Почему любая физическая теория имеет определенные границы применимости?

15 ответов на вопрос “Почему любая физическая теория имеет определенные границы применимости?”

  1. Nelkis Ответить

    Физический закон – эмпирически установленная и выраженная в строгой формулировке устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состояниями тел и других материальных объектов в окружающем мире.
    Выявление физических закономерностей составляет основную задачу физической науки.
    Для того чтобы некая связь могла быть названа физическим законом, она должна удовлетворять следующим требованиям:
    ? Эмпирическая подтверждённость. Физический закон считается верным, если подтверждён многократными экспериментами.
    ? Универсальность. Закон должен быть справедлив для большого числа объектов. В идеале – для всех объектов во Вселенной.
    ? Простота. Физические законы обычно выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы.
    ? Устойчивость. Физические законы не меняются со временем, хотя и могут признаваться приближениями к более точным законам.
    Теоретическая физика – способ познания природы, при котором тому или иному кругу природных явлений сопоставляется какая-либо математическая модель. В такой формулировке теоретическая физика не вытекает из «опыта», а является самостоятельным методом изучения Природы. Однако область её интересов, естественно, формируется с учётом результатов эксперимента и наблюдений.
    Продуктом теоретической физики являются физические теории. Поскольку теоретическая физика работает именно с математическими моделями, крайне важным требованием является математическая непротиворечивость завершённой физической теории. Вторым обязательным свойством, отличающим теоретическую физику от математики, является возможность получать внутри теории предсказания для поведения Природы в тех или иных условиях (то есть предсказания для экспериментов) и, в тех случаях, где результат эксперимента уже известен, давать согласие с экспериментом.
    Сказанное выше позволяет обрисовать общую структуру физической теории. Она должна содержать:
    ? описание круга явлений, для которых строится математическая модель;
    ? аксиомы, определяющие математическую модель;
    ? аксиомы, сопоставляющие математическим объектам наблюдаемые, физические объекты;
    ? непосредственные следствия математических аксиом и их эквиваленты в реальном мире, которые истолковываются как предсказания теории.

    Все физически законы являются следствием эмпирических наблюдений и верны с той точностью, с которой верны экспериментальные наблюдения, то есть в рамках границы применимости. Это ограничение не позволяет утверждать, что какой-либо из законов носит абсолютный характер. Известно, что часть законов заведомо не являются абсолютно точными, а представляют собой приближения к более точным. Так, законы Ньютона справедливы только для достаточно массивных тел, двигающихся со скоростями, значительно меньшими скорости света. Более точными являются законы квантовой механики и специальной теории относительности. Однако, и они, в свою очередь, являются приближениями более точных уравнений квантовой теории поля.

  2. Perilore Ответить

    Например, молекулярно-кинетическая теория объясняет явления, природа которых связана со строением вещества.
    В физической науке можно выделить четыре фундаментальные теории: классическую механику, молекулярно-кинетическую теорию, электродинамику и квантовую теорию. Каждая из этих теорий включает в себя частные теории. Например, в электродинамику входят теория проводимости, теория электромагнитной индукции, электростатика и др.
    Все теории — и фундаментальные, и частные — имеют одинаковую структуру. Они состоят из основания, ядра, следствий и интерпретации (рис. 1). Основание включает экспериментальные факты, модели тех объектов, для которых строится теория, физические величины. Ядро включает постулаты и принципы, законы изменения состояния изучаемых объектов и законы сохранения, физические постоянные. Следствия представляют собой применение основных законов для объяснения экспериментальных фактов, получение выводов и их экспериментальную проверку, практическое применение теории. Интерпретация предполагает установление границ применимости теории.

    Вопросы для самопроверки
    1. Что называют физическим законом? Приведите примеры физических законов. Кем и как они были установлены?
    2. Приведите примеры границ применимости физических законов.
    3. Какова роль теории в познании? Приведите примеры фундаментальных и частных теорий. Какие явления они объясняют?
    4. Приведите примеры физических явлений и свойств тел, которые объясняются с помощью молекулярно-кинетической теории строения вещества, электронной теории, классической механики.
    <<< К началу

  3. Nicer Ответить

    Физика как наука включает в себя не только огромное число наблюдений, сделанных за многовековую историю человечества, но и физические законы, позволяющие объяснить, почему те или иные явления происходят, и предсказать эти явления при других условиях. Физика, изучая окружающий нас мир, использует для этого методы научного познания. Основным методом научного познания служат эксперименты (опыты), при помощи которых в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. На первом этапе научного познания, анализируя какое-нибудь явление, например, скольжение тела по наклонной плоскости, мы выдвигаем предположение или научную гипотезу о том, например, что время соскальзывания с наклонной плоскости уменьшается с увеличением её наклона. Чтобы проверить эту гипотезу мы ставим опыты, в которых измеряем время соскальзывания с наклонной плоскости при различных углах её наклона при неизменной её высоте и записываем эти данные в таблицу. Методы научного познания, заключающиеся в первичном сборе и обработке экспериментальных данных, называют эмпирическими. Проводя эксперименты с любым природным явлением, невозможно охватить все процессы, связанные с этим явлением. Например, скольжение тела по наклонной плоскости зависит от плотности воздуха, от шероховатостей их поверхностей и многих других параметров, контролировать которые иногда не представляется возможным. Часто используем теоретические методы научного познания, основой которых служит модель данного явления. В модели явления присутствуют все главные его характеристики, а второстепенные отброшены. Например, в модели скольжения тела по наклонной плоскости силы трения и сопротивления воздуха могут не учитываться. Использование моделей даёт возможность объяснять природу различных явлений и формулировать законы в виде математических формул и точных формулировок. Совокупность физических законов, описывающую целый ряд явлений, называют физической теорией. Законы Ньютона, например, являются основой классической механики – физической теории, изучающей движение макроскопических тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Существующие физические теории формируют физическую картину мира. Физические законы и теории справедливы только для некоторых моделей явлений и процессов. Поэтому все эти теории и законы имеют границы применимости. Так, например, классическая механика, оказывается несправедливой, если её использовать для описания движения тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света. В то же время, специальная теория относительности позволяет описывать движение тел со скоростями, близкими к скорости света.

  4. Dougul Ответить

    примерах. Чтобы развивать теорию, нужны новые эксперименты, но чтобы знать, какие для этого требуются эксперименты, необходима теория.
    1.3 Границы применимости физических теорий
    Когда теория выдерживает одну проверку, перед ней возникает очередная задачасделать следующее предсказание, так что открываются все новые способы проверки теории. В случае противоречия между следствиями теории и опытом теория должна быть отвергнута, но в случае совпадения следствий теории с опытом теорию нельзя считать доказанной. Окончательно доказанных теорий не существует их существование означало бы конец прогресса в науке. Как это ни парадоксально, именно экспериментальное опровержение существующей теории означает, что мы находимся на пороге нового открытия обнаруженное противоречие оказывается существенным фактором научного прогресса.
    Но как быть с теорией, которая многократно проверялась и перепроверялась на опыте, а в один прекрасный день оказалась опровергнутой? Во что превращается такая теория? Если теория прошла достаточно серьезную проверку экспериментом, можно с уверенностью утверждать, что существует некоторая область явлений, которая вполне адекватно описывается существующей теорией. Любая новая теория, приходящая на смену старой, в этой области должна приводить к тем же результатам. По сути дела, это вопрос о границах применимости теории. Все физические теории в этом смысле являются ограниченными. Принцип соответствия требует, чтобы новая теория с более широкой областью применимости сводилась к старой теории в пределах границ ее применимости.
    В качестве примера можно привести с этой точки зрения ньютоновскую теорию тяготения. За два с лишним века ее существования эта теория, как никакая другая, подвергалась бесчисленным испытаниям, проверкам и перепроверкам, и каждый раз подтверждалась с почти непостижимой степенью точности. Подлинным триумфом теории тяготения было открытие планеты Нептун. В первой половине 19 века было установлено, что планета Уран движется не в полном соответствии с законом тяготения. Странным образом она то ускоряла, то замедляла свое движение на малую, но вполне заметную величину, что не могло быть объяснено на основе известных тогда свойств солнечной системы. В 1846 году Леверрье во Франции и Адамс в Англии независимо друг от друга пришли к выводу, что аномалии в наблюдаемом движении Урана можно объяснить, предположив существование новой планеты, обладающей определенной массой и определенной орбитой, внешней по отношению к орбите Урана. Берлинский астроном Галле обнаружил новую планету (ее назвали Нептун) после всего лишь получасового поиска. Положение этой планеты отличалось от расчетного менее чем на один угловой градус.
    Но все многочисленные проверки не смогли уберечь теорию от того, что она в конце концов оказалась опровергнутой. На смену ей пришла эйнштейновская теория тяготения, основанная на экспериментально установленном факте пропорциональности инертной и гравитационной масс. Эта теория предсказала новые эффекты движение перигелия Меркурия и отклонение луча света в поле тяготения Солнца которые были проверены в чрезвычайно тонких и точных экспериментах. Реально несостоятельность ньютоновской теории тяготения означает лишь то, что мы не вправе ожидать от нее исчерпывающего объяснения во всех слу-

  5. Kesar Ответить

    Физика – наука опытная. Процесс познания в физике начинается либо с наблюдения явления в естественных условиях, либо со специально проведенных опытов – экспериментов.
    Физический опыт или эксперимент – это такое исследование явления (чаще всего воспроизведенного в лаборатории), в котором все воздействия на исследуемую систему, влияющие на данное явление, поддаются учету. Чаще всего эксперимент сопровождается измерением тех или иных физических величин, установлением связи между этими величинами. Все физические измерения производятся с ограниченной точностью, что ставит предел степени подробности информации, получаемой из опыта. Поэтому при каждом физическом измерении указывается не только его результат, но и точность, с которой этот результат получен. Только в пределах точности измерений можно сравнивать результаты разных опытов друг с другом и с соответствующими предсказаниями теории. В науке и технике разработана целая теория – теория ошибок, которая устанавливает правила расчета экспериментальных ошибок. С элементами этой теории мы познакомимся в лабораторном практикуме по физике.
    Теоретическая и экспериментальная физика тесно связаны между собою. Экспериментальная физика дает информацию об изучаемом явлении, теоретики эту информацию анализируют и создают теорию этого явления. Иногда теория создается, исходя из общих представлений о свойствах материи, в отсутствии экспериментальных фактов. В любом случае справедливость теории проверяется экспериментально.
    Физический закон есть постоянно действующая при данных условиях связь между явлениями или физическими величинами, характеризующими эти явления. Физический закон обычно имеет строгую формулировку, часто выражается аналитически в виде соотношения между физическими величинами. Каждый физический закон имеет определенную область применения. Физические законы, имеющие наиболее обширные области применения, называются фундаментальными законами (законы сохранения импульса и энергии, законы Ньютона, закон Кулона).
    Гипотеза – предварительное научное предположение о механизме и взаимосвязи (законах) явлений. Гипотеза требует экспериментальной проверки и доказательства. При построении гипотезы велика роль мышления и интуиции ученого. Если гипотеза прошла проверку, она становится теорией.
    Теория – система научных положений и законов, которая дает качественное и количественное объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. В современной физике такими теориями являются классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, общая и специальная теории относительности, квантовая механика, классическая электродинамика, квантовая электродинамика и т. д.

  6. Mrs.АНАНАСЬКА Ответить

    Принципы современной физики – это общие законы, влияющие на все физические процессы и все формы движения материи. Среди всей группы физических принципов важнейшим является принцип симметрии, на основе которого действует закон сохранения физических величин.
    Симметрия широко распространена в природе и жизни человека. Кристаллы, молекулы пространственных, оптических изомеров, живые организмы обладают симметрией. На симметрии во многом основывается такое явление, как красота.
    Симметрия в физике – это свойство физических величин, детально описывающих поведение систем, оставаться неизменными при определенных преобразованиях. Во многих случаях из принципов симметриилогически следуют законы сохранения.
    Принципы симметрии делятся на 1) внешние или пространственно-временные и 2) внутренние симметрии.
    К внешним симметриям относятся:
    Объективная равноправность всех моментов времени. Это означает, что время однородно и любой момент времени можно взять за начало отсчета. Из этого вытекает закон сохранения энергии.
    Однородность пространства, т. е. равноправие всех его точек. Сдвиг в пространстве какой-либо системы не влияет на процессы внутри нее. Из этой симметрии вытекает закон сохранения импульса.
    Изотропность пространства, т. е. одинаковость его свойств по всем направлениям. Из этого следует закон сохранения момента импульса.
    Принцип относительности, определяющий одинаковость законов природы во всех системах отсчета. Из него вытекает сохранение скорости движения центра масс.
    Обратимость процессов во времени – действует только на уровне макромира. Фундаментальные физические законы не изменяются при обращении знака времени. На уровне микромира наблюдается необратимость процессов. Считают, что это связано с неравновесным состоянием Вселенной.
    Зеркальная симметрия природы – не изменяет физических законов любого природного объекта.
    Зарядовое сопряжение – замена частиц на античастицы не изменяет природных процессов.
    Зеркальная симметрия и зарядовое сопряжение сохраняется только при сильных и электромагнитных взаимодействиях, тогда как остальные симметрии выполняются при любых взаимодействиях.
    К внутренним симметриям относятся:
    1…Неизменность суммы электрических зарядов элементарных частиц. В этом состоит закон сохранения электрического заряда.
    2…Постоянство числа тяжелых частиц и античастиц ядра (барионов) не изменяется при любых процессах.
    3…Неизменность числа лептонов и антилептонов (легких частиц) при превращениях элементарных частиц.
    4…Изотопическая инвариантность – связана с сильным ядерным взаимодействием между протонами и нейтронами. Эти частицы различаются только наличием положительного заряда у протона. При сильных взаимодействиях они выступают как одна частица. Поэтому Гейзенберг предложил рассматривать.протон и нейтрон как два разных состояния одной частицы – нуклона. Атомы, ядра которых различаются только числом нейтронов, называются изотопами, поэтому данный тип симметрии получил название изотопической.

  7. Vusho Ответить

    § 1. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
    Познание начинается с наблюдения.
    С раннего детства мы наблюдаем за тем, что происходит вокруг. Мы видим, что
    мяч, подброшенный вверх, всегда падает вниз на землю, слышим, что за молнией
    всегда следуют раскаты грома, ощущаем, что летом всегда теплее, чем зимой и
    т.п. Однако эти важные наблюдения, взятые все вместе, ещё не образуют науку
    физику. Физика как наука включает в себя не только огромное число наблюдений,
    сделанных за многовековую историю человечества, но и физические законы,
    позволяющие объяснить, почему те или иные явления происходят, и предсказать эти
    явления при других условиях.
    Физика, изучая окружающий нас мир,
    использует для этого методы научного познания. Основным методом научного
    познания служат эксперименты (опыты), при помощи которых в
    контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Таким
    образом, проводя эксперименты, мы уже перестаём быть пассивными наблюдателями
    происходящего явления и можем влиять на него, изменяя условия проведения
    данного эксперимента.  Этим эксперименты
    отличаются от простых наблюдений.
    На первом этапе научного познания, анализируя какое-нибудь явление, например,
    скольжение тела по наклонной плоскости, мы выдвигаем предположение или научную
    гипотезу     о том, например, что время соскальзывания с наклонной плоскости
    уменьшается с увеличением её наклона. Чтобы проверить эту гипотезу мы ставим опыты,
    в которых измеряем время соскальзывания с наклонной
    плоскости при различных углах её наклона при неизменной её высоте и записываем
    эти данные в таблицу. Полученная совокупность данных подтверждает
    справедливость сделанного предположения, но не объясняет, почему существует эта
    зависимость. Методы научного познания, заключающиеся в первичном сборе и
    обработке экспериментальных данных, называют эмпирическими.    
    Проводя эксперименты с любым природным явлением, невозможно охватить все
    процессы, связанные с этим явлением. Например, скольжение тела по наклонной
    плоскости зависит от плотности воздуха, от шероховатостей их поверхностей и
    многих других параметров, контролировать которые иногда не представляется
    возможным. В таких случаях, чтобы ответить на вопрос о причинах данного
    явления, необходимо использовать теоретические методы научного познания,
    основой которых служит модель данного явления. В модели явления
    присутствуют все главные его характеристики, а второстепенные отброшены.
    Например, в модели скольжения тела по наклонной плоскости силы трения и
    сопротивления воздуха могут не учитываться.
    Использование моделей даёт возможность объяснять природу различных явлений
    и формулировать законы в виде математических формул и точных формулировок. В
    дальнейшем речь будет идти, например, о модели идеального газа, взаимодействием между молекулами которого можно пренебречь,
    или о модели точечных зарядов, расстояние между которыми гораздо больше
    размеров заряженных тел. Для модели идеального газа формулировка газовых
    законов выглядит чрезвычайно просто. То же относится и к закону Кулона, который
    оказывается справедлив только для точечных зарядов.
    Совокупность физических
    законов, описывающую целый ряд явлений, называют физической теорией. Законы
    Ньютона, например, являются основой классической механики – физической теории,
    изучающей  движение макроскопических тел со скоростями,
    малыми по сравнению со скоростью света. Существующие физические теории
    формируют физическую картину мира.
    Физические законы и теории
    справедливы только для некоторых моделей явлений и процессов. Поэтому все эти
    теории и законы имеют границы применимости. Так, например, классическая
    механика, оказывается несправедливой, если её использовать для описания
    движения тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света. В то же время,
    специальная теория относительности позволяет описывать движение тел со
    скоростями, близкими к скорости света.
    При расхождении новых экспериментальных данных
    и существующих законов и теорий учёные выдвигают новые гипотезы и физические
    теории. Однако любая новая физическая теория, претендующая на более глубокое и
    широкое описание явлений окружающего мира, чем старая, должна включать последнюю в качестве предельного случая. Это важнейшее
    требование, предъявляемое ко всякой новой физической теории, называют принципом
    соответствия    .  Например, специальная
    теория относительности при описании движения тел со скоростями, гораздо
    меньшими скорости света, переходит в классическую механику.
    Вопросы для
    повторения:
    ·
    Чем эксперимент отличается от наблюдения?
    ·
    Какими бывают методы научного познания, и что они включают в
    себя?
    ·
    Что такое модель явления?
    ·
    Приведите пример физической теории и границ её применимости.
    ·
    Сформулируйте принцип соответствия.

  8. Thothis Ответить

    Научный метод познания природы.Физика – это наука, изучающая природу. Чтобы успешно заниматься физикой, как говорил российский физик С.П. Капица, мало знать только явления и законы физики, надо понять, как делается физика, как она создавалась, какова роль эксперимента, какова роль теории, какова роль математики.
    Для этого существуют методы познания, которые представляют собой способы получения знаний о природе. До XVI в. в физике господствовал метод Аристотеля, который приводил к тем или иным выводам путем рассуждений.
    В аристотелевской физике в отличие от ее современного изложения не было ни описаний опытов, ни математических формул. Метод эксперимента был отвергнут Аристотелем, поскольку он считал, что исследование природы с помощью комбинации «искусственных вещей» нарушает жизнь природы и искажает ее познание. По тем же причинам Аристотель считал недопустимым применение математики к исследованию природы. По его мнению, математика имеет дело с абстрактными понятиями, природа же конкретна, материальна.
    В начале XVII в. стал формироваться научный метод познания природы. К этому времени была проделана большая работа:
    По обоснованию и укреплению позиций гелиоцентрической системы мира (Н. Коперник, Дж.Бруно, И. Кеплер, Г. Галилей);
    По критике взглядов Аристотеля и формированию отдельных элементов нового метода познания природы.
    С тех пор (почти четыре века) научный метод познания природы используется естественными науками.
    Исследование явлений начинается с наблюдений, при которых ученый не ограничивается общими качественными впечатлениями от явлений. Ему надо найти количественные характеристики величин, которые подлежат измерению.
    Когда наблюдаемые величины найдены и проведены измерения, то пытается установить количественную зависимость одних величин от других в виде математических формул. Если такая зависимость установлена, то говорят, что установлен опытный физический закон.
    Значение законов природы состоит в том, что они могут дать гораздо больше информации, чем опытные факты, с помощью которых эти законы получены. Законы избавляют нас от необходимости проводить эксперимент в каждом конкретном случае.
    Для объяснения наблюдаемых явлений или законов, установленных путем эксперимента, выдвигается гипотеза – научно обоснованное предположение о внутренних связях, управляющих данным явлением.
    Например, Г. Галилей опытным путем установил законы падения тел на Землю, но не смог объяснить их. И. Ньютон высказал гипотезу, согласно которой причина падения тел – притяжение их к Земле.
    Физическая теория объединяет несколько опытных закономерностей и гипотез и дает объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. Теория позволяет не только объяснять уже наблюдавшиеся явления, но и предсказывать новые. Так, Д.И. Менделеев на основе открытого им периодического закона предсказал существование нескольких химических элементов.
    Правильность гипотез и теорий проверяется посредством постановки экспериментов и выяснения согласованности следствий, вытекающих из гипотезы, с результатами опытов и наблюдений. Таким образом, эксперимент служит не только источником знаний, но и критерием их истинности.
    В связи с огромной ролью эксперимента в физике ее считают экспериментальной наукой. Но при изучении любого физического явления в равной мере необходимы и эксперимент, и теория.
    Нередко теоретические выводы не полностью согласуются с результатами экспериментальных исследований. Обычно это ведет к уточнению (часто к усложнению) гипотезы или приемов вычислений. Изучение явления осуществляется заново, но уже на иных основах, более точно отражающих реальную действительность. Так произошло становление релятивистской механики А. Эйнштейна. Классический закон сложения скоростей гласит о том, что при движении тела и системы отсчета в одном направлении, скорость тела относительно неподвижного наблюдателя увеличивается, а при движении в противоположных направлениях – уменьшается (пассажир трамвая идет по ходу движения и против). Аналогичные измерения скорости света, идущего от Солнца, не согласовывались с законом: скорость всегда оставалась постоянной. Основываясь на этих результатах и других наблюдениях, А. Эйнштейн формулирует новую теорию, включающую классический закон сложения скоростей как частный случай релятивистского закона, а механику Ньютона как частный случай релятивистской.
    «Наблюдение – теория – эксперимент, и снова все сначала – такова бесконечная, уходящая ввысь спираль, по которой движутся люди в поисках истины», – писал известный отечественный физик А.Б. Мигдал.
    Физические законы и границы их применимости. Физический закон устанавливает количественную зависимость одних физических величин от других. Законы могут быть получены двумя способами: в результате обобщения данных экспериментов (опытные законы) или путем выводов из известных законов (теоретические законы).
    Некоторые законы. Открытые опытным путем, позже получили теоретическое обоснование, например опытный закон Архимеда, законы фотоэффекта.
    Поскольку законы базируются на ограниченном экспериментальном материале, они приблизительны и имеют границы применимости.
    Принципы соответствия и причинности. История физики показывает, что процесс познания материального мира не заканчивается опытной проверкой теории. Вскоре после создания той или иной теории обнаруживаются новые области явлений и накапливаются факты, объяснение которых не укладывается в ее рамки и требует выдвижения новых гипотез, нуждающихся, конечно, в опытной проверке. Новые открытия вызывают потребность в исправлении, дополнении существующих теорий или создания новых, более глубоко и точно отражающих объективные закономерности природы.
    Новая теория чаще всего включает в себя старую как составную часть, т.е. является более широкой, всеохватывающей. Хорошо проверенные законы и соотношения остаются неизменными и в новой теории. Так, специальная теория относительности Эйнштейна изменила привычные представления о пространстве и времени, при этом она практически не изменила законы классической механики (смотри выше: релятивистская механика А. Эйнштейна и классическая механика И. Ньютона).
    Преемственность между старой и новой теориями описывается принципом соответствия, согласно которому новая теория должна переходить в старую при тех условиях, для которых старая теория была установлена.
    Принцип соответствия был сформулирован датским ученым Н. Бором в 1923 г. как косвенное подтверждение правильности выдвинутой им в 1913 г. теории строения атома и спектров поглощения и излучения. Бор установил, что между предложенной им неклассической теорией излучения и традиционной (классической) существует соответствие. Новая теория не отменяет ранее установленные законы, а лишь уточняет их, помогает определить область их применимости.

    123456789Следующая ⇒
    Date: 2015-12-10; view: 923; Нарушение авторских прав

  9. Pagan Ответить

    Было также показано, что реальное физическое пространство обладает так называемой кривизной, определяемой расположением масс в пространстве. Это подтвердилось во время солнечного затмения в 1919 г. по отклонению световых лучей, идущих от звезд, от прямолинейного распространения вблизи Солнца.
    Разработанная Э.Резерфордом планетарная модель атома выявила еще одну проблему, не поддающуюся описанию в рамках классической физики, – проблему устойчивости атома. Решение ее было найдено в первой четверти 20 в. в рамках квантовой механики.
    В качестве критерия применимости классической механики для описания физических явлений используют величину с размерностью действия . Изменение действия равно произведению энергии на приращение времени и (или) произведению импульса на приращение координаты . Если характерное изменение действия соизмеримо с постоянной Планка или меньше ее, то для описания изучаемого явления классическая механика неприменима и необходимо пользоваться квантовой механикой.
    Таким образом, вырисовываются следующие границы применимости законов ньютоновской механики:
    1) классическая механика применима для описания механических систем, в которых скорость составляющих ее объектов намного меньше скорости света ( );
    2) классическая механика применима для описания только тех объектов, для которых динамические величины с размерностью действия намного больше постоянной Планка .
    Соотношения Гейзенберга.Физические величины никогда не могут быть измерены абсолютно точно. Измеренное значение любой физической величины всегда отличается от ее истинного значения, которое всегда неизвестно, так как при выполнении любого измерения неизбежна ошибка. Источников ошибок много. Они связаны с несовершенством измерительных приборов, с изменением условий опыта, с неполнотой теоретической модели и приближенным характером используемого метода измерений, с округлением при вычислениях и т.д.Поэтому необходимым условием выполнения любого измерения является нахождение некоторого интервала значений, в который с высокой вероятностью должно попасть истинное значение измеряемой величины.
    Измерение, например, координаты материальной точки должно сопровождаться определением ошибки измерения , измерение компоненты импульса – определением ошибки .
    В классической физике не было принципиальных ограничений на точность измерений. Считалось, что при достаточно совершенной аппаратуре все величины, характеризующие физическую систему, могут быть измерены со сколь угодно высокой точностью.
    Однако для микроскопических систем неограниченное повышение точности получается не всегда. В некоторых случаях существуют принципиальные ограничения на точность измерений. Эти ограничения не определяются совершенством измерительной аппаратуры. Каждое из этих ограничений является фундаментальным свойством материи. Проявляются эти свойства только в микромире.

  10. Lady_ChokoOlate Ответить

    Через некоторое время подобные незыблемые правила оказались под угрозой в связи с выявлением ряда ограничений. Весь раздел классической механики Ньютона подвергся определенным ограничительным рамкам в связи с опытными изысканиями и научными трудами основоположников теории электромагнетизма. Ими выступили знаменитые ученые Максвелл и Фарадей. Они смогли исследовать экспериментальным способом различные электромагнитные явления и разработали собственные правила, применимые к ним в полной мере, отдалив основы классической механики.
    С точки зрения явления электромагнетизма, существует иная нематериальная основа всех происходящих процессов с физическими телами. Открытое электромагнитное поле выступило в роли новой изучаемой материи, на которую нанизываются основы нового раздела физики. Они не могли в полной мере подчиняться ранее опубликованным трудам Исаака Ньютона о материальной основе механической физики.
    Около ста лет назад были проведены достаточно точные исследования в области измерения основных величин времени и пространства. Была с большой точностью установлена скорость света. Оказалось, что она имеет свое конечное значение, которое никак не может изменяться. Это означало, что все объекты в физическом мире имеют предельную скорость распространения, так как свет был основой передачи любых сигналов и взаимодействий из одной точки пространства в другую.
    Это резко контрастировало с утверждениями Галилея и его принципом относительности. Классический закон сложения скоростей экспериментальным способом был отменен. В это время начало зарождаться новое направление в физике, которое получило название релятивистской механики. После указанных опытов выявились и иные противоречия. Физическое пространство в реальном времени может обладать признаками кривизны. Оно определяется расположением масс в пространстве. Это удалось доказать во время солнечного затмения, когда измерялись показатели отклонения световых лучей, которые шли от иных звезд и распространялись прямолинейно вблизи Солнца.

    Применение квантовой механики

    В период создания планетарной модели элементарной частицы – атома ученый Резерфорд нашел еще одну нестыковку с классической теорией механики. Классическая физика тех лет не предполагала проблемы устойчивости атома. Эту проблему удалось решить только в середине 20 века, когда были сформулированы новые теории в рамках квантовой механики.

    Рисунок 3. Применение квантовой механики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
    Тогда для объемного описания наблюдаемых процессов пришлось ввести величину с размерностью действия. Она смогла выступить в роли недостающего критерия применимости для описания физических явлений в классическом представлении механики Ньютона.
    Изменение действия было равно произведению энергии на приращение времени, а также произведению импульса на приращение координаты. Подобное характерное изменение действия являлось соизмеримо с постоянной Планка. Оно также могло иметь меньшие показатели. Для этих случаев классическая механика была неприменима далее. Для описания и изучения физических явлений начали использовать теорию квантовой механики, которую используют и в настоящее время.
    Постепенно исследователям удалось обнаружить ряд основных границ применимости законов классической механики Ньютона:
    классическая механика может быть применима только для описания механических систем, где скорость составляющих ее объектов намного меньше скорости света;
    классическая механика применима для описания таких объектов, где динамические величины с размерностью действия намного больше постоянной Планка.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *