Теоријска физика

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу
Визуелно представљање Шварцшилдове црвоточине. Црвоточине нису никада уочене, али је предвиђено њихово постојање кроз математичке моделе и научну теорију.

Теоријска физика је грана физике која примјењује математичке моделе и апстракције физичких објеката и система да рационализује, објасни и предвиди природне појаве. Она се разликује од експерименталне физике, која користи експерименталне алате ради испитивања ових појава. Може се рећи да је теоријска физика је један од два научна метода који се користе у физици, при чему је други експериментална физика. Сама срж теоријске физике је математичка физика, иако се користе и друге концептуалне технике каква је на пример компјутерска физика. Поједини физичари сматрају компјутерску физику за посебан научни метод у оквиру физике као науке али је често границу између компјутерске физике и теоријске физике тешко повући.

Теоријска физика састоји се од мноштва грана у које спадају следеће гране физике: класична механика, термодинамика и статистичка физика, фундаментална квантна механика, теорија релативности, физика високих енергија (теорија честица и поља), нуклеарна физика, космологија, физика кондензованог стања материје, оптика и атомска физика, интердисциплинарна физика... Предмет интересовања експерименталне физике су такође ове исте гране међутим користећи другачији метод - оглед наспрам математичких модела коришћених у теоријској физици. У интердисциплинарну физику спадају: астрофизика, биофизика, еконофизика, медицинска физика, физичка хемија, квантна информатика, итд.

Напредак науке генерално зависи од узајамног деловања између експерименталних проучавања и теорије. У неким случајевима, теоријска физика се придржава стандарда математичке строгости док даје мању тежину експериментима и посматрањима.[а] На пример, приликом развоја посебне теорије релативности, Алберт Ајнштајн се бавио Лоренцовим трансформацијама које је остављају Максвелове једначине инваријантним, али је био очигледно незаинтересиран за Мајкелсон—Морлијеве експерименте у вези плутања планете Земље кроз етар. С друге стране, Ајнштајн је добио Нобелову награду за објашњавање фотоелектричног ефекта, претходно експерименталног резултата којем је недостајала теоретска подлога.[1]

Преглед[уреди]

Физичка теорија је модел физичких догађаја. Процењује се по мери у којој се њене претпоставке слажу са емпиријским опсервацијама. Квалитет физичке теорије се процењује такође према њеним способностима да направи нова предвиђања која могу бити проверена новим опсервацијама. Физичка теорија се разликује од математичких теорема по томе што иако су обе засноване на неком облику аксиома, процена математичке примењивости није заснована на прихватању било каквих експерименталних резултата.[2][3] Физичка теорија слично одступа од математичке теорије, у смислу да реч „теорија” има различито значење у математичким појмовима.[б]

Физичка теорија укључује једну или више веза између различитих мерљивих количина. Архимед је схватио да брод плови потискивањем своје масе од воде, а Питагора је схватио везу између дужине вибрирања жице и музичког тона који производи.[4][5] Остали примери наводе ентропију као меру несигурности везано за позиције и кретања невидљивих честица и квантномеханичку идеју да (рад и енергија нису непрекидно промењиви.

Теоријска физика се заснива на неколико различитих приступа. У том погледу, теоријска физика честица обликује добар пример. На пример: "феноменологисти" могу применити (полу-) емпиријске формуле да остваре слагање са експерименталним резултатима, често без дубљег физичког схватања.[ц] „Моделери” (такође звани „гратиљи модела”) често се појављују превасходно као феноменологисти, али покушавају да моделују спекулативне теорије које имају одређене жељене особине (пре него експерименталне податке), или примењују технике математичког моделовања на физичке проблеме.[д] Постоје неки покушаји да се креирају приближне теорије, зване ефективне теорије, јер потпуно развијене теорије могу бити означене као нерешиве или прекомпликоване. Други теоретичари могу да покушају да обједине, формализирају, реинтерпретирају или генерализирају постојеће теорије, или да направе потпуно нове теорије.[е] Понекад визија коју пружају чисто математички системи може да пружи назнаке како се може моделовати физички систем,[ф] нпр. схватање, захваљујући Риману и другима, да сам простор може да буде закривљен. Теоријски проблеми који захтевају компјутерску истрагу често су предмет рачунарске физике.

Теоријски напредак може се састојати од издвајања старих, погрешних парадигми (нпр. етарска теорија ширења светлости, калоријска теорија топлоте, спаљивање које се састоји од еволуирајућег флогистона, или астрономска тела која се врте око Земље) или могу бити алтернативни модел који даје одговоре који су прецизнији или шире применљиви. У овом другом случају, неопходно је начело кореспонденције да би се повратио претходно познати резултат.[6][7] Понекад напредак може да се одвија на различите начине. На пример, у суштини исправној теорији можда требају неке концептуалне или чињеничне ревизије; атомска теорија, која је први пут постављена пре неколико миленијума (у виду атомизма који је постулирало неколико мислиоца у Грчкој и Индији) и теорија двофлуидне струје[8], два су таква случаја. Међутим, изузетак од свега горе наведеног је дуалност таласа и честица, теорија која комбиније аспекте различитих, супротних модела преко Боровог принципа комплементарности.

Однос математике и физике

Физичке теорије постају прихваћене ако имају способност формулисања исправних предвиђања и ако да не дају (или дају само мали број) нетачних предвиђања. Теорија треба да има, барем као секундарни циљ, извесну економију и елеганцију (у смислу математичке лепоте), појам који се понекад назива „Окамовом бритвом” по енглеском филозофу из 13. века, Вилијаму Окомском, према коме је пожељнија једноставнија од две теорије које описују исту материју једнако адекватно (мада концептуална једноставност може значити математичку сложеност).[9] Оне такође имају већу вероватноћу прихваћања ако повезују широк спектар феномена. Тестирање последица теорије је део научне методе.

Физичке теорије се могу сврстати у три категорије: главне теорије, предложене теорије и граничне теорије.

Главне теорије[уреди]

Главне теорије (некад се означавају и као средишње теорије) представљају целину знања, како чињеничног тако и научних погледа, а поседује и уобичајени научни квалитет тестова кроз понављање, доследности са постојећом добро-успостављеном науком и експериментима. Постоје главне теорије које су генерално прихваћене теорије засноване у потпуности према њиховим ефектима објашњавајући велики опсег података, иако су њихово откривање, објашњавање и могући састав предмети дебате.

Примери[уреди]

Истакнути теоријски физичари[уреди]

Познати теоријски физичари укључују:

Напомене[уреди]

  1. ^ Постоје изесне расправе о томе да ли или не теоријска физика користи математику за изградњу интуиције и илустративности за издвајање физичког увида (поготово када нормално искуство закаже), пре него као средство у формализирању теорије. Ово се везује на питање о томе кориштењем математике у мање формално ригорозној мери, а више интуитивно или на хеуристички начин него, рецимо, математичка физика.
  2. ^ Понекад се реч „теорија” може користити двосмислено у овом смислу, не да опише научне теорије, него за истраживање (под)поља и програма. Примери: теорија релативности, теорија квантног поља, теорија струна.
  3. ^ Рад Џона Балмера и Јоханеса Ридберга у спектроскопији, и полуемпиријска формула масе нуклеарне физике добри су кандидати за примере овог приступа.
  4. ^ Птоломејски и Коперникови модели Сунчевог система, Боров модел водоникових атома и модел нуклеарне љуске добри су кандидати за примере овог приступа.
  5. ^ Ово су вероватно најславније теорије у физици: Њутнова теорија гравитације, Ајнштајнова теорија релативности и Максвелова теорија електромагнетизма деле неке од ових атрибута.
  6. ^ Овај приступ често преферирају (чисти) математичари и математички физичари.

Референце[уреди]

  1. ^ „Тхе Нобел Призе ин Пхyсицс 1921”. Тхе Нобел Фоундатион. Приступљено 9. 10. 2008. 
  2. ^ Тхеоремс анд Тхеориес Архивирано на сајту Wayback Machine (август 19, 2014) (на језику: енглески), Сам Нелсон.
  3. ^ Марк C. Цху-Царролл, 13. 3. 2007 :Тхеоремс, Леммас, анд Цороллариес.[мртва веза] Гоод Матх, Бад Матх блог.
  4. ^ Сингиресу С. Рао (2007). Вибратион оф Цонтинуоус Сyстемс (иллустратед изд.). Јохн Wилеy & Сонс. 5,12. ИСБН 0471771716.  ИСБН 9780471771715
  5. ^ Ели Маор (2007). Тхе Пyтхагореан Тхеорем: А 4,000-yеар Хисторy (иллустратед изд.). Принцетон Университy Пресс. стр. 18—20. ИСБН 0691125260.  ИСБН 9780691125268
  6. ^ Бокулицх, Алиса, "Бохр'с Цорреспонденце Принципле", Тхе Станфорд Енцyцлопедиа оф Пхилосопхy (Спринг 2014 Едитион), Едwард Н. Залта (ед.)
  7. ^ Енц. Британница (1994), пг 844.
  8. ^ Енц. Британница (1994), пг 834.
  9. ^ Симплицитy ин тхе Пхилосопхy оф Сциенце (ретриевед 19 Ауг 2014), Интернет Енцyцлопедиа оф Пхилосопхy.

Литература[уреди]

Спољашње везе[уреди]