Фізичний закон

(Перенаправлено з Закони фізики)

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.

ОписРедагувати

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].

ПрикладиРедагувати

Серед прикладів законів природи

Деякі з найвідоміших фізичних законів[7]:

Закони-принципиРедагувати

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].

Закони-наслідки симетрійРедагувати

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 (антисимметричность їхніх хвильових функцій відносно перестановки частинок).

Приблизність законівРедагувати

Всі 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 носить 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 в свою чергу є наближеннями точніших рівнянь квантової теорії поля.

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — М., Наука, 1966. — С. 11 — 408 с.
  2. 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.
  3. Малов И. Ф. (22 жовтня 2014). Универсальность законов природы (Жизнь на Земле, во Вселенной).. Мир Культуры. Процитовано 6 жовтня 2019. 
  4. 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.
  5. 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.
  6. Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — М., Наука, 1966. — Тираж 100 000 экз. — с. 401
  7. 100 великих научных открытий / Д. К. Самин. — М. : Вече, 2002. — 480 с. — 25 000 екз. — ISBN 5-7838-1085-1.
  8. а б в г Сивухин Д. В. Общий курс физики. Механика. — М., Наука, 1979. — Тираж 50 000 экз. — с. 11
  9. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Механика. — М., Наука, 1979. — Тираж 50 000 экз. — с. 149
  10. Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — М., Наука, 1966. — Тираж 100 000 экз. — с. 11
  11. Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. — М., Просвещение, 1976. — Тираж 80 000 экз. — с. 114
  12. Эйнштейн А. Физика и реальность. — М., Наука, 1965. — 359 c.
  13.   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

  14.   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

ЛітератураРедагувати

ПосиланняРедагувати

  • 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.