Фізика і методи наукового пізнання
Пізнання починається зі спостереження. З раннього дитинства ми спостерігаємо за тим, що відбувається навколо. Ми бачимо, що м’яч, підкинутий вгору, завжди падає вниз на землю, чуємо, що за блискавкою завжди слідують гуркіт грому, відчуваємо, що влітку завжди тепліше, ніж взимку і т. п. Однак ці важливі спостереження, взяті всі разом, ще не утворюють науку фізику. Фізика як наука включає в себе не тільки величезне число спостережень, зроблених за багатовікову історію людства, а й фізичні закони, що дозволяють пояснити, чому ті чи інші явища відбуваються, і передбачити ці явища при інших умовах.
Фізика, вивчаючи навколишній світ, використовує для цього методи наукового пізнання. Основним методом наукового пізнання служать експерименти (досліди), за допомогою яких в контрольованих і керованих умовах досліджуються явища дійсності. Таким чином, проводячи експерименти, ми вже перестаємо бути пасивними спостерігачами того, що відбувається явища і можемо впливати на нього, змінюючи умови проведення даного експерименту. Цим експерименти відрізняються від простих спостережень.
На першому етапі наукового пізнання, аналізуючи яке-небудь явище, наприклад, ковзання тіла по похилій площині, ми висуваємо припущення або наукову гіпотезу про те, наприклад, що час зісковзування з похилій площині зменшується зі збільшенням її нахилу. Щоб перевірити цю гіпотезу ми ставимо досліди, в яких вимірюємо час зісковзування з похилій площині при різних кутах її нахилу при незмінній її висоті і записуємо ці дані в таблицю. Отримана сукупність даних підтверджує справедливість зробленого припущення, але не пояснює, чому існує ця залежність. Методи наукового пізнання, які полягають в первинному зборі та обробці експериментальних даних, називають емпіричними.
Проводячи експерименти з будь-яким природним явищем, неможливо охопити всі процеси, пов’язані з цим явищем. Наприклад, ковзання тіла по похилій площині залежить від щільності повітря, від шорсткостей їх поверхонь і багатьох інших параметрів, контролювати які іноді не представляється можливим. У таких випадках, щоб відповісти на питання про причини даного явища, необхідно використовувати теоретичні методи наукового пізнання, основою яких служить модель даного явища. У моделі явища присутні всі головні його характеристики, а другорядні відкинуті. Наприклад, в моделі ковзання тіла по похилій площині сили тертя і опору повітря можуть не враховуватися.
Використання моделей дає можливість пояснювати природу різних явищ і формулювати закони у вигляді математичних формул і точних формулювань. Надалі мова буде йти, наприклад, про моделі ідеального газу, взаємодією між молекулами якого можна знехтувати, або про модель точкових зарядів, відстань між якими набагато більше розмірів заряджених тел. Для моделі ідеального газу формулювання газових законів виглядає надзвичайно просто. Те ж відноситься і до закону Кулона, який виявляється справедливий тільки для точкових зарядів.
Сукупність фізичних законів, що описує цілий ряд явищ, називають фізичної теорією. Закони Ньютона, наприклад, є основою класичної механіки – фізичної теорії, що вивчає рух макроскопічних тіл зі швидкостями, малими в порівнянні зі швидкістю світла. Існуючі фізичні теорії формують фізичну картину світу.
Фізичні закони і теорії справедливі тільки для деяких моделей явищ і процесів. Тому всі ці теорії і закони мають межі застосування. Так, наприклад, класична механіка, виявляється несправедливою, якщо її використовувати для опису руху тіл зі швидкостями, порівнянними зі швидкістю світла. У той же час, спеціальна теорія відносності дозволяє описувати рух тіл зі швидкостями, близькими до швидкості світла.
При розбіжності нових експериментальних даних та існуючих законів і теорій вчені висувають нові гіпотези і фізичні теорії. Однак будь-яка нова фізична теорія, що претендує на більш глибоке і широке опис явищ навколишнього світу, ніж стара, повинна включати останню в якості граничного випадку. Це найважливіша вимога до всякої нової фізичної теорії, називають принципом відповідності. Наприклад, спеціальна теорія відносності при описі руху тіл зі швидкостями, набагато меншими швидкості світла, переходить у класичну механіку.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)