Fundamentalne teorije. Primjeri znanstvene teorije. O odnosu temeljnih dinamičkih i statističkih teorija

Stijenka je čvrsta i ako u kiselinu ulijete vodu, ona će izbaciti. Svi fizikalni zakoni gustog svijeta, svi znanstveni teorije, ostvarena u konkretnim djelima, koju je stvorio čovjek. Ljudi su sami stvorili svijet u kojem žive. U zoru..., u svakom slučaju potrebna je apsolutna, nepokolebljiva vjera, proširenje svijesti i veliko strpljenje. Isus Krist na svome primjer pokazani ljudski potencijal. Budući da je u gustom svijetu, po svojoj fizičkoj strukturi ne razlikuje se od ljudi, osim ...

https://www.site/religion/13237

I činjenica da su u svim tim razdobljima postojale iste obitelji živih organizama. Odnosno otkriće primjer, dinosauri koji su postojali u kontinuitetu od proterozoika do kenozoika, kenozojski trilobiti, silurski mamuti, rifejski arheopteriksi itd. Ali ovo ... ima svoje korijene i temelje u monoteističkoj religiji (Golovin, 2001). Međutim, u stvarnosti se evolucionizam može prepoznati znanstveni teorija, a moderni kreacionizam ne može, iz najmanje dva razloga. Prvo, u...

https://www.html

Treća hipoteza je odbačena, a druga, polukonzervativna, dobila je državljanstvo. Ovo - ponavljam, klasično - primjer pokazuje kako se u stvarnoj potrazi za Istinom savjesno razmatraju i provjeravaju razne hipoteze. Pravi znanstvenik... I ako u naše vrijeme postoje ljudi koji "podrivaju" molekularnu genetiku, teorija relativnosti ili druge čvrsto utvrđene i ispitane znanstveni teorije, onda su to ili nepismene neznalice ili čisti šarlatani. Naprotiv, glavni ...

https://www.html

I pokazuje stvarnu ulogu čovjeka u svijetu. Predmarksistička materijalistička filozofija, koja je imala br znanstveni teorije društvo, kontemplativno u biti, proglasilo je osobu dijelom prirode, a prirodu usporedilo s ogromnim mehanizmom, gdje ... korištenje reaktivnog principa kretanja, slijedeći koji čovjek može nadvladati zemaljsku gravitaciju. Moderno znanstveno-tehnička revolucija ubrzava pretvaranje ljudske djelatnosti u kozmički faktor. Otkrića prirodnih znanosti i tehnologije...

https://www.html

... znanstveni teorija Svemir. Ovaj teorija konačno se formirala sredinom dvadesetog stoljeća. Osnova struje teorije Big Bang je postao Teorija Relativnost Alberta Einsteina. ostalo teorije stvarnost su, u načelu, samo posebni slučajevi toga teorije i prema tome, od kako teorija... činjenice i dokaze, ali čvrsto stajati na pozicijama svoje znanosti. Prilično šareno primjer transformacija znanosti u religiju ... A sada, da vidimo kakvi su "kitovi ...

Nastanak fizike (prije 17. stoljeća). Fizički fenomeni okolnog svijeta odavno privlače pažnju ljudi. Pokušaji kauzalnog objašnjenja ovih pojava prethodili su stvaranju F. u modernom smislu riječi. U grčko-rimskom svijetu (6. st. pr. Kr. - 2. st. n. e.) rađaju se prvi put ideje o atomskoj strukturi materije (Demokrit, Epikur, Lukrecije), razvija se geocentrični sustav svijeta (Ptolomej), najjednostavniji zakoni utvrđena statika (pravilo poluge), otkriveni su zakon pravocrtnog prostiranja i zakon odbijanja svjetlosti, formulirana su načela hidrostatike (Arhimedov zakon), uočene su najjednostavnije manifestacije elektriciteta i magnetizma.

Rezultat stečenog znanja u 4.st. PRIJE KRISTA e. je sažeo Aristotel. Aristotelova fizika uključivala je određene ispravne odredbe, ali su joj u isto vrijeme nedostajale mnoge progresivne ideje njezinih prethodnika, posebice atomska hipoteza. Uviđajući važnost iskustva, Aristotel ga nije smatrao glavnim kriterijem pouzdanosti znanja, dajući prednost spekulativnim idejama. U srednjem vijeku, Aristotelova učenja, kanonizirana od strane crkve, dugo su usporila razvoj znanosti.

Znanost je oživjela tek u 15. i 16. stoljeću. u borbi protiv skolastičkog učenja Aristotela. Sredinom 16.st N. Kopernik je iznio heliocentrični sustav svijeta i postavio temelje za oslobađanje prirodne znanosti od teologije. Potrebe proizvodnje, razvoj obrta, pomorstva i topništva potaknuli su znanstvena istraživanja utemeljena na iskustvu. Međutim, u 15.-16.st. eksperimentalne studije bili uglavnom nasumični. Tek u 17.st Započela je sustavna primjena eksperimentalne metode u fizici, što je dovelo do stvaranja prve temeljne fizikalne teorije — Newtonove klasične mehanike.

Formiranje fizike kao znanosti (početak 17. - kraj 18. stoljeća).

Razvoj fizike kao znanosti u suvremenom smislu riječi započeo je radovima G. Galileja (prva polovica 17. stoljeća), koji je uvidio potrebu matematičkog opisa gibanja. Pokazao je da udar okolnih tijela na određeno tijelo ne određuje brzinu, kako se smatralo u Aristotelovoj mehanici, već ubrzanje tijela. Ova izjava bila je prva formulacija zakona inercije. Galileo je otkrio princip relativnosti u mehanici (vidi Galilejev princip relativnosti) , dokazao je neovisnost ubrzanja slobodnog pada tijela o njihovoj gustoći i masi, potkrijepio Kopernikovu teoriju. Značajne rezultate postigao je iu drugim područjima fizike.Sagradio je teleskop s velikim povećanjem i pomoću njega napravio niz astronomskih otkrića (planine na Mjesecu, Jupiterovi sateliti i dr.). Kvantitativno proučavanje toplinskih pojava započelo je nakon što je Galils izumio prvi termometar.

U 1. polovici 17.st. počelo je uspješno proučavanje plinova. Galilejev učenik E. Torricelli ustanovio je postojanje atmosferskog tlaka i izradio prvi barometar. R. Boyle i E. Mariotte istraživali su elastičnost plinova i formulirali prvi plinski zakon koji nosi njihovo ime. W. Snellius i R. Descartes otkrili su zakon loma svjetlosti. U isto vrijeme nastao je mikroskop. Značajan iskorak u proučavanju magnetskih pojava učinjen je na samom početku 17. stoljeća. W. Gilbert. Dokazao je da je Zemlja veliki magnet i prvi je strogo razlikovao električne i magnetske pojave.

Glavno postignuće F. 17. st. bio je stvaranje klasične mehanike. Razvijajući ideje Galilea, H. Huygensa i drugih prethodnika, I. Newton je u svom djelu "Matematički principi prirodne filozofije" (1687.) formulirao sve osnovne zakone ove znanosti (v. Newtonovi zakoni mehanike) . Tijekom izgradnje klasične mehanike, prvi put je utjelovljen ideal znanstvene teorije, koji postoji do danas. S pojavom Newtonove mehanike konačno se shvatilo da je zadatak znanosti pronaći najopćenitije kvantitativno formulirane zakone prirode.

Newtonova mehanika postigla je najveći uspjeh u objašnjenju gibanja nebeskih tijela. Na temelju zakona planetarnog gibanja koje je uspostavio I. Kepler na temelju opažanja T. Brahea, Newton je otkrio zakon univerzalne gravitacije (vidi Newtonov zakon gravitacije) . IZ koristeći ovaj zakon, bilo je moguće izračunati s izvanrednom točnošću kretanje mjeseca, planeta i kometa Sunčevog sustava, kako bi se objasnile plime i oseke u oceanu. Newton se pridržavao koncepta djelovanja dugog dometa, prema kojem se međudjelovanje tijela (čestica) događa trenutačno izravno kroz prazninu; sile međudjelovanja moraju se odrediti eksperimentalno. Prvi je jasno formulirao klasične ideje o apsolutnom prostoru kao o sadržaju materije, neovisno o njezinim svojstvima i kretanju, i apsolutnom jednolično protječućem vremenu. Sve do nastanka teorije relativnosti te ideje nisu doživjele nikakve promjene.

Od velike važnosti za razvoj F. bilo je otkriće L. Galvanija i A. Volta električne struje. Stvaranje snažnih izvora istosmjerne struje - galvanskih baterija - omogućilo je otkrivanje i proučavanje različitih učinaka struje. Istraživan je kemijski učinak struje (G. Davy, M. Faraday). VV Petrov dobio je električni luk. Otkriće H. K. Oersteda (1820.) djelovanja električne struje na magnetsku iglu dokazalo je vezu između elektriciteta i magnetizma. Na temelju jedinstva električnih i magnetskih pojava, A. Ampère je došao do zaključka da su sve magnetske pojave posljedica kretanja nabijenih čestica - elektro šok. Nakon toga Ampere je eksperimentalno ustanovio zakon koji određuje jakost međudjelovanja električnih struja (Amperov zakon) .

Godine 1831. Faraday je otkrio fenomen elektromagnetske indukcije (vidi Elektromagnetska indukcija) . Pokušaji da se ovaj fenomen objasni uz pomoć koncepta dugometnog djelovanja naišli su na značajne poteškoće. Faraday je iznio hipotezu (čak i prije otkrića elektromagnetske indukcije) prema kojoj se elektromagnetske interakcije odvijaju posredstvom posrednog agensa - elektromagnetskog polja (koncept interakcije kratkog dometa). To je bio početak formiranja nove znanosti o svojstvima i zakonitostima ponašanja posebnog oblika materije - elektromagnetskog polja.

Još prije otkrića tog zakona S. Carnot u svom djelu „Razmišljanja o pokretačka snaga vatra i o strojevima koji mogu razviti ovu silu "(1824.) dobili su rezultate koji su poslužili kao osnova za još jedan temeljni zakon teorije topline - drugi zakon termodinamike. Taj je zakon formuliran u djelima R. Clausiusa (1850.) i W. Thomson (1851).On je generalizacija eksperimentalnih podataka koji ukazuju na ireverzibilnost toplinskih procesa u prirodi, te određuje smjer mogućih energetskih procesa.Značajnu ulogu u izgradnji termodinamike imala su istraživanja J.L.Gaya- Lussaca, na temelju koje je B. Clapeyron pronašao jednadžbu stanja idealnog plina, generaliziranu u daljnjem D. I. Mendelejevu.

Usporedno s razvojem termodinamike razvijala se i molekularno-kinetička teorija toplinskih procesa. To je omogućilo uključivanje toplinskih procesa u okvire mehaničke slike svijeta i dovelo do otkrića nove vrste zakona - statističkih, u kojima su svi odnosi između fizikalnih veličina vjerojatnosne prirode.

U prvoj fazi razvoja kinetičke teorije najjednostavnijeg medija - plina - Joule, Clausius i drugi izračunali su prosječne vrijednosti različitih fizikalne veličine: brzine molekula, broj njihovih sudara u sekundi, srednji slobodni putevi itd. Dobivena je ovisnost tlaka plina o broju molekula u jedinici volumena i prosječnoj kinetičkoj energiji translatornog gibanja molekula. To je omogućilo otkrivanje fizičkog značenja temperature kao mjere prosječne kinetičke energije molekula.

Druga faza u razvoju molekularne kinetičke teorije započela je radom J.C. Maxwella. Godine 1859., uvodeći koncept vjerojatnosti po prvi put u fizici, pronašao je zakon raspodjele molekula s obzirom na brzine (vidi Maxwellovu distribuciju) . Nakon toga su se mogućnosti molekularno-kinetičke teorije enormno proširile. i dovela je kasnije do stvaranja statističke mehanike. L. Boltzmann izgradio je kinetičku teoriju plinova i dao statističko opravdanje za zakone termodinamike. Glavni problem koji je Boltzmann uspio u velikoj mjeri riješiti bio je pomiriti vremenski reverzibilnu prirodu gibanja pojedinih molekula s očitom ireverzibilnošću makroskopskih procesa. Termodinamička ravnoteža sustava, prema Boltzmannu, odgovara najvećoj vjerojatnosti danog stanja. Nepovratnost procesa povezana je s tendencijom sustava prema najvjerojatnijem stanju. Od velike važnosti bio je teorem koji je dokazao o ravnomjernoj raspodjeli prosječne kinetičke energije po stupnjevima slobode.

Klasična statistička mehanika dovršena je u radovima JW Gibbsa (1902.), koji je stvorio metodu za izračunavanje funkcija distribucije za bilo koji sustav (ne samo plinove) u termodinamičkoj ravnoteži. Statistička mehanika dobila je opće priznanje u 20. stoljeću. nakon stvaranja A. Einsteina i M. Smoluchowskog (1905–06) na temelju molekularne kinetičke teorije kvantitativne teorije Brownova gibanja, potvrđene u pokusima J. B. Perrina.

U 2. polovici 19.st. Dugi procesi proučavanje elektromagnetskih pojava dovršio je Maxwell. U svom glavnom djelu "Rasprava o elektricitetu i magnetizmu" (1873.) postavio je jednadžbe za elektromagnetsko polje (koje nosi njegovo ime), koje su objasnile sve u to vrijeme poznate činjenice s jedinstvenog gledišta i omogućile predviđanje novih pojave. Maxwell je elektromagnetsku indukciju tumačio kao proces stvaranja vrtložnog električnog polja pomoću izmjeničnog magnetskog polja. Nakon toga, predvidio je suprotan učinak - stvaranje magnetskog polja pomoću izmjeničnog električnog polja (vidi Struja pomaka) . Najvažniji rezultat Maxwellove teorije bio je zaključak o konačnosti brzine širenja elektromagnetskih međudjelovanja, jednake brzini svjetlosti. Eksperimentalna detekcija elektromagnetskih valova G. R. Hertza (1886–89) potvrdila je valjanost ovog zaključka. Iz Maxwellove teorije proizlazi da svjetlost ima elektromagnetsku prirodu. Tako je optika postala jedna od grana elektrodinamike. Na samom kraju 19.st. P. N. Lebedev eksperimentalno je otkrio i izmjerio tlak svjetlosti predviđen Maxwellovom teorijom, a A. S. Popov je prvi upotrijebio elektromagnetske valove za bežičnu komunikaciju.

Iskustvo je pokazalo da načelo relativnosti koje je formulirao Galilei, prema kojem se mehaničke pojave odvijaju na isti način u svim inercijskim referentnim okvirima, vrijedi i za elektromagnetske pojave. Stoga Maxwellove jednadžbe ne smiju mijenjati svoj oblik (moraju biti invarijantne) pri prelasku iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi. Međutim, pokazalo se da je to točno samo ako su transformacije koordinata i vremena tijekom takvog prijelaza različite od Galilejevih transformacija koje vrijede u Newtonovoj mehanici. Lorentz je pronašao ove transformacije (Lorentzove transformacije) , ali im nije mogao dati ispravno tumačenje. To je učinio Einstein u svojoj privatnoj teoriji relativnosti.

Otkriće privatne teorije relativnosti pokazalo je ograničenja mehaničke slike svijeta. Pokušaji da se elektromagnetski procesi svedu na mehaničke procese u hipotetskom mediju - eteru pokazali su se neodrživim. Postalo je jasno da je elektromagnetsko polje poseban oblik materije, čije se ponašanje ne pokorava zakonima mehanike.

Godine 1916. Einstein je izgradio opću teoriju relativnosti – fizikalnu teoriju prostora, vremena i gravitacije. Ova teorija označila je novu etapu u razvoju teorije gravitacije.

Na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće, još prije nastanka posebne teorije relativnosti, postavljeni su temelji najveće revolucije u području fizike, povezane s nastankom i razvojem kvantne teorije.

Krajem 19.st pokazalo se da raspodjela energije toplinskog zračenja po spektru, izvedena iz zakona klasične statističke fizike o ravnomjernoj raspodjeli energije po stupnjevima slobode, proturječi eksperimentu. Iz teorije je proizlazilo da bi materija trebala zračiti elektromagnetske valove na bilo kojoj temperaturi, gubiti energiju i hladiti se do apsolutne nule, odnosno da je toplinska ravnoteža između materije i zračenja nemoguća. Međutim, svakodnevno iskustvo proturječilo je ovom zaključku. Izlaz je pronašao 1900. M. Planck, koji je pokazao da su rezultati teorije u skladu s iskustvom, ako pretpostavimo, suprotno klasičnoj elektrodinamici, da atomi ne emitiraju elektromagnetsku energiju kontinuirano, već u zasebnim dijelovima - kvantima. Energija svakog takvog kvanta izravno je proporcionalna frekvenciji, a koeficijent proporcionalnosti je kvant djelovanja h= 6,6×10 -27 erg× sekunda, kasnije poznata kao Planckova konstanta.

Godine 1905. Einstein je proširio Planckovu hipotezu pretpostavkom da se izračeni dio elektromagnetske energije također širi i apsorbira samo kao cjelina, tj. ponaša se kao čestica (kasnije je nazvan foton) . Na temelju te hipoteze Einstein je objasnio zakone fotoelektričnog efekta koji se ne uklapaju u okvire klasične elektrodinamike.

Tako je korpuskularna teorija svjetlosti oživljena na novoj kvalitativnoj razini. Svjetlost se ponaša kao struja čestica (korpuskula); no istodobno ima i valna svojstva, koja se osobito očituju u difrakciji i interferenciji svjetlosti. Posljedično, valna i korpuskularna svojstva, koja su s gledišta klasične fizike nespojiva, jednako su svojstvena svjetlosti (dualizam svjetlosti). "Kvantizacija" zračenja dovela je do zaključka da se i energija unutaratomskih gibanja može mijenjati samo postupno. Taj je zaključak iznio N. Bor 1913. godine.

Godine 1926. Schrödinger je, pokušavajući dobiti diskretne vrijednosti energije atoma iz jednadžbe valnog tipa, formulirao osnovnu jednadžbu kvantne mehanike, nazvanu po njemu. W. Heisenberg i Born (1925.) izgradili su kvantnu mehaniku u drugom matematičkom obliku – tzv. mehanika matrice.

Prema Paulijevom principu, energija cjelokupnog skupa slobodnih elektrona metala, čak i pri apsolutnoj nuli, nije nula. U nepobuđenom stanju sve energetske razine, počevši od nule pa sve do neke maksimalne razine (Fermijeva razina), zauzimaju elektroni. Ova slika omogućila je Sommerfeldu da objasni mali doprinos elektrona toplinskom kapacitetu metala: kada se zagrijavaju, pobuđuju se samo elektroni blizu Fermijeve razine.

U radovima F. Blocha, H. A. Bethea i L. Neela Ginzburga kvantne elektrodinamike. Prvi pokušaji izravnog proučavanja strukture atomske jezgre potječu iz 1919. godine kada je Rutherford bombardiranjem stabilnih jezgri dušika a-česticama postigao njihovu umjetnu transformaciju u jezgre kisika. Otkriće neutrona 1932. godine od strane J. Chadwicka dovelo je do stvaranja modernog proton-neutronskog modela jezgre (D. D. Ivanenko, Heisenberg). Godine 1934. supružnici I. i F. Joliot-Curie otkrili su umjetnu radioaktivnost.

Stvaranje akceleratora nabijenih čestica omogućilo je proučavanje različitih nuklearnih reakcija. Najvažniji rezultat ove faze fizike bilo je otkriće nuklearne fisije.

Godine 1939.–1945. nuklearna je energija prvi put oslobođena lančanom reakcijom fisije 235 U i stvorena je atomska bomba. Zasluga korištenja kontrolirane nuklearne fisijske reakcije 235 U u miroljubive, industrijske svrhe pripada SSSR-u. Godine 1954. izgrađena je prva nuklearna elektrana u SSSR-u (grad Obninsk). Kasnije su u mnogim zemljama izgrađene isplative nuklearne elektrane.

otkriveni su neutrini i mnoge nove elementarne čestice, uključujući izrazito nestabilne čestice - rezonancije, čiji je prosječni životni vijek samo 10 -22 -10 -24 sek. . Otkrivena univerzalna interkonvertibilnost elementarnih čestica ukazala je na to da te čestice nisu elementarne u apsolutnom smislu te riječi, već imaju složenu unutarnju strukturu koja tek treba biti otkrivena. Teorija elementarnih čestica i njihovih međudjelovanja (jakih, elektromagnetskih i slabih) predmet je kvantne teorije polja – teorije koja je još uvijek daleko od potpune.

Pročitajte tekst i riješite zadatke 21-24.

<...>Znanost je povijesno utemeljen oblik ljudske djelatnosti usmjeren na spoznaju i preobrazbu objektivne stvarnosti, odnosno duhovna proizvodnja, koja rezultira svrhovito odabranim i sistematiziranim činjenicama, logički provjerenim hipotezama, generalizirajućim teorijama, temeljnim i partikularnim zakonima, kao i metodama istraživanja.

Znanost je i sustav znanja, i njihova duhovna proizvodnja, i na njima utemeljena praktična djelatnost.

Za svaku znanstvenu spoznaju bitna je prisutnost onoga što se proučava i kako se proučava. Odgovor na pitanje što se istražuje otkriva prirodu predmeta znanosti, a odgovor na pitanje kako se istraživanje provodi otkriva metodu istraživanja.

Kvalitativna raznolikost stvarnosti i društvene prakse odredila je mnogostranost ljudskog mišljenja, različita područja znanstvenih spoznaja. moderna znanost- izuzetno razgranat skup pojedinih znanstvenih grana. Predmet nauke nije samo svijet izvan čovjeka, razne forme i vrste kretanja bića, ali i njihov odraz u svijesti, tj. sam čovjek. Prema svome predmetu znanosti dijele se na prirodno-tehničke, koje proučavaju zakone prirode i načine njezina razvoja i preobrazbe, i društvene, koje proučavaju različite društvene pojave i zakonitosti njihova razvoja, kao i samog čovjeka kao društvenog bića. (humanitarni ciklus). Među društvenim znanostima posebno mjesto zauzima kompleks filozofskih disciplina koje najviše proučavaju opći zakoni razvoj i priroda, i društvo, i mišljenje.

Predmet znanosti utječe na svoje metode, tj. tehnike, metode istraživanja objekata. Da, unutra prirodne znanosti jedna od glavnih metoda istraživanja je eksperiment, au društvenim znanostima - statistika. Istodobno, granice između znanosti prilično su uvjetne. Sadašnju fazu razvoja znanstvenih spoznaja karakterizira ne samo pojava srodnih disciplina (primjerice biofizike), već i međusobno obogaćivanje znanstvenih metodologija. Opće znanstvene logičke metode su indukcija, dedukcija, analiza, sinteza, kao i sustavni i probabilistički pristupi i još mnogo toga. Svaka znanost ima različitu empirijsku razinu, tj. akumulirani činjenični materijal - rezultati opažanja i pokusa, te teorijska razina, t.j. generalizacija empirijskog materijala, izraženog u relevantnim teorijama, zakonima i načelima; znanstvene pretpostavke utemeljene na dokazima, hipoteze koje trebaju dodatnu provjeru iskustvom. Teorijske razine pojedinih znanosti stapaju se u općem teoretskom, filozofskom objašnjenju otvorenih principa i zakona, u oblikovanju svjetonazorskih i metodoloških aspekata znanstvenih spoznaja uopće.<...>

(Spirkin A.G.)

Temeljne fizikalne teorije i njihova uloga u proučavanju metodoloških pitanja fizike

Moderna fizika je izuzetno razgranata grana znanja. Na temelju određenih kriterija podijeljena je na niz disciplina ili sekcija. Dakle, prema predmetima proučavanja fizika se dijeli na fiziku elementarnih čestica, atomske jezgre, atomsku fiziku, molekularnu fiziku, fiziku čvrstih tijela, tekućina i plinova, fiziku plazme i fiziku svemirskih tijela.

S druge strane, podjela fizike može se izvršiti prema proučavanim procesima ili oblicima gibanja materije: mehaničko gibanje; toplinsko kretanje; elektromagnetski procesi; gravitacijski fenomeni; procesi uzrokovani jakim i slabim međudjelovanjima. Većina procesa razmatra se na različitim razinama - makro i mikroskopski.

Postoje veze između oba dijela fizike, budući da odabir predmeta proučavanja unaprijed određuje prirodu procesa koji se proučavaju i prirodu korištenih obrazaca. Na primjer, u atomskoj fizici glavnu ulogu imaju zakoni mehanike (kvantna mehanika) i zakoni elektromagnetskog međudjelovanja.

Podjela fizike prema procesima koji se proučavaju jasno pokazuje da se u modernoj fizici ne radi s različitim skupom mnogih nepovezanih ili gotovo nepovezanih zakona, već s nekoliko temeljnih zakona ili temeljnih fizikalnih teorija koje pokrivaju golema područja fenomena. Ove teorije odražavaju objektivne procese u prirodi u najpotpunijem i najopćenitijem obliku.

U temeljnim fizikalnim teorijama naše se znanje o zakonima prirode pojavljuje u toliko generaliziranom obliku da pojedini aspekti tih teorija dobivaju filozofski karakter. Čini nam se nedvojbenim da je u proučavanju metodoloških pitanja fizike svrsishodno prije svega osloniti se na analizu temeljnih fizikalnih teorija. Konkretno, pri analizi odnosa dinamičkih i statističkih zakonitosti u fizici, prije svega treba obratiti pozornost na temeljne teorije dinamičke i statističke prirode. Ovdje se odmah otkriva i zajednička stvar koja je svojstvena objema teorijama i glavna razlika između njih. To vam omogućuje da izbjegnete dvojbene ili neopravdane izjave na samom početku proučavanja problema, da se usredotočite na glavnu stvar i ne zbunite se u pojedinostima.

Sam izbor temeljnih fizikalnih teorija u suvremenoj fizici sasvim je nedvosmislen i teško da može izazvati ozbiljnija neslaganja. Ova razlika je prilično jasno napravljena, na primjer, u tečaju teorijske fizike L. D. Landaua i E. M. Lifshitza iu drugim tečajevima.

Temeljne teorije dinamičkog tipa uključuju: Newtonovu klasičnu mehaniku, mehaniku kontinuuma, termodinamiku, Maxwellovu makroskopsku elektrodinamiku i teoriju gravitacije. Klasična relativistička (nekvantna) mehanika također je temeljna teorija, ali se u strukturno-fundamentalnim teorijama i ulozi pojma stanja koji nas zanimaju vrlo malo razlikuje od Newtonove mehanike.

Statističke teorije uključuju: klasičnu statističku mehaniku (ili općenito - statističku fiziku), kvantnu mehaniku, kvantnu statistiku, kvantnu elektrodinamiku i relativističke kvantne teorije drugih područja.

Zanimljiva je prisutnost sličnosti u strukturi svih temeljnih fizikalnih teorija bez iznimke. Ova okolnost, koliko nam je poznato, nije dobila dužnu pažnju u filozofskoj literaturi. Zajedništvo temeljnih teorija očituje se prvenstveno u tome što sve uvode kao osnovni pojam – pojam stanje fizičkog sustava. U temeljnim teorijama on dobiva strogu sigurnost, a temeljne teorije otkrivaju opće značenje ovog pojma.

Otkriće pojma stanja u Newtonovoj mehanici

Pojam stanja u fizici prvi put je jasno otkriven u konstrukciji klasične mehanike. To je vrlo ekspresivno naglašeno u predavanju E. Wignera koje je pročitao 1964. godine tijekom izlaganja. Nobelova nagrada. Zakoni fizike, kaže Wigner, „određuju ponašanje predmeta koji se u njoj proučavaju samo pod određenim sasvim određenim uvjetima, ali u drugim uvjetima ostavljaju veliku proizvoljnost. Oni elementi ponašanja koji nisu određeni prirodnim zakonima nazivaju se početnim uvjetima. Potonji, zajedno sa zakonima prirode, određuju ponašanje objekta u mjeri u kojoj je to općenito moguće. I dalje: “Nevjerojatno otkriće Newtonove ere bilo je upravo jasno odvajanje zakona prirode od početnih uvjeta. Prvi su nezamislivo točni, a drugi, zapravo, ne znamo ništa.

Početni uvjeti ne podliježu određenim zakonitostima, među njima nema veze, tj. mogu biti proizvoljni u onoj mjeri u kojoj to dopuštaju veze koje su sustavu nametnute izvana. Za vrijednosti početnih uvjeta može se reći da ovise o prethodnom. evolucija sustava koji je dio svemira. Da bi se riješio ovaj ili onaj problem, oni se moraju odrediti eksperimentalno ili dati uz pomoć određenih razmatranja koja uzimaju u obzir stvarne okolnosti formulacije problema koji se razmatra.

U klasičnoj Newtonovoj mehanici - mehanici sustava materijalnih točaka (čestica) - početni uvjeti zadani su skupom koordinata r i i impulse Rja, (ili brzine v i) svih čestica. Ove veličine mogu poprimiti proizvoljne vrijednosti: položaj i količina gibanja bilo koje čestice ne ovise o položajima i količini gibanja svih ostalih čestica.

Početni uvjeti zajedno sa zakonom gibanja (drugi Newtonov zakon) u potpunosti određuju ponašanje objekata razmatranih u klasičnoj mehanici. Ova je okolnost odlučujuća za skup koordinata i momenta svih čestica smatra se kao karakteristika stanja sustava. Jednadžbe gibanja jedinstveno opisuju evoluciju ovog stanja. Ovisno o silama određuju ubrzanja čestica. Sile su jednoznačne funkcije udaljenosti između čestica i njihovih relativnih brzina.

Koordinate i impulsi (ili brzine) osnovne su fizikalne veličine u Newtonovoj mehanici jer određuju stanje sustava. Osim toga, sve ostale mehaničke veličine (observable) od interesa za mehaniku (energija, kutni moment, djelovanje itd.) izražavaju se kao funkcije koordinata i momenta.

Opća struktura temeljnih fizikalnih teorija

Opći strukturni elementi Newtonove mehanike mogu se smatrati kako slijedi tri elementa: skup fizikalnih veličina (observabli), uz pomoć kojih se opisuju objekti ove teorije; karakterizacija stanja sustava; jednadžbe gibanja koje opisuju evoluciju stanja.

Izdvojivši ove osnovne elemente u mehanici, u budućnosti ćemo se uvjeriti da sve temeljne fizikalne teorije imaju istu strukturu. U najopćenitijim crtama, oni su izgrađeni na isti način.

Središnji element temeljne fizikalne teorije je koncept stanja. Glavni i odlučujući čimbenik u formiranju pojma države je sljedeći: početno stanje jednoznačno određujekonačno stanje ovisno o interakcijama unutar sustava, kao i ovisno o vanjskim utjecajima na sustav. Sustav ne mora biti zatvoren. Potrebno je samo točno znati kako se vanjski utjecaji mijenjaju tijekom vremena. Jednadžbe gibanja omogućuju izračunavanje konačnog stanja sustava iz poznatog početnog stanja.

Ako je stanje sustava fiksno, tada je u svakoj fundamentalnoj teoriji, kao iu klasičnoj mehanici, moguće odrediti sve fizikalne veličine koje su od interesa za ovu teoriju.

Zanimljivo je da se fundamentalne dinamičke teorije značajno razlikuju od fundamentalnih statističkih teorija samo u tome jedan poštovanje - u metodi određivanja stanja. Ovoj će se okolnosti u nastavku posvetiti glavna pozornost.

Nerijetko se analizira pojam stanja u različitim dinamičkim teorijama te se skreće pozornost na opću strukturu tih teorija. Često se primjećuje da je u mnogim aspektima situacija slična u kvantnoj mehanici. Zbog toga brojni autori kvantnu mehaniku čak i ne svrstavaju u čisto statističku teoriju. Zapravo, klasične statističke teorije imaju istu opću strukturu kao i dinamičke. Stoga je potrebno posebnu pozornost posvetiti pojmu stanja u klasičnim statističkim teorijama, budući da se uz pojam stanja u tim teorijama veže najviše nesporazuma. U tom pogledu, koliko god to bilo čudno, kod kvantne mehanike je sve povoljnije.

Pojam stanja u temeljnim dinamičkim teorijama

Pitanje stanja sustava u raznim dinamičkim teorijama relativno je jednostavno i većina ga autora tretira približno na isti način. Na njemu se zadržavamo uglavnom radi cjelovitosti. O karakterizaciji države u klasična mehanika već je rečeno. Samo dodatno napominjemo da u ovoj teoriji varijable koje karakteriziraju stanja sustava su opservabilne teorije - koordinate i impulsi. S apstraktnijim karakterizacijama stanja, ovaj jednostavan odnos između vidljivih i pojma stanja više ne postoji.

Okrenimo se sada drugim dinamičkim teorijama. Mehanika kontinuuma. U mehanici kontinuuma sve se tvari smatraju kontinuiranima. Njihova atomsko-molekularna struktura nije uzeta u obzir. Sukladno tome, umjesto skupa koordinata i momenta, stanje sustava karakteriziraju funkcije koje opisuju raspodjelu određenih fizikalnih veličina u prostoru: gustoća r (r, t), pritisak p(r, t) i brzina v (r, t).

Jednadžbe hidrodinamike idealnog fluida, tj. fluida (ili plina) čija se stlačivost, viskoznost i toplinska vodljivost mogu zanemariti, omogućuju utvrđivanje vrijednosti funkcija r, R i v u bilo kojem trenutku početnim vrijednostima ovih funkcija i rubnim uvjetima.

U viskoznoj, neidealnoj tekućini dolazi do rasipanja mehaničke energije uslijed djelovanja sila trenja. Izmjena topline između odvojenih dijelova pokretnog medija postaje bitna. Mehanika kontinuuma prestaje biti čista mehanika. Zatvoreni sustav jednadžbi koje jedinstveno opisuju evoluciju sustava moraju uključivati ​​termodinamičke relacije.

Termodinamika. U termodinamici se toplinski procesi razmatraju bez uzimanja u obzir molekularne strukture tijela. Stoga se stanje termodinamičkog sustava opisuje sasvim drugačije nego u mehanici. U najjednostavnijem slučaju plina, glavne veličine koje određuju stanje sustava su tlak, volumen i temperatura. Te se veličine nazivaju termodinamičkim parametrima. Između njih postoji veza dana jednadžbom stanja. Stanje sustava u potpunosti je karakterizirano vrijednostima neovisnih parametara. Broj takvih parametara naziva se broj stupnjeva slobode termodinamičkog sustava.

Prvi i drugi zakon termodinamike uvode dvije jednoznačne funkcije stanja: unutarnju energiju i entropiju. U klasičnoj termodinamici razmatraju se samo ravnotežna stanja i ravnotežni reverzibilni (beskonačno spori) procesi. Evolucija stvarnih sustava u vremenu zapravo se ne razmatra. Pomoću termodinamike mogu se samo uspostaviti jednoznačni odnosi između termodinamičkih parametara različitih ravnotežnih stanja.

Neravnotežni procesi proučavaju se u termodinamici ireverzibilnih procesa. U ovoj teoriji stanje sustava karakteriziraju lokalne termodinamičke funkcije koordinata i vremena. To uključuje: gustoću mase, gustoću impulsa, temperaturu, tlak, unutarnju energiju ili gustoću entropije. Za lokalne termodinamičke funkcije napisane su transportne jednadžbe koje izražavaju očuvanje mase, količine gibanja i energije u pokretnom mediju. Ove jednadžbe, zajedno s jednadžbom stanja i kalorijskom jednadžbom, koja daje ovisnost energije o tlaku i temperaturi, omogućuju praćenje njihove evolucije u vremenu od početnih vrijednosti lokalnih termodinamičkih funkcija.

Elektrodinamika. U Maxwellovoj elektrodinamici predmet proučavanja je elektromagnetsko polje. Stanje elektromagnetskog polja karakteriziraju jakosti električnog polja E(r, t) i magnetsko polje H(r,t). Prema poznatim električnim i magnetskim svojstvima tvari, danim permitivnošću e i magnetskom permeabilnošću m, određuju se dvije druge karakteristike polja: električna indukcija D(r, t) i magnetska indukcija B(r, t).

Maxwellove jednadžbe za ova četiri vektora dopuštaju zadane početne vrijednosti polja E i H unutar određenog volumena i prema rubnim uvjetima za tangencijalnu komponentu, bilo E, ili H nedvosmisleno odrediti veličinu elektromagnetskog polja u bilo kojem sljedećem trenutku u vremenu.

Stanje elektromagnetskog polja je slično opisano u Lorentzovoj teoriji, koja opisuje mikroskopske elektromagnetske procese. Osnovne jednadžbe ove teorije su Maxwell-Lorentzove jednadžbe, koje povezuju gibanje pojedinačnih nabijenih čestica s elektromagnetskim poljem koje one stvaraju, slične su Maxwellovim jednadžbama.

Klasična relativistička mehanika. Posebna teorija relativnosti koja je nastala u razvoju elektrodinamike ne spada u red temeljnih teorija u gore navedenom smislu. Ne uvodi novi koncept stanja koji karakterizira bilo koji specifični objekt. Posebna teorija relativnosti jedno je od načela simetrije ili invarijantnosti, koje zadovoljavaju različite temeljne teorije.

Relativistička dinamika, koja generalizira Newtonovu mehaniku na slučaj tijela koja se gibaju brzinama bliskim brzini svjetlosti, razlikuje se od Newtonove mehanike samo u obliku jednadžbi gibanja. Stanje u klasičnoj relativističkoj teoriji još uvijek karakteriziraju koordinate i momenti svih čestica u sustavu.

Teorija gravitacije. Modernu teoriju gravitacije daje Einsteinova opća teorija relativnosti. Unatoč svim novostima i neobičnostima nove teorije gravitacije u usporedbi sa starom Newtonovom teorijom gravitacije, opća struktura svojstvena svim drugim temeljnim teorijama dinamičke prirode ostaje nepromijenjena. Stanje gravitacijskog polja karakteriziraju komponente metričkog tenzora. Evolucija gravitacijskog polja opisana je nelinearnom Einsteinovom jednadžbom polja. Ova jednadžba omogućuje načelno određivanje metričkog tenzora u bilo kojem sljedećem trenutku vremena iz početne vrijednosti te veličine i zadanih komponenti tenzora materije koje opisuju njegovu raspodjelu u prostoru.

Pojam stanja u temeljnim statističkim teorijama

Najčešća pogreška pri uvođenju i analizi pojma stanja u statističkim teorijama je prenošenje pojma stanja temeljnih dinamičkih teorija na te teorije. Kao što se u klasičnoj mehanici stanje karakterizira određenim skupom fizikalnih veličina, tako se stanje u statističkoj mehanici karakterizira na isti način. Pojam stanja se miješa s proizvoljnim skupom vidljivih vrijednosti. Kao rezultat toga, oni dolaze do pogrešnog zaključka da ne postoji jednoznačan odnos između stanja u statističkim teorijama.

Moglo bi se navesti mnogo primjera takvih netočnih ili nejasnih izjava. Tako Z. Avgustinek o statističkoj pravilnosti piše sljedeće: “Primjer pravilnosti ove vrste može biti ona prema kojoj određeno stanje sustava S t 1 nije jedno određeno stanje S n , već određena statistička raspodjela stanja S n .

Prema V. Kraevskom, "u teorijskoj fizici, stanje sustava se shvaća kao ukupnost vrijednosti svih (uzetih u obzir u okviru ove teorije) njegovih parametara u danom trenutku" .

Yu. B. Molchanov, zapravo identificirajući pojave i stanja, kaže da u statističkoj pravilnosti “pojave i stanja slijede jedna drugu u vremenu na neodređen, višeznačan, nejedinstven način”.

Tri su argumenta protiv tvrdnje da je u statističkim teorijama odnos stanja dvosmislen.

1. U navedenim i sličnim tvrdnjama zapravo se generalno negira stanje kao specifičan pojam, budući da se poistovjećuje sa ukupnošću fizikalnih veličina (observabli) dane teorije. Zapravo, već u dinamičkim teorijama stanje sustava nipošto nije obilježeno cijelim skupom parametara, već samo njihovim potpuno definiranim skupom (primjerice, u klasičnoj mehanici, koordinatama i momentima kroz koje se odvijaju svi ostali parametri). količine su izražene).
2. U statističkim teorijama stanje se općenito ne može okarakterizirati točnim vrijednostima bilo kojih parametara pojedinačnih čestica. Dakle, u statističkoj mehanici, izjava o vjerojatnosti da koordinate i momenti čestica sustava leže u određenim intervalima od r i, p i, prije r i +dr. i, p i+dp i . Ta je vjerojatnost jednaka umnošku gustoće vjerojatnosti i faznog volumena a dr i dp i
   Pri težnji za intervalima dr. i, dp i na nulu, vjerojatnost teži nuli. Konkretno, zakon raspodjele molekula po brzinama koji je otkrio Maxwell daje nultu vjerojatnost točnih vrijednosti brzina.
   Situacija je drugačija samo za delta-sličnu distribuciju, izraženu u obliku umnoška Diracovih delta funkcija. Ali dodjela distribucije u obliku delte već odgovara dinamičkoj teoriji - klasičnoj, a ne statističkoj mehanici.
3. Ne postoje fizikalne teorije uz pomoć kojih bi bilo moguće, s obzirom na stanje sustava, karakterizirano skupom fizikalnih veličina, pronaći statističku distribuciju stanja u sljedećim točkama u vremenu.

U kvantnoj mehanici stanja s točno fiksnim vrijednostima nekih veličina, poput koordinata, mogu postojati kao posebni slučajevi. Takva stanja imaju oblik produkta delta funkcija. Ali u bilo kojem sljedećem trenutku, vjerojatnost pronalaženja točnih vrijednosti koordinata je nula. Možemo govoriti samo o vjerojatnosti otkrivanja čestica u određenim intervalima vrijednosti koordinata. A te su vjerojatnosti jednoznačno određene početnim stanjem pomoću jednadžbe gibanja. Samo u slučaju veličina s diskretnim spektrom može se govoriti o vjerojatnostima točnih vrijednosti veličina u svakom trenutku.

Nije poznat niti jedan statistički zakon u kojem stanja sustava ne bi bila jednoznačno povezana. I malo je vjerojatno da će takav "zakon" ikada biti otkriven. Zapravo, u svim statističkim teorijama ne postoji jednoznačan odnos između fizičkih veličina, ali ne i između stanja.

U svim temeljnim statističkim teorijama, stanje je vjerojatnosna karakteristika sustava. Stanje nije određeno vrijednostima fizičkih veličina, već statističkim distribucijama tih veličina, danih u ovom ili onom obliku. Sukladno tome, u statističkim teorijama iz poznatog stanja nedvosmisleno se određuju ne same fizikalne veličine, već vjerojatnosti da vrijednosti tih veličina leže unutar određenih intervala. Prosječne vrijednosti fizikalnih veličina također su jedinstveno određene.

Ali jednadžba gibanja još uvijek nedvosmisleno određuje stanje (statističku distribuciju) u svakom sljedećem trenutku vremena prema zadanoj distribuciji u početnom trenutku, ako je poznata energija međudjelovanja između čestica sustava, kao i energija međudjelovanja s vanjskim tijelima. U tom pogledu nema razlike u odnosu na dinamičke teorije.

Zbog nedvosmislene povezanosti država, statistički zakoni izražavaju potrebne veze u prirodi. Zahvaljujući tome, možemo govoriti o statistici zakoni, tj. tvrditi da statističke teorije odražavaju bitne odnose u prirodi. Upravo postojanje nedvosmislene povezanosti stanja znači da se radi o zakonu prirode: dinamičkom ili statističkom (ovisno o tome kako se definira pojam stanja). Čini se da se redovite, tj. nužne veze u prirodi ne mogu izraziti drugačije nego posredovanjem jednoznačne povezanosti stanja.

Zadržimo se na tome kako se država karakterizira u različitim statističkim teorijama.

Statistička mehanika i fizikalna kinetika. Maxwell je prvi shvatio da kada se razmatraju sustavi od ogromnog broja čestica, problem se mora postaviti na potpuno drugačiji način nego što se to radi u Newtonovoj mehanici. Potrebno je uvesti bitno novo obilježje države. Stanje sustava ne bi trebalo karakterizirati potpun skup vrijednosti koordinata i momenta svih čestica, već vjerojatnost da emu vrijednosti leže unutar određenih intervala. Koristeći određeni primjer raspodjele molekula po brzinama, Maxwell je pokazao da se ta vjerojatnost može jednoznačno odrediti.

U klasičnoj statističkoj mehanici ravnotežnih sustava i fizikalnoj kinetici (statistička teorija neravnotežnih procesa) stanje sustava zadano je funkcijom distribucije f(r i, p i,t), ovisno o koordinatama r i, i impulse Rja, sve čestice sustava i vrijeme (za ravnotežna stanja funkcija f očito ne ovisi o vremenu). Funkcija distribucije ima značenje gustoće vjerojatnosti nalaženja observabli r i, p i,u određenim intervalima: od r i, p i, prije r i +d r i, p i+dp i . Prema poznatoj funkciji raspodjele mogu se pronaći prosječne vrijednosti bilo koje fizikalne veličine ovisno o koordinatama i momentima, te vjerojatnosti da ta veličina poprimi određenu (u zadanim intervalima) vrijednost.

Za ravnotežna stanja sustava u termostatu (tj. za sustave u toplinskom kontaktu s velikim spremnikom konstantne temperature), funkcija razdiobe dana je kanoničkom Gibbsovom razdiobom. Da biste pronašli ovu funkciju, trebate znati samo Hamiltonovu funkciju sustava.

U statističkoj teoriji neravnotežnih procesa, evolucija funkcije raspodjele s vremenom opisuje se pomoću jedne ili druge kinetičke jednadžbe. Ova jednadžba omogućuje jedinstveno određivanje funkcije distribucije u bilo kojem trenutku iz dane početne vrijednosti te funkcije. Funkcija, koja ovisi o koordinatama i momentima svih čestica, pokorava se Leouvilleovoj jednadžbi. Međutim, rješenje ove jednadžbe je praktički nedostižan zadatak, budući da je ekvivalentno rješavanju dinamičkih jednadžbi gibanja za sve čestice sustava. Stoga se koristi približan statistički opis pomoću jednostavnijih distribucijskih funkcija f(r, p, t), dajući prosječan broj čestica s određenim vrijednostima impulsa R i koordinate r(funkcija distribucije jedne čestice). Među njima je Boltzmannova kinetička jednadžba. Varijante Boltzmannove jednadžbe za plazmu su kinetičke jednadžbe L. D. Landaua i A. A. Vlasova.

Kvantna mehanika. Unatoč činjenici da se kvantna mehanika jako razlikuje od klasičnih teorija, struktura zajednička temeljnim teorijama ostaje važeća i ovdje. Uvodi se novi koncept - vektori stanja (valna funkcija) y ( r,t). Vremenska Schrödingerova jednadžba jedinstveno određuje evoluciju stanja tijekom vremena.

Valna funkcija je mnogo apstraktnija karakteristika stanja od funkcije distribucije u klasičnim teorijama. Ovo je vektor u beskonačno-dimenzionalnom Hilbertovom prostoru, što ne znači samu vjerojatnost, već amplitudu vjerojatnosti. Stanje u kvantnoj mehanici nije izraženo izravno u terminima opažaja. Međutim, y je potpuni opis Države. Poznavajući y , moguće je izračunati vjerojatnost pronalaženja određene (u zadanim intervalima) vrijednosti bilo koje fizikalne veličine i prosječne vrijednosti svih fizikalnih veličina.

Iz činjenice da je stanje u kvantnoj mehanici određeno amplitudom vjerojatnosti, a ne gustoćom vjerojatnosti, proizlazi čisto kvantni učinak interferencije vjerojatnosti. To je ono što u konačnici karakterizira posebna, neklasična svojstva objekata mikrosvijeta. U ostalim aspektima, nema temeljne razlike između klasičnih statističkih teorija i kvantne mehanike.

kvantna statistika. Metode razvijene u klasičnoj statistici korištene su gotovo u cijelosti u stvaranju kvantne statistike. Bitna razlika između klasične i kvantne statistike je u tome što je kvantna mehanika, za razliku od klasične mehanike, sama po sebi statistička teorija. Ova fundamentalno statistička priroda kvantne mehanike potpuno je neovisna o posebnim metodama fizičke statistike, u kojima se prosječne vrijednosti uvijek smatraju rezultatima usrednjavanja različitih stanja sustava. U kvantnoj mehanici govorimo samo o prosječnim vrijednostima u određenom fiksnom stanju sustava.

Najznačajnija razlika između kvantne statistike i klasične statistike povezana je s principom identiteta čestica u kvantnoj mehanici. Stanje sustava se ne mijenja kada se iste čestice preuređuju. Ako čestice imaju cjelobrojni spin, tada bilo koji broj njih može biti u istom stanju (Bose-Einsteinova statistika). Za čestice s polucijelim spinom ispunjen je Paulijev princip prema kojem više od jedne čestice ne može biti u danom stanju (Fermi-Diracova statistika). Trenutno je kvantna teorija ravnotežnih procesa konstruirana u istom potpunom obliku kao i klasična.

Stanje sustava u kvantnoj statistici dano je vjerojatnošću da kvantni brojevi koji karakteriziraju sustav poprime određene vrijednosti (vjerojatnost popunjavanja kvantnog stanja). Jednadžba koja opisuje neravnotežne procese u kvantnom sustavu naziva se osnovna kinetička jednadžba. Ova jednadžba omogućuje, u načelu, praćenje evolucije početnog stanja u vremenu. Integracijom osnovne kinetičke jednadžbe po svim varijablama (kvantnim brojevima), osim za skup jednočestičnih varijabli, mogu se dobiti kvantne kinetičke jednadžbe istog tipa kao i klasična Boltzmannova jednadžba.

Kvantna teorija polja. U kvantnoj teoriji polja - relativističkoj kvantnoj teoriji gibanja i međudjelovanja elementarnih čestica - metode kvantne mehanike proširene su na sustave s promjenjivim brojem čestica.

Najjednostavniji način da se da ideja o suštini teorije je korištenje opisa procesa u konfiguracijskom prostoru (Fockov prostor). Ovaj opis je jedan od mogućih prikaza teorije, koji se od ostalih razlikuje po većoj jasnoći.

Stanje sustava u kvantnoj teoriji polja nije karakterizirano jednom valnom funkcijom za fiksni broj čestica, već funkcionalom koji predstavlja skup valnih funkcija, od kojih svaka određuje vjerojatnost da se sustav sastoji od poznatog broja čestica. čestica sa zadanom distribucijom vjerojatnosti njihove detekcije u različitim područjima prostora. Jednadžba gibanja, u načelu, omogućuje praćenje nedvosmislene evolucije funkcionala koji karakterizira stanje sustava.

Broj stupnjeva slobode bilo kojeg sustava u kvantnoj teoriji polja je beskonačno velik. To ne dopušta pronalaženje točnih rješenja jednadžbi teorije. U kvantnoj elektrodinamici razvila se teorija interakcije elektrona, pozitrona i fotona. učinkovite metode približno rješenje jednadžbi. Moguće je izolirati beskonačnosti koje se pojavljuju u ovom slučaju i nakon toga dobiti rezultate koji se s velikom točnošću slažu s eksperimentom. Međutim, teorija slabih i posebno jakih interakcija zapravo nije izgrađena. Tek nedavno, u radovima S. Weinberga i A. Salama, planira se objediniti slabe i elektromagnetske interakcije u okviru opće teorije koja dopušta izolaciju svih divergencija.

O odnosu temeljnih dinamičkih i statističkih teorija

Iz činjenice da je evolucija stanja u statističkim teorijama jednoznačna, ne može se zaključiti da uopće nema “čisto statističkih” zakona i da su statistički zakoni uvijek povezani s dinamičkim. Nedvosmislena povezanost stanja čini srž svakog statističkog zakona ili, moglo bi se reći, dinamički (u smislu jednoznačnosti) element statističke teorije kao cjeline.

Sve statističke teorije u fizici nazivaju se statističkim iz jednog jedinog razloga: stanje sustava u tim teorijama nije određeno samim vrijednostima fizikalnih veličina, već njihovim statističkim distribucijama, danim u ovom ili onom obliku. Ako je ova terminologija već prihvaćena, onda nema razloga govoriti o “preplitanju” dinamičkih i statističkih zakona u okviru jedne teorije.

Naravno, jedan zakon koji opisuje evoluciju stanja sustava može se rastaviti na više elementarnih zakona. Možemo pretpostaviti, na primjer, da prisutnost električnog naboja u elektronu izražava jedan dinamički zakon; prisutnost polucijelog spina još je jedan dinamički zakon itd. Takva se operacija može izvesti s jednakim uspjehom u statističkoj i dinamičkoj teoriji, iako je korisnost takvog cijepanja dvojbena. No, na temelju takve mentalne operacije vrlo često dolaze do zaključka da se u opisu procesa u mikrosvijetu isprepliću dinamičke i statističke zakonitosti.

Slične tvrdnje daju npr. G. A. Svechnikov („teorija mikroprocesa je specifično ispreplitanje statističkih i dinamičkih zakona”), I. S. Narsky („omjer dinamičke i statističke uzročne veze može se približno i uvjetno prikazati kao složeno ispreplitanje dinamičkih “cijevi” unutar kojih se odvijaju statističke pravilnosti”) itd.

Ovim se pristupom dinamički zakoni temeljnih fizikalnih teorija i tvrdnja da elektroni imaju polucijeli spin stavljaju u istu ravan (usput, prisutnost spina u elektronu automatski slijedi iz temeljne statističke teorije - kvantne elektrodinamika). Proizvoljno se izdvajaju momenti jednoznačne povezanosti karakteristika pojedinih objekata, a jednoznačnoj povezanosti stanja u statističkoj teoriji ne pridaje se dužna pozornost. Kao rezultat toga, pitanje odnosa između dinamičkih i statističkih zakona pokazalo se potpuno zbunjujućim zbog proizvoljne terminologije koja ne pravi razliku između osnovnog zakona temeljne fizikalne teorije i jednostavnih izjava određene prirode.

Tek kada se analizira odnos između dinamičkih i statističkih zakonitosti temeljnih fizikalnih teorija koje opisuju isti oblik gibanja materije, može se uočiti da ne postoji „preplitanje“ dinamičkih i statističkih pravilnosti, te se jasno može uočiti mjesto i značenje pravilnosti. obje vrste. Dinamički zakoni predstavljaju prvi, najniži stupanj u procesu spoznavanja svijeta oko nas; statistički zakoni daju savršeniji odraz objektivnih odnosa u prirodi: oni izražavaju sljedeći, viši stupanj znanja.