Список законы физики: . . , . .  — . 16      — 6.   

10 научных законов и теорий, которые должен знать каждый

Ученые с планеты Земля используют массу инструментов, пытаясь описать то, как работает природа и вселенная в целом. Что они приходят к законам и теориям. В чем разница? Научный закон можно зачастую свести к математическому утверждению, вроде E = mc²; это утверждение базируется на эмпирических данных и его истинность, как правило, ограничивается определенным набором условий. В случае E = mc² — скорость света в вакууме.

Научная теория зачастую стремится синтезировать ряд фактов или наблюдений за конкретными явлениями. И в целом (но не всегда) выходит четкое и проверяемое утверждение относительно того, как функционирует природа. Совсем не обязательно сводить научную теорию к уравнению, но она на самом деле представляет собой нечто фундаментальное о работе природы.

Как законы, так и теории зависят от основных элементов научного метода, например, создании гипотез, проведения экспериментов, нахождения (или не нахождения) эмпирических данных и заключение выводов. В конце концов, ученые должны быть в состоянии повторить результаты, если эксперименту суждено стать основой для общепринятного закона или теории.

В этой статье мы рассмотрим десять научных законов и теорий, которые вы можете освежить в памяти, даже если вы, к примеру, не так часто обращаетесь к сканирующему электронному микроскопу. Начнем со взрыва и закончим неопределенностью.

Теория Большого Взрыва

Если и стоит знать хотя бы одну научную теорию, то пусть она объяснит, как вселенная достигла нынешнего своего состояния (или не достигла, если опровергнут). На основании исследований, проведенных Эдвином Хабблом, Жоржем Леметром и Альбертом Эйнштейном, теория Большого Взрыва постулирует, что Вселенная началась 14 миллиардов лет назад с массивного расширения. В какой-то момент Вселенная была заключена в одной точке и охватывала всю материю нынешней вселенной. Это движение продолжается и по сей день, а сама вселенная постоянно расширяется.

Теория Большого Взрыва получила широкую поддержку в научных кругах после того, как Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили космический микроволновый фон в 1965 году. С помощью радиотелескопов два астронома обнаружили космический шум, или статику, которая не рассеивается со временем. В сотрудничестве с принстонским исследователем Робертом Дике, пара ученых подтвердила гипотезу Дике о том, что первоначальный Большой Взрыв оставил после себя излучение низкого уровня, которое можно обнаружить по всей Вселенной.

Закон космического расширения Хаббла

Давайте на секунду задержим Эдвина Хаббла. В то время как в 1920-х годах бушевала Великая депрессия, Хаббл выступал  с новаторским астрономическим исследованием. Он не только доказал, что были и другие галактики помимо Млечного Пути, но также обнаружил, что эти галактики несутся прочь от нашей собственной, и это движение он назвал разбеганием.

Для того, чтобы количественно оценить скорость этого галактического движения, Хаббл предложил закон космического расширения, он же закон Хаббла. Уравнение выглядит так: скорость = H0 x расстояние. Скорость представляет собой скорость разбегания галактик; H0 — это постоянная Хаббла, или параметр, который показывает скорость расширения вселенной; расстояние — это расстояние одной галактики до той, с которой происходит сравнение.

Постоянная Хаббла рассчитывалась при разных значениях в течение достаточно долгого времени, однако в настоящее время она замерла на точке 70 км/с на мегапарсек. Для нас это не так важно. Важно то, что закон представляет собой удобный способ измерения скорости галактики относительно нашей собственной. И еще важно то, что закон установил, что Вселенная состоит из многих галактик, движение которых прослеживается до Большого Взрыва.

Законы планетарного движения Кеплера

На протяжении веков ученые сражались друг с другом и с религиозными лидерами за орбиты планет, особенно за то, вращаются ли они вокруг Солнца. В 16 веке Коперник выдвинул свою спорную концепцию гелиоцентрической Солнечной системы, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Однако только с Иоганном Кеплером, который опирался на работы Тихо Браге и других астрономов, появилась четкая научная основа для движения планет.

Три закона планетарного движения Кеплера, сложившиеся в начале 17 века, описывают движение планет вокруг Солнца. Первый закон, который иногда называют законом орбит, утверждает, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптической орбите. Второй закон, закон площадей, говорит, что линия, соединяющая планету с солнцем, образует равные площади через равные промежутки времени. Другими словами, если вы измеряете площадь, созданную нарисованной линией от Земли от Солнца, и отслеживаете движение Земли на протяжении 30 дней, площадь будет одинаковой, вне зависимости от положения Земли касательно начала отсчета.

Третий закон, закон периодов, позволяет установить четкую взаимосвязь между орбитальным периодом планеты и расстоянием до Солнца. Благодаря этому закону, мы знаем, что планета, которая относительно близка к Солнцу, вроде Венеры, имеет гораздо более краткий орбитальный период, чем далекие планеты, вроде Нептуна.

Универсальный закон тяготения

Сегодня это может быть в порядке вещей, но более чем 300 лет назад сэр Исаак Ньютон предложил революционную идею: два любых объекта, независимо от их массы, оказывают гравитационное притяжение друг на друга. Этот закон представлен уравнением, с которым многие школьники сталкиваются в старших классах физико-математического профиля.

F = G × [(m1m2)/r²]

F  — это гравитационная сила между двумя объектами, измеряемая в ньютонах. M1 и M2 — это массы двух объектов, в то время как r — это расстояние между ними. G — это гравитационная постоянная, в настоящее время рассчитанная как  6,67384(80)·10⁻¹¹ или Н·м²·кг⁻².

Преимущество универсального закона тяготения в том, что он позволяет вычислить гравитационное притяжение между двумя любыми объектами. Эта способность крайне полезна, когда ученые, например, запускают спутник на орбиту или определяют курс Луны.

Законы Ньютона

Раз уж мы заговорили об одном из величайших ученых, когда-либо живущих на Земле, давайте поговорим о других знаменитых законах Ньютона. Его три закона движения составляют существенную часть современной физики. И как и многие другие законы физики, они элегантны в своей простоте.

Первый из трех законов утверждает, что объект в движении остается в движении, если на него не действует внешняя сила. Для шарика, который катится по полу, внешней силой может быть трение между шаром и полом, или же мальчик, который бьет по шарику в другом направлении.

Второй закон устанавливает связь между массой объекта (m) и его ускорением (a) в виде уравнения F = m x a. F представляет собой силу, измеряемую в ньютонах. Также это вектор, то есть у него есть направленный компонент. Благодаря ускорению, мяч, который катится по полу, обладает особым вектором в направлении его движения, и это учитывается при расчете силы.

Третий закон довольно содержательный и должен быть вам знаком: для каждого действия есть равное противодействие. То есть для каждой силы, приложенной к объекту на поверхности, объект отталкивается с такой же силой.

Законы термодинамики

Британский физик и писатель Ч. П. Сноу однажды сказал, что неученый, который не знал второго закона термодинамики, был как ученый, который никогда не читал Шекспира. Нынче известное заявление Сноу подчеркивало важность термодинамики и необходимость даже людям, далеким от науки, знать его.

Термодинамика — это наука о том, как энергия работает в системе, будь то двигатель или ядро Земли. Ее можно свести к нескольким базовым законам, которые Сноу обозначил следующим образом:

• Вы не можете выиграть.
• Вы не избежите убытков.
• Вы не можете выйти из игры.

Давайте немного разберемся с этим. Говоря, что вы не можете выиграть, Сноу имел в виду то, что поскольку материя и энергия сохраняются, вы не можете получить одно, не потеряв второе (то есть E=mc²). Также это означает, что для работы двигателя вам нужно поставлять тепло, однако в отсутствии идеально замкнутой системы некоторое количество тепла неизбежно будет уходить в открытый мир, что приведет ко второму закону.

Второй закон — убытки неизбежны — означает, что в связи с возрастающей энтропией, вы не можете вернуться к прежнему энергетическому состоянию. Энергия, сконцентрированная в одном месте, всегда будет стремиться к местам более низкой концентрации.

Наконец, третий закон — вы не можете выйти из игры — относится к абсолютному нулю, самой низкой теоретически возможной температуре — минус 273,15 градуса Цельсия. Когда система достигает абсолютного нуля, движение молекул останавливается, а значит энтропия достигнет самого низкого значения и не будет даже кинетической энергии. Но в реальном мире достичь абсолютного нуля невозможно — только очень близко к нему подойти.

Сила Архимеда

После того как древний грек Архимед открыл свой принцип плавучести, он якобы крикнул «Эврика!» (Нашел!) и побежал голышом по Сиракузам. Так гласит легенда. Открытие было вот настолько важным. Также легенда гласит, что Архимед обнаружил принцип, когда заметил, что вода в ванной поднимается при погружении в него тела.

Согласно принципу плавучести Архимеда, сила, действующая на погруженный или частично погруженный объект, равна массе жидкости, которую смещает объект. Этот принцип имеет важнейшее значение в расчетах плотности, а также проектировании подлодок и других океанических судов.

Эвoлюция и естественный отбор

Теперь, когда мы установили некоторые из основных понятий о том, с чего началась Вселенная и как физические законы влияют на нашу повседневную жизнь, давайте обратим внимание на человеческую форму и выясним, как мы дошли до такого. По мнению большинства ученых, вся жизнь на Земле имеет общего предка. Но для того, чтобы образовалась такая огромная разница между всеми живыми организмами, некоторые из них должны были превратиться в отдельный вид.

В общем смысле, эта дифференциация произошла в процессе эволюции. Популяции организмов и их черты прошли через такие механизмы, как мутации. Те, у кого черты были более выгодными для выживания, вроде коричневых лягушек, которые отлично маскируются в болоте, были естественным образом избраны для выживания. Вот откуда взял начало термин естественный отбор.

Можно умножить две этих теории на много-много времени, и собственно это сделал Дарвин в 19 веке. Эволюция и естественный отбор объясняют огромное разнообразие жизни на Земле.

Общая теория относительности

Общая теория относительности Альберта Эйнштейна была и остается важнейшим открытием, которое навсегда изменила наш взгляд на вселенную. Главным прорывом Эйнштейна было заявление о том, что пространство и время не являются абсолютными, а гравитация — это не просто сила, приложенная к объекту или массе. Скорее гравитация связана с тем, что масса искривляет само пространство и время (пространство-время).

Чтобы осмыслить это, представьте, что вы едете через всю Землю по прямой линии в восточном направлении, скажем, из северного полушария. Через некоторое время, если кто-то захочет точно определить ваше местоположение вы будете гораздо южнее и восточнее своего исходного положения. Это потому что Земля изогнута. Чтобы ехать прямо на восток, вам нужно учитывать форму Земли и ехать под углом немного на север. Сравните круглый шарик и лист бумаги.

Пространство — это в значительной мере то же самое. К примеру, для пассажиров ракеты, летящей вокруг Земли, будет очевидно, что они летят по прямой в пространстве. Но на самом деле, пространство-время вокруг них изгибается под действием силы тяжести Земли, заставляя их одновременно двигаться вперед и оставаться на орбите Земли.

Теория Эйнштейна оказала огромное влияние на будущее астрофизики и космологии. Она объяснила небольшую и неожиданную аномалию орбиты Меркурия, показала, как изгибается свет звезд и заложила теоретические основы для черных дыр.

Принцип неопределенности Гейзенберга

Расширение теории относительности Эйнштейна рассказало нам больше о том, как работает Вселенная, и помогло заложить основу для квантовой физики, что привело к совершенно неожиданному конфузу теоретической науки. В 1927 году осознание того, что все законы вселенной в определенном контексте являются гибкими, привело к ошеломительному открытию немецкого ученого Вернера Гейзенберга.

Постулируя свой принцип неопределенности, Гейзенберг понял, что невозможно одновременно знать с высоким уровнем точности два свойства частицы. Вы можете знать положение электрона с высокой степенью точности, но не его импульс, и наоборот.

Позже Нильс Бор сделал открытие, которое помогло объяснить принцип Гейзенберга. Бор выяснил, что электрон обладает качествами как частицы, так и волны. Концепция стала известна как корпускулярно-волновой дуализм и легла в основу квантовой физики. Поэтому, когда мы измеряем положение электрона, мы определяем его как частицу в определенной точке пространства с неопределенной длиной волны. Когда мы измеряем импульс, мы рассматриваем электрон как волну, а значит можем знать амплитуду ее длины, но не положение.

Закон (физика) – это… Что такое Закон (физика)?

Физи́ческий зако́н — эмпирически установленная и выраженная в строгой словесной и/или математической 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.

Описание

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.
• Устойчивость. Физические законы не меняются со временем, хотя и могут признаваться приближениями к более точным законам.

Физические законы, как правило, выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы:

Физический закон должен обладать математической красотой

Примеры

Основная статья: Список физических законов

Одними из самых известных физических законов являются^[1]:

Законы-принципы

Некоторые физические законы носят универсальный характер и по своей сути являются определениями. Такие законы часто называют принципами. К ним относятся, например, второй закон Ньютона (определение силы), закон сохранения энергии (определение энергии), принцип наименьшего действия (определение действия) и др.

Законы-следствия симметрий

Часть физических законов являются простыми следствиями некоторых симметрий, существующих в системе. Так, законы сохранения согласно теореме Нётер являются следствиями симметрии пространства и времени. А принцип Паули, например, является следствием идентичности электронов (антисимметричность их волновой функции относительно перестановки частиц).

Приблизительность законов

Все физические законы являются следствием эмпирических наблюдений и верны с той точностью, с которой верны экспериментальные наблюдения. 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.

См. также

Примечания

1. ↑ 100 великих научных открытий / Д. К. Самин. — М.: Вече, 2002. — 480 с. — 25 000 экз. — ISBN 5-7838-1085-1

Законы физики – это… Что такое Законы физики?

• Законы Хивела Доброго
• Законы эволюции

Смотреть что такое “Законы физики” в других словарях:

• Законы Ньютона —     Классическая механика …   Википедия

• ЗАКОНЫ И ОБЪЯСНЕНИЯ В СОЦИОЛОГИИ — текст У. Аутвейта . По мысли автора, вокруг названного вопроса ведется два диспута. Первый это диспут между философами науки о том, что такое научные законы. Второй это спор о том, полезны ли такие законы для социологии и если да, то каково их… …   Социология: Энциклопедия

• Законы Паркинсона — Закон Паркинсона эмпирический закон, гласящий, что любая работа увеличивается в объёме, чтобы заполнить всё отпущенное на неё время.

  Сформулирован историком Сирилом Норткотом Паркинсоном в его сатирической статье, напечатанной в британском… …   Википедия

• Законы Мерфи — Закон Мёрфи (англ. Murphy s law) универсальный философский принцип, состоящий в том, что если есть вероятность того, что какая нибудь неприятность может случиться, то она обязательно произойдёт. Иностранный аналог русского «закона подлости» и… …   Википедия

• Законы термодинамики — Начала термодинамики Статья является частью серии «Термодинамика». Нулевое начало термодинамики Первое начало термодинамики Второе начало термодинамики Третье начало термодинамики Разделы термодинамики …   Википедия

• Нерешённые проблемы современной физики — Приведён список нерешённых проблем современной физики[1]. Некоторые из этих проблем носят теоретический характер, что означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные… …   Википедия

• Ньютона законы — Классическая механика Второй закон Ньютона История… Фундаментальные понятия Пространство · Время · …   Википедия

• История возникновения квантовой физики — Эта статья или раздел нуждается в переработке.

  Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

• МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ УРАВНЕНИЯ — ур ния, описывающие матем. модели физ. явлений. Теория этих моделей (математическая физи к а) занимает промежуточное положение между физикой и математикой. При построении моделей используют физ. законы, однако методы исследования полученных ур… …   Физическая энциклопедия

• Философские основания физики: введение в философию науки —         «ФИЛОСОФСКИЕ ОСНОВАНИЯ ФИЗИКИ: ВВЕДЕНИЕ В ФИЛОСОФИЮ НАУКИ» («Philosophical Foundations of Physics») книга Р. Карнапа, в которую вошли переработанные материалы его лекций и научных семинаров, проведенных в конце 1950 х начале 1960 х в… …   Энциклопедия эпистемологии и философии науки

Законы природы

Джон Кэрролл

Впервые опубликовано 29.04.2003, существенные изменения 26.12.2010

В науке существует множество принципов, которые, — по крайней мере, когда-то в прошлом — считались законами природы: ньютоновские закон всемирного тяготения и три закона движения, законы идеального газа, законы Менделя, законы спроса и предложения и т.  д. Другие важные для науки закономерности, как считалось, не обладают этим статусом: в их число входят те, которые (в отличие от законов), с точки зрения учёных, нуждались — или всё ещё нуждаются — в объяснении. Здесь можно говорить о регулярности океанских приливов, смещении перигелия Меркурия, фотоэлектрическом эффекте, расширении Вселенной и т. п. Кроме того, чтобы определить, что в действительности возможно, учёные прибегают к законам, но не к иным закономерностям: с точки зрения космологов, возможность того, что наша Вселенная является замкнутой — или открытой — системой, связана с тем, согласуются ли эти модели с законами тяготения Эйнштейна [Maudlin 2007, 7–8]. В статистической механике законы лежащей в её основе физической теории используются для определения динамически возможных траекторий в пространстве состояний системы [Roberts 2008, 12–16].

Философы науки и метафизики рассматривали различные вопросы, связанные с понятием закона, но основным остаётся следующий: что такое закон? На него были даны два авторитетных ответа: системный подход Дэвида Льюиса [Lewis 1973, 1983, 1986, 1994] и теория универсалий Дэвида Армстронга [Armstrong 1978, 1983, 1991, 1993]. Среди более современных интерпретаций проблемы — взгляды антиреалистов [van Fraassen 1989; Giere 1999; Ward 2002; Mumford 2004] и антиредукционистов [Carroll 1994, 2008; Lange 2000, 2009; Maudlin 2007]. Помимо основного вопроса, в современной литературе по теме уделяется внимание следующим проблемам: (i) супервентны ли законы фактам? (ii) какую роль они играют в связи с проблемой индукции? (iii) предполагают ли они метафизическую необходимость? (iv) какова их роль в физике и как она соотносится с их ролью в частных науках?

 

1. Основной вопрос: Что такое закон?
2. Системы
3. Универсалии
4. Юмовская супервентность
5. Антиреализм
6. Антиредукционизм
7. Индукция
8. Необходимость
9. Физика и частные науки

9.1. Пытаются ли физики открыть универсальные закономерности?
9.2. Возможны ли какие-либо законы частных наук?

10. Заключительные замечания: что дальше?
Библиография

 

Есть четыре причины, побуждающие философов искать ответ на вопрос, что значит быть законом природы. Во-первых, как было сказано выше, складывается впечатление, что законы играют в науке важнейшую роль. Во-вторых, законы важны для многих других философских проблем: например, философы, вдохновляемые теорией контрфактичности, отстаиваемой Родериком Чизомом [Chisholm 1946, 1955] и Нельсоном Гудменом [Goodman 1947], а также выдвинутой Карлом Гемпелем и Полом Оппенгеймом дедуктивно-номологической моделью объяснения [Hempel and Oppenheim 1948], задавались вопросом, что делает контрфактические и объяснительные утверждения истинными; они предполагали, что какую-то роль здесь должны играть законы, а также спрашивали, что отличает законы от того, что законами не является. В-третьих, как известно, Гудмен предположил, что существует связь между законностью (lawhood) и возможностью подтвердить нечто индуктивным умозаключением. Поэтому некоторые мыслители, готовые принять идею Гудмена, сталкиваются с проблемой законов из-за своего интереса к индукции.

В-четвёртых, философы любят сложные загадки. Предположим, что все находящиеся в помещении люди сидят (ср. [Langford 1941, 67]). Очевидно, что в этом случае утверждение «Здесь все сидят» будет истинным. Однако, хотя такое обобщение истинно, оно, по-видимому, не является законом в силу своей крайней случайности. Принцип Эйнштейна, согласно которому скорость ни одного сигнала не может превышать скорость света, также является истинным обобщением — однако его считают законом; он вовсе не так случаен. В чём же разница?

Может показаться, что это не такая уж и загадка. Утверждение «Здесь все сидят» имеет границы применимости: оно касается конкретного места; у принципа относительности пространственных ограничений нет. Поэтому легко предположить, что, в отличие от законов, случайным образом оказывающиеся верными обобщения касаются конкретных мест. Но разница не в этом. Есть истинные и притом не являющиеся законами утверждения, не относящиеся к какому-либо конкретному пространству. Рассмотрим неограниченное пространственно обобщение, согласно которому все золотые сферы имеют диаметр меньше мили. Золотых сфер таких размеров нет и, по всей вероятности, никогда не будет, но тем не менее это обобщение не является законом. Можно также привести обобщения, выражающие законы, подчиняющиеся определённым пространственным ограничениям. Закон свободного падения Галилея — это обобщение, согласно которому на Земле ускорение свободного падения равно 9.8 м/с². Сложность нашей загадки становится очевидной, если к обобщению, касающемуся золотых сфер, добавить весьма похожее на него обобщение о сферах из урана:

Все золотые сферы имеют диаметр меньше мили.

Все урановые сферы имеют диаметр меньше мили.

Хотя первое утверждение не является законом, второе, по всей видимости, является: оно вовсе не так случайно, как первое, поскольку критическая масса урана — гарантия того, что такая огромная сфера никогда не появится [van Fraassen 1989, 27]. Так в чём же разница? Почему первое утверждение — случайное обобщение, а второе — закон?

 

Широко известный ответ на этот вопрос связывает закон с дедуктивными системами. Идея восходит к работам Джона Стюарта Милля [Mill 1843 (1947 ()], но в той или иной форме её отстаивали Фрэнк Рамсей [Ramsey 1928 (1978)], Льюис [Lewis 1973, 1983, 1986, 1994], Джон Эрман [Earman 1984] и Барри Лёвер [Loewer 1996]. Дедуктивные системы отличаются аксиомами. Теоремы являются логическими следствиями аксиом. Некоторые истинные дедуктивные системы будут сильнее прочих; некоторые — проще. Два эти достоинства — сила и простота — конкурируют между собой. (Систему легко сделать более сильной, усложнив её, а именно, включив все истины в число аксиом. Столь же легко упростить её, пожертвовав силой: достаточно принять в качестве единственной аксиомы, что 2 + 2 = 4.) Согласно Льюису [Lewis 1973, 73], законы природы принадлежат ко множеству всех истинных дедуктивных систем, отличающихся наиболее удачным сочетанием простоты и силы. Следовательно, утверждение, что диаметр урановой сферы не может превышать милю, является законом потому, что, по-видимому, оно принадлежит к наилучшим дедуктивным системам; квантовая теория — превосходная теория, описывающая нашу Вселенную, она может входить в число наилучших систем, и вполне вероятным представляется, что из квантовой теории и истин, касающихся природы урана, будет логически следовать, что не существует урановых сфер с диаметром, превышающим милю [Loewer 1996, 112]. Вызывает сомнения, что обобщение, согласно которому все золотые сферы будут меньше мили в диаметре, принадлежит к наилучшим системам. В качестве аксиомы его можно добавить в любую систему, но оно мало (если вообще хоть как-то) повлияет на её силу, при этом усложнив. (Впоследствии Льюис внёс в свою теорию значительные изменения, чтобы рассмотреть проблемы, связанные с физической вероятностью (см. [Lewis 1986, 1994]).)

Многие особенности теории систем весьма привлекательны. Например, она, по всей видимости, решает проблему пустых законов. Некоторые законы являются истинными, будучи при этом пустыми: первый закон движения Ньютона, согласно которому всякое инерциальное тело движется без ускорения, является законом, несмотря на то, что инерциальных тел не существует. Однако есть также множество пустых истинных утверждений, не являющихся законами: все тартановые панды весят пять фунтов, все единороги неженаты и т. д. Если мы принимаем теорию систем, то пустые обобщения не исключаются из числа законов, но принимаются в расчёт лишь те пустые обобщения, которые принадлежат к наилучшим системам (ср. [Lewis 1986, 123]). Более того, разумно считать целью научного теоретизирования формулировку истинных теорий, простота и сила которых уравновешивают друг друга, а значит, теория систем, по-видимому, подкрепляет трюизм, согласно которому цель науки — открытие законов [Earman 1978, 180; Loewer 1996, 112]. Ещё одной особенностью этой теории, которая многим (хотя и не всем) представляется привлекательной, является то, что она согласуется с широко интерпретируемыми ограничениями в духе Юма, налагаемыми на метафизику. Здесь нет прямой отсылки к близким модальным понятиям (например, контрфактическим условным предложениям) или к являющимся источником модальности сущностям (например, универсалиям или Богу; о предположительно необходимой отсылке к Богу см. [Foster 2004]). В самом деле, теория систем — основа льюисовой защиты юмовской супервентности, «учения, согласно которому в мире есть лишь обширная мозаика частных фактов: один небольшой предмет, а затем — другой» [Lewis 1986, ix].

Другие особенности теории систем настораживают философов (см. в особенности [Armstrong 1983, 66–73; van Fraassen 1989, 40–64; Carroll 1990, 197–206]). Некоторые утверждают, что у неё есть неприятное следствие: из-за обращения к понятиям простоты, силы и наилучшего равновесия (которые в конкретных своих проявлениях, по-видимому, зависят от когнитивных способностей, интересов и целей) законы оказываются не надлежащим образом зависящими от разума. Апелляция к простоте ставит ещё один вопрос, связанный с потребностью в жёстко регламентированном языке, делающем возможным разумное сопоставление систем (см. [Lewis 1983, 367]). Среди недавних упрёков теории систем — замечание Джона Робертса о том, что иногда считают её преимуществом: «У нас нет опыта оценки конкурирующих достоинств простоты и содержательности, позволяющей выбрать одну из целого ряда предположительно истинных дедуктивных систем» [Roberts 2008, 10]. Существует метод подбора кривой, предполагающий оценку и сопоставление таких конкурирующих преимуществ, как простота и точность, но этот метод — часть процесса обнаружения того, что является истинным. Тим Модлин [Maudlin 2007, 16] и Робертс [Roberts 2008, 23] утверждают также, что теория систем плохо подходит для того, чтобы исключать из числа законов широко распространённые и бросающиеся в глаза закономерности, даже если очевидно, что они определяются исходными условиями. Утверждения, согласно которым Вселенная представляет собой замкнутую систему, энтропия возрастает, а планеты Солнечной системы расположены в одной плоскости, могут (если они истинны) быть прибавлены к любой истинной дедуктивной системе, значительно увеличив её силу и не слишком усложнив. Интересно, что иногда от теории систем отказываются потому, что она отвечает широко понимаемым юмовским ограничениям, налагаемым на законы природы; некоторые заявляют, что частные факты не определяют, являются ли обобщения законами (см. Раздел 4).

 

В конце 1970-х годов у теории систем и других попыток последователей Юма сказать, что такое закон, появился соперник. В стремлении отделить законы от того, что ими не является, сторонники конкурирующего подхода, возглавляемые Армстронгом [Armstrong 1978, 1983, 1991, 1993], Фредом Дрецке [Dretske 1977] и Майклом Тули [Tooley 1977, 1987], обратились к универсалиям.

Если исходить из предлагаемой Армстронгом интерпретации этой идеи, то вот одна из его лаконичных формулировок теории универсалий:

Предположим, существует закон, согласно которому все F являются G. Свойство F и свойство G рассматриваются как универсалии. Между свойством F и свойством G существует определённое отношение, отношение логически не обоснованной, или случайной, необходимости. Эту ситуацию можно выразить в форме «N (F, G)». [Armstrong 1983, 85]

Эта формулировка обещает решение знакомых задач и проблем: возможно, разница между обобщениями касательно урановой и золотой сфер состоит в том, что из бытия урановой сферой следует необходимость обладать диаметром меньше мили, а из бытия золотой сферой — нет. Нет повода беспокоиться о субъективной природе простоты, силы и наилучшего их сочетания; до тех пор, пока необходимость независима от сознания, можно не опасаться, что от него будет зависеть законность. Некоторые [Armstrong 1991; Dretske 1977] полагают, что эта система взглядов поддерживает идею, согласно которой законы играют особую объяснительную роль в индуктивных умозаключениях, поскольку закон — не просто универсальное обобщение, а нечто совершенно иное — отношение между двумя разными универсалиями. Эта система взглядов согласуется также с представлением, что законность не супервентна на частных случаях конкретных фактов; отрицание юмовской супервентности часто сопровождает принятие теории универсалий.

Но чтобы и в самом деле достичь такого результата, следует больше сказать о природе N (необходимости). Существует проблема, которую Бас ван Фраассен называет проблемой идентификации. Он связывает её с другой проблемой, называемой им проблемой вывода [van Fraassen 1989, 96]. Суть двух этих проблем ранее была изложена Льюисом в его характерном стиле:

Чем бы ни было N, я не понимаю, как может быть абсолютно невозможным получение N (F, G) и Fa без Ga. (Если только N не является всего лишь устойчивой конъюнкцией или чем-то дополненной устойчивой конъюнкцией: в этом случае теория Армстронга превращается в вариант отвергаемой им теории закономерности.) Терминология Армстронга в некотором отношении скрывает эту загадку. Он использует выражение «с необходимостью следует» для обозначения создающего закон универсального N; и кто удивится, услышав, что если из F «с необходимостью следует» G и некое a обладает F, то, значит, a должно обладать G? Но я заявляю, что N заслуживает имени «необходимости», лишь если оно каким-то образом на самом деле может вступить в соответствующие отношения необходимости. Оно не может вступить в них лишь благодаря имени, как для обладания мощным бицепсом недостаточно называться «Армстронгом». [Lewis 1983, 366]

По сути дела, необходимо уточнить, что именно представляет собой законоустанавливающее отношение (проблема идентификации). Затем следует определить, подходит ли оно для этой цели (проблема вывода): следует ли из существования между F и G отношения N, что все F являются G? Обосновывает ли наличие этого отношения соответствующие контрфактические утверждения? Действительно ли законы оказываются независимыми от сознания, несупервентными и имеющими объяснительную силу? Армстронг и в самом деле говорит о сути своего создающего законы отношения подробнее. На замечание ван Фраассена он отвечает:

И именно здесь, я утверждаю, была решена проблема идентификации. Требующееся для этого отношение является каузальным отношением, <…> которое, как сейчас предполагают, связывает виды, а не их отдельных представителей. [Armstrong 1993, 422]

Остаётся вопрос о природе этого каузального отношения, понимаемого как отношение, связывающее как конкретные события, так и универсалии (см. [van Fraassen 1993, 435–437; Carroll 1994, 170–174].

 

Вместо того, чтобы пытаться в деталях описать всё, что разделяет системный подход и концепцию универсалий, обратим лучше внимание на вызывающую особенные разногласия проблему супервентности. Она касается вопроса, в самом ли деле рассуждения Юма определяют, что такое законы. Можно привести некоторые важные примеры, показывающие, что это не так.

Тули [Tooley 1977, 669] предлагает: допустим, что существует десять различных видов элементарных частиц. Следовательно, возможно пятьдесят пять видов отношений между двумя частицами. Предположим, что пятьдесят четыре из них изучено, и открыто пятьдесят четыре закона. Взаимодействие между частицами X и Y не изучалось, поскольку условия таковы, что они никогда не будут взаимодействовать. Тем не менее представляется, что возможен закон, согласно которому при взаимодействии частиц X и Y наблюдается P. Равным образом возможен закон, согласно которому при взаимодействии частиц X и Y наблюдается Q. Кажется, что в мире не существует никаких конкретных фактов, определяющих, какое из этих обобщений является законом.

Предполагаемая примером Тули несостоятельность супервентности возникает в более предельных случаях. Рассмотрим возможность существования отдельной частицы, двигающейся через пустое, свободное от других частиц пространство с постоянной скоростью, скажем, один метр в секунду. Кажется, что это пространство может быть просто пустой ньютоновской Вселенной, для которой верно утверждение, что все тела обладают скоростью один метр в секунду, хотя это и не закон; просто случилось так, что нет ничего, что могло бы изменить движение частицы. Но приходится признать, что может также статься, что это — не мир ньютоновской физики, и существует закон, согласно которому все тела здесь обладают одинаковой скоростью, равной одному метру в секунду; это обобщение может быть неслучайным и остаться истинным, даже если существуют иные тела, сталкивающиеся с движущимися объектами (см. в особенности [Earman 1986, 100; Lange 2000, 85–90]). Кто-нибудь может пойти и дальше. Модлин решительно возражает последователям Юма, обращая особое внимание на широко распространённую среди физиков стратегию изучения моделей вводимых теорией законов:

Пространство-время Минковского, пространство-время специальной теории относительности, — это модель уравнений поля общей теории относительности (в частности, их решений для вакуума). Следовательно, пустое пространство-время Минковского — один из способов существования мира, подчиняющегося законам общей теории относительности. Но является ли пространство-время Минковского моделью лишь для законов общей теории относительности? Разумеется, нет! Мы можем, например, утверждать, что специальная теория относительности даёт полное и точное описание структуры пространства-времени, и вывести иную теорию гравитации, моделью для которой всё ещё будет оставаться пустое пространство-время Минковского. Итак, если предположить, что ни один из возможных миров не может подчиняться законам общей теории относительности и конкурирующей теории гравитации, общее физическое состояние мира не всегда может определять законы. [Maudlin 2007, 67]

Здесь высказывается предположение о возможности существования пустой Вселенной, где действуют законы общей теории относительности, и другой Вселенной, где действуют законы противоречащей ей теории гравитации (дополнительные примеры см. в [Carroll 1994, 60–80]).

То, что Модлину представляется следствием обычного научного рассуждения, последователи Юма сочтут примером, демонстрирующим абсурдность несупервентности. Они должны утверждать, что разнообразные пары так называемых возможных миров на самом деле невозможны. Одним из последователей Юма, возражающих против доводов в пользу несупервентности, является Элен Биби [Beebee 2000]. Она обвиняет Тули, Джона Кэрролла [Carroll 1990, 1994] и других в том, что их аргументы основываются на том, что законы определяют происходящее в мире (см. также [Loewer 1996; Roberts 1998; Schaffer 2008]). В двух статьях Эрман и Робертс [Earman and Roberts 2005a,b] сначала задаются вопросом, как лучше сформулировать юмовский тезис супервентности, а затем, выступая с позиции скептицизма, доказывают, что их вариант юмовской супервентности соответствует истине. Джонатан Шаффер [Schaffer 2008] настоятельно привлекает внимание к онтологической проблеме: к тому, что несупервентные законы являются чем-то необоснованным. Робертс [Roberts 2008, 358–361] не только согласен с тем, что законы определяют происходящее в мире, но и предлагает новый ответ на контрпримеры для юмовской супервентности. Заметим, что с точки зрения языка сутью любого предполагаемого контрпримера всегда будет пара предложений, описывающих некую вероятность. Например, в случае единственной элементарной частицы (подобном описанному выше), суть контрпримера может выражаться в следующих предложениях:

Возможно, что на протяжении всей истории мира существует только одна-единственная частица, движущаяся с постоянной скоростью, а то, что все тела в этом мире движутся со скоростью один метр в секунду, не является законом.

Возможно, что на протяжении всей истории мира существует только одна-единственная частица, движущаяся с постоянной скоростью, а то, что все тела в этом мире движутся со скоростью один метр в секунду, является законом.

Для Робертса эти контрпримеры неизбежно будут лишь мнимыми, поскольку, хотя каждое предложение может быть истинным для какого-то контекста, для выдвижения возражения этого недостаточно: эти предложения должны быть истинными для одного и того же контекста, иначе возражение можно будет упрекнуть в некоторой неоднозначности. Для Робертса истинность предложений вида «это является законом» всегда связана с ключевой в данном контексте теорией. В его глазах обобщение, касающееся скорости в один метр в секунду, не может одновременно быть и не быть законом в рамках одной конкретной теории, а потому предложения, выражающие суть контрпримера, не могут быть истинными в отношении одного и того же контекста.

Важнейшую роль здесь играет чувствительность к контексту, которую Робертс встраивает в условия истинности предложений, выражающих законы. Другие системы взглядов, в рамках которых выражающие законы предложения тоже считаются чувствительными к контексту, могут также приводить к этому выводу. Разумеется, многое зависит от того, о каких чувствительных к контексту условиях истинности идёт речь.

 

Большинство современных философов — реалисты в отношении законов; они полагают, что некоторые теории о том, что такое законы, и в самом деле отражают реальность. Однако есть и несогласные с этим антиреалисты.

Например, ван Фраассен, Рональд Гир, а также Стивен Мамфорд считают, что законов не существует. Ван Фраассен рассматривает проблемы, с которыми сталкиваются, скажем, теории Льюиса и Армстронга, в качестве аргумента в поддержку своих взглядов, и предвидит неспособность Армстронга и прочих описать адекватную эпистемологию, которая допускала бы рациональную убеждённость в существовании законов [van Fraassen 1989, 130 и 180–181]. Гир ссылается на то, как в истории науки начали использовать понятие закона [Giere 1995 (1999), 86–90], и настаивает, что часто называемые законами обобщения на самом деле не соответствуют истине [Ibid., 90–91]. У Мамфорда — причины, скорее, метафизического характера; он говорит, что, чтобы обуславливать происходящее в мире, законы должны быть чем-то внешним по отношению к качествам, которые они обуславливают, но, чтобы это было так, у обуславливаемых свойств не должно быть надлежащих условий идентичности [Mumford 2004, 144–145]. Другие мыслители исповедуют антиреализм иного сорта. Даже произнося предложения вида «То, что ни один сигнал не движется со скоростью выше скорости света, является законом», они остаются антиреалистами, поскольку полагают, что такие предложения не являются (чистым) изложением фактов. Является ли это эйнштейновское обобщение законом или нет — это не факт о нашей Вселенной; это не что-то, что может быть открыто. Сообщения о законах лишь отражают определённое отношение (в дополнение к убеждению) к содержащимся в них обобщениях. Например, Барри Уорд [Ward 2002, 197] полагает, что это отношение касается пригодности обобщения для предсказания и объяснения (см. также [Blackburn 1984, 1986]).

Перед антиреализмом стоит задача минимизировать ущерб, который отсутствие законов причинит нашей повседневной и научной практике. Что касается последней, описанные в начале данной статьи примеры и случаи использования законов свидетельствуют, что «закон» играет в науке важную роль, которую учёные, по-видимому, готовы счесть фактивной. Что касается повседневности, то, хотя слово «закон» и нечасто фигурирует в обыденных разговорах, у антиреализма относительно законности, тем не менее, будут далеко идущие последствия. Это обусловлено тем, что понятие законности связано с другими понятиями, в особенности номическими (например, понятиями контрфактического условия, диспозиций и причинности). Например, кажется, что для существования какой-либо содержательной контрфактической истины необходим хотя бы один закон природы. Загорится ли в обычных условиях обычная спичка, если ею чиркнуть о коробок? По-видимому, да — но только лишь потому, что мы ожидаем от окружающего мира определённого постоянства. Мы полагаем, что это контрфактическое высказывание верно, поскольку убеждены в существовании законов. Если бы законов не было, то из того, что спичкой чиркнули о коробок, не следовало бы, что она загорится. Из этого не следовало бы, что спичка предрасположена к воспламенению, или что трение о коробок станет причиной огня.

Может ли антиреалист отмести эту проблему, отрицая наличие связей между законностью и другими понятиями? Позволит ли это нам быть антиреалистами в отношении законов и оставаться реалистами в отношении, скажем, контрфактических высказываний? Опасность здесь заключается в том, что занимаемая в результате таких манипуляций позиция, по-видимому, неизбежно окажется ad hoc. Такие понятия, как контрфактическое условие, диспозиции и каузальность, проявляют множество тех же загадочных свойств, что и законность; обращаясь к ним, мы сталкиваемся со сходными философскими вопросами и загадками. Сложно сказать, чем можно обосновать антиреализм в отношении законности, но не других номических понятий.

 

Кэрролл [Carroll 1994, 2008], Марк Ланге [Lange 2000, 2009] и Модлин [Maudlin 2007] отстаивают антиредукционистские, антисупервентистские теории (см. также [Woodward 1992]). Рассматривая вопрос о том, что такое закон, они отвергают ответы таких сторонников Юма, как Льюис, отрицают юмовскую супервентность и не видят смысла обращаться к универсалиям. Они считают несостоятельными любые попытки сказать, что такое закон, не прибегая к номическим понятиям. И тем не менее они полагают, что законы природы на самом деле существуют, и не являются антиреалистами.

Модлин [Maudlin 2007, 17–18] считает, что законность — фундаментальное понятие, а законы — онтологические примитивы, базовые элементы нашей онтологии. Следовательно, его проект состоит в том, чтобы показать, что именно могут сделать законы, определяя физическую возможность через законы и схематически излагая основанные на законах теории контрфактических условий и объяснений.

Кэрролл [Carroll 2008] анализирует законность посредством каузальных/объяснительных понятий. Исходной точкой для него становится интуиция, что законы не произвольны и не являются случайностями. Однако не быть случайностью ещё не означает быть законом. Например, может быть верно, что не существует золотых сфер диаметром больше тысячи миль, поскольку во Вселенной слишком мало золота. В этом случае, строго говоря, это обобщение было бы истинным, достаточно общим и не являлось бы случайностью. Тем не менее законом бы оно не было. Вероятно, этому препятствует тот факт, что нечто в природе (по сути дела, исходное состояние Вселенной, ограниченное количество золота) объясняет это обобщение. Сравним это с законом, согласно которому движение по инерции происходит без ускорения. В случае этого и иных законов, по-видимому, он соблюдается в силу самой природы вещей.

Подход Ланге [Lange 2000, 2009] предполагает описание того, что такое закон, при помощи контрфактического понятия стабильности. Теория эта весьма изощрённа, но основная её идея такова: назовём логически конечный ряд истинных пропозиций стабильным, если и только если его элементы остаются истинными при любой исходной ситуации, не противоречащей членам этого ряда. Так, к примеру, ряд логических истин очевидным образом является стабильным, поскольку логические истины будут истинными вне зависимости от любых обстоятельств. Ряд, включающий случайное обобщение, что все присутствующие в комнате сидят, но не противоречащий пропозиции, что некто в комнате кричит «Пожар!», не будет стабильным. Если бы кто-то закричал «Пожар!», кто-нибудь из присутствующих в комнате не усидел бы на месте. Ланге утверждает [Lange 2009, 34], что ни один стабильный ряд субномических фактов (за исключением, может быть, собрания всех истин) не содержит случайных истин. Для этого он прибегает к хитроумному использованию дизъюнктивных условий. Если ряд включает случайную истину P и не включает случайную истину Q, то дизъюнкция ~P ∨ ~Q будет совместима с этим рядом, и для того, чтобы тот оставался стабильным, контрфактическое условное предложение (~P ∨ ~Q) → P должно быть верным. Поскольку ни P, ни Q не являются законами, P не будет предпосылкой Q (во всяком случае, не во всяком контексте). Поэтому Ланге утверждает, что предложение (~P ∨ ~Q) → P не будет истинным (во всяком случае, не во всяком контексте). «Считая законы элементами по меньшей мере одного немаксимального стабильного ряда, мы откроем, как законность субномических фактов определяется субномическими фактами и теми фактами, которые зависят от них» [Lange 2009, 43].

До сих пор возражения против антиредукционизма в основном сводились к упомянутым в конце Раздела 4 вызовам для антисупервентности. (Поэтому, опять-таки, см. [Loewer 1996; Roberts 1998, 2008; Beebee 2000; Earman and Roberts 2005a,b; Schaffer 2008].)

 

Гудмен полагал, что различие между законами природы и случайными истинами неразрывно связано с проблемой индукции. В работе «Новая загадка индукции» он пишет:

Лишь законоподобное утверждение (вне зависимости от его истинности, ложности или научной значимости) может быть подтверждено своим частным случаем; в отношении случайных утверждений это неверно. [Goodman 1954 (1983), 73]

(Касательно терминологии: P законоподобно, только если P является законом, если оно истинно.) Гудмен утверждает, что если обобщение случайно (и, следовательно, не законоподобно), то оно не может быть подтверждено одним из своих частных случаев.

Это стало толчком к оживлённой дискуссии и выдвижению ряда возражений. Например, предположим, что симметричная монета была подброшена в воздух десять раз, и первые девять раз упала решкой вверх [Dretske 1977, 256–257]. Первые девять частных случаев (по крайней мере, в некотором смысле) подтверждают обобщение, согласно которому в результате всех десяти бросков выпадет решка; вероятность истинности этого обобщения возросла с (0,5)¹⁰ до 0,5. Но это обобщение не законоподобно; если оно истинно, оно не является законом. Стандартным ответом на такой пример будет утверждение, что это понятие подтверждения не относится к делу (что оно всего лишь «урезает содержание»), а также предположение, что в законоподобии нуждается подтверждение нерассмотренных частных случаев обобщения. Отметим, что в случае монеты вероятность того, что при десятом броске выпадет решка, после предшествующих девяти бросков, выпавших решкой, не меняется. Однако существуют примеры, способные поставить под вопрос и эту идею.

Предположим, в комнате находится сто человек, и, задав пятидесяти из них вопрос, являются ли они третьими по счёту сыновьями, мы слышим, что так и есть; несомненно, разумным будет по меньшей мере с несколько большей уверенностью ожидать такого же ответа и от остальных пятидесяти присутствующих. [Jackson and Pargetter 1980, 423]

Бесполезно пересматривать тезис, чтобы заявить, будто никакое считающееся случайным обобщение не может быть подтверждено. В случае с третьими сыновьями мы знаем, что, даже если обобщение верно, оно не является законом. Спор продолжается. Фрэнк Джексон и Роберт Парджеттер предложили провести иную связь между подтверждением и законами, которой должны быть обусловлены определённые контрфактические истины: наблюдение над некими А, обладающими свойствами как F, так и B, подтверждает, что все A, не являющиеся F, будут B, лишь если A всё ещё останутся одновременно и A, и B, даже если они не будут обладать свойством F (это предложение критикуется в работе Эллиотта Собера [Sober 1988, 97–98]). Ланге [Lange 2000, 111–142] прибегает к другой стратегии. Он пытается уточнить соответствующее ситуации понятие подтверждения, описывая то, что рассматривает как интуитивное представление об индуктивном подтверждении, а затем утверждает, что лишь те обобщения, которые не считаются незаконообразными, могут быть индуктивно подтверждены (в том смысле, о котором он пишет).

Подчас идея, что законы должны играть в индуктивном доказательстве особую роль, оказывается исходной точкой для критики юмовского анализа. Дрецке [Dretske 1977, 261–262] и Армстронг [Armstrong 1983, 52–59; Armstrong 1991] принимают модель индуктивного умозаключения, предполагающую заключение к наилучшему объяснению (см. также [Foster 1983, 2004]). Если взять простейшую её интерпретацию, то эта модель описывает систему, основанную на наблюдении за частными случаями обобщения, включающую заключение к соответствующим законам (это и будет заключением к наилучшему объяснению) и увенчанную выводом к самому обобщению или его частным случаям, не ставшим объектами наблюдения. Претензия, предъявляемая сторонникам Юма, заключается в том, что, согласно их представлению о том, чем являются законы, законы не подходят для объяснения своих частных случаев и не могут подкрепить требуемое заключение к наилучшему объяснению.

Именно в этом контексте следует внимательно изучить законы. Армстронг и Дрецке приводят веские аргументы о том, что может и что не может быть подтверждено частными случаями: грубо говоря, юмовские законы так подтвердить нельзя, а законы-как-универсалии — можно. Но эти аргументы по самой меньшей мере не могут быть совершенно верными. Разве юмовские законы нельзя подтвердить частными случаями? Как было сказано выше, Собер, Ланге и другие исследователи показали, что это возможно даже в случае случайных обобщений. Дрецке и Армстронгу нужна некая убедительная и достаточно сильная посылка, связывающая законность с возможностью подтверждения, и непонятно, существует ли она. Основная проблема — в следующем: как отмечали многие авторы (например, [Sober 1988, 98; van Fraassen 1987, 255]), подтверждение гипотезы и её нерассмотренные частные случаи всегда будут зависеть от наших базовых убеждений. Если это так, то, обладай мы подходящими базовыми убеждениями, практически любое утверждение можно было бы подтвердить вне зависимости от того, обладает ли оно статусом закона или является ли оно законоподобным. Таким образом, сложно будет постулировать убедительный принцип, описывающий связь между законами и проблемой индукции. Чтобы выявить номологическую ограниченность индукции, мы должны поговорить о роли базовых убеждений.

 

Как правило, философы полагали, что некоторые случайные истины являются (или могут быть) законами природы. Более того, они считали, что если закон гласит, что все F являются G, то не требуется наличия никакой (метафизически) необходимой связи между свойствами F и G, то есть (метафизически) возможно, что нечто будет F, не будучи при этом G. Например, любой возможный мир, который, в соответствии с законом, подчиняется общим принципам ньютоновской физики, — это мир, где первый закон Ньютона истинен, а мир, в котором тела движутся по инерции с ускорением, — это мир, в котором первый закон Ньютона ложен. Последний мир также является миром, где движение по инерции имеет место, но при этом оно не влечёт с необходимостью отсутствие ускорения. Однако некоторые сторонники теории необходимости (necessitarians) полагают, что все законы являются истинами с необходимостью (см. [Shoemaker 1980, 1998; Swoyer 1982; Fales 1990; Bird 2005]). Другие придерживаются лишь слегка отличающегося представления. Соглашаясь, что некоторые законы — это сингулярные высказывания об универсалиях, они допускают, что некоторые законы являются случайными истинами. Следовательно, в соответствии с их взглядами, закон о свойствах F и G может быть ложным, если свойство F не существует. Однако отличия здесь минимальны. Эти авторы думают, что для того, чтобы закон о свойствах F и G существовал, то, что все F являются G, должно с необходимостью быть истинным (см. [Tweedale 1984; Bigelow, Ellis, and Lierse 1992; Ellis and Lierse 1994; Ellis 2001]).

Можно привести два основания для веры в то, что закон не зависит от какой-либо необходимой связи между свойствами. Первое состоит в представимости того, что в одном возможном мире утверждение «все F являются G» может быть законом, даже если существует иной мир, где F не является G. Второе — в том, что существуют законы, которые могут быть открыты лишь a posteriori. Если необходимость всегда связана с законами природы, то неясно, почему учёные не могут всегда обходиться лишь априорными методами. Естественно, оба основания нередко оспаривались. Сторонники теории необходимости утверждали, что представимость не означает возможности. Они также ссылались на аргументы Сола Крипке [Kripke 1972], предназначавшиеся для выявления определённых a posteriori необходимых истин, чтобы показать, что апостериорная природа некоторых законов не означает, что их законность не предполагает необходимой связи между свойствами. Чтобы ещё более упрочить свою позицию, сторонники теории необходимости заявляли, что она является следствием их излюбленной теории диспозиций, согласно которой диспозиции обладают каузальными способностями сущностным образом. Так, например, согласно этой теории, одним из слагающих сущность электрического заряда является способность отталкивать одноимённые заряды. Следовательно, законы вытекают из природы диспозиций (ср. [Bird 2005, 356]). По мнению сторонников теории необходимости, достоинством их позиции также является то, что они могут объяснить, почему законы поддерживают контрфактические высказывания; они делают это так же, как и другие необходимо истинные утверждения [Swoyer 1982, 209; Fales 1990, 85–87].

Основное затруднение для сторонников теории необходимости состоит в том, чтобы показать, почему следует отвергнуть традиционные основания считать, что некоторые законы являются случайными. Проблема (ср. [Sidelle 2002, 311]) состоит в том, что они также проводят различие между необходимыми и случайными истинами и даже, по-видимому, основываются при этом на соображениях представимости. На первый взгляд, суждение, что объект может двигаться со скоростью выше скорости света, не содержит чего-то явно подозрительного. Чем оно хуже суждения, что дождь может идти в Париже? Другой проблемой для сторонников теории необходимости становится вопрос о том, может ли их эссенциализм в отношении диспозиций подкрепить все контрфактические высказывания, которые, по-видимому, поддерживаются законами природы [Lange 2004].

 

В недавних философских работах о законах природы уделяется много внимания двум отдельным, но взаимосвязанным вопросам. Ни тот ни другой не связаны непосредственно с тем, что такое закон. Вместо этого они касаются природы обобщений, которые пытаются открыть учёные. Первый — таков: стремится ли какая-либо наука в поисках законов отыскивать универсальные закономерности? Второй: даже если это верно для одной науки — фундаментальной физики — можно ли сказать то же самое и о других областях научного знания?

 

9.1. Пытаются ли физики открыть универсальные закономерности?

Философы проводят различие между строгими обобщениями и обобщениями, верными при прочих равных условиях. Предполагается, что это — различие между универсальными обобщениями наподобие описанных выше (например, что всякое инерционное движение происходит без ускорения) и кажущимися менее формальными обобщениями (например, что при прочих равных курение вызывает рак). Идея в том, что универсальное обобщение будет опровергнуто первым же контрпримером (если удастся найти тело, движущееся по инерции с ускорением), тогда как утверждение о вреде курения вполне допускает существование так никогда и не заболевшего раком курильщика. Хотя в теории это различие достаточно легко понять, на практике зачастую непросто безошибочно отделить строгие обобщения от менее формальных. Поэтому-то немало философов полагает, что многие высказывания, на первый взгляд не содержащие таких верных лишь при прочих равных условиях обобщений, на самом деле неявным образом их содержат.

Чаще всего философы полагали, что если учёные и обнаружили какие-либо универсальные закономерности, являющиеся законами, то они сделали это на уровне фундаментальной физики. Однако некоторые мыслители сомневаются в существовании таких закономерностей даже на этом фундаментальном уровне. Например, Нэнси Картрайт утверждала, что дескриптивные и объяснительные свойства законов вступают в конфликт. «Если рассматривать их как описания фактов, они будут ошибочными; а если скорректировать их так, чтобы они были верными, они потеряют свою фундаментальную объяснительную силу» [Cartwright 1980, 75]. Рассмотрим ньютоновский закон тяготения: F = Gmm′/r². Если понимать его должным, по мнению Картрайт, образом, он гласит, что для любых двух тел связывающая их сила будет равна Gmm′/r². Но если такова суть закона, то он не будет универсальной закономерностью. Это так, потому что связывающая два тела сила зависит не только от масс этих тел и расстояния между ними, но и, например, от зарядов этих тел (что описывает закон Кулона). Можно исправить формулировку закона тяготения, чтобы она соответствовала истине, но, говорит Картрайт, это лишит его объяснительной силы (по крайней мере, если прибегнуть к определённым стандартным методам исправления). Например, если ограничить применение формулы F = Gmm′/r² лишь теми ситуациями, когда не задействованы никакие другие силы, кроме сил тяготения, то, хотя принцип и будет верен, работать он будет лишь в идеализированных обстоятельствах. Ланге [Lange 1993] иллюстрирует сходный тезис другим примером. Возьмём стандартную формулировку закона теплового расширения: «Всякий раз, когда температура металлического бруска длиной L₀ изменяется на T, длина бруска изменяется в соответствии с формулой L = kL₀T», где k — константа, коэффициент теплового расширения металла. Если бы мы использовали это утверждение для выражения строгого обобщения, предполагаемого его грамматической формой, то оно было бы ошибочным, поскольку в случае, когда кто-либо бьёт молотом по концам бруска, его длина меняется не в соответствии с приведённой формулой. Складывается впечатление, что закону требуются оговорки, но их получается так много, что единственный очевидный путь принять их все во внимание — прибегнуть к чему-то вроде введения условия «при прочих равных». Тогда возникает опасение, что утверждение может лишиться содержания. Из-за сложности корректной формулировки условий истинности для утверждений с «при прочих равных», мы можем прийти к тому, что утверждение «При прочих равных L = kL₀T» может означать лишь «L = kL₀T при условии, что L = kL₀T».

Даже те, кто соглашается с доводами Картрайт и Ланге, подчас несогласны в том, что же в конечном счёте эти доводы говорят о законах. Картрайт убеждена, что истинные законы — это не универсальные закономерности, а утверждения, описывающие каузальные силы. Таким образом, они оказываются одновременно и верными, и обладающими объяснительной силой. Ланге в конце концов приходит к заключению о существовании пропозиций, обоснованно считающихся законами, хотя для того, чтобы считать так, нам не нужно также сохранять убежденность в существовании каких-либо не предполагающих исключений закономерностей: они не нужны. Для удобства можно считать, что Гир [Giere 1999] соглашается с основными доводами Картрайт, но настаивает, что являющиеся законами утверждения лишены неявных условий или оговорок о прочих равных. Таким образом, он приходит к выводу, что законов не существует.

Эрман и Робертс считают, что не предполагающие исключений и законосообразные регулярности существуют. Точнее, они утверждают, что занимающиеся фундаментальными физическими исследованиями учёные и в самом деле стремятся сформулировать такие строгие обобщения, которые были бы строгими законами, если бы были верными:

Наше утверждение состоит всего лишь в том, что <…> обычные теории фундаментальной физики таковы, что, если бы они были верными, то существовали бы точные, свободные от оговорок законы. Например, закон гравитационного поля Эйнштейна предполагает — без двусмысленностей, оговорок и дополнительных условий — что тензор кривизны пространства-времени Риччи пропорционален полному тензору энергии-импульса материи-энергии; релятивистская версия законов электромагнетизма Максвелла для плоского незаряженного пространства-времени предполагает — без условий и оговорок — что ротор электрического поля пропорционален частичной производной по времени, и т. д. [Earman and Roberts 1999, 446]

О примере Картрайт с притяжением они пишут [Ibid., 473, fn. 14], что корректное понимание закона тяготения предполагает, что он описывает только лишь силу притяжения между двумя массивными телами. (Картрайт утверждает, что такой составляющей силы не существует, а потому считает подобную интерпретацию ошибочной. Эрман и Робертс не согласны.) О примере Ланге они думают, что закон следует понимать как требующий одной-единственной оговорки: на металлический брусок не должно оказываться никаких внешних воздействий [Ibid., 461]. В любом случае, установить, что все представляющиеся строгими и пригодными для объяснения обобщения, которые были или будут постулированы физиками, оказались или окажутся ошибочными, можно лишь после весьма продолжительного дальнейшего обсуждения (сборник [Earman, et al., 2003] включает более поздние статьи Картрайт и Ланге, а также много иных работ, посвящённых законам с «прочими равными»).

 

9.2. Возможны ли какие-либо законы частных наук?

Если допустить, что физики стремятся открыть универсальные закономерности и даже что им это иногда удаётся, встаёт вопрос, является ли то же самое целью какой-либо иной науки, кроме фундаментальной физики (какой-либо из так называемых частных наук), и могут ли учёные надеяться в этом случае на успех? Возьмём экономический закон спроса и предложения, гласящий, что при росте спроса и неизменном предложении возрастает цена. Отметим, что кое-где цена бензина подчас остаётся неизменной несмотря на растущий спрос и остающееся прежним предложение, поскольку эту цену устанавливает государство. Оказывается, что, чтобы закон соответствовал истине, он должен пониматься как содержащий условие «при прочих равных». Эта проблема является очень общей. Как указал Джерри Фодор [Fodor 1989,78], поскольку мы используем для формулировки законов словарь частной науки, весьма вероятно, что возникнут ограничительные условия (в особенности фундаментальные физические условия), которые будут подрывать любые содержательные строгие обобщения в области частных наук: условия, которые сами по себе не могут быть описаны с помощью словаря частной науки. Своей работой «Ментальные события» [Davidson 1970 (1980), 207–225] Дональд Дэвидсон в значительной степени спровоцировал современный интерес к законам частных наук. Он приводит довод, направленный непосредственно против возможности строгих психофизических законов. Что ещё важнее, он допускает, что отсутствие таких законов может быть существенным для ответа на вопрос, могут ли ментальные события быть причиной физических событий. Это дало начало лавине статей, посвящённых вопросу о том, как примирить отсутствие строгих законов частных наук с реальностью ментальной каузальности (см., например, [Loewer and Lepore 1987, 1989; Fodor 1989; Schiffer 1991; Pietroski and Rey 1995].

Решение проблемы дополнительных условий зависит от трёх основных выделяемых вопросов. Во-первых, вопроса о том, что значит быть законом, который по сути своей является поиском необходимо истинного окончания утверждения: «P — закон, если и только если…». Очевидно, искомое окончание фразы должно касаться всех P, являются ли они строгими или верными при прочих равных условиях обобщениями. Во-вторых, необходимо также определить условия истинности используемых учёными предложений-обобщений. В-третьих, есть апостериорный и научный вопрос о том, какие из выражаемых используемыми учёными предложениями обобщений являются истинными. Ко второму из этих вопросов стоит внимательно присмотреться.

В этом отношении поразительно, как мало внимания уделяется возможному воздействию контекста. Разве не может быть так, что, если экономист напишет или произнесёт в «экономическом контексте» (например, в учебнике по экономике или на соответствующей конференции) определённое предложение, выражающее строгое обобщение, зависящие от контекста обстоятельства, влияющие на условия истинности, приведут к тому, что это высказывание окажется истинным? Так может случиться, несмотря на то, что в другом контексте (скажем, в дискуссии специалистов по фундаментальной физике или, ещё лучше, во время философского обсуждения понятия закона) то же самое предложение очевидным образом окажется ложным. Эти изменяющиеся условия истинности могут быть результатом чего-либо столь простого, как изменение в области применения понятия, или, возможно, каких-то менее очевидных изменений. Чем бы они ни были, важно то, что такая перемена может быть просто функцией языкового значения предложения и известных правил интерпретации (например, правила аккомодации).

Предположим, что профессор, доктор технических наук, произносит: «Когда металлический брусок нагревается, его длина изменяется пропорционально изменению температуры», — а студент на это замечает: «Но не тогда, когда кто-то бьёт молотом по обоим концам бруска». Показал ли тем самым студент, что его наставник ошибается? Может быть, и нет. Заметим, что заявление его несколько нахально. Скорее всего, когда профессор произносил свои слова, не подразумевалась необычная ситуация, в которой кто-то бьёт молотом по обоим концам раскалённого бруска металла. На самом деле, замечание студента звучит нахально потому, что ему следовало бы знать о неуместности своего примера. Заметим, что сказанное профессором не предполагает введения каких-либо дополнительных условий, чтобы быть истинным; как показывает этот пример, в обычных разговорах старые добрые строгие обобщения не всегда используются применительно ко всему спектру реальных случаев. На деле их редко используют таким образом.

Если занимающиеся частными науками учёные произносят соответствующие истине предложения-обобщения (иногда истинные при прочих равных, иногда — без всяких условий), то, по-видимому, ничто не мешает им произносить истинные законоподобные предложения, относящиеся к области частных наук. Проблема здесь заключалась в истинности обобщений из области частных наук, а в не каких-либо иных требованиях к законоподобию.

 

Что будет дальше с рассматриваемой нами проблемой? Какими путями философы могут выйти за пределы современных дискуссий о законах природы? Четыре момента являются наиболее интересными и важными. Первый связан с тем, «обуславливают» ли законы происходящее в мире, что именно мы под этим подразумеваем и как это влияет на наше понимание законности. Второй — с тем, является ли законность частью содержания научных теорий. Этот вопрос часто задают о причинности, а в отношении законности он звучит реже. Робертс считает, что не является, и предлагает следующую аналогию, подкрепляющую его точку зрения:

В евклидовой геометрии постулируется, что две точки задают прямую. Но то, что эта пропозиция — постулат, не является частью содержания евклидовой геометрии. Евклидова геометрия — теория не о постулатах, а о точках, линиях и плоскостях… [Roberts 2008, 92]

Робертс делает вывод, что законность — не элемент научных теорий, и продолжает описывать то, что представляется ему ролью законности в науке. Это может оказаться убедительным первым шагом на пути к пониманию отсутствия «закона» и некоторых других номических понятий в формальном изложении научных теорий. Третий вопрос состоит в том, существуют ли случайные законы природы. Сторонники теории необходимости продолжают лихорадочно разрабатывать доводы в поддержку своего мнения, тогда как сторонники Юма и других подходов уделяют этому сравнительно немного внимания. Нужна новая исследовательская работа, которая выявила бы источник основополагающих предпосылок, разделяющих эти лагеря, и показала, в чём состоит правота каждого из участников спора. Наконец, следовало бы уделить больше внимания языку, используемому для обсуждения того, что такое законы, и для выражения самих законов. Очевидно, что недавние споры об обобщениях в физике и частных науках затронули именно эти проблемы, но их рассмотрение может также оказаться полезным для ключевых вопросов онтологии, противостояния реализма и антиреализма, и супервентности.

 

• Armstrong, D., 1978, A Theory of Universals, Cambridge: Cambridge University Press.

• –––, 1983, What Is a Law of Nature?, Cambridge: Cambridge University Press.

• –––, 1991, “What Makes Induction Rational?,” Dialogue, 30: 503–511.

• –––, 1993, “The Identification Problem and the Inference Problem,” Philosophy and Phenomenological Research, 53: 421–422.

• Beebee, H., 2000, “The Nongoverning Conception of Laws of Nature,” Philosophy and Phenomenological Research, 61: 571–594.

• Berenstain, N. and Ladyman, J., (2012) “Ontic Structural Realism and Modality,” in E. Landry and D. Rickles (eds.), Structural Realism: Structure, Object, and Causality. Dordrecht: Springer.

• Bigelow, J., Ellis, B., and Lierse, C., 1992, “The World as One of a Kind: Natural Necessity and Laws of Nature,” British Journal for the Philosophy of Science, 43: 371–388.

• Bird, A., 2005, “The Dispositionalist Conception of Laws,” Foundations of Science, 10: 353–370.

• Blackburn, S., 1984, Spreading the Word, Oxford: Clarendon Press.

• –––, 1986, “Morals and Modals,” in Fact, Science and Morality, G. Macdonald and C. Wright (eds.), Oxford: Basil Blackwell.

• Carroll, J., 1990, “The Humean Tradition,” The Philosophical Review, 99: 185–219.

• –––, 1994, Laws of Nature, Cambridge: Cambridge University Press.

• –––, (ed.), 2004, Readings on Laws of Nature, Pittsburgh: Pittsburgh University Press.

• –––, 2008, “Nailed to Hume’s Cross?,” in Contemporary Debates in Metaphysics, J. Hawthorne, T. Sider and D. Zimmerman, (eds.), Oxford: Basil Blackwell.

• Cartwright, N., 1980, “Do the Laws of Physics state the Facts,” Pacific Philosophical Quarterly, 61: 75–84.

• Chisholm, R., 1946, “The Contrary-to-Fact Conditional,” Mind, 55: 289–307.

•  –––, 1955, “Law Statements and Counterfactual Inference,” Analysis, 15: 97–105.

• Davidson, D., 1980, Essays on Actions and Events, Oxford: Clarendon Press.

• Demerest, H., 2012, “Do Counterfactuals Ground the Laws of Nature? A Critique of Lange,” Philosophy of Science, 79: 333–344.

• Dretske, F., 1977, “Laws of Nature,” Philosophy of Science, 44: 248–268.

• Earman, J., 1978, “The Universality of Laws,” Philosophy of Science, 45: 173–181.

• –––, 1984, “Laws of Nature: The Empiricist Challenge,” in D. M. Armstrong, R. Bogdan (ed.), Dordrecht: D. Reidel Publishing Company.

• –––, 1986, A Primer on Determinism, Dordrecht: D. Reidel Publishing Company.

• Earman, J., Glymour, C., and Mitchell, S., (eds.), 2003, Ceteris Paribus Laws, Berlin: Springer.

• Earman, J. and Roberts, J., 1999, “Ceteris Paribus, There is No Problem of Provisos,” Synthese, 118: 439–478.

• –––, 2005a, “Contact with the Nomic: A Challenge for Deniers of Humean Supervenience about Laws of Nature (Part I),” Philosophy and Phenomenological Research, 71: 1–22.

• –––, 2005b, “Contact with the Nomic: A Challenge for Deniers of Humean Supervenience about Laws of Nature (Part II),” Philosophy and Phenomenological Research, 71: 253–286.

• Ellis, B., 2001, Scientific Essentialism, Cambridge: Cambridge University Press.

• –––, 2009 Metaphysics of Scientific Essentialism, Montreal and Kingston: McGill-Queen’s University Press.

• Ellis, B. and Lierse, C., 1994, “Dispositional Essentialism,” Australasian Journal of Philosophy, 72: 27–45.

• Fales, E., 1990, Causation and Universals, London: Routledge.

• Fodor, J., 1989, “Making Mind Matter More,” Philosophical Topics, 17: 59–79.

• Foster, J., 1983, “Induction, Explanation and Natural Necessity,” Proceedings of the Aristotelian Society, 83: 87–101.

• –––, 2004, The Divine Lawmaker, Oxford: Clarendon Press.

• Friend, T., 2016, “Laws are Conditionals,” European Journal for the Philosophy of Science, 6: 123–144.

• Giere, R., 1999, Science Without Laws, Chicago: University of Chicago Press.

• Goodman, N., 1947, “The Problem of Counterfactual Conditionals,” Journal of Philosophy, 44: 113–128.

• –––, 1983, Fact, Fiction, and Forecast, Cambridge: Harvard University Press.

• Hall, N, 2015, “Humean Reductionism about Laws,” in A Companion to David Lewis, B. Loewer and J. Schaffer (eds.), Oxford: John Wiley and Sons.

• Hempel, C. and Oppenheim, P., 1948, “Studies in the Logic of Explanation,” Philosophy of Science, 15: 135–175.

• Hildebrand, T., 2013, “Can Primitive Laws Explain?” Philosophers’ Imprint 13(5) (July) (Available online).

• –––, 2014, “Can Bare Dispositions Explain Categorical Regularities?,” Philosophical Studies, 167 (3): 569–584.

• Ismael, J., 2015, “How to be Humean,” in A Companion to David Lewis, B. Loewer and J. Schaffer (eds.). Oxford: John Wiley and Sons.

• Jackson, F. and Pargetter, R., 1980, “Confirmation and the Nomological,” Canadian Journal of Philosophy, 10: 415–428.

• Kripke, S., 1972, Naming and Necessity, Cambridge: Harvard University Press.

• Lange, M., 1993, “Natural Laws and the Problem of Provisos,” Erkenntnis, 38: 233–248.

• –––, 2000, Natural Laws in Scientific Practice, Oxford: Oxford University Press.

• –––, 2004, “A Note on Scientific Essentialism, Laws of Nature, and Counterfactual Conditionals,” Australasian Journal of Philosophy, 82: 227–41.

• –––, 2009, Laws and Lawmakers, New York: Oxford University Press.

• –––, 2013, “Grounding, Scientific Explanation, and Humean Laws,” Philosophical Studies, 164: 255–61.

• Lange, M., et al., 2011, “Counterfactuals All the Way Down? Marc Lange: Laws and Lawmakers,” Metascience, 20: 27–52.

• Langford, C., 1941, Review of “An Interpretation of Causal Laws,” Journal of Symbolic Logic, 6: 67–68.

• Lewis, D., 1973, Counterfactuals, Cambridge: Harvard University Press.

• –––, 1983, “New Work for a Theory of Universals,” Australasian Journal of Philosophy, 61: 343–377.

• –––, 1986, Philosophical Papers, Volume II, New York: Oxford University Press.

• –––, 1994, “Humean Supervenience Debugged,” Mind, 103: 473–390.

• Loewer, B., 1996, “Humean Supervenience,” Philosophical Topics, 24: 101–126.

• –––, 1989, “More on Making Mind Matter,” Philosophical Topics, 17: 175–191.

• Loewer, B. and Lepore, E., 1987, “Mind Matters,” Journal of Philosophy, 84: 630–642.

• Lyon, A., 1976–1977, “The Immutable Laws of Nature,” Proceedings of the Aristotelian Society, 77: 107–126.

• Marshall, D., 2015, “Humean Laws and Explanations,” Philosophical Studies, 172(12): 3145–3165.

• Maudlin, T., 2007, The Metaphysics Within Physics, New York: Oxford University Press.

• Mill, J., 1947, A System of Logic, London: Longmans, Green and Co.

• Miller, E., 2015, “Humean Scientific Explanation,” Philosophical Studies, 172(5): 1311–1332.

• Mumford, S., 2004, Laws in Nature, London: Routledge.

• Pietroski, P. and Rey, G., 1995, “When Other Things Aren’t Equal: Saving Ceteris Paribus Laws from Vacuity,” British Journal for the Philosophy of Science, 46: 81–110.

• Ramsey, F., 1978, Foundations, London: Routledge and Kegan Paul.

• Roberts, J., 1998, “Lewis, Carroll, and Seeing through the Looking Glass,” Australasian Journal of Philosophy, 76: 426–438.

• –––, 2008, The Law-Governed Universe, New York: Oxford University Press.

• Schaffer, J., 2008, “Causation and Laws of Nature: Reductionism,” in Contemporary Debates in Metaphysics, J. Hawthorne, T. Sider, and D. Zimmerman, (eds.), Oxford: Basil Blackwell.

• Schiffer, S., 1991, “Ceteris Paribus Laws,” Mind, 100: 1–17.

• Schneider, S., 2007, “What is the Significance of the Intuition that Laws of Nature Govern?,” Australasian Journal of Philosophy 85(2): 307–324.

• Shoemaker, S., 1980, “Causality and Properties,” in Time and Cause, P. van Inwagen, (ed.), Dordrecht: D. Reidel Publishing Company.

• –––, 1998, “Causal and Metaphysical Necessity,” Pacific Philosophical Quarterly, 79: 59–77.

• Sidelle, A., 2002, “On the Metaphysical Contingency of Laws of Nature,” in Conceivability and Possibility, T. Szabó Gendler and J. Hawthorne, (eds.), Oxford: Clarendon Press.

• Sober, E., 1988, “Confirmation and Lawlikeness,” Philosophical Review, 97: 93–98.

• Swoyer, C., 1982, “The Nature of Natural Laws,” Australasian Journal of Philosophy, 60: 203–223.

• Tooley, M., 1977, “The Nature of Laws,” Canadian Journal of Philosophy, 7: 667–698.

• –––, 1987, Causation, Oxford: Clarendon Press.

• Tweedale, M., 1984, “Armstrong on Determinable and Substantival Universals,” in D.M. Armstrong, R. Bogdan (ed.), Dordrecht: D. Reidel Publishing Company.

• Vetter, B., 2012, “Dispositional Essentialism and the Laws of Nature,” Properties, Powers and Structures, A. Bird, B. Ellis, and H. Sankey (eds.), New York: Routledge.

• van Fraassen, B., 1987, “Armstrong on Laws and Probabilities,” Australasian Journal of Philosophy, 65: 243–259.

• –––, 1989, Laws and Symmetry, Oxford: Clarendon Press.

• –––, 1993, “Armstrong, Cartwright, and Earman on Laws and Symmetry,” Philosophy and Phenomenological Research, 53: 431–444.

• Ward, B., 2002, “Humeanism without Humean supervenience: A projectivist account of laws and possibilities,” Philosophical Studies, 107: 191–218.

• –––, 2007, “Laws, Explanation, Governing, and Generation,” Australasian Journal of Philosophy, 85(4): 537–552.

• Woodward, J., 1992, “Realism about Laws,” Erkenntnis, 36: 181–218.

 

Перевод М.В. Семиколенных и М.А. Секацкой

 

Кэрролл, Джон. Законы природы // Стэнфордская философская энциклопедия: переводы избранных статей / под ред. Д.Б. Волкова, В.В. Васильева, М.О. Кедровой. URL = <http://philosophy.ru/laws_of_nature/>.

Оригинал: Carroll, John W., “Laws of Nature”, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2016 Edition), Edward N. Zalta (ed.), URL = <https://plato.stanford.edu/archives/spr2016/entries/laws-of-nature/>.

 

Мартовская образовательная программа по физике: О программе

Положение о Мартовской образовательной программе по физике
Образовательного центра «Сириус»

1. Общие положения
Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения Мартовской образовательной программы по физике Образовательного центра «Сириус» (далее – образовательная программа), её методическое и финансовое обеспечение.

1.1. Образовательная программа проводится в Образовательном центре «Сириус» (Образовательный Фонд «Талант и успех») с 07 по 27 марта 2021 года.

1.2. К участию в образовательной программе приглашаются учащиеся 9-х классов (по состоянию на март 2021 года), обучающиеся в образовательных организациях, осуществляющих образовательную деятельность по образовательным программам основного общего и среднего общего образования (в том числе обучающиеся загранучреждений Министерства иностранных дел Российской Федерации, имеющих в своей структуре специализированные структурные образовательные подразделения). Обязательным условием участия в образовательной программе является успешное прохождение конкурсного отбора.

Общее количество участников образовательной программы: не более 150 человек.

1.3. К участию в образовательной программе допускаются школьники, являющиеся гражданами Российской Федерации.

1.4. Персональный состав участников образовательной программы утверждается Экспертным советом Образовательного Фонда «Талант и успех» по направлению «Наука».

1.5. Научно-методическое и кадровое сопровождение осуществляют сотрудники Центра педагогического мастерства г. Москвы, Московского физико-технического института, физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

1.6. В связи с целостностью и содержательной логикой образовательной программы, интенсивным режимом занятий и объемом академической нагрузки, рассчитанной на весь период пребывания обучающихся в Образовательном центре «Сириус», не допускается участие школьников в отдельных мероприятиях или части образовательной программы: исключены заезды и выезды школьников вне сроков, установленных Экспертным советом Фонда по направлению «Наука».

1.7. В случае нарушений правил пребывания в Образовательном центре «Сириус» или требований настоящего Положения решением Координационного совета участник образовательной программы может быть отчислен с образовательной программы.

1.8. В течение учебного года (с июля по июнь следующего календарного года) допускается участие школьников не более чем в двух образовательных программах по направлению «Наука» (по любым профилям, включая проектные образовательные программы), не идущих подряд.

2. Цели и задачи образовательной программы.
2.1. Образовательная программа ориентирована на углублённую подготовку в области физики высокомотивированных талантливых учащихся 9-х классов, выявленных путем конкурсного отбора по итогам самостоятельной работы, и на организацию дальнейшего систематического изучения физики указанными учащимися путем предоставления им дистанционной поддержки после завершения образовательной программы.

2.2. Задачи образовательной программы:
– развитие таланта учащихся в области физики и расширение их кругозора;
– углубленное изучение дополнительных вопросов курса физики, не входящих в школьную программу;
– изучение школьниками элементов высшей математики, необходимых для освоения дополнительных вопросов курса физики;
– рассмотрение приемов и методов решения некоторых типов теоретических задач повышенного уровня сложности по физике;
– развитие навыков решения учебных экспериментальных физических мини-задач, в том числе олимпиадного типа;
– развитие у школьников физического мышления, формирование у них умений ведения дискуссии на научные темы;
– популяризация физики как науки.

3. Порядок отбора участников образовательной программы.
3.1. Отбор участников осуществляется Координационным советом, формируемым Руководителем Образовательного Фонда «Талант и успех», на основании требований, изложенных в настоящем Положении, а также Порядком отбора школьников на профильные образовательные программы Фонда по направлению «Наука».

3.2. В образовательной программе могут принять участие до 150 школьников, осваивающие (по состоянию на март 2021 года) учебную программу по физике для 9 класса в образовательных организациях, реализующих образовательные программы основного общего, среднего общего и дополнительного образования.

3.3. Для участия в конкурсном отборе необходимо пройти регистрацию на официальном сайте Образовательного центра «Сириус».

Регистрация будет доступна до 15 ноября 2020 года. Не зарегистрировавшиеся школьники к участию в образовательной программе не допускаются.

3.4. Отбор участников осуществляется в два тура. Первый тур – дистанционный учебно-отборочный курс. Второй тур – заключительный (очный) тур в регионах Российской Федерации.

3.5. С 01 ноября по 12 декабря 2020 года для зарегистрировавшихся школьников будет организован дистанционный учебно-отборочный курс. Информация о курсе размещается в личном кабинете участника после его регистрации.

3.6. В рамках дистанционного учебно-отборочного курса оценивается успешность освоения учебного материала, а также результат, показанный на обязательном дистанционном тестировании. Дистанционное тестирование с целью отбора на заключительный (очный) тур будет проведено 12 декабря 2020 года.

3.7. По итогам дистанционного учебно-отборочного курса и обязательного дистанционного тестирования будут определены участники заключительного очного отборочного тура, который пройдет на площадках в субъектах Российской Федерации 26 декабря 2020 года.

3.8. Список школьников, допущенных к участию в заключительном очном отборочном туре, будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» 16 декабря 2020 года.

3.9. Регламент проведения заключительного очного отборочного тура, места и время проведения этого тура в регионах будут опубликованы на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 17 декабря 2020 года.

3.10. В образовательной программе могут принять участие не более 10 школьников от одного субъекта Российской Федерации.

3.11. Учащиеся, отказавшиеся от участия в образовательной программе, могут быть заменены на следующих за ними по рейтингу школьников (по итогам заключительного очного отборочного тура). Решение о замене участников принимается Координационным советом программы.

3.12. Список участников образовательной программы будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 18 января 2021 года.

3.13. С 20 января по 28 февраля 2021 года для участников образовательной программы будет доступен дистанционный курс предобучения.

4. Аннотация образовательной программы.
Образовательная программа включает в себя лекции, семинары и практические занятия по физике, проводимые лучшими педагогами ведущих образовательных центров страны; тренировочные туры по решению физических задач, научно-популярные лекции ученых, ведущих исследования в различных областях современной физики; общеобразовательные, спортивные и культурно-досуговые мероприятия, экскурсии по городу Сочи и его окрестностям.

5. Финансирование образовательной программы
Оплата проезда, пребывания и питания школьников – участников образовательной программы осуществляется за счет средств Образовательного Фонда «Талант и успех».

ЗАКОНЫ ФИЗИКИ И ОРГАНИЗАЦИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ

Список литературы: 

1. Чернавский Д. С., Старков Н. И., Щербаков А. В. О проблемах физической экономики // Успехи физических наук. – Т. 172. – 2002. – № 9. – С. 1045–1066.
2. Асанов И. А. О законах механики и конкурентоспособности. – http:// www.bogdinst.ru
3. Семенов М. Б. На стыке двух дисциплин: Способны ли физики объяснять экономические явления? // Материалы методологич. семинара научно-учебной Лаборатории исследований рынка труда (ЛИРТ) ГУ-ВШЭ по проблемам экономической физики сегодня: «за» и «против». – http:// www.lirt.hse.ru
4. Колков А. И. Аномалии: 2000. Единое поле – поле гармонии. – http://www.kolkovsite.narod.ru/
5. Попков В. В., Берг Д. Б. Эконофизика и эволюционная экономика – перспективное направление исследований // Материалы Всероссийской интернет-конференции по проблемам Эконофизики и эволюционной экономики. – http://www.bogdinst.ru
6. Богданов А. А. Всеобщая организационная наука – тектология: Ч. 1, 2. – М.: Экономика, 1989. – ISBN 5-282-00538-7.
7. Теория организации / Я. В. Радченко, Э. А. Смирнов. – М.: 2000.
8. Козодаев М. Слияния и поглощения: алгоритм успеха // Экономические стратегии. – 2004. – № 4. – http://www.nwsa.ru/pub/12/96_1.php
9. Иванов В. А. Тропические циклоны, торнадо (Зарождение, причины устойчивости). – http://www.psy.tom.ru
10. Яценко Н. Е. Толковый словарь обществоведческих терминов. – М.: Изд-во Проспект, 1999. – 107 с. – ISBN 5-8114-0167-1.
11. Mirowski P. More heat than light. Economics as Social Physics, Physics as Nature’s Economics. – Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1989. – Р. 53, С. 224. – ISBN 10: 0521426898 / 0-521-42689-8. – ISBN 13: 9780521426893.
12. Портер М. Конкурентное преимущество. Как достичь высокого результата и обеспечить его устойчивость. – Пер. с англ. – М.: Альпина Бизнес Букс, 2005. – 715 с. – С. 30. – ISBN 5-9614-0182-0.
13. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. – М.: Наука, 1989. – 688 с. – С. 23. – ISBN 5-02-000747-1.
14. Савельев И. В. Курс физики: учеб. – В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. – 352 с. – С. 36. – ISBN 5-02-014430-4 (Т. 1).
15. Smith A. An inquiry in the Nature and Causes of Wealth of Nations. – NY. Bantam classic books, 2003. – Р. 354. – ISBN 1404309985.

Программа вступительных испытаний по физике

Настоящая программа составлена на основе ныне действующих учебных программ для школ и классов с углубленным изучением физики.

При подготовке к экзамену основное внимание следует уделить выявлению сущности физических законов и явлений, умению истолковывать физический смысл величин и понятий, а также умению применять теоретический материал к решению задач. Необходимо уметь пользоваться при вычислениях системой СИ и знать внесистемные единицы, указанные в программе.

Глубина ответов на пункты программы определяется содержанием опубликованных учебников для школ и классов с углубленным изучением физики, указанных в конце настоящей программы.

I. Механика

I.1. Кинематика

Механическое движение. Относительность механического движения. Материальная точка. Система отсчета. Траектория. Вектор перемещения и его проекции. Путь.

Скорость. Сложение скоростей.

Ускорение. Сложение ускорений.

Прямолинейное равномерное и равнопеременное движение. Зависимости скорости, координат и пути от времени.

Криволинейное движение. Движение по окружности. Угловая скорость. Период и частота обращения. Ускорение тела при движении по окружности. Тангенциальное и нормальное ускорения.

Свободное падение тел. Ускорение свободно падающего тела. Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Дальность и высота полета.

Поступательное и вращательное движение твердого тела.

I.2. Динамика

Взаимодействие тел. Первый закон Ньютона. Понятие об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Принцип относительности Галилея.

Сила. Силы в механике. Сложение сил, действующих на материальную точку.

Инертность тел. Масса. Плотность.

Второй закон Ньютона. Единицы измерения силы и~массы.

Третий закон Ньютона.

Закон всемирного тяготения. Гравитационная постоянная. Сила тяжести. Зависимость силы тяжести от высоты.

Силы упругости. Понятие о деформациях. Закон Гука. Модуль Юнга.

Силы трения. Сухое трение: трение покоя и трение скольжения. Коэффициент трения. Вязкое трение.

Применение законов Ньютона к поступательному движению тел. Вес тела. Невесомость. Перегрузки.

Применение законов Ньютона к движению материальной точки по окружности. Движение искусственных спутников. Первая космическая скорость.

I.3. Законы сохранения в механике

Импульс (количество движения) материальной точки. Импульс силы. Связь между приращением импульса материальной точки и импульсом силы. Импульс системы материальных точек. Центр масс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Механическая работа. Мощность. Энергия. Единицы измерения работы и мощности.

Кинетическая энергия материальной точки и системы материальных точек. Связь между приращением кинетической энергии тела и работой приложенных к телу сил.

Потенциальная энергия. Потенциальная энергия тел вблизи поверхности Земли. Потенциальная энергия упруго деформированного тела.

Закон сохранения механической энергии.

I.4. Статика твердого тела

Сложение сил, приложенных к твердому телу. Момент силы относительно оси вращения. Правило моментов.

Условия равновесия тела. Центр тяжести тела. Устойчивое, неустойчивое и безразличное равновесия тел.

I.5. Механика жидкостей и газов

Давление. Единицы измерения давления: паскаль, мм рт. ст.

Закон Паскаля. Гидравлический пресс. Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Сообщающиеся сосуды.

Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Изменение атмосферного давления с высотой.

Закон Архимеда. Плавание тел.

Движение жидкостей. Уравнение Бернулли.

I.6. Механические колебания и волны. Звук

Понятие о колебательном движении. Период и частота колебаний.

Гармонические колебания. Смещение, амплитуда и фаза при гармонических колебаниях.

Свободные колебания. Колебания груза на пружине. Математический маятник. Периоды их колебаний. Превращения энергии при гармонических колебаниях. Затухающие колебания.

Вынужденные колебания. Резонанс.

Понятие о волновых процессах. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Скорость распространения волн. Фронт волны.Уравнение бегущей волны. Стоячие волны.

Интерференция волн. Принцип Гюйгенса. Дифракция волн.

Звуковые волны. Скорость звука. Громкость и высота звука.

II. Молекулярная физика и термодинамика

II.1. Основы молекулярно-кинетической теории

Основные положения молекулярно–кинетической теории и их опытное обоснование. Броуновское движение. Масса и размер молекул. Моль вещества. Постоянная Авогадро. Характер движения молекул в газах, жидкостях и твердых телах.

Тепловое равновесие. Температура и ее физический смысл. Шкала температур Цельсия.

Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно–кинетической теории идеального газа. Средняя кинетическая энергия молекул и температура. Постоянная Больцмана. Абсолютная температурная шкала.

Уравнение Клапейрона–Менделеева (уравнение состояния идеального газа). Универсальная газовая постоянная. Изотермический, изохорный и изобарный процессы.

II.2. Элементы термодинамики

Термодинамическая система. Внутренняя энергия системы. Количества теплоты и работа как меры изменения внутренней энергии. Теплоемкость тела. Понятие об адиабатическом процессе. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изотермическому, изохорному и изобарному процессам. Расчет работы газа с помощью pV-диаграмм. Теплоемкость одноатомного идеального газа при изохорном и изобарном процессах.

Необратимость процессов в природе. Второй закон термодинамики. Физические основы работы тепловых двигателей. КПД теплового двигателя и его максимальное значение.

II.3. Изменение агрегатного состояния вещества

Парообразование. Испарение, кипение. Удельная теплота парообразования. Насыщенный пар. Зависимость давления и плотности насыщенного пара от температуры. Зависимость температуры кипения от давления. Критическая температура.

Влажность. Относительная влажность.

Кристаллическое и аморфное состояние вещества. Удельная теплота плавления.

Уравнение теплового баланса.

II.4. Поверхностоное натяжение в жидкостях

Сила поверхностного натяжения. Явления смачивания и несмачивания. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Капиллярные явления.

II.5. Тепловое расширение твердых тел и жидкостей

Тепловое линейное расширение. Тепловое объемное расширение. Особенности теплового расширения воды.

III. Электродинамика

III.1. Электростатика

Электрические заряды. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие электрически заряженных тел. Электроскоп. Точечный заряд. Закон Кулона.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности электрического поля (силовые линии). Однородное электрическое поле. Напряженность электростатического поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Теорема Гаусса. Электростатическое поле равномерно заряженных плоскости, сферы и шара.

Работа сил электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов. Связь разности потенциалов с напряженностью электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда. Эквипотенциальные поверхности.

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества. Электроемкость. Конденсаторы. Поле плоского конденсатора. Электроемкость плоского конденсатора. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

Энергия электрического поля

III.2. Постоянный ток

Электрический ток. Сила тока. Условия существования постоянного тока в цепи. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение. Измерение силы тока и напряжения.

Закон Ома для участка цепи. Омическое сопротивление проводника. Удельное сопротивление. Зависимость удельного сопротивления от температуры. Сверхпроводимость. Последовательное и параллельное соединение проводников. Измерение сопротивления.

Закон Ома для полной цепи. Источники тока, их соединение. Правила Кирхгофа.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

Электрический ток в металлах.

Электрический ток в электролитах. Законы электролиза.

Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронная лампа – диод. Электронно-лучевая трубка.

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Зависимость проводимости полупроводников от температуры. p-n-переход и его свойства. Полупроводниковый диод. Транзистор. Термистор и фоторезистор.

Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Понятие о плазме.

III.3. Магнетизм

Магнитное поле. Действие магнитного поля на рамку с током. Индукция магнитного поля (магнитная индукция). Линии магнитной индукции. Картины линий индукции магнитного поля прямого тока и соленоида. Понятие о магнитном поле Земли.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера.

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Магнитные свойства вещества. Гипотеза Ампера. Ферромагнетики.

III.4. Электромагнитная индукция

Магнитный поток. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Самоиндукция. Индуктивность. ЭДС самоиндукции.

Энергия магнитного поля.

III.5. Электромагнитные колебания и волны

Переменный электрический ток. Амплитудное и действующее (эффективное) значение периодически изменяющегося напряжения и тока.

Получение переменного тока с помощью индукционных генераторов. Трансформатор. Передача электрической энергии.

Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в контуре. Превращения энергии в колебательном контуре. Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, и его решение. Формула Томсона для периода колебаний. Затухающие электромагнитные колебания.

Вынужденные колебания в электрических цепях. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления в цепи гармонического тока. Резонанс в электрических цепях.

Открытый колебательный контур. Опыты Герца. Электромагнитные волны. Их свойства. Шкала электромагнитных волн. Излучение и прием электромагнитных волн. Принципы радиосвязи.

IV. Оптика

IV.1. Геометрическая оптика

Развитие взглядов на природу света. Закон прямолинейного распространения света. Понятие луча.

Интенсивность (плотность потока) излучения. Световой поток. Освещенность.

Законы отражения света. Плоское зеркало. Сферическое зеркало. Построение изображений в плоском и сферическом зеркалах.

Законы преломления света. Абсолютный и относительный показатели преломления. Ход лучей в призме. Явление полного (внутреннего) отражения.

Тонкие линзы. Фокусное расстояние и оптическая сила линзы.

Построение изображения в собирающих и рассеивающих линзах. Формула линзы. Увеличение, даваемое линзами.

Оптические приборы: лупа, фотоаппарат, проекционный аппарат, микроскоп. Ход лучей в этих приборах. Глаз.

IV.2. Элементы физической оптики

Волновые свойства света. Поляризация света. Электромагнитная природа света.

Скорость света в однородной среде. Дисперсия света. Спектроскоп. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения.

Интерференция света. Когерентные источники. Условия образования максимумов и минимумов в интерференционной картине.

Дифракция света. Опыт Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка.

Корпускулярные свойства света. Постоянная Планка. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Давление света. Опыты Лебедева по измерению давления света.

Постулаты теории относительности (постулаты Эйнштейна). Связь между массой и энергией.

V. Атом и атомное ядро

Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Планетарная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение энергии атомом. Непрерывный и линейчатый спектры. Спектральный анализ.

Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц: камера Вильсона, счетчик Гейгера, пузырьковая камера, фотоэмульсионный метод.

Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи атомных ядер. Понятие о ядерных реакциях. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства. Цепные ядерные реакции. Термоядерная реакция.

Биологическое действие радиоактивных излучений. Защита от радиации.

Основная литература

1. Физика: Механика. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики /Под ред. Г.Я.Мякишева. – М.: Дрофа, 2001.
2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. – М.: Дрофа, 2001.
3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика: Электродинамика. 10-11 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. – М.: Дрофа, 2001.
4. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны. 11 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. – М.: Дрофа, 2001.
5. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Оптика. Квантовая физика. 11 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. – М.: Дрофа, 2001.
6. Буховцев Б.Б., Кривченков В.Д., Мякишев Г.Я., Сараева И.М. Задачи по элементарной физике. – М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
7. Бендриков Г.А., Буховцев Б.Б., Керженцев В.Г., Мякишев Г.Я. Физика. Для поступающих в вузы: Учебн. пособие. Для подготов. отделений вузов. – М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.

Дополнительная литература

1. Элементарный учебник физики / под ред. Г.С.Ландсберга. В 3-х кн. – М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
2. Яворский Б.М., Селезнев Ю.Д. Физика. Справочное пособие. Для поступающих в вузы. – М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
3. Физика. Учебники для 10 и 11 классов школ и классов с углубленным изучением физики /под ред. А.А.Пинского. – М.: Просвещение, 2000 и предшествующие издания.
4. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. В 3-х кн. М.: Физматлит, 2001.
5. Павленко Ю.Г. Физика 10-11. Учебное пособие для школьников, абитуриентов и студентов. Издание третье. – М.: Физматлит, 2006.
6. Сборник задач по физике / под ред. С.М.Козела – М.: Просвещение, 2000 и предшествующие издания.
7. Гольдфарб Н.И. Физика. Задачник. 9-11 кл.: Пособие для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2000 и предшествующие издания.
8. Задачи по физике / под ред. О.Я.Савченко – М.: Наука, 1988.
9. Задачи вступительных экзаменов и олимпиад по физике в МГУ – 1992-2002. М.: Физический факультет МГУ, 1992 и последующие издания.

Введение в основные законы физики

За прошедшие годы ученые обнаружили одну вещь: природа в целом более сложна, чем мы думаем. Законы физики считаются фундаментальными, хотя многие из них относятся к идеализированным или теоретическим системам, которые трудно воспроизвести в реальном мире.

Как и в других областях науки, новые законы физики основываются на существующих законах и теоретических исследованиях или изменяют их. Теория относительности Альберта Эйнштейна, которую он разработал в начале 1900-х годов, основывается на теориях, впервые разработанных более 200 лет назад сэром Исааком Ньютоном.

Закон всемирного тяготения

Новаторская работа сэра Исаака Ньютона по физике была впервые опубликована в 1687 году в его книге «Математические принципы естественной философии», широко известной как «Принципы». В нем он изложил теории гравитации и движения. Его физический закон гравитации гласит, что объект притягивает другой объект прямо пропорционально их совокупной массе и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Три закона движения

Три закона движения Ньютона, также найденные в «Началах», управляют изменением движения физических объектов.Они определяют фундаментальную взаимосвязь между ускорением объекта и силами, действующими на него.

• Первое правило : объект будет оставаться в покое или в однородном состоянии движения, если это состояние не будет изменено внешней силой.
• Второе правило : Сила равна изменению количества движения (массы, умноженной на скорость) во времени. Другими словами, скорость изменения прямо пропорциональна величине приложенной силы.
• Третье правило : На каждое действие в природе существует равная и противоположная реакция.

Вместе эти три принципа, изложенные Ньютоном, составляют основу классической механики, которая описывает физическое поведение тел под влиянием внешних сил.

Сохранение массы и энергии

Альберт Эйнштейн представил свое знаменитое уравнение E = mc ² в журнале 1905 года, озаглавленном «Об электродинамике движущихся тел». В статье представлена ​​его специальная теория относительности, основанная на двух постулатах:

• Принцип относительности : Законы физики одинаковы для всех инерциальных систем отсчета.
• Принцип постоянства скорости света : Свет всегда распространяется через вакуум с определенной скоростью, которая не зависит от состояния движения излучающего тела.

Первый принцип просто гласит, что законы физики одинаково применимы ко всем во всех ситуациях. Второй принцип более важен. Он гласит, что скорость света в вакууме постоянна. В отличие от всех других форм движения, оно не измеряется по-разному для наблюдателей в разных инерциальных системах отсчета.

Законы термодинамики

Законы термодинамики на самом деле являются конкретными проявлениями закона сохранения массы-энергии в том, что касается термодинамических процессов. Впервые это месторождение было исследовано в 1650-х годах Отто фон Герике в Германии и Робертом Бойлем и Робертом Гуком в Великобритании. Все трое ученых использовали вакуумные насосы, изобретенные фон Герике, для изучения принципов давления, температуры и объема.

• Нулевой закон термодинамики делает возможным понятие температуры.
• Первый закон термодинамики демонстрирует взаимосвязь между внутренней энергией, добавленным теплом и работой в системе.
• Второй закон термодинамики относится к естественному потоку тепла в замкнутой системе.
• Третий закон термодинамики гласит, что невозможно создать термодинамический процесс, который был бы идеально эффективным.

Электростатические законы

Два закона физики регулируют взаимосвязь между электрически заряженными частицами и их способностью создавать электростатические силы и электростатические поля.

• Закон Кулона назван в честь Шарля-Огюстена Кулона, французского исследователя, работавшего в 1700-х годах. Сила между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна величине каждого заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами. Если предметы имеют одинаковый заряд, положительный или отрицательный, они будут отталкиваться друг от друга. Если у них противоположные заряды, они будут притягиваться друг к другу.
• Закон Гаусса назван в честь Карла Фридриха Гаусса, немецкого математика, работавшего в начале 19 века.Этот закон гласит, что чистый поток электрического поля через замкнутую поверхность пропорционален приложенному электрическому заряду. Гаусс предложил аналогичные законы, относящиеся к магнетизму и электромагнетизму в целом.

За пределами фундаментальной физики

В области теории относительности и квантовой механики ученые обнаружили, что эти законы все еще применимы, хотя их интерпретация требует некоторых уточнений, что приводит к таким областям, как квантовая электроника и квантовая гравитация.

Список всех законов физики и их приложений

Настоящая работа основана на компиляции различных законов физики, которые провозглашают различные разделы физики, пытаясь показать наиболее важные из них, с целью обобщения принципов, которые, по сути, описывают физику как науку и ее роль в этой области. научного исследования.

Список 15 важных законов физики

Вот список всех законов физики:
1: Archimedes Principal
Согласно этому принципу, когда тело частично или полностью погружено в жидкость, оно испытывает силу тяги, равную весу тела. вытесненная им жидкость.

2: Закон Паскаля
Закон Паскаля гласит, что давление, приложенное в любой точке покоящейся жидкости, передается без потерь на все другие части жидкости. Гидравлический пресс и гидравлический тормоз – это применение закона Паскаля.
3: Закон Ома
Закон Ома гласит, что ток, протекающий по металлическому проводнику, прямо пропорционален разности потенциалов, приложенной к его концам, при условии, что другие физические условия и температуры постоянны.Математическая форма этого закона выражается как:
V = IR

4: Принцип Гюйгенса



5: Первый закон движения Ньютона

Согласно 1-му закону движения Ньютона, каждый продолжает в своем состояние покоя или равномерного движения по прямой, если на него не действует равнодействующая сила, изменяющая его состояние. Первый закон Ньютона также известен как закон инерции.

6: Второй закон движения Ньютона

Второй закон движения гласит, что когда результирующая сила действует на объект постоянной массы, ускорение приводит к произведению его массы и ускорения, равному результирующей силе, направление ускорения совпадает с направлением равнодействующей силы.
7: Третий закон движения Ньютона
Третий закон движения Ньютона гласит, что действие и противодействие равны, но противоположны в противодействии. Этот закон сообщает нам 4 характеристики сил:

1. 1. Силы всегда возникают парами, которые называются силами действия и противодействия.
   2. Действие и противодействие всегда равны по величине
   3. Действие и реакция всегда противоположны друг другу.
   4. Действие и реакция действуют на разные тела.

8: Закон тяготения Ньютона

Согласно закону всемирного тяготения, каждый объект во Вселенной притягивает любой другой объект с силой, которая прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату массы тела. расстояние между массами.


9: Закон инерции
Закон инерции гласит, что тело продолжает свое состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока на него не действует внешняя сила.Он имеет дело с инерционным свойством материи. Инерция сильно зависит от массы.


10: Закон Кулона

Закон Кулона гласит, что сила притяжения или отталкивания между двумя зарядами прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими двумя зарядами.

11: Закон Хука


12: Принцип Бернулли
Принцип Бернулли гласит, что когда скорость движущейся жидкости, газа или жидкости, увеличивается, давление внутри жидкости уменьшается.
Аэродинамический подъемник – это пример или применение принципа Бернулли.

13: Закон Бойлса
Закон Бойлса гласит, что объем данной массы газа изменяется обратно пропорционально давлению при постоянной температуре.
Математически это выражается как:
PV = Константа



1 4: Закон Чарля



15: Закон Кеплера

16: Закон сохранения энергии

17: Закон Фарадея

18: Закон индукции Ленца

19: Закон Грэма

20: Эффект Комптона

21: Фотоэлектрический эффект

22: Закон Планка

23: Первый закон термодинамики

24: Второй закон термодинамики

25: Нулевой закон термодинамики

26: Закон Снеллиуса
Согласно этому закону, для двух конкретных сред, отношение синуса угла падение на синус угла преломления, равное постоянной величине, называется законом Снеллиуса.


n = Sin i / Sin r
27: ​​Закон Ампера

28: Закон Джоуля

Закон нагрева Джоуля гласит, что тепло, производимое электрическим током I, протекающим через сопротивление R, для фиксированное время t равно произведению квадрата тока I, сопротивления R и времени t. Если ток выражается в амперах, сопротивление – в омах, а время – в секундах, то выделяемое тепло выражается в джоулях.


29: Закон сохранения количества движения
Согласно этому закону импульс до столкновения равен импульсу после столкновения.либо импульс изолированной системы сохраняется.
Если вы хотите узнать подробности, щелкните список всех законов физики ниже.
Давайте погрузимся в…

Список законов физики

1. Закон сопротивления
2. Закон Джоуля
3. Первый закон движения Ньютона
4. Второй закон движения Ньютона
5. Третий закон движения Ньютона
6. Закон Паскаля
7. Принцип Архимеда
8. Модуль Юнга
9. Закон Кулона
10. Закон Ампера
11. Закон индукции Фарадея
12. Закон индукции Ленца
13. Первый закон термодинамики
14. Второй закон термодинамики
15. Закон тяготения

основных законов физики – Объяснение законов и часто задаваемые вопросы

Законы физики имеют огромное значение для констатации фактов.Эти законы получены и подтверждены эмпирическими наблюдениями. Все, что преобладает вокруг нас, имеет какое-то отношение к физике.

Физики вывели множество законов с доказательствами, чтобы проиллюстрировать эти факты. Другими словами, законы физики – это своего рода объяснение, которое классифицирует все физические явления.

Большинство законов физики не так-то просто вывести. Чтобы объяснить некоторые факты, потребуется время, чтобы доказать и убедить мир в том, что это факт. Все научные исследователи целенаправленно работают над установлением закона.Все эти законы, данные физиками, находятся под постоянным наблюдением научного сообщества и время от времени обновляются.

Физики объяснили так много фактов в форме законов, определяющих явления, происходящие во Вселенной. Здесь вы найдете краткие сведения об основных законах физики и узнаете о них все.

Закон Гука штата

Закон Гука гласит, что в пределах упругости материала деформация материала пропорциональна напряжению материала.Атомы и молекулы деформируются, как эластичный материал, когда он растягивается. В растянутом состоянии он находится в течение всего времени приложения нагрузки. Когда стресс снимается, они возвращаются к своей нормальной форме.

[Изображение скоро будет загружено]

F = – k. x

Здесь F = сила

x = увеличенная длина

k = постоянная пружины или константа пропорциональности

Закон преломления Снеллиуса

Этот закон устанавливает связь между углом падения и углом преломления.

Вот закон преломления Снеллиуса:

n1sin⁡Ө1 = n2sin⁡Ө2

Законы газа Физика

В этом разделе есть еще три закона; например:

1. Закон Бойля

2. Закон Чарльза

3. Закон Авогадро

Кроме того, закон идеального газа является еще одной частью законов газа в физике. Это следующие:

Закон сохранения энергии

Этот закон объясняет, что энергия не может быть создана и не может быть уничтожена.Единственная возможность состоит в том, что энергия всегда меняет свое состояние с одного на другое.

Когда система является закрытой, происходит сохранение энергии.

Мы можем рассчитать общую энергию системы как:

UT = Ui + W + Q

Где,

Q = Тепло

W = Работа

UT = Общее сохранение энергии

3 Закон термодинамики

Ниже упомянуты три закона термодинамики.

1. Первый закон термодинамики

2. Второй закон термодинамики

3. Третий закон термодинамики

Кроме того, с термодинамикой связан еще один закон, известный как нулевой закон термодинамики.

Три закона движения Ньютона

Ньютон также установил три закона движения. Они известны как первый, второй и третий закон движения.

Первый закон: Он гласит, что тело, находящееся в постоянном движении или покое, будет оставаться в своем исходном состоянии до тех пор, пока к нему не будет приложена внешняя сила.

Второй закон: Короче говоря, сила прямо пропорциональна произведению массы тела и его ускорения.

Третий закон: На ​​каждое действие существует идентичная обратная реакция.{2}} \]

или, мы можем записать это просто как:

F = \ [k \ frac {q_ {1} q_ {2}} {d_2} \]

Список всех законов физики PDF

Вот список всех основных законов физики:

1. Закон косинусов Ламберта

2. Заявление Кельвина-Планка

3. Принцип Д’Аламберта

4. Заявление Клаузиуса

   8
5. Заявление Клаузиуса
   8

7. Закон Фурье

8. Закон Хаббла

9. Теорема Белла

10. Уравнение Больцмана

11. Точка Лагранжа

13. Бира-Ламберта 9034

    Уравнение

14. Теорема Карно

15. Парадокс Ферми

16. Уравнение Гельмгольца

17. Свободная энергия Гельмгольца

18. Закон диффузии Фикса

19. Рамановское рассеяние

20. Закон Вина

21. Уравнение Дирака

22. Число Маха

23. Закон сохранения гипотезы Кулона

    4
3

Закон сохранения гипотезы Кулона

3 Энергетика

24. Принцип Архимеда

25. Закон Био-Савара

26. Закон Фарадея

27. Закон Ампера

28. Закон Фарадея

    3

903 9034 Закон Фарадея по уравнению электролиза
9034

29. Второй закон Кирхгофа

30. Закон всемирного тяготения Ньютона

31. Уравнения Максвелла

32. Принцип Бернулли

33. Электрический потенциал, обусловленный точечным зарядом

f Термодинамика

34. Закон Гаусса

35. Первый закон термодинамики

36. Закон Ленца

37. Закон Смещения Вина

38. Закон Ома

39. Закон Ома

40. 9034 Энергетический закон Equition

41. 9034 Законы Джоуля

42. Законы отражения

43. Закон Брюстера

44. Закон о радиоактивном распаде

45. Закон Брэгга

46. Закон Мерфи

47. Закон Мерфи

48. Эффект поля Э.

    Эффект Казимира

49. Закон Стефана-Больцмана

50. Закон Мозли

51. Принцип суперпозиции

52. Законы движения Ньютона

55. Законы термодинамики

    0342

    Принцип неопределенности Гейзенберга

Список законов

Список законов
Законы, правила, принципы, эффекты, парадоксы, ограничения, константы, эксперименты и мысленные эксперименты в физике.
Введение.
Список законов – это список различных законов, правил, принципов и других смежные темы по физике и астрономии. Этот список не претендует на полноту.
История.
Список законов изначально начинался строго как список законов. Затем, из-за их схожести, я начал добавлять правила в список (после все, в физике вообще нет разницы между законом и правилом).Со временем я добавлял все больше и больше похожих предметов. Теперь список больше мини-словаря терминов по физике и астрономии, а не строго список законов, правил и т. д .; однако по историческим причинам я все еще называйте это списком законов, хотя это что-то неправильное.
Содержание.
Список законов: A аберрация до Гипотеза Авогадро .
Список законов: B Серия Бальмера с по Броуновское движение .
Список законов: C кандела до закон Кюри-Вейсса .
Список законов: D Закон Далтона до Закон Дюлон-Пети .
Список законов: E Предел Эддингтона от до , горизонт событий .
Список законов: F обморок, парадокс молодого солнца до Метод Физо .
Список законов: G G до гравитационный радиус .
Список законов: H h до Строительство Гюйгена .
Список законов: I постоянная идеального газа до законы идеального газа .
Список законов: J джоуль от до Эффекты Джозефсона .
Список законов: K k до Закон Кольрауша .
Список законов: L L от до Lyman series .
Список законов: M Число Маха от до мюонный эксперимент .
Список законов: N N A до нулевой эксперимент .
Список законов: O Бритва Оккама до Парадокс Ольберса .
Список законов: P корпускулярно-волновая дуальность до псевдосила .
Список законов: Q
Список законов: R R до Формула Ридберга .
Список законов: S Кот Шредингера с по Système Internationale d’Unités .
Список законов: T тахион до парадокс близнецов .
Список законов: U ультрафиолетовая катастрофа до всемирная постоянная гравитации .
Список законов: V сила Ван-дер-Ваальса от до вольт .
Список законов: W Вт до Правила Вудворда-Хоффмана .
Список законов: X
Список законов: Y Эксперимент Юнга .
Список законов: Z Эффект Зеемана .
Навигация.
Эрик Макс Фрэнсис – TOP Добро пожаловать на мою домашнюю страницу.
Физика – UP Информация по физике.
Список законов: A – START аберрация до Гипотеза Авогадро .
Быстрые ссылки.
Содержание домашних страниц Эрика Макса Фрэнсиса – СОДЕРЖАНИЕ Все на моих домашних страницах.
Обратная связь – ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ Как отправить отзыв об этих страницах автору.
Об Эрике Максе Фрэнсисе – ЛИЧНЫЙ Информация обо мне.
Авторские права – АВТОРСКИЕ ПРАВА Информация об авторских правах на эти страницы.
Авторские права © 1994-2021 Эрик Макс Фрэнсис. Все права защищены.

Физика: Введение | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните разницу между принципом и законом.
• Объясните разницу между моделью и теорией.

Рис. 1. Формирование полета перелетных птиц, таких как канадские казарки, регулируется законами физики. (кредит: Дэвид Меррет)

Физическая вселенная чрезвычайно сложна в деталях. Каждый день каждый из нас наблюдает за самыми разными предметами и явлениями. На протяжении веков любопытство человечества побуждало нас коллективно исследовать и каталогизировать огромное количество информации.От полета птиц до цветов цветов, от молнии до гравитации, от кварков до скоплений галактик, от течения времени до тайны создания Вселенной – мы задавали вопросы и собирали огромные массивы фактов. Учитывая все эти детали, мы обнаружили, что удивительно небольшой и унифицированный набор физических законов может объяснить то, что мы наблюдаем. Как люди, мы делаем обобщения и стремимся к порядку. Мы обнаружили, что природа удивительно кооперативна – она ​​демонстрирует лежащий в основе порядок и простоту , которую мы так ценим.

Это лежащий в основе порядок природы, который делает науку в целом и физику в частности такими приятными для изучения. Например, что общего между пакетом микросхем и автомобильным аккумулятором? Оба содержат энергию, которая может быть преобразована в другие формы. Закон сохранения энергии (который гласит, что энергия может менять форму, но никогда не теряется) связывает воедино такие темы, как пищевые калории, батарейки, тепло, свет и часовые пружины. Понимание этого закона позволяет легче узнать о различных формах, которые принимает энергия, и о том, как они соотносятся друг с другом.Очевидно несвязанные темы связаны через широко применимые физические законы, позволяющие понимание, выходящее за рамки простого запоминания списков фактов.

Объединяющий аспект физических законов и простота природы составляют основные темы этого текста. Научившись применять эти законы, вы, конечно же, изучите самые важные темы физики. Что еще более важно, вы приобретете аналитические способности, которые позволят вам применять эти законы далеко за пределами того, что можно включить в одну книгу.Эти аналитические навыки помогут вам преуспеть в учебе, а также помогут критически мыслить в любой профессиональной карьере, которую вы выберете. В этом модуле обсуждается область физики (чтобы определить, что такое физика), некоторые приложения физики (чтобы проиллюстрировать ее отношение к другим дисциплинам) и, более точно, что составляет физический закон (чтобы осветить важность экспериментов для теории).

Наука и сфера физики

Наука состоит из теорий и законов, которые являются общими истинами природы, а также совокупности знаний, которые они охватывают.Ученые постоянно пытаются расширить эту совокупность знаний и усовершенствовать выражение описывающих ее законов. Physics занимается описанием взаимодействий энергии, материи, пространства и времени, и его особенно интересует, какие фундаментальные механизмы лежат в основе каждого явления. Забота об описании основных явлений в природе по существу определяет область физики .

Физика стремится описать функции всего, что нас окружает, от движения крошечных заряженных частиц до движения людей, автомобилей и космических кораблей.На самом деле, почти все, что вас окружает, можно довольно точно описать законами физики. Рассмотрим смартфон (рисунок 2). Физика описывает, как электричество взаимодействует с различными цепями внутри устройства. Эти знания помогают инженерам выбрать подходящие материалы и схему схемы при сборке смартфона. Затем рассмотрим систему GPS. Физика описывает взаимосвязь между скоростью объекта, расстоянием, на которое он проходит, и временем, которое требуется, чтобы пройти это расстояние.Когда вы используете устройство GPS в транспортном средстве, оно использует эти физические уравнения для определения времени в пути из одного места в другое.

Чтобы использовать физику, не нужно быть ученым. Напротив, знание физики полезно в повседневных ситуациях, а также в ненаучных профессиях. Это может помочь вам понять, как работают микроволновые печи, почему в них нельзя добавлять металлы и почему они могут повлиять на кардиостимуляторы. (См. Рис. 3.) Физика позволяет вам понять опасности излучения и более легко рационально оценить эти опасности.Физика также объясняет причину, по которой черный автомобильный радиатор помогает отводить тепло в двигателе автомобиля, и объясняет, почему белая крыша помогает сохранять прохладу внутри дома. Точно так же работу системы зажигания автомобиля, а также передачу электрических сигналов через нервную систему нашего тела гораздо легче понять, если подумать о них с точки зрения фундаментальной физики.

Физика является основой многих важных дисциплин и вносит непосредственный вклад в развитие других. Например, химия, поскольку она занимается взаимодействием атомов и молекул, уходит корнями в атомную и молекулярную физику.Большинство областей техники – это прикладная физика. В архитектуре физика лежит в основе структурной устойчивости и участвует в акустике, обогреве, освещении и охлаждении зданий. Части геологии в значительной степени полагаются на физику, например, радиоактивное датирование горных пород, анализ землетрясений и теплопередачу на Земле. Некоторые дисциплины, такие как биофизика и геофизика, представляют собой гибриды физики и других дисциплин.

Физика имеет множество приложений в биологических науках. На микроскопическом уровне это помогает описать свойства клеточных стенок и клеточных мембран (рис. 4 и рис. 5).На макроскопическом уровне это может объяснить тепло, работу и энергию, связанные с человеческим телом. Физика занимается медицинской диагностикой, такой как рентген, магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвуковые измерения кровотока. Медикаментозная терапия иногда напрямую связана с физикой; например, радиотерапия рака использует ионизирующее излучение. Физика также может объяснить сенсорные явления, например, как музыкальные инструменты издают звук, как глаз определяет цвет и как лазеры могут передавать информацию.

Необязательно формально изучать все приложения физики.Что наиболее полезно, так это знание основных законов физики и умение использовать аналитические методы их применения. Изучение физики также может улучшить ваши навыки решения проблем. Кроме того, физика сохранила самые основные аспекты науки, поэтому она используется всеми науками, а изучение физики облегчает понимание других наук.

Модели, теории и законы; Роль экспериментов

Законы природы – это краткие описания вселенной вокруг нас; это человеческие утверждения основных законов или правил, которым следуют все естественные процессы.Такие законы присущи Вселенной; люди не создавали их и поэтому не могут их изменить. Мы можем только открыть и понять их. Их открытие – очень человеческое усилие, со всеми элементами тайны, воображения, борьбы, триумфа и разочарования, присущего любому творческому усилию. (См. Рисунок 6 и рисунок 7.) Краеугольным камнем открытия законов природы является наблюдение; наука должна описывать Вселенную такой, какая она есть, а не такой, какой мы можем ее себе представить.

Все мы в некоторой степени любопытны.Мы оглядываемся, делаем обобщения и пытаемся понять то, что видим – например, мы смотрим вверх и задаемся вопросом, сигнализирует ли один тип облаков о надвигающемся шторме. По мере того, как мы серьезно относимся к изучению природы, мы становимся более организованными и формальными в сборе и анализе данных. Мы стремимся к большей точности, проводим контролируемые эксперименты (если можем) и записываем идеи о том, как данные могут быть организованы и объединены. Затем мы формулируем модели, теории и законы на основе данных, которые мы собрали и проанализировали, чтобы обобщить и сообщить результаты этих экспериментов.

Модель представляет собой представление чего-то, что часто слишком сложно (или невозможно) отобразить напрямую. Хотя модель подтверждается экспериментальным доказательством, она точна только в ограниченных ситуациях. Примером может служить планетарная модель атома, в которой электроны изображаются вращающимися вокруг ядра, аналогично тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. (См. Рис. 8.) Мы не можем наблюдать электронные орбиты напрямую, но мысленный образ помогает объяснить наблюдения, которые мы можем сделать, например, излучение света горячими газами (атомные спектры).Физики используют модели для самых разных целей. Например, модели могут помочь физикам анализировать сценарий и выполнять вычисления, или их можно использовать для представления ситуации в форме компьютерного моделирования. Теория – это объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей. Некоторые теории включают модели, помогающие визуализировать явления, а другие – нет. Например, теория гравитации Ньютона не требует модели или мысленного образа, потому что мы можем наблюдать объекты напрямую с помощью наших органов чувств.С другой стороны, кинетическая теория газов – это модель, в которой газ рассматривается как состоящий из атомов и молекул. Атомы и молекулы слишком малы, чтобы их можно было наблюдать непосредственно нашими чувствами, поэтому мы мысленно представляем их, чтобы понять, что наши инструменты говорят нам о поведении газов.

Закон использует краткий язык для описания обобщенной закономерности в природе, которая подтверждается научными данными и повторными экспериментами. Часто закон можно выразить в виде одного математического уравнения.Законы и теории похожи в том, что они являются научными утверждениями, которые являются результатом проверенной гипотезы и поддерживаются научными доказательствами. Однако обозначение закон зарезервировано для краткого и очень общего утверждения, которое описывает явления в природе, такие как закон сохранения энергии во время любого процесса или второй закон движения Ньютона, который связывает силу, массу и ускорение по простому уравнению F = м a .Теория, напротив, представляет собой менее сжатое изложение наблюдаемых явлений. Например, теорию эволюции и теорию относительности нельзя выразить достаточно кратко, чтобы их можно было считать законом. Самая большая разница между законом и теорией состоит в том, что теория намного сложнее и динамичнее. Закон описывает отдельное действие, а теория объясняет целую группу связанных явлений. И если закон – это постулат, лежащий в основе научного метода, теория – это конечный результат этого процесса.

Менее широко применимые утверждения обычно называют принципами (например, принцип Паскаля, который применим только к жидкостям), но различие между законами и принципами часто проводится нечетко.

Модели, теории и законы

Модели, теории и законы используются, чтобы помочь ученым анализировать данные, которые они уже собрали. Однако часто после того, как модель, теория или закон были разработаны, они указывают ученым на новые открытия, которые они иначе не сделали бы.

Модели, теории и законы, которые мы иногда придумываем. подразумевают существование объектов или явлений, которые еще не наблюдаются. Эти предсказания – замечательные триумфы и дань уважения силе науки. Это основной порядок во Вселенной, который позволяет ученым делать такие впечатляющие прогнозы. Однако, если эксперимент не подтверждает наши прогнозы, то теория или закон неверны, независимо от того, насколько они элегантны или удобны. Законы никогда нельзя узнать с абсолютной уверенностью, потому что невозможно провести все мыслимые эксперименты, чтобы подтвердить закон во всех возможных сценариях.Физики исходят из предположения, что все научные законы и теории действительны до тех пор, пока не будет обнаружен контрпример. Если качественный, поддающийся проверке эксперимент противоречит устоявшемуся закону, то закон должен быть изменен или полностью отменен.

Изучение науки в целом и физики в частности – это приключение, во многом напоминающее исследование неизведанного океана. Сделаны открытия; формулируются модели, теории и законы; и красота физической вселенной становится более возвышенной благодаря полученным знаниям.

Научный метод

По мере того, как ученые исследуют и собирают информацию о мире, они следуют процессу, называемому научным методом . Этот процесс обычно начинается с наблюдения и вопроса, который исследует ученый. Затем ученый обычно проводит некоторое исследование по теме, а затем разрабатывает гипотезу. Затем ученый проверит гипотезу, проведя эксперимент. Наконец, ученый анализирует результаты эксперимента и делает вывод.Обратите внимание, что научный метод может применяться во многих ситуациях, которые не ограничиваются наукой, и этот метод можно модифицировать в зависимости от ситуации.

Рассмотрим пример. Допустим, вы пытаетесь включить машину, но она не заводится. Вы, несомненно, задаетесь вопросом: почему машина не заводится? Чтобы ответить на этот вопрос, вы можете воспользоваться научным методом. Во-первых, вы можете провести небольшое исследование, чтобы определить различные причины, по которым автомобиль не заводится. Далее вы сформулируете гипотезу.Например, вы можете подумать, что автомобиль не заводится, потому что в нем нет моторного масла. Чтобы проверить это, вы открываете капот автомобиля и проверяете уровень масла. Вы замечаете, что уровень масла находится на приемлемом уровне, и, таким образом, делаете вывод, что уровень масла не способствует возникновению проблемы с вашим автомобилем. Для дальнейшего устранения проблемы вы можете придумать новую гипотезу для проверки, а затем повторить процесс снова.

Эволюция естественной философии в современную физику

Физика не всегда была отдельной дисциплиной.Он по сей день связан с другими науками. Слово физика происходит от греческого языка, что означает природа. Изучение природы стало называться «натурфилософией». С древних времен до эпохи Возрождения натурфилософия охватывала множество областей, включая астрономию, биологию, химию, физику, математику и медицину. За последние несколько столетий рост знаний привел к постоянно растущей специализации и разветвлению натурфилософии на отдельные области, при этом физика сохранила самые основные аспекты.(См. Рисунок 9, рисунок 10 и рисунок 11.) Физика в том виде, в котором она развивалась с эпохи Возрождения до конца XIX века, называется классической физикой . Революционные открытия, сделанные в начале 20 века, превратили ее в современную физику.

Классическая физика не является точным описанием Вселенной, но это отличное приближение при следующих условиях: Материя должна двигаться со скоростью менее 1% скорости света, объекты, с которыми приходится иметь дело, должны быть достаточно большими, чтобы быть При наблюдении под микроскопом могут быть задействованы только слабые гравитационные поля, такие как поле, создаваемое Землей.Поскольку люди живут в таких условиях, классическая физика кажется интуитивно разумной, в то время как многие аспекты современной физики кажутся странными. Вот почему модели так полезны в современной физике – они позволяют концептуализировать явления, с которыми мы обычно не сталкиваемся. Мы можем относиться к моделям в человеческих терминах и визуализировать, что происходит, когда объекты движутся с высокой скоростью, или представлять себе, на что могут быть похожи объекты, слишком маленькие для наблюдения нашими чувствами. Например, мы можем понять свойства атома, потому что можем представить его в уме, хотя мы никогда не видели атом своими глазами.Новые инструменты, конечно же, позволяют нам лучше представить явления, которые мы не видим. Фактически, новые приборы позволили нам в последние годы фактически «изобразить» атом.

Пределы законов классической физики

Для применения законов классической физики должны быть соблюдены следующие критерии: материя должна двигаться со скоростью менее 1% скорости света, объекты, с которыми приходится иметь дело, должны быть достаточно большими, чтобы их можно было увидеть в микроскоп, и могут быть задействованы только слабые гравитационные поля (такие как поле, создаваемое Землей).

Некоторые из самых выдающихся достижений науки были сделаны в современной физике. Многие законы классической физики были изменены или отвергнуты, что привело к революционным изменениям в технологиях, обществе и нашем взгляде на Вселенную. Как и научная фантастика, современная физика наполнена увлекательными объектами, выходящими за рамки нашего обычного опыта, но у нее есть преимущество перед научной фантастикой в ​​том, что она очень реальна. Почему же тогда большая часть этого текста посвящена темам классической физики? Есть две основные причины: классическая физика дает чрезвычайно точное описание Вселенной в широком диапазоне повседневных обстоятельств, а знание классической физики необходимо для понимания современной физики.

Современная физика сама по себе состоит из двух революционных теорий, теории относительности и квантовой механики. Эти теории имеют дело с очень быстрым и очень маленьким соответственно. Относительность необходимо использовать всякий раз, когда объект движется со скоростью более 1% от скорости света или испытывает сильное гравитационное поле, например, около Солнца. Квантовая механика необходимо использовать для объектов, меньших, чем можно увидеть в микроскоп. Комбинация этих двух теорий составляет релятивистской квантовой механики, и описывает поведение небольших объектов, движущихся с высокими скоростями или испытывающих сильное гравитационное поле.Релятивистская квантовая механика – лучшая универсально применимая теория, которая у нас есть. Из-за своей математической сложности она используется только при необходимости, а другие теории используются всякий раз, когда они дадут достаточно точные результаты. Однако мы обнаружим, что можем многое сделать в современной физике с помощью алгебры и тригонометрии, используемых в этом тексте.

Проверьте свое понимание

Друг рассказал вам, что узнал о новом законе природы. Что вы можете узнать об этой информации еще до того, как ваш друг опишет закон? Чем изменилась бы информация, если бы ваш друг сказал вам, что он изучил научную теорию, а не закон?

Решение

Не зная подробностей закона, вы все равно можете сделать вывод, что информация, которую узнал ваш друг, соответствует требованиям всех законов природы: это будет краткое описание вселенной вокруг нас; изложение основных правил, которым следуют все естественные процессы.Если бы информация была теорией, вы могли бы сделать вывод, что информация будет крупномасштабным, широко применимым обобщением.

Исследования PhET: графическое устройство уравнений

Узнайте о графических полиномах. Форма кривой изменяется по мере настройки констант. Просмотрите кривые для отдельных членов (например, y = bx ), чтобы увидеть, как они складываются для создания полиномиальной кривой.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

• Наука стремится обнаружить и описать лежащий в основе порядок и простоту в природе.
• Физика – это самая фундаментальная наука, занимающаяся энергией, материей, пространством и временем, а также их взаимодействием.
• Научные законы и теории выражают общие истины природы и совокупность знаний, которые они охватывают. Эти законы природы – правила, которым, кажется, следуют все естественные процессы.

Концептуальные вопросы

1. особенно полезны в теории относительности и квантовой механике, где условия выходят за рамки тех, с которыми обычно сталкиваются люди.Что такое модель?

2. Чем модель отличается от теории?

3. Если две разные теории одинаково хорошо описывают экспериментальные наблюдения, можно ли сказать, что одна более достоверна, чем другая (при условии, что обе используют принятые правила логики)?

4. Что определяет обоснованность теории?

5. Чтобы верить измерению или наблюдению, должны быть выполнены определенные критерии. Обязательно ли критерии будут такими же строгими для ожидаемого результата, как и для неожиданного результата?

6.Может ли срок действия модели быть ограниченным или он должен быть универсальным? Как это соотносится с требуемой обоснованностью теории или закона?

7. При определенных обстоятельствах классическая физика является хорошим приближением к современной физике. Кто они такие?

8. Когда нужно использовать релятивистскую квантовую механику?

9. Можно ли с помощью классической физики точно описать спутник, движущийся со скоростью 7500 м / с? Объясните, почему да или почему нет.

Глоссарий

классическая физика:

физика, развивающаяся с эпохи Возрождения до конца 19 века

физика:

наука, связанная с описанием взаимодействий энергии, материи, пространства и времени; его особенно интересует, какие фундаментальные механизмы лежат в основе каждого явления

модель:

представление чего-то, что часто слишком сложно (или невозможно) отобразить напрямую

теория:

объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей

закон:

описание, используя краткий язык или математическую формулу, обобщенную закономерность в природе, которая подтверждается научными данными и повторными экспериментами

научный метод:

метод, который обычно начинается с наблюдения и вопроса, который исследует ученый; затем ученый обычно проводит некоторое исследование по теме, а затем разрабатывает гипотезу; затем ученый проверит гипотезу, проведя эксперимент; наконец, ученый анализирует результаты эксперимента и делает вывод

современная физика:

изучение теории относительности, квантовой механики или того и другого

относительность:

изучение объектов, движущихся со скоростью, превышающей примерно 1% скорости света, или объектов, находящихся под воздействием сильного гравитационного поля.

квантовая механика:

исследование объектов меньшего размера, чем можно увидеть в микроскоп

4.Основные законы и симметрии | Физика в новую эру: обзор

стр.82

Осцилляции нейтрино, при которых электронные нейтрино, рожденные на Солнце, превращаются в нейтрино мюонного или тау-типа, которые не могут быть обнаружены в детекторах на Земле, также могут объяснять своеобразное поведение нейтрино, исходящих от Солнца. Пять подземных экспериментов обнаружили электронные нейтрино, но скорость, с которой они прибывают на Землю, почти в три раза меньше, чем предсказывается моделями образования солнечных нейтрино.Хотя доказательства являются косвенными (ни мюонные, ни тау-нейтрино, образующиеся в осцилляции, не наблюдались напрямую), результаты полностью согласуются с гипотезой осцилляций.

Любимая теоретическая интерпретация состоит в том, что электронное нейтрино, произведенное на Солнце, осциллирует в мюонное нейтрино с массой около 0,003 эВ. Такие колебания будут происходить преимущественно внутри Солнца, когда нейтрино переходят от солнечного ядра с высокой плотностью к поверхности. В этом плотном интерьере колебания могут быть увеличены в тысячи раз.Этот эффект, предсказанный 15 лет назад Михеевым, Смирновым и Вольфенштейном и известный как эффект МСВ, аналогичен явлениям, исследованным в атомной физике 50 лет назад. Новый детектор солнечных нейтрино, использующий тяжелую воду, Нейтринная обсерватория Садбери в Канаде, скоро предоставит новую информацию, определяющую, содержит ли солнечный поток мюонные или тау-нейтрино.

Сверхновая, впечатляющий коллапс массивной звезды, при котором происходит выброс внешней мантии звезды, производит огромное количество нейтрино всех трех типов, которые затем должны распространяться через материю, в миллиарды раз более плотную, чем ядро ​​нашего Солнца.Сопутствующее усиление нейтринных осцилляций в этой среде дает еще одно исследование эффекта МСВ. Экспериментальная задача состоит в том, чтобы создать детекторы нейтрино, чувствительные ко всем трем ароматам нейтрино и достаточно надежные, чтобы видеть сверхновые, которые в нашей галактике случаются только примерно раз в 30 лет.

Механизм сверхновых, образование тяжелых элементов и природа ядерной материи при экстремальных плотностях – все зависит от свойств нейтрино. Сверхновые – это главные двигатели химической эволюции нашей галактики, синтезирующие новые элементы и выбрасывающие их в межзвездную среду.Суперкомпьютерное моделирование звезд до сих пор не позволяло точно предсказать синтез тяжелых ядер при взрывах сверхновых. Поскольку нейтрино играют решающую роль в этом процессе, возможно, новая физика нейтрино является недостающим компонентом в этих моделированиях.

Эксперименты по поиску осцилляций нейтрино проводятся путем создания нейтрино одного типа в одном месте и последующего обнаружения этих нейтрино в другом, удаленном. Если тип нейтрино при обнаружении отличается

принципов физической науки | Британника

Полная статья

принципы физической науки , процедуры и концепции, используемые теми, кто изучает неорганический мир.

Физическая наука, как и все естественные науки, занимается описанием и соотнесением друг с другом тех переживаний окружающего мира, которые разделяют разные наблюдатели и описание которых может быть согласовано. Одна из ее основных областей, физика, имеет дело с наиболее общими свойствами материи, такими как поведение тел под действием сил, и с происхождением этих сил. При обсуждении этого вопроса масса и форма тела – единственные свойства, которые играют значительную роль, а его состав часто не имеет значения.Однако физика не сосредотачивается исключительно на грубом механическом поведении тел, но разделяет с химией цель понимания того, как расположение отдельных атомов в молекулы и более крупные сборки придает определенные свойства. Более того, сам атом может быть проанализирован на его более основные составляющие и их взаимодействия.

В настоящее время физики считают, что эти фундаментальные частицы и силы, количественно обработанные методами квантовой механики, могут детально раскрыть поведение всех материальных объектов.Это не означает, что все можно вывести математически из небольшого числа фундаментальных принципов, поскольку сложность реальных вещей побеждает мощь математики или самых больших компьютеров. Тем не менее, всякий раз, когда оказывалось возможным вычислить взаимосвязь между наблюдаемым свойством тела и его более глубокой структурой, никогда не появлялось никаких доказательств того, что более сложные объекты, даже живые организмы, требуют применения особых новых принципов, т.е. по крайней мере, пока речь идет только о материи, а не о разуме.Таким образом, ученый-физик должен играть две совершенно разные роли: с одной стороны, он должен выявить самые основные составляющие и законы, которые ими управляют; и, с другой стороны, он должен открыть методы для прояснения специфических особенностей, которые возникают из-за сложности структуры, не прибегая каждый раз к основам.

Этот современный взгляд на единую науку, охватывающий фундаментальные частицы, повседневные явления и необъятность Космоса, представляет собой синтез изначально независимых дисциплин, многие из которых выросли из полезных искусств.Добыча и очистка металлов, оккультные манипуляции алхимиков и астрологические интересы священников и политиков – все это сыграло свою роль в инициировании систематических исследований, объем которых расширялся до тех пор, пока их взаимоотношения не становились ясными, давая начало тому, что обычно признается современным физическим миром. наука.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Для обзора основных областей физической науки и их развития, см. статей по физике и наукам о Земле.

Развитие количественной науки

Современная физическая наука обычно занимается числами – измерением величин и открытием точной взаимосвязи между различными измерениями. Тем не менее, эта деятельность была бы не более чем составлением каталога фактов, если бы лежащее в основе признание единообразия и корреляции не позволяло исследователю выбирать, что измерять, из бесконечного диапазона доступных вариантов. Пословицы, претендующие на предсказание погоды, являются пережитком предыстории науки и представляют собой свидетельство общей веры в то, что погода в определенной степени зависит от правил поведения.Современное научное прогнозирование погоды пытается уточнить эти правила и связать их с более фундаментальными физическими законами, чтобы измерения температуры, давления и скорости ветра на большом количестве станций можно было собрать в детальную модель атмосферы, дальнейшее развитие которой можно предсказать. – ни в коем случае не идеально, но почти всегда надежнее, чем это было возможно раньше.

Между пресловутыми преданиями о погоде и научной метеорологией лежит множество наблюдений, которые были классифицированы и грубо систематизированы в естественную историю объекта – например, преобладающие ветры в определенные сезоны, более или менее предсказуемые теплые периоды, такие как бабье лето, и корреляция между гималайскими снегопадами и интенсивностью муссонов.В каждой области науки этот предварительный поиск закономерностей является почти важным фоном для серьезной количественной работы, и в дальнейшем будет считаться само собой разумеющимся, что она была проведена.

По сравнению с капризами погоды, движения звезд и планет демонстрируют почти идеальную регулярность, и поэтому изучение неба очень рано стало количественным, о чем свидетельствуют самые старые записи из Китая и Вавилона. Объективная запись и анализ этих движений без астрологических интерпретаций, которые могли их мотивировать, представляют собой начало научной астрономии.Гелиоцентрическая модель планет ( c. 1510) польского астронома Николая Коперника, которая заменила геоцентрическую модель Птолемея, и точное описание эллиптических орбит планет (1609) немецким астрономом Иоганном Кеплером, основанное на вдохновленных интерпретацию многовековых терпеливых наблюдений, кульминацией которых стали работы Тихо Браге из Дании, можно справедливо рассматривать как первые великие достижения современной количественной науки.

Можно провести различие между наукой о наблюдениях, такой как астрономия, где изучаемые явления полностью находятся вне контроля наблюдателя, и экспериментальной наукой, такой как механика или оптика, где исследователь устанавливает устройство по своему вкусу.В руках Исаака Ньютона не только изучение цветов было поставлено на строгую основу, но и была установлена ​​прочная связь между экспериментальной наукой механики и наблюдательной астрономией благодаря его закону всемирного тяготения и его объяснению законов Кеплера о планетах.