Nazariy fizika

Eynshteyn — Rosen ko'prigining vizual tasviri. Koʻpriklar hech qachon kuzatilmagan, ammo ular matematik modellar va ilmiy nazariya orqali mavjud boʻlishi taxmin qilinmoqda.

Nazariy fizika-tabiatni bilishning asosiy usuli sifatida fizik hodisalarning matematik modellarini yaratish va ularni amaliyotga solishtirish uchun ishlatiladigan fizika boʻlimi. Ushbu xolatda nazariy fizika tabiatni oʻrganishning mustaqil usuli hisoblanadi. Biroq, bu usul fizikaning asosiy qonunlarini hal qilishda tajriba (eksperiment) dan foydalanmaydi, balki tabiatni oʻrganishning modellashtirilgan usuli hisoblanadi. Tabiatdagi asosiy ob’ektiv qonunlar va hodisalar, kuzatuvlar va eksperimental isbotlangan natijalar asosida shakllanadi va qabul qilinadi.

Nazariy fizika metodologiyasi asosiy fizik tushunchalarni (masalan, atom, massa, energiya, entropiya, maydon va boshqalar) ajratish va bu tushunchalarni bogʻlaydigan tabiat qonunlarining matematik tilda shakllantirishdan iborat.

Xususiyatlari

Nazariy fizikaning asosiy vazifasi tabiatning eng keng tarqalgan qonunlarini kashf qilish va oʻrganishdir, bu fizik hodisalarning har qanday sohasini boshqaradi va ushbu qonunlarga asoslanib, muayyan fizik jismlarning kutilgan xatti-harakatlarini reallik bilan solishtiradi. Nazariy fizikaning deyarli oʻziga xos xususiyati, boshqa tabiiy fanlardan farqli oʻlaroq, hali nomaʼlum fizik hodisalarni va aniq oʻlchov natijalarini taxmin qilishdan iboratdir.

Fizik hodisalar nazariyasi

Nazariy fizika aslida fizik hodisalar nazariyasi yoki qisqacha fizik nazariya (teoriya) deb yuritiladi. Barcha fizik nazariyalar matematik model orqali tuzilgan boʻlib, koʻpkina tajribalarda asos sifatida qoʻllaniladi. Ayrim nazariyalarni amalga oshirishni iloji yoʻq.

Yuqorida aytilganlar fizika nazariyasining umumiy tuzilishini tavsiflash imkonini beradi. Unda quyidagilarni oʻz ichiga oladi:

• matematik modelini yaratishda hodisalar kengligining tavsifi,
• matematik modelni belgilaydigan aksiomalar,
• matematik (hech boʻlmaganda baʼzi) obyektlarni kuzatiladigan, fizik obyektlar bilan bogʻlaydigan aksiomalar,
• nazariya bashorat sifatida talqin qilinadigan matematik aksiomalar va ularning real dunyodagi ekvivalentlarining bevosita aloqalari.

$E=mc^{2}$

Bundan maʼlumki, „nisbiylik nazariyasi aslida xato boʻlsa-chi?“ degan farazni inkor qiladi. Nisbiylik nazariyasi zaruriy talablarni qondiradigan fizik nazariya sifatida allaqachon toʻgʻriligi isbotlangan. Agar u baʼzi nazariyalarda eksperimentga mos kelmasligi maʼlum boʻlsa, demak u real hodisalarga taalluqli emas. Natijada yangidan-yangi nazariyalar hosil boʻlishi va nisbiylik nazariyasi bu nazariyalarga cheklovchi vosita boʻlishi mumkin. Hozirda maʼlum sharoitlarda (Plank tartibidagi energiya zichligida) mavjud fizik nazariyalarning hech biri nisbiylik nazariyasiga mos kelmasligi shubha qilinmoqda.

Tarixi

Qo'shimcha ma'lumot: Fizika tarixi

Aristotel
(mil.av. 384–322)

Nazariy fizika taxminan 2300 yil oldin falsafa fani negizida paydo bo'lgan, Platon va Aristotel tomonidan davom ettirilgan. O'rta asrlarda tan olingan intellektual fanlar negizida: grammatika, mantiq, ritorika, arifmetika, geometriya, musiqa va astronomiya fanlar yetishib chiqdi. O'rta asrlar davri va Uyg'onish davrlarida nazariyaga qarama-qarshi bo'lgan eksperimental fan tushunchasi Ibn al-Haysam va Frensis Bekon kabi olimlardan boshlangan. lmiy inqilob tez sur'atlar bilan o'sib borar ekan, materiya, energiya, makon va vaqt tushunchalari asta-sekin biz bilgan shaklga ega bo'la boshladi va boshqa fanlar tabiiy falsafa negizidan ajralib chiqdi. Shunday qilib, nazariy fizikaning zamonaviy davri astronomiyada Kopernikning paradigma siljish nazariyasi bilan boshlandi. Qisqa fursatlarda Keplerning sayyoralar orrbitasiga oid iboralari, Tixo Bragening astronomik kuzatishlarining umumlashishi ilmiy inqolobga olib keldi.

Zamonaviy tushuntirish kontseptsiyasiga katta turtki Galileydan boshlandi, u ham mukammal nazariyotchi, ham buyuk tadqiqotchi bo'lgan kam sonli fiziklardan biri edi. Dekartning analitik geometriyasi va mexanikasi Principia Mathematica ni yozgan boshqa eng yuqori darajadagi nazariyotchi/eksperimental Isaak Nyutonning hisob-kitoblari va mexanikasiga kiritilgan. Unda Kopernik, Galiley va Kepler asarlarining katta sintezi mavjud edi; shuningdek, 20-asr boshlarigacha dunyoqarash sifatida hukmronlik qilgan Nyutonning mexanika va tortishish nazariyalari. Shu bilan birga, Nyuton, Dekart va gollandiyalik Snell va Gyuygensning yordami bilan optikada (xususan, ranglar nazariyasi va qadimgi geometrik optika fanida) taraqqiyot ham amalga oshirildi. 18-19-asrlarda Jozef-Lui Lagranj, Leonhard Eyler va Uilyam Rouen Gamilton klassik mexanika nazariyasini ancha kengaytirdilar.[12] Ular ikki ming yil oldin Pifagor tomonidan boshlangan matematika va fizikaning interfaol o'zaro bog'lanishini oldilar.

Fizik nazariyalarga misollar

• Klassik mexanika. Klassik mexanikani qurish jarayonida Nyuton hosilalar va integrallarni kiritish zaruriyatiga duch keldi, ya'ni differensial va integral hisoblarni yaratdi.
• Statistik fizika. Dastlab, fizik qism butunlay klassik mexanikaga asoslangan, termodinamika va kimyo ma'lumotlarini hisobga olgan holda, matematik modellarning kuchli rivojlanishi bilan. Endi u kondensatsiyalangan moddalar fizikasining asosi hisoblanadi.
• Klassik elektrodinamika. Maksvell tenglamalari klassik mexanikaga zid bo‘lib chiqdi, lekin bu qarama-qarshilik, keyinroq ma’lum bo‘lganidek, ikki nazariyadan biri noto‘g‘ri ekanligini anglatmaydi. Har ikkala nazariya ham o'z qo'llanilishi doirasida haqiqatni juda aniq tasvirlaydi (masalan, klassik mexanika - sayyoralar va sun'iy yo'ldoshlarning harakati).
• Maxsus nisbiylik nazariyasi, fazo va vaqt haqidagi odatiy g'oyalarni o'zgartirgan inqilobiy nazariya.
• Umumiy nisbiylik nazariyasi bo'lib, uni shakllantirishda bo'sh fazo ham ma'lum bir noaniq geometrik xususiyatlarga ega va uni differentsial geometriya usullari bilan tavsiflash mumkin.
• Kvant mexanikasi. Klassik fizika kvant hodisalarini tasvirlay olmaganidan so'ng, mikroskopik tizimlar evolyutsiyasini tasvirlashning o'ziga xos yondashuvini qayta shakllantirishga harakat qilindi. Bunga Shredinger erishdi, u har bir zarracha yangi ob'ekt - to'lqin funksiyasi bilan bog'langan, shuningdek, Heisenberg (1937 yilda buni amalga oshirgan Jon Uilerdan mustaqil ravishda) tarqalish matritsasining mavjudligini kiritdi. Biroq, kvant mexanikasi uchun eng muvaffaqiyatli matematik model fon Neyman tomonidan topildi (Gilbert fazolari va ularda harakat qiluvchi operatorlar nazariyasi) va Shredingerning to'lqin mexanikasi ham, Geyzenberg matritsa mexanikasi ham bu nazariyaning faqat variantlari (turli ko'rinishlari) ekanligini ko'rsatdi. Kvant mexanikasini relativistik umumlashtirish sifatida tuzilgan Dirak tenglamasi antizarralarni bashorat qilishga olib keldi.
• Kvant maydon nazariyasi. Fizik nazariyalar rivojlanishining tabiiy bosqichi kvant maydonlarining relativistik nazariyasidir. Bu yo'nalishdagi muvaffaqiyat kvant elektrodinamikasining yaratilishi bo'ldi. 1960-yillarda Weinberg, Salam va Glashow zaif va elektromagnit o'zaro ta'sirlarning yagona nazariyasini yaratdilar, bu esa neytral oqimlar va vektor bozonlarining mavjudligini bashorat qildi.
• Hozirgi vaqtda ish yo'nalishlaridan biri barcha ma'lum bo'lgan o'zaro ta'sirlarni birlashtiradigan tola nazariyasidir. Uni to'liq fizik nazariya sifatida shakllantirish hali imkoni yo'q.

Yuqoridagilar fundamental fizik nazariyalardir, lekin fizikaning har bir bo'limida fizikaning asosiy qonunlarining umumiyligi, nazariy va matematik usullar bilan o'zaro bog'langan maxsus nazariyalar qo'llaniladi. Shunday qilib, kondensatsiyalangan moddalar fizikasi va qattiq jismlar fizikasi allaqachon ma'lum bo'lgan umumiy nazariyalarga asoslangan nazariy ishlanmalarning tarmoqlangan sohalaridir. Shu bilan birga, klassik mexanika yoki statistik fizika kabi sohalar ham rivojlanishda va o'sishda davom etmoqda, ularning bir qator eng qiyin muammolari faqat 20-asrda hal qilindi.