Предсказательная сила законов классической механики. 10 класс

Когда человек сталкивается с некоторым неизвестным явлением, самый простой выход - предположить существование метафизической причины этого явления и закрыть этим все возникающие вопросы.

Это ведь проще всего - не думать. Гипотеза о Боге, в этом смысле имеет огромную силу, она позволяет объяснить все известные и неизвестные явления природы одной единственной причиной, причем абсолютно ничего не познавая и абсолютно не прилагая никаких умственных усилий.

Но подобные объяснения не будут иметь ровным счетом никакой практической ценности, поскольку будут лишены предсказательной силы.

К физическим теориям предъявляется жесткое требование – они должны обладать предсказательной силой.

Предсказательная сила физической теории, безусловно, зависит в первую очередь от глубины отражения в ней сущности физических процессов.

Математическая формулировка физических законов резко повысила точность описания различных физических явлений, а с ней и возможности что-либо предсказывать.

Но это только одна сторона дела. Другая заключается в том, что сами предсказания могут формулироваться по-разному.

И в разных физических теориях содержатся разные схемы таких предсказаний. (Они отличаются как по своей логической структуре, так и содержательно).

Результатом настойчивого применения математики и кропотливого развития эксперимента явилась первая физическая теория – классическая механика Ньютона.

Затем возникают классическая термодинамика, классическая электродинамика и, наконец, теория относительности и квантовая механика.

Первоначальная схема предсказаний физических теорий выглядела так: если точно известно текущее состояние физической системы и воздействие на нее, то совершенно однозначно можно определить состояние системы в любой наперед заданный момент времени.

Главным оказался вопрос: как задать состояние физической системы и возможно ли точное знание начальных условий?

В классической механике Ньютона состояние системы полностью определяется значениями координат и импульсов всех частиц системы.

Зная характер зависимости сил взаимодействия частиц от координат (а в общем случае и от импульсов), с помощью уравнений движения по состоянию системы в начальный момент времени можно однозначно определить ее состояние в любой последующий момент.

Обратим внимание на следующее: 1) состояние физической системы задается не одним, а несколькими физическими величинами (параметрами);

2) предсказания относятся к определению состояния системы в любой момент времени, то есть к возможности однозначно и одновременно рассчитать численные значения всех физических параметров, характеризующих состояние физической системы;

3) математический формализм теории позволяет вычислить и все другие характеристики, (например, механического движения в любой момент времени). Это практически означает, что теория предсказывает численные значения любого параметра механического движения в любой момент времени;

Предсказательная сила физических теорий базируется на концепции функции.

А.М. Анисов:«открытие в природе и обществе функциональных связей позволяет предвидеть будущее, осуществлять обоснованный прогноз актуально еще не состоявшихся типичных событий».

С возникновением статистической механики в физику вошли закономерности нового типа – статистические. В этой теории состояние системы, состоящей из огромного числа частиц, характеризуется функцией распределения f. Она дает вероятность того, что координаты и импульсы частиц системы имеют определенные значения.

Зная f, можно вычислить для данной системы среднее значение любой физической величины и меру отклонения ее от среднего значения – среднеквадратичное отклонение, или дисперсию.