2. Основные принципы физики в обосновании отдельных физических теорий, Структурные уровни организации физической материи. Расширенное понимание движения.

Принцип - (от лат. принципум - начало, основа, происхождение, первопричина)- это основополагающее суждение в какой-либо системе знания, исходный пункт объяснения. Научные принципы можно разделить на три группы. К первой группе относятся принципы-требования общенаучного характера, по которым знания должны быть истинными и объективными, рациональными и эмпирически проверенными, теоретически обоснованными и логически непротиворечивыми, точно и однозначно сформулированными, они должны быть доведены до научного сообщества. Ко второй группе относятся принципы конкретно-научного характера. Третью группу составляют принципы, которые лежат в основе обоснования отдельных физических теорий.

Основные физические принципы в обосновании основных физических явлений и теорий.

1. Принцип простоты - объяснение различных явлений должно осуществляться с помощью простых уравнений и объяснимых фундаментальных законов. Этот принцип был обоснован в натуральной философии И.Ньютона и механицизме Р. Декарта;

2. Принцип инвариантности - различные по форме теории должны приводить к одинаковому общему результату. Например, в квантовой механике есть две формы представления- матричная (П. Дирака) и функциональная (Э. Шрёдингера), но они приводят к одинаковым результатам;

3. Принцип соответствия - каждая новая теория должна включать предшествующую в качестве частного случая и приводить к таким же результатам, но на новых основаниях. Автором принципа соответствия считается Н. Бор, предложивший его в 1913г. для выражения связи между теорией атома, основанной на постулатах квантовой физики, и представлениями классической электродинамики;

4. Принцип симметрии - указывает на наличие связей между характером взаимодействующих тел и физическими закономерностями. Этот принцип впервые был сформулирован П. Кюри как общий принцип симметрии для всех физических закономерностей: если определенные причины вызывают соответствующие следствия, то элементы симметрии причин должны проявляться в вызванных ими следствиях;

5. Принцип наблюдаемости сформулирован И.Ньютоном и являлся важным положением классической механики. «Гипотез я не измышляю» -говорил И.Ньютон. Из этих слов понятно, что все теории должны выводится из явлений и опыта. Аналогичный смысл содержится в девизе Лондонского естественнонаучного общества Нового времени: « Ничего со слов»;

6. Принцип неопределенности - фундаментальное соотношение квантовой теории, характеризующее неопределенности двух физических величин при их одновременном измерении. Неопределенность-это математическое понятие, характеризующее отличие измеряемых в опыте значений физической величины от ее среднего значения;

7. Принцип дополнительности - для квантовых явлений пространственно-временные представления и требование причинности должны рассматриваться как дополнительные, но исключающие одна другую черты описания опыта. Впервые данный принцип был сформулирован Н. Бором в 1927г. В частности, сам ученый полагал, что этот принцип можно использовать для анализа отношений между различными культурами и странами;

8. Принцип относительности Галилея - связывает координаты тела в движущейся и покоящейся системе отсчета и указывает на неизменность времени в них. Система отсчета - это механическая система координат и часы.

Структурные уровни организации физической материи.

В организации физической материи выделяют несколько уровней, классификация которых зависит от различных оснований. Выделим такие уровни:

- уровень элементарных частиц и полей. Этот уровень изучается ядерной физикой и физикой высоких энергий на основе экспериментальных данных. В настоящее время открыто более 1,5 тыс. элементарных частиц, обладающих различными свойствами. К фундаментальным частицам относятся структурные элементы материи- кварки и лептоны, к квантам взаимодействий - глюоны, фотоны и промежуточные векторные бозоны. Существование всех элементарных частиц описывается определенными законами сохранения специальных величин;

- уровень атомов. В 1969г. Д.И. Менделеев установил, что между атомами существует связь, которая проявляется в периодичности их свойств. Периодический закон позволял, во-первых, подсчитать все типы атомов существующих в природе, а во-вторых, сформулировать проблему делимости атома. Э. Резерфорд исследовал строение атомов с помощью альфа-частиц и доказал, что атом состоит из ядра, имеет положительный заряд, и электронов, имеющих отрицательный заряд. В настоящее время известно 116 химических элементов, которые в определенной последовательности размещены в периодической таблице Д. Менделеева. На уровне атома проявляются химические свойства вещества и атом как объект изучается физикой атома.

- уровень молекул. Молекула - макроскопическая система, которая состоит из двух или более ядер и нескольких электронов. Каждая молекула индивидуальна, и ее свойства зависит от образовавших ее атомов. Уровень молекул изучается молекулярной физикой. Именно здесь находят свое выражение такие показатели, как давление, объем, температура и т.д. Отдельные молекулы анализирует оптика, изучающая их свойства по характеру их излучения (оптическая физика).

-уровень макроскопических тел. Макроскопическое тело состоит из молекул и атомов, связанных между собой. Характер этих связей позволяет определить агрегатное состояние вещества. В физической науке выделяют несколько основных состояний вещества: жидкость, твердое вещество, газ, плазма. На этом классификация тел, существующих в природе, не ограничивается. Например, говорят о жидких кристаллах (применяются в мониторах и плазменных экранах), в космосе обнаружен бозе- эйнштейновский конденсат (особая форма плазмы). Их не выделяют как особое агрегатное состояние потому, что они очень редки.

Макроскопические тела изучаются механикой в рамках их движения и специфическими разделами физики. Физика твердого тела изучает структуру вещества, кристаллография - симметрию, которой подчиняется строение кристаллических структур.

-уровень космических тел различной степени общности. Элементарными телами этого уровня являются простейшие космические объекты: звезды, планеты, обращающиеся вокруг них, малые тела Солнечной системы- астероиды, кометы. Наиболее крупными объектами являются – звезды. В Солнечной системе существует восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а также множество других меньших по объему и размерам тел. Ученые продолжают поиск новых объектов и планет Солнечной системы.