загрузка...

Основные принципы современной физики

В современной физике различные формы движе­ния материи описываются фундаментальными теориями. Каждая из них выражает вполне определенные явления - механическое или тепловое движение, электромагнитные процессы и т.д.

Но в структуре фундаментальных физических теорий сущест­вуют более общие законы, которые охватывают все процессы, все формы движения материи. Это в первую очередь законы симмет­рии, или инвариантности, и связанные с ними законы сохранения физических величин.

Симметрия в физике — это свойство физических законов, де­тально описывающих поведение систем, оставаться неизменны­ми (инвариантными) при определенных преобразованиях, кото­рым могут быть подвергнуты входящие в них величины.

Закон сохранения физических величин — это утверждения, со­гласно которым численные значения некоторых физических ве­личин не изменяются со временем в любых процессах ил и в опре­деленных классах процессов.

Огромное значение принципов симметрии и законов сохране­ния в современной физике обусловлено тем, что на эти принципы можно опираться при построении новых фундаментальных теорий.

Философское значение принципов симметрии и законов со­хранения состоит в том, что они представляют наиболее общую форму выражения детерминизма. Эти принципы демонстрируют единство материального мира, существование глубокой связи меж­ду разнообразными формами движения материи, а также связь между свойствами пространства-времени и сохранением физиче­ских величин.

Законы симметрии имеют однозначный (в этом смысле дина­мический) характер, не допускающий какого-либо статистиче­ского разброса для значений сохраняющихся физических вели­чин. Поэтому они должны рассматриваться как динамические элементы в общем-то статистической картины мира. В силу сво­его однозначного характера законы сохранения и симметрии, как бы успешно ни продвигалось их развитие и обобщение в дальней­шем, не смогут заменить теорию, детально объясняющую стати­стические процессы в микромире, что требует их дополнения дру­гими законами [2].

Каждая фундаментальная физическая теория имеет определен­ные границы применимости, которые устанавливаются весьма строго и точно, если открыта более глубокая теория, описывающая те же процессы. Например, классическая механика Ньютона пра­вильно описывает движение макроскопических тел только в тех случаях, когда скорость их движения намного меньше скорости света. Это выяснилось после создания специальной теории относи­тельности и построения релятивистской механики, справедливой для описания движения тел с любыми скоростями, сколь угодно близкими к скорости света.

Принцип соответствия. Очень существенно, что создание но­вой теории, например релятивистской механики, вовсе не означа­ет, что старая, нерелятивистская классическая механика утрачива­ет свою ценность. Новая теория, претендующая на более глубокое познание сущности мироздания, более полное описание и более широкое применение ее результатов, чем предыдущая, должна включать предыдущую как предельный случай. Так, классическая механика является предельным случаем квантовой механики и ме­ханики теории относительности. Здесь как раз проявляется дейст­вие принципа соответствия, утверждающего преемственность фи­зических теорий. Этот принцип впервые сформулировал Н. Бор в 1923 г. В общей форме этот принцип формулируется так: теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы явлений, с построением новой теории не от­брасываются, но сохраняют свое значение для прежней области яв­лений как предельное выражение законов новых теорий. Выводы новых теорий в области, где справедлива старая теория, переходят в выводы этих старых теорий [ 1 ].

Принцип соответствия представляет собой конкретное выра­жение в физике диалектики соотношения абсолютной и относи­тельной истин.

Каждая физическая теория - ступень познания - является относительной истиной. Смена физических теорий - это процесс приближения к абсолютной истине, процесс, который никогда не будет полностью завершен из-за бесконечной сложно­сти и разнообразия окружающего мира. Одновременно принцип соответствия выражает объективную ценность физических тео­рий. Новые теории не отрицают старых именно потому, что ста­рые теории с определенной степенью приближения отражают объективные закономерности природы.

Принцип дополнительности, сформулированный Н. Бором в 1927 г., - еще один физический принцип - возник из попыток осознать причину появления противоречивых наглядных обра­зов, которые приходится связывать с объектами микромира. На­пример, квантовый объект — это не волна и не частица. Поэтому экспериментальное изучение микрообъектов предполагает ис­пользование двух типов приборов: один позволяет изучать вол­новые свойства, а другой — корпускулярные. Эти свойства несо­вместимы в плане их одновременного проявления. Однако они в равной мере характеризуют квантовый объект, а поэтому не про­тиворечат, но допол няют друг друга.

Принцип дополнительности состоит втом, что при экспери­ментальном исследовании микрообъектов могут быть получены точные данные либо об их энергиях и импульсах (энергетически импульсная картина), либо о поведении в пространстве и време­ни (пространственно-временная картина). Эти взаимоисключа­ющие картины не могут применяться одновременно, поскольку свойства квантовых объектов запрещают их одновременное ис­пользование. Однако данные свойства в равной мере характеризу­

ют микрообъект; это предполагает их использование в том смыс­ле, что вместо единой картины необходимо применять две - энер­гетически импульсную и пространственно-временную.

Можно сказать, что принцип дополнительности является ре­зультатом философского осмысления новой необычной физиче­ской теории — квантовой механики. Он выражает на микроскопи­ческом уровне один из основных законов диалектики — закон единства противоположностей.

Соотношение неопределенностей В. Гейзенберга является част­ным выражением принципа дополнительности. В классической ме­ханике частица, движущаяся по определенной траектории, имеет точные значения координат, импульса, энергии. Микрочастица, об­ладая волновыми свойствами, не имеет траектории, следовательно, не имеет одновременно точных значений координаты и импульса. Это значит, что координаты, импульс, энергия микрочастицы могут быть заданы лишь приблизительно. Количественно это выражается соотношением неопределенностей: невозможно одновременно точ­но определить координату и соответствующую ей постоянную им­пульса. Это нельзя сделать точно так же, как нельзя достичь абсо­лютного нуля температур, как нельзя превысить скорость света и т.п. Принципы запрета, согласно новой точке зрения (фундаментальные законы природы — это законы дозволения), играют в науке весьма важную роль. Они определяют, что не может происходить в природе. Так, если в классической механике допускается измерение коорди­наты и импульса с любой степенью точности, то соотношение неоп­ределенностей является квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам [1].

Итак, физика тесно связана с философией, из недр которой она вышла. Такие крупные открытия в области физики, как закон сохранения и превращения энергии, второе начало термодинами­ки, соотношение неопределенностей, принцип дополнительно­сти и др., до сих пор являются ареной борьбы между сторонника­ми разных философских течений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Грядовой Д.И. Концепции современного естествознания. М., 2003.

2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. М., 2001.

7.2.

<< | >>
Источник: Под редакцией проф. Ю.В. Крянева, проф. Л.Е. Моториной. ИСТОРИЯ И ФИЛОСОФИЯ НАУКИ (ФИЛОСОФИЯ НАУКИ) (2-е издание, переработанное и дополненное). 2011

Еще по теме Основные принципы современной физики:

  1. Проблема детерминизма и причинности в современной физике
  2. §2. Основные принципы современного международного права
  3. Раздел IV Основные принципы экономической политики в современных условиях
  4. 1.3.2. Принципы современного налогообложения
  5. Физика и синергетика
  6. § 4. Основные черты современного международного права
  7. 2.4. ОСНОВНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОГО БАНКОВСКОГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА
  8. ФИЗИКА И КОСМОЛОГИЯ АРИСТОТЕЛЯ
  9. § 2. Основные принципы налогообложения и их содержание
  10. 16. 3. _Глобальные проблемы современности и основные пути _их решения.
  11. 8.1 Основные принципы менеджмента
  12. З.1. Постиндустриализация как основная тенденция в современной мировой экономике
  13. § 1.6. Основные принципы трудового права
  14. Глава 6 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ МЕЖДУНАРОДНОГО ПРАВА
  15. Физика и науки о поведении (physics and the behavioral sciences)
  16. Лекция 3 Основные принципы трудового права Украины
  17. 3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И СИСТЕМА ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ ТРУДОВОГО ПРАВА
  18. Принцип уважения правчеловека и основных свобод
  19. Метафизика и физика в классификации Аристотеля