Что такое научная гипотеза научная теория физика кратко
Физика. 10 класс
Конспект урока
Урок 1. Физика и естественнонаучный метод познания природы
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
предмет изучения физики;
роль и место физики в формировании современной научной картины мира;
понятия: физическая величина, физический закон, физическая теория, эксперимент, моделирование;
методы исследования физических явлений и процессов;
Моделирование – это процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.
Модель – упрощенная версия реального объекта, процесса или явления, сохраняющая их основные свойства.
Научный факт – утверждение, которое можно всегда проверить и подтвердить при выполнении заданных условий.
Научная гипотеза – предположение, недоказанное утверждение, выдвигаемое для объяснения каких-нибудь явлений.
Постулат – исходное положение, допущение, принимаемое без доказательств.
Физика – это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Физическая величина – свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для класса объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Физический закон – основанная на научных фактах устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состоянием тел и других материальных объектов в окружающем мире.
Физический эксперимент – способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях.
Список обязательной литературы:
Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 5 – 9.
1. В.А.Касьянов. Физика.10. Учебник для общеобразовательных учреждений: профильный уровень.
М.: Дрофа, 2005. С. 3-16.
2. Перельман М.Е. Наблюдения и озарения, или как физики выявляют законы природы. Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2012.
Основное содержание урока
Физика тесно связна с астрономией, химией, биологией, геологией и другими естественными науками. Физическими методами исследования пользуются ученые всех областей науки. За последние четыре столетия люди освоили географию, проникли в недра Земли, покорили океан. Человек создал устройства, благодаря которым он может передвигаться по земле и летать, общаться с жителями других континентов, не покидая собственного жилища. Люди научились использовать источники энергии, предотвращать эпидемии смертоносных болезней. Эти и другие достижения – результат научного подхода к познанию природы
Физика – фундаментальная наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Физика основывается на количественных наблюдениях. Основателем количественного подхода является Галилео Галилей.
Материя – объективная реальность, существующая независимо от нас и нашего знания о нем. Материя существует в виде вещества и поля.
Формы материи: пространство, время. Движение – способ существования материи.
Все физические процессы и явления, происходящие в природе можно объяснить типами фундаментальных взаимодействий:
Естественнонаучное познание происходит по этапам: Наблюдение – Гипотеза – Теория – Эксперимент. Именно эксперимент является критерием правильности теории.
Особенности научного наблюдения: целенаправлено; сознательно организовано; методически обдумано; результаты можно записать, измерить, оценить; наблюдатель не вмешивается в ход наблюдаемого процесса.
Эксперимент, как исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования, следует различать на мысленный и реальный.
Примерный план проведения эксперимента
1.Формулировка цели опыта
2.Формулировка гипотезы, которую можно было положить в основу опыта.
3.Определение условий, необходимых для проверки гипотезы, установления причинно-следственной связи.
4. Подбор оборудования и материалов, необходимых для опытов.
5. Практическая реализация опыта, сопровождаемая фиксированием результатов измерений и наблюдений выбранными способами.
6. Математическая обработка полученных данных.
Структура физической теории: основание (фундамент) – ядро – выводы (следствие) – применение. Особенностью фундаментальных физических теории является их преемственность.
Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров) и поэтому выглядит правдоподобно. В ходе эксперимента гипотезу доказывают, превращая её в установленный факт (теорию, теорему, закон), ИЛИ же опровергают.
Примерный план изучения физических законов:
1. Связь между какими явлениями (или величинами) выражает закон
2. Формулировка и формула закона.
3. Каким образом был открыт закон: на основе анализа опытных данных или теоретически (как следствие из теории)
4. Опыты, подтверждающие справедливость закона.
5. Примеры использования и учета действия закона на практике.
6. Границы применимости закона.
Одним из важнейших методов исследования является моделирование. Модель – это идеализация реального объекта или явления при сохранении основных свойств, определяющих данный объект или явление. Примеры физических моделей: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ, др.
Для того, чтобы понять и описать эксперимент вводятся физические величины.
С развитием научных знаний появилась необходимость в развитии единой системы единиц измерений.
При обработке результатов измерений нужно оценивать, с какой точностью проводится измерение, какую ошибку допускает ваш прибор, то есть определить погрешность измерений и как влияет сам процесс измерения на объект, который вы измеряете.
Объективность получаемых данных обеспечивают различные физические приборы. Следует различать: приборы наблюдения (микроскоп, телескоп, бинокль и др.) и приборы измерения (термометр, барометр, линейка, весы и др.).
Примеры и разбор тренировочных заданий
Вопросы к кроссворду:
2. Подчеркните слова, обозначающие приборы для измерения, одной чертой; приборы для наблюдения – двумя: термометр, бинокль, секундомер, микроскоп, транспортир.
Правильный вариант: Одной чертой: термометр, секундомер, транспортир. Двумя чертами: бинокль, микроскоп.
Как работают гипотезы в физике
«Пусть расцветают сто цветов,
пусть соперничают сто школ»
Мао Цзедун
Какой путь эволюции проходит научная идея? Какие гипотезы заслуживают внимания, а на какие не стоит тратить время, и что делать, если вам кажется, что вы придумали гениальную идею? О том, какими бывают гипотезы в физике и как они работают, рассказал доктор физико-математических наук, астрофизик, профессор РАН Сергей Борисович ПОПОВ. Онлайн-лекция проходила в рамках лектория «Архэ».
Построение гипотез — неизбежное следствие науки. Они делятся на рабочие (те, которые обсуждают между собой «на кухне», но не выставляют пока на всеобщее обозрение) и публичные. Публичные, в свою очередь, делятся на мэйнстрим, непопулярные альтернативы, стандартные и маргинальные гипотезы (не являются фактом науки). Примеры стандартных гипотез: темная материя, темная энергия, черные дыры и др. Именно стандартные гипотезы наиболее распространены в науке нашего времени.
«Гипотезы нужно обосновывать и проверять. Нельзя публиковать голую идею. Надо, как минимум, ответить на «сразу возникающие» вопросы. А важно, что-то посчитать и (по возможности) предсказать», — говорит Сергей Попов.
Гипотезы должны быть мотивированы не только интеллектуальными порывами, но желательно и данными. Очень часто именно данные и наталкивают искателей на построение гипотезы.
«Трудно столкнуться с ситуацией, когда ученые упустили какой-то важный вопрос из внимания. Ученых много и обычно все ключевые моменты находятся в поле нашего зрения. Просто иногда специалисты думают о чем-то, но на публику это не выносится, пока. Пока гипотеза не доработана до нужного состояния. Если вы придете к ученым с какой-то идеей, то очень велика вероятность того, что над этой идеей уже кто-то трудится в данный момент», — объясняет физик.
Кроме того, в научном сообществе постоянно идут работы по проверке старых, казалось бы, укоренившихся моделей.
«Например, постоянно идут тесты общей теории относительности. Задача не в том, чтобы в очередной раз доказать ее правомерность, а в том, чтобы создать другую, новую теорию. И на решение этой задачи выделяются значительные финансовые средства», — рассказал Попов.
Все гипотезы претерпевают изменения со временем, эволюция гипотез — абсолютно закономерный процесс.
«То, что было разумной гипотезой когда-то, перестает быть таковой по мере развития. Примеры: стационарная Вселенная, распространенность планет типа Земли. Важно, является ли гипотеза сейчас фактом науки или нет. Сто лет назад гипотеза о стационарной Вселенной была мэйнстримовой, а сегодня ни один физик в здравом уме не будет всерьез говорить о ней», — говорит Сергей Попов.
Хорошая гипотеза, как правило, адекватно описывает, как то или иное явление возникает в природе.
«Статус черных дыр до сих пор остается гипотетическим. Есть альтернатива черным дырам — так называемые гравастары. Однако, говоря о черных дырах, мы можем построить модель, описывающую то, как они формируются. А как возникает гравастар — непонятно, эта альтернатива проигрывает черным дырам в плане того, как это возникает в природе. Часто бывает так, что на уровне расчетов гипотеза выглядит красиво, но разбивается об этот аргумент. Но еще чаще гипотезы убиваются данными»
Когда очень хочется скорее поделиться своей идеей с миром, нужно сначала узнать, что делают другие ученые, необходимо постоянно читать периодику и быть в теме, подчеркивает лектор. А при написании статьи в научный журнал, если речь именно о нем, а не о научпоп-издании, ориентироваться следует на то, что вы делаете свою статью для авторов других работ в этой области, именно они — ваша целевая аудитория.
«Если у вас есть какой-то набор параметров, который требует придумывания гипотезы, то это здорово. Однако не нужно придумывать новые бесполезные сущности. Важен своеобразный синтез мотивированности гипотезы интеллектуальными позывами и мотивированности данными. Потому что уходить от эмприки полностью — это очень плохо», — говорит лектор.
Наука существует там, где не всё ясно. Для работы нужны гипотезы, модели. На этом фронте всё время происходит борьба идей и борьба с идеями, а конкуренция очень высока. И чем больше разнообразных гипотез будет у учёных в арсенале, тем более интересным будет путь к истине.
Научные гипотезы. Физические законы. Физические теории. Основные элементы физической картины мира
Научные методы познания окружающего мира. Роль эксперимента и теории в процессе познания природы.
Физика – наука опытная. Процесс познания в физике начинается либо с наблюдения явления в естественных условиях, либо со специально проведенных опытов – экспериментов.
Физический опыт или эксперимент – это такое исследование явления (чаще всего воспроизведенного в лаборатории), в котором все воздействия на исследуемую систему, влияющие на данное явление, поддаются учету. Чаще всего эксперимент сопровождается измерением тех или иных физических величин, установлением связи между этими величинами. Все физические измерения производятся с ограниченной точностью, что ставит предел степени подробности информации, получаемой из опыта. Поэтому при каждом физическом измерении указывается не только его результат, но и точность, с которой этот результат получен. Только в пределах точности измерений можно сравнивать результаты разных опытов друг с другом и с соответствующими предсказаниями теории. В науке и технике разработана целая теория – теория ошибок, которая устанавливает правила расчета экспериментальных ошибок. С элементами этой теории мы познакомимся в лабораторном практикуме по физике.
Теоретическая и экспериментальная физика тесно связаны между собою. Экспериментальная физика дает информацию об изучаемом явлении, теоретики эту информацию анализируют и создают теорию этого явления. Иногда теория создается, исходя из общих представлений о свойствах материи, в отсутствии экспериментальных фактов. В любом случае справедливость теории проверяется экспериментально.
Физический закон есть постоянно действующая при данных условиях связь между явлениями или физическими величинами, характеризующими эти явления. Физический закон обычно имеет строгую формулировку, часто выражается аналитически в виде соотношения между физическими величинами. Каждый физический закон имеет определенную область применения. Физические законы, имеющие наиболее обширные области применения, называются фундаментальными законами (законы сохранения импульса и энергии, законы Ньютона, закон Кулона).
Гипотеза – предварительное научное предположение о механизме и взаимосвязи (законах) явлений. Гипотеза требует экспериментальной проверки и доказательства. При построении гипотезы велика роль мышления и интуиции ученого. Если гипотеза прошла проверку, она становится теорией.
Теория – система научных положений и законов, которая дает качественное и количественное объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. В современной физике такими теориями являются классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, общая и специальная теории относительности, квантовая механика, классическая электродинамика, квантовая электродинамика и т. д.
Физическая картина мира – совокупность физических теорий, существующих на данном этапе развития физики и объясняющих все известные явления с единой концептуальной точки зрения. По мере развития физики, наблюдения новых явлений и закономерностей существования материи физические картины мира сменяют друг друга. Каждая последующая картина включает в себя предыдущую как частный случай, правильно объясняющую определенный круг явлений.
История развития физики включает в себя следующие физические картины мира:
1. Механическая картина мира.
2. Электродинамическая картина мира.
3. Квантово-полевая картина мира.
Для каждой физической картины мира характерны:
1) основополагающие, мировоззренческие взгляды на устройство материального мира;
2) основные физические принципы;
3) основные понятия;
4) способы описания движения материи;
5) теоретические идеализации (материальная точка, сила – идеализация взаимодействия, абсолютно твердое тело, идеальный газ, точечный заряд, электромагнитное поле).
Для выражения количественных закономерностей в физике широко применяется математический аппарат (математика). Он является по сути дела языком современной физики. При этом развитие физики стимулирует развитие тех или иных разделов математики (векторный характер физических величин – векторная алгебра; непрерывность пространства и времени – дифференциальное и интегральное исчисления; понятие поля в физике – математическая теория поля и т.д.)
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Возможно, вы слышали, как кто-то пренебрежительно отзывается об эволюции — «ведь это всего лишь теория». С другой стороны, гравитация должна быть на 100% реальной — в конце концов, это «закон». Но эти общие впечатления не совсем правильные. Слова «факт», «гипотеза», «теория» и «закон» имеют очень специфические значения в мире науки, и они не совсем соответствуют тем, которые мы используем в повседневном языке.
«Если вы уроните карандаш, он упадет на землю».
Этот довольно простой факт, но не все так просто. В науке факт — это наблюдение, которое было подтверждено так много раз, что ученые могут, во всех смыслах, принять его как «правдивое». Но ничто с научной точки зрения не является абсолютно «истинным». Вы можете сказать, что «все лебеди белые» — это факт, но всегда есть шанс, что вы увидите черного лебедя, и факт перестанет быть истинным.
Точно так же вы могли бы сказать, что по факту, каждый раз, когда вы роняете карандаш, он падает на пол, но наука оставляет место для бесконечно малой вероятности, что этого может и не произойти (например, в условиях невесомости).
«Карандаш падает, потому что сила гравитации тянет его вниз».
Гипотеза — это предварительное объяснение наблюдения, которое можно проверить. Это только отправная точка для дальнейшего расследования. Любое наблюдение обычно сопровождается множеством гипотез. Если вы заметили, что лебедь белый, ваша гипотеза может заключаться в том, что он окрашен, или его перья выцвели на солнце, или его перьям просто не хватает пигмента. Затем вы можете исследовать все эти гипотезы и найти ту, которая больше всего подтверждается доказательствами, если таковые имеются.
На протяжении всей истории было много гипотез о том, почему предметы падают, когда вы их роняете. Аристотель полагал, что это происходит потому, что материальные объекты имеют тенденцию падать по направлению к центру Вселенной, а центром Вселенной древние греки считали Землю. Ньютон рассуждал, что все связанные с Землей предметы должны притягиваться к Земле, но также все планеты должны притягиваться другими планетами, и так далее для каждого объекта во Вселенной. Его гипотеза состояла в том, что все это происходит благодаря силе притяжения, которую он назвал гравитацией.
«Каждая частица во Вселенной притягивает любую другую частицу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними».
В науке закон — это подробное описание какого-то явления естественного мира, обычно с участием математики. Закон всемирного тяготения Ньютона, приведенный выше, описывает с впечатляющей точностью, как материя ведет себя. Это позволяет легко предсказать, как поведет себя Луна, если она будет очень большой и близкой к своей планете, а не такой, какая она сейчас — очень маленькая и далекая. Закон все это описывает, но не объясняет почему.
«Масса и энергия вызывают искривление пространства-времени, сила гравитации возникает из-за искривления пространства-времени».
Теория — это объяснение каких-то явлений мира природы, которые подтверждены фактами, проверены гипотезами и законами. Выше приведенная цитата — упрощенный вариант общей теории относительности Эйнштейна. Ньютон сказал, что сила притяжения между двумя объектами зависит от их массы и расстояния между ними; Эйнштейн сказал, что притяжение происходит потому, что масса каждого объекта буквально искажает ткань Вселенной, и чем больше масса, тем больше искажение.
Теория — это дедушка всех научных утверждений, поэтому нет смысла говорить, что эволюция — это «просто теория».
Но, как уже было сказано, наука никогда не говорит ничего со 100-процентной уверенностью. Теория Эйнштейна не работает, когда вы применяете ее к квантовой механике, которая имеет дело с поведением крошечных субатомных частиц. В результате многие ученые выдвигают новые гипотезы о гравитации. Но это не значит, что Эйнштейн был неправ. Общая теория относительности объясняет подавляющее большинство наших наблюдений, и каждый раз, когда ученые пытались доказать, что она ошибочна, они терпели неудачу. В этом сила научной теории: она построена на достаточно прочном основании, так что, даже если вы обнаружите в ней несколько трещин, вы можете быть уверены, что структура в целом устоит.
Лекция по физике «Физика и научный метод познания»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Физика и научный метод познания. Понятие о физической картине мира.
«Изучение и наблюдение природы породило науку».
С самого рождения мы привыкаем к вещам и явлениям, окружающим нас. Так, мы узнаём, что предмет всегда падает вниз, что есть твёрдые предметы, о которые можно удариться, что огонь может обжечь и т. д.
Однако как ни важны подобные знания, они ещё не образуют науку.
Человек всегда задаёт вопросы: почему что-то происходит? В чём причина наблюдаемого явления? Поиск ответов на эти вопросы и есть предмет научной деятельности.
Физика и другие науки. Именно развитие наук о природе дало в руки человека современную технику и привело к преобразованию окружающего нас мира. Основную роль сыграла физика — важнейшая наука, изучающая самые глубокие законы природы. Физика составляет фундамент главнейших направлений техники. Так, открытие транзистора, сделанное в лаборатории физики твёрдого тела, определило современное развитие электроники, радиотехники и вычислительной техники. Создание лазера позволило осуществить связь на большие расстояния, получить высококачественные объёмные изображения (голография), предложить один из способов удержания высокотемпературной плазмы, создать уникальные технологии операций на глазах и многое другое.
Открывая законы природы, спрятанные под покровом бесконечно многообразного мира явлений, человек научился применять их для своих целей, создавать устройства, без которых немыслима современная комфортная жизнь. Учёные продолжают исследования Вселенной, создают уникальные материалы, ведут поиск новых источников энергии.
Важно
Физика — это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Поэтому понятия физики и её законы лежат в основе естествознания.
Физика очень тесно связана с астрономией, геологией, химией, биологией и другими естественными науками. Например, открытие двойной спирали ДНК, «главной молекулы», было сделано в физической лаборатории. Это открытие определило пути развития молекулярной биологии, призванной ответить на вопрос, что такое жизнь. Квантовая теория позволила химикам объяснить химическое строение вещества, законы распространения звука помогают геологам изучать земные недра.
Физика способствовала развитию многих областей математики. Английский физик Дж. Максвелл говорил: «Точные науки стремятся к тому, чтобы свести загадки природы к определению некоторых величин путём операций с числами». Английский учёный И. Ньютон создал дифференциальное и интегральное исчисления, пытаясь написать уравнения движения тел. Стремление к простоте математического описания позволило австрийскому физику Э. Шредингеру записать уравнение, которое описывает мир атомов.
Физическими методами исследования пользуются учёные практически всех областей науки.
Научный метод. Какими же путями добывается научная истина? Несколько сотен лет назад были выработаны основы физического метода исследования. Он состоит в следующем: опираясь на опыт, делая предположения о сути того или иного явления, отыскивают сначала качественные, а затем количественные (формулируемые математически) законы природы; открытые законы проверяются практикой. Таким образом, схема научного познания выглядит так:
Запомни
наблюдение — гипотеза — теория — эксперимент.
Важно
Именно эксперимент является критерием правильности теории.
«К физике относится только то, что может быть измерено» — это высказывание принадлежит американскому физику П. Бриджмену (1882—1961) и точно отражает особенность физики. Главным судьёй, который призван утвердить или отбросить данную теорию, является эксперимент. Физика имеет дело с воспроизводимыми ситуациями. Повторяя эксперимент при различных условиях, мы можем оценить влияние этих условий на данное физическое явление.
Модели в физике. Одним из мощных методов исследования в физике является метод моделирования.
Подчеркнём, что модель должна сохранять те свойства реального объекта, которые определяют его поведение. Модели бывают теоретическими и лабораторными, в последнее время широко используются компьютерные модели.
При создании теоретической модели используются результаты наблюдений и экспериментов. Очевидно, что проблема становится более понятной с помощью конкретных образов, именно поэтому модель чаще всего бывает механической. Например, движение молекул газа наглядно можно представить как движение упругих шариков, строение атома сначала предполагалось аналогичным строению Солнечной системы.
Сначала, когда данных мало, модель, как правило, получается грубой, но по мере накопления экспериментальных фактов она уточняется, однако для ответов на некоторые важные вопросы можно остановиться и на примитивной модели.
В лаборатории моделируются, как правило, явления, изучение которых в природных условиях представляет значительные трудности. Например, течение реки, изменение её русла моделируются в гидравлических лотках, испытание моделей самолётов проводится в аэродинамической трубе. При этом должны выполняться разные условия подобия — геометрическое, кинематическое и т. д.
Теоретическое решение любой физической задачи сводится к математическому моделированию, т. е. написанию уравнений. Часто эти уравнения получаются достаточно сложными, и их решения делаются с помощью компьютеров.
Запомни
Научная гипотеза — высказанное суждение, недоказанное утверждение, предположение, объясняющие наблюдаемые явления или результаты лабораторных экспериментов.
Научная гипотеза всегда выдвигается для решения конкретной проблемы, чтобы объяснить полученные экспериментальные данные или устранить разногласия между теоретическими и экспериментальными результатами, полученными в ходе проверки ранее выдвинутых гипотез. Например, немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой теории, М. Планк, разрабатывая квантовую гипотезу, опирался как на выводы, полученные в рамках классической теории излучения, так и на отрицательные результаты проверки предыдущих гипотез.
Слова русского учёного Д. И. Менделеева подтверждают важность научных гипотез в процессе научного познания: «Они (гипотезы. — Авт.) науке и особенно её изучению необходимы. Они дают стройность и простоту, каких без их допущения достичь трудно. Вся история наук это показывает. А потому можно смело сказать: лучше держаться такой гипотезы, которая может оказаться со временем неверною, чем никакой. Гипотезы облегчают и делают правильною научную работу — отыскание истины, как плуг земледельца облегчает выращивание полезных растений».
Физические величины и их измерение. Для того чтобы понять и описать эксперименты, учёные вводят целый ряд физических величин, таких, как скорость, сила, давление, температура, электрический заряд и многие другие. Каждой величине надо дать точное определение, ввести её наименование в определённой системе единиц, указать, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для такого измерения опыт.
Чаще всего в определениях физических величин просто уточняют и придают количественную форму тому, что непосредственно воспринимается нашими органами чувств. Так вводят понятия силы, температуры и т. д. Есть, конечно, величины, которые не воспринимаются непосредственно нашими органами чувств (например, электрический заряд). Но они выражаются через другие величины, на которые органы чувств человека реагируют. Так, электрический заряд определяется по силам взаимодействия между заряженными телами.
Для измерения физической величины необходим эталон, стандарт, т. е. некоторое средство измерения, позволяющее хранить единицу, передавать и повторять её размер. Эталоны, такие, например, как эталоны метра, килограмма и многих других величин, хранятся в Международном бюро мер и весов в Севре (Франция). Точные копии эталона разосланы в разные лаборатории мира.
А существует ли вообще точное значение физической величины? Мы знаем, что любое тело состоит из атомов. При увеличении точности измерения мы приходим к необходимости измерения объектов очень малых размеров, таких, как атомы и молекулы. Одним из существенных выводов квантовой механики был вывод о том, что бессмысленно даже ставить вопрос о точном значении физической величины, причём неопределённость лежит в основе самих законов природы, а не в несовершенстве приборов.
Теория. Изучая количественные связи между отдельными величинами, можно выявить частные закономерности. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономерности с общей точки зрения. Теория позволяет не только объяснять уже наблюдавшиеся явления, но и предсказывать новые. Так, например Д. И. Менделеев на основе открытого им периодического закона предсказал существование нескольких химических элементов, которые в то время не были известны, а английский физик Дж. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн.
Если между теорией и экспериментом появляется несоответствие, то теорию надо изменить, чтобы можно было объяснить все новые полученные данные, т. е. теорию надо усовершенствовать. Практически всякая известная теория является результатом последовательных уточнений.
Запомни
Научными фактами называют утверждения, которые можно всегда проверить и подтвердить при выполнении заданных условий.
Важно
Физический закон — основанная на научных фактах устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состояниями тел и других материальных объектов в окружающем мире.
Физические законы обычно выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы, связывающей между собой определённые физические величины. Английский физик-теоретик П. Дирак сказал: «Физический закон должен обладать математической красотой».
Так, мы уже знаем закон Ома: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка: 
Однако этот закон справедлив не для всех проводников. Например, он неприменим для ионизованного газа. Кроме того, им можно пользоваться только в определённом интервале значений силы тока, в котором можно считать сопротивление постоянным. На самом деле при прохождении тока проводник нагревается, сопротивление проводника увеличивается, и сила тока будет отличаться от расчётной.
Принципы соответствия и причинности. История физики показывает, что процесс познания материального мира не заканчивается опытной проверкой теории. Вскоре после создания той или иной теории обнаруживаются новые области явлений и накапливаются факты, объяснение которых не укладывается в ее рамки и требует выдвижения новых гипотез, нуждающихся, конечно, в опытной проверке. Новые открытия вызывают потребность в исправлении, дополнении существующих теорий или создании новых, более глубоко и точно отражающих объективные закономерности природы.
Новая теория чаще всего включает в себя старую как составную часть, то есть является более широкой, всеохватывающей. Хорошо проверенные законы и соотношения остаются неизменными и в новой теории. Так, например, специальная теория относительности Эйнштейна изменила привычные представления о пространстве и времени, при этом она практически не повлияла на законы классической механики. Предсказания специальной теории относительности совпадают с предсказаниями классической механики, если скорости движения тел намного меньше скорости света. Квантовая механика «превращается» в классическую, если массы тел достаточно велики, а законы волновой оптики – в законы геометрической оптики, если длины световых волн малы по сравнению с размерами препятствий.
Если спутать причину со следствием или принять за причину случайно сопутствующее обстоятельство, может возникнуть серьезная ошибка, заблуждение или суеверие. Известно, что перед дождем раки зарываются в песок. Если поменять местами причину и следствие, то получится абсурдная ситуация: чтобы пошел дождь, надо рака закопать в песок.
Беспричинных событий не может быть, иначе их существование вступило бы в противоречие с законом сохранения энергии, ибо это означает возникновение чего-либо из ничего. Всякое изменение состояния тела может быть вызвано только материальным воздействием или процессом.
Принцип причинности в физике, в частности, требует исключить из рассмотрения: 1) влияние какого-либо события на все предшествующие события («будущее не влияет на прошлое»), 2)влияние друг на друга одновременных событий на таком расстоянии, что они не могут быть связаны каким-либо сигналом, даже световым.
Открытия в физике. Физика продолжает бурно развиваться. Каждый новый эксперимент позволяет усовершенствовать теорию. Между теорией и экспериментом существует неразрывная связь, непрерывное взаимодействие.
Необходимо помнить, что любая физическая теория основывается на определённой модели объектов и явлений. В процессе добывания новых научных фактов любая физическая модель совершенствуется и усложняется. Однако очевидно, что окружающий нас мир гораздо сложнее, многообразней и совершенней любой самой сложной, созданной человеческим умом модели. Поэтому завершённость какой-либо физической теории отнюдь не означает полного познания законов природы.
В настоящее время учёные получают в лабораториях новые материалы и исследуют их свойства. Так, в 2010 году была присуждена Нобелевская премия по физике А. Гейму и К. Новосёлову за открытие графена, который обладает сверхпрочными свойствами и наибольшей электропроводностью из существующих материалов. Учёные решают глобальные вопросы: открытие новых элементарных частиц, новых физических законов, новых видов энергии. Разрабатывают теории, подтверждение которых требует создания очень сложных установок, таких, как, например, Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе. Длина его основного кольца около 27 км. Создание таких установок требует огромных затрат и сложной подготовки.
Однако часто случается так, что теории долго не находят экспериментального подтверждения. Так, например, ещё не обнаружены кварки, хотя считается, что все элементарные частицы состоят из них, и создана стройная теория кварков. Так что сегодня нет никаких оснований считать, что раскрыты почти все законы природы и мы находимся у границ познания. Поле для деятельности будущих учёных практически не имеет границ.
Эта теория способна была бы объяснить все физические явления и процессы во Вселенной на основе нескольких законов, из которых можно чисто логически вывести многообразие физического мира.
Единая всеобъемлющая теория нужна для создания четкой и полностью объяснимой физической картины мира.
Физическая картина мира – это физическая модель природы, построенная на основе наиболее общих принципов, законов и теорий, соответствующих конкретному историческому этапу развития науки.
В ходе развития науки физические представления о природе изменялись, поэтому картина мира эволюционировала. Первой физической картиной мира была механическая, созданная в 18 веке.
В 19 веке механическую картину мира сменила электродинамическая, а в 20 веке была создана квантово-полевая картина мира.
Современная физика содержит небольшое число фундаментальных физических теорий, охватывающих все ее разделы. Эти теории представляют собой квинтэссенцию знаний о физических процессах и явлениях, наиболее адекватно описывающих различные формы движения материи. Создание единой физической теории – дело будущего.
Знания физики необходимы любому культурному человеку для понимания окружающего мира.
Медицина – это клиническая лабораторная диагностика сформировавшаяся на ниве бурно развивающихся естественно научных дисциплин физики, химии, электроники и т.д.