошук нової теорії, і може статися, що теорія відносності виявиться якимось граничним випадком цієї нової теорії. З точки зору теорії, катастрофи в цьому немає. Більше того, зараз підозрюється, що в певних умовах (при щільності енергії близько планковской) жодна з існуючих фізичних теорій не буде адекватною.

В принципі, можлива ситуація, коли для одного і того ж кола явищ існують кілька різних фізичних теорій, що призводять до схожих або збігається прогнозам. Історія науки показує, що така ситуація зазвичай тимчасова: рано чи пізно або одна теорія виявляється більш адекватна, ніж інша, або показується, що ці теорії еквівалентні (див. нижче приклад з квантовою механікою).


2. Побудова фізичних теорій

Фундаментальні фізичні теорії, як правило, не виводяться з вже відомих, а будуються з нуля. Перший крок в такій побудові - це справжнісіньке "вгадування" того, яку математичну модель слід взяти за основу. Часто виявляється, що для побудови теорії потрібен новий (причому, звичайно більш складний) математичний апарат, схожий на той, що використовувався в теорфізіке де-небудь раніше. Це - не примха, а необхідність: зазвичай нові фізичні теорії будуються там, де всі попередні теорії (тобто засновані на "звичному" матаппарате) показали свою неспроможність в описі природи. Іноді виявляється, що відповідний матаппарат відсутній в арсеналі чистої математики, і його доводиться винаходити.

Додатковими, але необов'язковими, критеріями при побудові "хорошою" теорії можуть бути поняття

  • "Математичної краси";
  • " бритви Оккама ", а також спільності підходу до багатьох систем;
  • можливість не тільки описувати вже наявні дані, а й передбачати нові;
  • можливість редукції в яку-небудь вже відому теорію в будь-якої їх загальної області застосовності (принцип відповідності);
  • можливість з'ясувати всередині самої теорії її область застосовності. Так, наприклад, класична механіка "не знає" кордонів своєї застосовності, а термодинаміка "знає", в будь межі вона й не повинна працювати.

Такі критерії, як " здоровий глузд "або" повсякденний досвід ", не тільки небажані при побудові теорії, але і вже встигли дискредитувати себе: багато сучасних теорії можуть" суперечити здоровому глузду ", проте реальність вони описують на багато порядків точніше, ніж" теорії, засновані на здоровому глузді ".


3. Приклади фізичних теорій

  • Класична механіка. Саме при побудові класичної механіки Ньютон зіткнувся з необхідністю введення похідних і інтегралів, тобто створив диференціальне й інтегральне числення.
  • Загальна теорія відносності, у формулюванні якої постулюється, що порожній простір теж має певні нетривіальними геометричними властивостями, і його можна описати методами диференціальної геометрії.
  • Квантова механіка. Після того, як класична фізика не змогла описати квантові явища, були зроблені спроби переформулювати сам підхід до опису еволюції мікроскопічних систем. Це вдалося Шредінгер, який стверджував, що кожній частинці зіставляється новий об'єкт - хвильова функція, а також Гейзенберг, який постулював існування матриці розсіювання. Однак найбільш вдалу математичну модель для квантової механіки знайшов фон Нейман (теорія гільбертовому просторі і діють в них операторів) і показав, що як хвильова механіка Шредінгера, так і матрична механіка Гейзенберга є лише варіантами (різними уявленнями) цієї теорії.
  • В даний час ми, мабуть, знаходимося на порозі створення ще однієї принципово нової теорії, М-теорії, яка об'єднала б усі п'ять побудованих суперструн теорій. Існування М-теорії підозрюється вже давно, проте сформулювати її поки не вдається. Е. Віттен, провідний спеціаліст у цій галузі, висловив думку, що необхідний для її побудови математичний апарат ще не винайдено.


Основні розділи
Геометрична оптика Фізична оптика Хвильова оптика Квантова оптика Нелінійна оптика Теорія випускання світла Теорія взаємодії світла з речовиною Спектроскопія Лазерна оптика Фотометрія Фізіологічна оптика Оптоелектроніка Оптичні прилади
Суміжні напрями Акустооптики Крісталлооптіка
Загальна (фізична) акустика Геометрична акустика Психоакустики Біоакустики Електроакустика Гідроакустика Ультразвукова акустика Квантова акустика (акустоелектроніка) Акустична фонетика (Акустика мови)
Прикладна акустика Архітектурна акустика ( Будівельна акустика) Аероакустіка Музична акустика Акустика транспорту Медична акустика Цифрова акустика
Суміжні напрями Акустооптики
Класична радіофізика Квантова радіофізика Статистична радіофізика
Теорія атома Атомна спектроскопія Рентгеноспектральний аналіз Радіоспектроскопія Фізика атомних зіткнень
Прикладна фізика
Термодинаміка газів Термодинаміка розчинів
Фізика плазми Фізика атмосфери Лазерна фізика
Пов'язані науки Агрофізики Фізична хімія Математична фізика Астрофізика Геофізика Біофізика Метрологія Матеріалознавство
Див також Космологія Нелінійна динаміка
Портал "Фізика"

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Теоретична механіка
Теоретична біологія
Теоретична лінгвістика
Теоретична інформатика
Теоретична хімія
Фізика
Фізика
Релаксація (фізика)
Поле (фізика)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru