Фізичний закон
Фізичний закон — наукове узагальнення, що ґрунтується на емпіричному спостереженні за поведінкою природних тіл, яке вважається універсальним і незмінним фактом фізичного світу.
Відкриті людством фізичні закони в строгому словесному і/або математичному формулюванні виражають стійкі, повторювані в експерименті зв'язки між фізичними величинами в явищах, процесах і станах тіл та інших матеріальних об'єктів навколишнього світу[1].
Попри свій статус беззаперечного знання, закони можуть змінюватися і втрачати свою справедливість у тому випадку, коли з'являються нові дані, що суперечать їм.
Виявлення фізичних закономірностей є основним завданням фізичної науки.
Для того, щоб певний зв'язок можна було назвати фізичним законом, він має задовольняти таким вимогам:
- Емпіричне підтвердження: фізичний закон вважають установленим, якщо він має експериментальне підтвердження.
- Універсальність: математичний вираз часткового закону, що визначає зв'язки між параметрами однієї конкретної системи, може іноді описувати найрізноманітніші явища. Крім того, відповідно до принципу єдності законів природи, часткові закони застосовні, в межах наявних обмежень параметрів об'єкта і середовища, в будь-якій точці Всесвіту, а загальні закони однаково діють на всіх рівнях організації матерії в просторі і часі, а також визначають природу Всесвіту[2][3].
- Стійкість: властивості Всесвіту визначають незмінність фізичних законів[4].
Хоча фізичні закони, як правило, виражають строгим словесним твердженням та/або математичної формули, за висловом нобелівського лауреата Поля Дірака "«фізичний закон повинен мати математичну красу»[5]. Крім того, цікавий такий факт: відзначено, що з 35 законів елементарної фізики лише 17 формулюють за допомогою математичних рівнянь і з більш ніж 300 понять лише близько 50 вводять за допомогою формул, інші формулюють і вводять лише словесно[6].
Серед прикладів законів природи
Деякі з найвідоміших фізичних законів[7]:
- Закон Архімеда
- Закон Бойля — Маріотта
- Закон всесвітнього тяжіння
- Закони Ньютона
- Закон Кулона
- Рівняння Максвелла
- Закони термодинаміки
- Закони Фарадея
- Закон збереження енергії
- Принцип найменшої дії
- H-теорема
- Принцип невизначеності
- Принцип доповнюваності
Деякі фізичні закони не можна довести, вони є основними, тобто носять універсальний характер у рамках галузі застосування і за своєю суттю є визначеннями. Такі закони часто називають принципами[8]. Вони є узагальненням експериментальних фактів. До них належать, наприклад, другий закон Ньютона (визначення сили), закон збереження енергії[9] (визначення енергії), принцип найменшої дії (визначення дії) тощо.
Також існує низка фізичних принципів, які є найширшим, всеохопним узагальненням часткових законів фізики[8]. До них належать: принцип невизначеності, принцип причинності, принцип доповнюваності, принцип еквівалентності, принцип релятивістської інваріантності тощо[10]. Їх формулюють як ідеї, що узагальнюють експериментальні дані і дозволяють одноманітно пояснити всю сукупність розглянутих певною теорією явищ[8].
Деякі фізичні теорії: класична механіка, термодинаміка, теорія відносності, будуються на основі невеликого числа початкових фізичних принципів, з яких як наслідки виводяться всі приватні закони[11]. Такий підхід до вивчення явищ природи отримав назву методу принципів. Його основоположниками є Ньютон і Ейнштейн[8][12].
Метод принципів не використовує ніяких гіпотез про внутрішні механізми досліджуваних явищ. Він безпосередньо спирається на узагальнення дослідних фактів, які й вважають принципами[13]. Цінність методу принципів полягає в міцності отримуваних за його допомогою результатів[14].
Частина фізичних законів є простими наслідками деяких симетрій, наявних у системі. Так, закони збереження, згідно з теоремою Нетер, є наслідками симетрії простору і час. А принцип Паулі, наприклад, є наслідком ідентичності електронів (антисиметричність їхніх хвильових функцій відносно перестановки частинок).
Усі фізичні закони є наслідком емпіричних спостережень і істинні з тією точністю, з якою істинні експериментальні спостереження. Це обмеження не дозволяє стверджувати, що якийсь із законів має абсолютний характер. Відомо, що частина законів свідомо не є абсолютно точними, а являють собою наближення до точніших. Так, закони Ньютона справедливі тільки для досить масивних тіл, що рухаються зі швидкостями, значно меншими від швидкості світла. Точнішими є закони квантової механіки і спеціальної теорії відносності. Однак, і вони, своєю чергою, є наближеннями точніших рівнянь квантової теорії поля.
- ↑ Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — М., Наука, 1966. — С. 11 — 408 с.
- ↑ Ханнанов Н. К., Чижов Г. А. Физика. Учебник для классов с углубленным изучением физики. 10 класс. — 1. — ДРОФА, 2013. — С. 350-390. — ISBN 978-5-358-12648-0.
- ↑ Малов И. Ф. (22 жовтня 2014). Универсальность законов природы (Жизнь на Земле, во Вселенной). Мир Культуры. Процитовано 6 жовтня 2019.
- ↑ Розенталь И. Л. Физические закономерности и численные значения фундаментальных постоянных. Успехи физических наук (1980 г.).— Том 131, вып. 2. — Дата обращения 06 октября 2019 года.
- ↑ Медведев Б В, Ширков Д В. П. А. М. Дирак и становление основных представлений квантовой теории поля // Успехи физических наук. — 1987. — Т. 153, вып. 9 (1 сентября). — С. 59–104. — ISSN 0042-1294.
- ↑ Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — М., Наука, 1966. — Тираж 100 000 экз. — с. 401
- ↑ 100 великих научных открытий / Д. К. Самин. — М. : Вече, 2002. — 480 с. — 25 000 екз. — ISBN 5-7838-1085-1.
- ↑ а б в г Сивухин Д. В. Общий курс физики. Механика. — М., Наука, 1979. — Тираж 50 000 экз. — с. 11
- ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. Механика. — М., Наука, 1979. — Тираж 50 000 экз. — с. 149
- ↑ Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — М., Наука, 1966. — Тираж 100 000 экз. — с. 11
- ↑ Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. — М., Просвещение, 1976. — Тираж 80 000 экз. — с. 114
- ↑ Эйнштейн А. Физика и реальность. — М., Наука, 1965. — 359 c.
- ↑
При цьому узагальнення виявляється лише в поширенні знайденого дослідного факту на ширшу групу явищ. У конкретному формулюванні принципу міститься лише констатування досліду в адекватній математичній формі. Оригінальний текст (рос.)При этом обобщение выражается только в распространении найденного опытного факта на более широкую группу явлений. В конкретной формулировке принципа содержится только констатирование опыта в адекватной математической форме.
— Вавилов С. И., Собр. соч., т. III. — АН СССР, 1956. — c. 156
- ↑
Фізика принципів незламна: принципи можуть узагальнюватися, дещо змінюватися, доповнюватися, але руйнуватися повністю вони не можуть, оскільки вони виражають прямий досвід. Оригінальний текст (рос.)Физика принципов несокрушима: принципы могут обобщаться, несколько изменяться, дополняться, но рушиться полностью они не могут, поскольку они суть выражение прямого опыта.
— Собр. соч., т. III. — АН СССР, 1956. — c. 385
- Ричард Фейнман. Характер физических законов. — Издание второе, исправленное. (1-е изд.— М., «Мир» 1968 г.). — М. : Наука, 1987. — 160 с. — 163000 прим.
- Claus Kiefer. On the Concept of Law in Physics // Proceedings of the conference «The concept of law in science», Heidelberg, 4-5 June 2012. — arXiv:1301.5110.
- Physics Formulary, a useful book in different formats containing many or the physical laws and formulae.
- Eformulae.com, website containing most of the formulae in different disciplines.
| Тематичні сайти | |
|---|---|
| Словники та енциклопедії | |
| Довідкові видання | |
| Нормативний контроль |
|
Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її. |