Структура розділу фізики

Перейдемо до конкретизації отриманої вище галилеевской моделі «ядра розділу науки» для випадку фізики.
Система понять і постулатів, що утворюють ЯРН у фізиці, має загальну для всіх розділів фізики структуру теоретичної частини (схема 3.1). У цій структурі можна виділити два шари: математичний (матем) і модельний (Мод). Модельна частина містить два головних поняття: фізична система (A) і її стану в даний момент часу t (SA (t))). З їх допомогою, як уже було сказано, здійснюється теоретичний опис узагальненого руху (процесу) як переходу фізичної системи з одного стану в інший (при цьому якщо в якості фізичної системи виступає ПІО – найпростіша фізична система даного розділу, то схема 3.1 виступає як схема ЯРН , а якщо в якості фізичної системи виступає ВІО, то центральна частина схема 3.1 виступає як схема теорії ВІМ). Зв’язок між станами задається за допомогою математичного шару (в цьому його сенс і його функція), що містить відповідні математичні образи A і SA (t) (будемо підкресленням позначати приналежність до математичного шару), а також рівняння руху (УД) – центральний елемент математичного шару . Рівняння руху містить в тому чи іншому вигляді математичні образи фізичної системи A і зовнішнього впливу F (t) (воно не виписано в модельному шарі, щоб не захаращувати схему). Рівняння руху і задає в математичному шарі зв’язок між станами в різні моменти времені9.
Рівняння руху поряд з «діахронічними» властивостями, що описують розглянутий перехід з одного стану в інший, визначає також і «синхронические» властивості системи – безліч можливих її станів.

Набір можливих станів є найважливішою характеристикою фізичної системи. Стан – це поняття, що описує зміну (рух) системи і дає повну можливу в даному розділі фізики інформацію про систему в даний момент часу, а за допомогою рівняння руху – і в інші моменти часу. Таке поняття стану фізичної системи тісно пов’язане з іншими елементами структури, зображеної на схемі 3.1. До інших елементів відносяться поняття зовнішнього впливу і взаємодії (при побудові багаточасткових систем), якими в класичній механіці є сили.
Крім зазначених елементів теоретичної частини фізична система і її початковий стан повинні мати матеріальну реалізацію в емпіричному шарі, а вимірні величини (відстань, швидкість, маса і т. П.), Які входять у фізичну модель системи та її станів, повинні мати відповідні еталони і операції порівняння з еталоном. Це забезпечують розглянуті вище операціональні елементи ЯРН – процедури приготування (<П |) і вимірювання (| І>), що становлять «операциональную» частину. При цьому в рамках ЯРН мова йде про ідеальні проектах приготування і вимірювання, які реалізуються в рамках конкретних матеріалів і технічних можливостей з певною точністю. В результаті структура ЯРН є гетерогенною – вона має теоретичну і операціональні частини.
Всі ці поняття задаються спільно і неявно в рамках ядра розділу науки подібно тому, як задаються основні поняття геометрії в рамках системи аксіом геометрії. Один розділ від іншого відрізняється змістовним наповненням елементів структури ЯРН, зображених на схемі 3.1. Так вводяться поняття фізики, які виникли починаючи з електродінамікі10 Максвелла. Їх не можна адекватно сприйняти, не використовуючи явно чи неявно структуру базової системи вихідних понять і постулатів розділу фізики (ЯРН), зображену на схемі 3.1, т. Е. Структуру підстав розділу фізики, яка природним чином виникає в теоретичній фізиці.
Використовуючи схеми (3.1) і (2.1), що задають структуру фізичного знання, можна виділити чотири рівні концептуальних змін (відмінностей) в природничих науках. Перші два рівня відображають ієрархію між «первинними» (ПІО) і «вторинними» (ВІМ) ідеальними об’єктами:
1) рівень різних теорій явищ, що випливають з відповідних моделей (ВІМ). Сюди відноситься, наприклад, теорія надпровідності, яка випливає з моделі куперовских пар, які є ВІО всередині розділу фізики «квантова механіка»;
2) рівень різних розділів однієї науки (скажімо, фізики), що відрізняються різним змістовним наповненням функціональних місць, вказаних на схемі 3.1.
Над ними розташований третій рівень, що відповідає різним наукам (дисциплін): фізиці, хімії … відрізняється вже самою структурою теоретичної частини основної схеми.
Четвертий рівень відповідає рівню наукової революції XVII ст., Яка породила вихідну схему природничо експерименту (схемі 1.1), а з ним і природну науку взагалі.
Центральним у фізиці є шар фізичних моделей (Мод). Він пов’язаний, з одного боку, з математичним шаром, де з усіма елементами модельного шару за допомогою певних процедур (на сх. 3.1 позначені вертикальними стрілками всередині теоретичної частини Т) зіставляються відповідні математичні образи. З іншого боку, шар фізичних моделей пов’язаний з нетеоретична операціональними елементами, де повинні бути задані процедури вимірювання, еталони і система відліку (| І>) для всіх використовуваних в модельному шарі вимірних величин, а також інші «конструктивні елементи», що задають систему та її початковий стан (<П |).
«І-тип» роботи починається з побудови моделей. При цьому, на відміну від математики, де основна діяльність – дедукція (висновок теорем і наслідків), у фізиці, задавши модель, ми задали і відповідальна їй рівняння руху (їх рішення і перетворення і є аналог дедукції в математиці), які випливають з поєднання ПІО, що входять в ВІО. Закони природи у вигляді рівнянь руху виявляються елементами ЯРН, а через нього і ПІО. Адже ПІО визначається всім ЯРН і тому «несе його на собі». Закони електродинаміки є властивостями заряджених частинок і електромагнітного поля – рівняння Максвелла описують електромагнітне поле (ПІО електродинаміки), яке з’являється разом з цими рівняннями. У фізиці будують фізичні моделі різних об’єктів – ВІО, поведінка яких визначає відповідні явища. Тобто модель явища – це модель об’єктів, що породжують це явище.
Звичайно, математичний шар не можна ізолювати від модельного шару, вони, природно, пов’язані всередині теоретичного Т-блоку «ядра розділу науки». Але розводити їх корисно, оскільки зв’язки всередині шарів значно сильніше, ніж між шарами, і проекція всієї теоретичної частини на модельний шар (а не математичний) дозволяє в модельному шарі дати уявлення про «первинних ідеальних об’єктах» (і який складають з них вторинних ідеальних об’єктах) , фізичній системі, її станах і відповідному русі як переході з одного стану в інший, і вже в другу чергу розглядати характер цього руху (наприклад, конкретну траєкторію). Але хоча провідним в природознавстві є модельний шар, існує вельми інтенсивна взаємодія між двома шарами. По-перше, від рівняння руху залежить, чим буде визначатися стан фізичної системи (так те, що в класичній механіці стан частинки задається її положенням і швидкістю в якийсь момент часу, пов’язано з тим, що тут рівняння руху – рівняння Ньютона – диференціальне рівняння другого порядку). По-друге, перетворення в математичному шарі можуть наштовхнути на нову модель (типовий приклад – перехід від частинок до квазічастинки у квантовій механіці, де вид математичного образу системи (гамильтониана) диктує вид квазічастинок). По-третє, рівняння руху для даної системи може виявитися занадто складним для вирішення (і це вельми типовий випадок). Тоді починають спрощувати модель так, щоб, не втративши суті, прийти до вирішуваних рівнянь.
На закінчення цієї глави відзначимо, що в рамках емпірістской погляду на науку відповідь на питання «Що таке фізика (хімія, біологія)?» Зводиться до перерахування того, чим займаються фізики (хіміки, біологи). У даному курсі лекцій розвивається неемпірістскій погляд на науку: наука визначається тими типами моделей, за допомогою яких вона описує навколишній світ. Для фізики це, по-перше, модель руху як перехід фізичної системи з одного стану в інший, а по -друге – вельми обмежений набір загальних моделей, які лежать в основі «первинних ідеальних об’єктів» різних розділів фізики. До них насамперед належать ньютоновская модель частинки в порожнечі і сили і Декарт-ейлеровская модель безперервної (суцільний) середовища. Якщо сюди додати виростають із останньої моделі силового поля і хвилі, то ми отримаємо, по суті, весь спектр загальних («архетипових») моделей, які у фізиці. При цьому цілісними одиницями є розділи фізики, що складаються з ЯРН, які задають ПІО, і строімого з останніх моделей (теорій) явищ. ЯРН задає (і виділяє) розділ фізики.
Існує специфіка «некласичної» фізики XX ст. У XX ст. нові ЯРН і ПІО народжувалися з рішення парадоксів, що виникають із зіткнення нових і старих розділів фізики (зіткнення класичної механіки з електродинамікою породжує спеціальну теорію відносності, зіткнення останньої з теорією тяжіння Ньютона веде до загальної теорії відносності, зіткнення хвильового і корпускулярного описів призводить до сучасної квантової механіці ) 11. Інша її особливість полягає в тому, що моделі квантової механіки і теорії відносності активно використовують моделі класичної фізики, модифікуючи їх, а не створюючи зовсім нові.

Посилання на основну публікацію